發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成慣量參數(shù)測(cè)量及誤差探究

梁海濱

摘 要 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成慣量參數(shù)測(cè)量對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械安全、高效運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)有著重要的影響，對(duì)于其誤差的控制要更為嚴(yán)格?；诖?，提出了通過對(duì)三線扭擺進(jìn)行改良，提出了一種新的測(cè)量方法，并利用實(shí)際的測(cè)量進(jìn)行了數(shù)據(jù)與誤差的分析。

關(guān)鍵詞 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成；慣量參數(shù)；測(cè)量誤差

中圖分類號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.21.077

社會(huì)科技的不斷發(fā)展讓人們對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能要求有了進(jìn)一步的提升，農(nóng)業(yè)機(jī)械的平穩(wěn)、高效運(yùn)行成為基礎(chǔ)的要求。農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性有著重要的影響，這就使得對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的總成慣量參數(shù)進(jìn)行確定成為了重點(diǎn)的工作。發(fā)動(dòng)機(jī)總成慣量參數(shù)的測(cè)量與確定影響著發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的布置，對(duì)于改善農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行平穩(wěn)程度有著重要的影響[1-2]。基于此，對(duì)三線扭擺測(cè)慣性參數(shù)的方法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新的測(cè)量方法，并分析了測(cè)量誤差。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成慣性參數(shù)測(cè)量

1.1 三線擺結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

傳統(tǒng)的三線擺結(jié)構(gòu)是由三根等長(zhǎng)的擺繩和一個(gè)托盤組成，三根擺繩連接著托盤，將其吊在一個(gè)固定的支架上，并保證懸吊點(diǎn)都處于同一水平線上。而改進(jìn)的三線擺結(jié)構(gòu)則由圓臺(tái)、萬向節(jié)以及橫軸組成。主要的運(yùn)行原理為被測(cè)試的物體經(jīng)過萬向節(jié)，并懸吊在圓臺(tái)上。這時(shí)，改良的三線擺的質(zhì)心就落在了扭擺的軸線上，以此完成對(duì)于被測(cè)試物體的慣性參數(shù)的測(cè)量。這樣的方式能夠有效調(diào)整被測(cè)試的物體的質(zhì)心，使其落于扭擺的軸線上，完成對(duì)傳統(tǒng)三線擺結(jié)構(gòu)的改進(jìn)工作。

1.2 參考坐標(biāo)系的建立

將農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)利用改進(jìn)的三線擺結(jié)構(gòu)懸吊起來，并建立起參考坐標(biāo)系，通過這樣的方式描述發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)心的位置。在發(fā)動(dòng)機(jī)參考坐標(biāo)系的建立時(shí)，要選擇表面特征加工的精度高、定位相對(duì)準(zhǔn)確的區(qū)域進(jìn)行參考坐標(biāo)系的建立。其中，建立參考坐標(biāo)系的主要依據(jù)原則有四條，1）坐標(biāo)原點(diǎn)的選擇。參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)原點(diǎn)要依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的位置進(jìn)行確定。一般來說，會(huì)選取兩者相連接的曲軸軸線以及法蘭面的交點(diǎn)為參考坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)O。2）X軸的建立。常見的做法是沿著曲軸軸線建立參考坐標(biāo)系的X軸，正向方向?yàn)殡x合器到皮帶輪的方向。3）Z軸的建立。Z軸為與氣缸體水平面向垂直的直線，方向?yàn)樗矫嫦蛏稀?）Y軸的建立。通常情況下，參考坐標(biāo)系中Y軸都是依據(jù)右手法則進(jìn)行建立的。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成質(zhì)心測(cè)試

1.3.1 測(cè)試的流程

農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力總成質(zhì)心的測(cè)試流程主要有8條。1）準(zhǔn)備階段。在這一階段中，主要是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力總成懸吊于改進(jìn)后的三線擺結(jié)構(gòu)中，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力總成的質(zhì)心落于扭擺的軸線上。2）固定變速箱。當(dāng)懸吊于改良后的三線擺上的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成靜止不動(dòng)時(shí)，利用支架將其支撐，并利用熱熔膠將變速箱固定在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力總成上。3）參考坐標(biāo)系的建立。對(duì)于第一組懸掛狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成正坐標(biāo)進(jìn)行采集，并以此為依據(jù)建立起參考坐標(biāo)系。4）確定各項(xiàng)參考坐標(biāo)。利用水平臺(tái)的測(cè)量來確定平面法矢量，并且對(duì)于垂直吊點(diǎn)的圓心坐標(biāo)進(jìn)行確立。通過對(duì)經(jīng)過垂直吊點(diǎn)的垂線進(jìn)行觀察，確定出發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的質(zhì)心垂線。5）動(dòng)力總成參考坐標(biāo)系的測(cè)量與建立。這一環(huán)節(jié)的工作可以利用三坐標(biāo)測(cè)量軟件來進(jìn)行。6）確定質(zhì)心的垂線位置。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的質(zhì)心垂線位置，也可以通過軟件來進(jìn)行確定。7）收集其他的兩組數(shù)據(jù)。8）數(shù)據(jù)處理與分析。通過對(duì)上述步驟中得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力總成質(zhì)心的坐標(biāo)。

1.3.2 測(cè)試的結(jié)果

利用上述的8個(gè)步驟進(jìn)行測(cè)試，得出的結(jié)果如下。第一組的法向矢量I：-0.153、J：0.257、K：-0.819，球心的坐標(biāo)為（539.837，-148.566，365.968），到質(zhì)心的平均距離為0.4932mm。第二組的法向矢量I：-0.646、J：0.468、K：0.602，球心的坐標(biāo)為（703.899，331.185，531.225），到質(zhì)心的平均距離為0.387 5 mm。第三組的法向矢量I：0.363、J：0.811、K：0.459，球心的坐標(biāo)為（30.908，-483.86，-379.583），到質(zhì)心的平均距離為0.434 7 mm。第四組的法向矢量I：0.915、J：0.402、K：0.033，球心的坐標(biāo)為（-338.934，-257.410，-126.027），到質(zhì)心的平均距離為0.5365 mm。測(cè)試中得到的動(dòng)力總成質(zhì)心誤差系數(shù)為0.4908，發(fā)動(dòng)機(jī)的參考坐標(biāo)系（也是質(zhì)心坐標(biāo)）為（147.042 5，5.983 1，-102.202）。其中，由于測(cè)試的結(jié)果中誤差系數(shù)為0.490 8，最大距離為0.536 5 mm，所以該測(cè)驗(yàn)滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成轉(zhuǎn)動(dòng)慣性測(cè)試

依照上述的測(cè)試流程，能夠得出農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的質(zhì)量為300.64 kg，同時(shí)對(duì)于懸吊狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成進(jìn)行10組數(shù)據(jù)信息的采集，得出的結(jié)果見表1。

從表1中的具體數(shù)據(jù)中能夠了解到，相對(duì)誤差最大為0.6413%，所以該測(cè)試滿足實(shí)驗(yàn)的要求。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成慣性誤差分析

2.1 質(zhì)心位置測(cè)量的誤差分析

對(duì)于改良后三線擺在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的質(zhì)心位置測(cè)量的誤差進(jìn)行分析，可以利用一個(gè)較為復(fù)雜的物體進(jìn)行質(zhì)心的測(cè)試，并與其質(zhì)心位置的理論值進(jìn)行對(duì)比，這樣就能夠了解改良后三線擺的質(zhì)心位置測(cè)量誤差。在測(cè)試中，得到的質(zhì)心位置坐標(biāo)為（-180.505，-94.359 9，-89.616 8），而該物體理論上的質(zhì)心位置坐標(biāo)為（-180.497，-94.783 5，-89.633 6）。經(jīng)過對(duì)比與計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)誤差最大為0.423 613 mm，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)慣性參數(shù)測(cè)量的誤差分析

利用同樣的復(fù)雜物體，能夠?qū)Ω牧既€擺對(duì)于慣性參數(shù)測(cè)試的誤差進(jìn)行分析與了解。進(jìn)行了十組數(shù)據(jù)的分析后，得出相對(duì)誤差最大為0.644 4%，絕對(duì)誤差最大為0.006 5%，兩個(gè)誤差數(shù)據(jù)相對(duì)較小，符合實(shí)驗(yàn)的要求。

3 結(jié)語

通過對(duì)傳統(tǒng)的三線擺進(jìn)行改良，能夠有效調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的質(zhì)心落于扭擺軸線，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成慣量參數(shù)的測(cè)量誤差有了更好的控制，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成的質(zhì)心測(cè)量與慣性參數(shù)測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，有效提升了測(cè)量的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡志強(qiáng).汽車動(dòng)力總成慣性參數(shù)辨識(shí)與實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2011.

[2] 韓亞平，管嘯天，李海斌，等.發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力總成慣量參數(shù)測(cè)量及誤差分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2007（4）：67-68，70.

（責(zé)任編輯：劉昀）