楊雪，劉巍

(重慶機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院車輛工程系，重慶 400036)

引言

潤滑油在汽車的潤滑系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，清洗摩擦副磨損產(chǎn)生的磨粒，所以油液中包含著大量的磨粒，因此有必要對(duì)潤滑油的磨粒進(jìn)行分析[1]。研究表明，在正常磨損過程中，產(chǎn)生的磨粒的最大尺寸一般在 15μm 以下，所以通過磨粒大小以及磨粒的濃度對(duì)設(shè)備的磨損狀態(tài)進(jìn)行判斷分析[2]。微波具有安全、環(huán)保等特點(diǎn)，所以本文運(yùn)用CST Microwave Studio 軟件創(chuàng)建模型，并對(duì)油液中磨粒含量對(duì)微波的傳輸特性進(jìn)行仿真分析。

1 微波檢測(cè)理論

微波是一種波長很短,頻率很高的電磁波,微波的頻帶從300MHz-300GHz,相應(yīng)的波長從1m到1mm。微波依照材料內(nèi)部狀態(tài)和介質(zhì)特性不同而相應(yīng)發(fā)生透射、散射和反射。對(duì)于非金屬材料,微波幾乎是全部穿透,不被吸收，而對(duì)于金屬材料,微波在其界面會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。

在微波檢測(cè)中，主要參數(shù)為導(dǎo)磁率()，介電系數(shù)()和導(dǎo)電率()[2]。而磨粒數(shù)量及大小的變化可以影響油管模型的導(dǎo)磁率()和介電系數(shù)()，繼而影響反射率和穿透率系數(shù)。

基于此本文綜合采用微波穿透法和反射法研究在不同磨粒濃度中反射率與透射系數(shù)的變化，進(jìn)而判斷設(shè)備的磨損狀態(tài)、故障原因及部位。

2 基于CST的微波檢測(cè)仿真模型

2.1 天線參數(shù)的仿真模型

由于仿真的天線諧振頻率為0.813GHz，所以設(shè)置仿真頻率為0.3GHz-1GHz。經(jīng)過多次調(diào)整，最終得到的仿真的天線諧振頻率為0.813GHz。

2.2 油管的仿真模型

仿真模型為一個(gè)位于電磁波激勵(lì)端和接收端之間的包含磨粒的油液模型，按GB5577-85選擇型號(hào)為NBR1704，長度為72mm,外徑直徑D為24mm,內(nèi)徑直徑d為16mm。如圖1所示。

圖1 油管的仿真模型

2.3 仿真結(jié)果

2.3.1 磨粒濃度的變化

當(dāng)磨粒尺寸為5時(shí)，反射率與透射率與磨粒含量關(guān)系圖分別如圖2(a)、(b)所示：

從圖中可以看出，隨著磨粒數(shù)量的增加，反射率逐漸增加，透射率逐漸減少。單一因素時(shí)根據(jù)其相關(guān)性可以通過反射率和透射率系的變化推測(cè)油液中磨粒濃度的信息。

(a)反射率系數(shù)與磨粒含量關(guān)系圖

(b)透射率系數(shù)與磨粒含量關(guān)系圖

2.3.2 磨粒尺寸的變化

當(dāng)磨粒數(shù)量為50時(shí)，反射率與透射率與磨粒大小關(guān)系圖分別如圖6(a)、(b)所示：

(a)反射率系數(shù)與磨粒大小關(guān)系圖

(b)透射率系數(shù)與磨粒大小關(guān)系圖

從圖中可以看出，隨著磨粒尺寸的增加，反射率逐漸增加，透射率逐漸減少。單一因素時(shí)根據(jù)其相關(guān)性可以通過反射率和透射率系數(shù)的變化推測(cè)油液中磨粒尺寸的信息。

從磨粒濃度和磨粒尺寸仿真圖可知，磨粒濃度與磨粒尺寸的變化對(duì)反射率與透射率的影響大體一致。實(shí)際上，油液中包含的磨粒不僅在濃度上會(huì)發(fā)生變化，在尺寸上也會(huì)發(fā)生變化。由于磨粒尺寸對(duì)機(jī)械設(shè)備的危害更大，實(shí)際測(cè)量中應(yīng)以磨粒尺寸為標(biāo)準(zhǔn)判定磨粒對(duì)設(shè)備的最小影響程度。

3 總結(jié)

本文提出了一種基于微波穿透法和反射法檢測(cè)汽車潤滑油中磨粒新的檢測(cè)方法，通過仿真驗(yàn)證了微波的反射率、透射率與磨粒濃度、尺寸大小存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)其關(guān)系分析研究，可以實(shí)現(xiàn)初步評(píng)價(jià)設(shè)備的磨損狀況。本模型針對(duì)潤滑油管道圓形的特點(diǎn)設(shè)置的微波發(fā)生器，進(jìn)一步提高了微波檢測(cè)油管油液中磨粒含量的精度。