[實用新型]基于電渦流的柴油機缸套與活塞環(huán)之間油膜厚度檢測裝置

有效

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• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN203298717U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁成清;王昊;郭智威;李濤;婁朝輝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國;伍見

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種基于電渦流的柴油機缸套與活塞環(huán)油膜厚度的檢測裝置。

背景技術(shù)

潤滑油是機械設(shè)備中應用最為廣泛的潤滑劑之一。在應用場合中，潤滑油通過形成潤滑“膜層”的方式，將機械設(shè)備摩擦部件的兩金屬表面相互隔開，從而避免金屬材料的直接接觸，起到降低機器摩擦阻力和減小部件磨損的作用。內(nèi)燃機的潤滑狀態(tài)對內(nèi)燃機的動力性、經(jīng)濟性、可靠性和排放等有著非常重要的影響。

在工作過程中，一個合適的油膜厚度是至關(guān)重要的。在膜厚很小的情況下，在氣缸與活塞、活塞環(huán)與環(huán)槽之間不能形成良好的密封斷層，不能起到充分密封作用，同時油膜極易破損，致使接觸面處于干摩擦狀態(tài)，接觸面的溫度與磨損顯著增加，在短時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量足以使金屬熔化，造成機件的損壞甚至卡死。

而當油膜過厚時，吸入空氣中帶來的砂土、灰塵，混合氣燃燒后形成的積炭就會在油膜處積聚，又會導致工作過程中零件的不必要的損壞以及能量的大量損失。隨著內(nèi)燃機工業(yè)的發(fā)展，內(nèi)燃機排放法規(guī)也在不斷的強化，潤滑條件更加苛刻，同時人類環(huán)境保護意識增強，對排氣要求也越來越嚴格。

研究表明，內(nèi)燃機在工作過程中由缸套與活塞環(huán)摩擦副引起的摩擦功耗高達整個發(fā)動機摩擦功耗的45～65%，缸套與活塞環(huán)的工作狀況影響著內(nèi)燃機的經(jīng)濟性、壽命和排放性能。在保證對燃燒室氣體密封的前提下，潤滑性能好，活塞環(huán)與缸套間的摩擦力小，內(nèi)燃機的摩擦功耗也小；反之會造成相當大的功耗，而且還會導致缸套與活塞環(huán)的過度磨損，影響其使用壽命。因此這對摩擦副摩擦學性能的優(yōu)劣直接影響著內(nèi)燃機的性能。缸套與活塞環(huán)之間油膜厚度的變化和分布規(guī)律是內(nèi)燃機摩擦學研究的重要內(nèi)容之一，如果能準確的測量出這個厚度，對合理設(shè)計活塞環(huán)組、降低活塞環(huán)與缸套之間的摩擦損失、延長活塞環(huán)的使用壽命具有很大幫助。

目前潤滑油膜厚度的檢測方法有很多種，常見的包括：接觸電阻法、電容法、光干涉法、光纖傳感器法、電容分壓器法、超聲波法、阻容振蕩法、X射線法、激光衍射法等。這些方法各有其優(yōu)缺點，相信隨著研究的不斷深入，它們在內(nèi)燃機上將有良好的應用前景。

接觸電阻法是通過在缸套和活塞環(huán)中埋設(shè)電極，測量油膜的接觸電阻，利用油膜厚度與接觸電阻之間的關(guān)系來測量的，但由于在活塞環(huán)上埋設(shè)電極過于困難，電極絕緣也很難保證，另外，油膜所處的壓力溫度條件以及它所含的水分都能引起潤滑油膜電阻值較大的變化，這就增大了標定的困難。所以現(xiàn)在應用很少。

電容法是一種比較成熟的技術(shù)。其原理是通過測量兩物體之間的電容值來判斷油膜厚度。如果已知潤滑油的介電常數(shù)，根據(jù)油膜的電容值隨油膜厚度增加而降低的變化關(guān)系，可相當準確地計算出油膜厚度，但測出的只是平均膜厚，在部分膜狀態(tài)下該方法就失去了功效，且要求潤滑劑是非極性的。另外導線及周圍環(huán)境的分布電容往往很難準確估算，因而測量精度不高。極易發(fā)生缸套與活塞環(huán)的短路，特別是一旦活塞環(huán)發(fā)生傾斜，會造成電容的短路。

激光衍射法中激光傳感器系統(tǒng)具有高精度、快速、無接觸等優(yōu)點。其工作原理:通過變頻器程序的設(shè)定獲得所需的油膜狀態(tài)，使得缸套與活塞環(huán)間的油膜相對于固定在安裝座上的激光探頭往復運動；工控機中的軟件設(shè)定好采樣參數(shù)送到控制器，調(diào)節(jié)激光探頭的采樣速率和采樣頻率；激光探頭對油膜厚度進行采集并將其轉(zhuǎn)化為電信號送到采集器進行數(shù)據(jù)的前置處理；采集器對信號進行采樣、量化、編碼并最終送到計算機進行信號處理與分析。

電渦流法是目前潤滑油膜厚度測量實用方法之一。基本原理是當一個通高頻正弦交變電流的扁平線圈置于金屬導體附近時產(chǎn)生交變磁場，由于交變磁場的反作用，使產(chǎn)生磁場的通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。控制金屬導體材質(zhì)均勻和各向同性，當金屬導體的電導率、磁導率、尺寸因子、傳感器線圈的激勵電流強度和角頻率等5個參數(shù)恒定不變時，線圈的特征阻抗就成為傳感器探頭與金屬導體表面距離的單值函數(shù)。

實用新型內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一基于電渦流的柴油機缸套與活塞環(huán)之間油膜厚度檢測裝置。

本實用新型的技術(shù)方案：