在线铁谱仪磁场的优化设计
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润滑与密封
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!基金项目!国家自然科学基金项目!=>>>"&B""#创新群体研究资助计划!#""!$?"!"6收稿日期!!""#A "&A $?
作者简介!吕晓军!$>#%$"%男%博士%1C D ;:<& 吕晓军$I 郑南宁$I 刘跃虎$I 谢友柏! !$@西安交通大学电子与信息工程学院I 陕西西安B$""&>#!@西安交通大学机械工程学院I 陕西西安B$""&>""""" " 摘要!提出了一种适用于在线铁谱仪磁场的优化设计方法(首先建立结合永磁体与电磁铁的混合磁铁模式%然后设 计一种以磨粒所受磁力为依据的衡量磁场性能的目标函数%再采用改进遗传算法和有限元方法对混合磁铁进行了优化设计(以优化结果为依据研制了混合磁铁%并进行了实验测试(结果表明%与磁感应强度相比%所提出的目标函数更适合判断铁谱仪磁场的性能#混合磁铁满足在线铁谱仪的功能要求%体积只有电磁铁的$g ?( 关键词!遗传算法#有限元#磁场#在线铁谱仪#优化设计 中图分类号!.J $$B6$I 文献标识码!-I 文章编号!"!=&A "$="!!""#"""""" $!A ""#A &E )51F 12&51,*(#017*-,46&7*#51%81#’+,-&*E */’1*#8#44,74&)"= !71")%8#&$I /-+&’9)&&"&’$I !"#0#+-#$I 1 "+0%#:)"! !$@U5F77<7P 1<45G 97L:58;LQ +LP 79D ;G :7L 1LM :L449:LM %R :-;L T :;7G 7LM (L:N 498:G O %R :-;L UF;;LV :B$""&>%,F:L; #!@U5F77<7P K 45F;L:5;<1LM :L449:LM %R :-;L T :;7G 7LM (L:N 498:G O %R :-;L UF;;LV :B$""&>%,F:L; ":;054&%5&-L 7WG :D :S ;G :7L D 4G F7Q P 79D ;M L4G :5P :4 7L G F4X 4;9W;9G :5<4X ;8Q48:M L4Q G 7d EQM 4G F4W49P 79D ;L547P G F4D :V 4Q D ;M L4G %G F4L G F47WG :D ED Q:D 4L8:7L 7P D :V 4Q D ;M L4G X 4947YG ;:L4Q YO :LG 4M 9;G :LM G F4P :L:G 44<4D 4LG D 4G F7Q ;LQ :D W97N 4Q M 4L4G :5; Q4N :84Q ;5579Q:LM G 7G F47WG :D ;<948E W784Q 7Yd 45G :N 4P EL5G :7L E84Q P 794N ; G 8Q:D 4L8:7L :87L 器失效的主要原因)$A !*(在线铁谱技术能通过润滑油中的铁磁性磨粒监测机器磨损的状态%其磁场以前由电磁铁产生%并以最大磁感应强度及其梯度为标准来衡量)?*(理论研究结果表明%上述标准具有局限性)&*(为了显著减小磁铁装置的体积%本文作者将先提出一种结合永磁体与电磁铁的混合磁铁结构%并以磨粒所受磁力为依据定义目标函数%再结合有限元方法和改进遗传算法对混合磁铁进行优化设计($I 混合磁铁的工作原理 在线铁谱仪工作时%混合磁铁!如图$所示"的激磁线圈先正向通电产生强磁场%将润滑油中的铁磁性磨粒沉积在流道内#接着%激磁线圈断电%磨粒在永磁体产生的磁场作用下保持沉积位置不变%以便采用图像传感器检测形貌#然后%激磁线圈反向通电%其磁通势与永磁体大小相等’方向相反%以使流道内的磁场消失%沉积磨粒能被油样冲刷干净(由此 可见%在线铁谱仪存在沉积磨粒’保持磨粒和冲刷磨 粒?种工况( 图$I 混合磁铁的基本结构 若不考虑漏磁通和导磁材料的磁阻%混合磁铁的等效磁路如图!所示(图中%)Q 和)W 分别表示激磁线圈和 永磁体的磁势%*M ’*;和*W 分别表示工作气隙’永磁体 和辅助气隙的等效磁阻( 图!I 混合磁铁的等效磁路 万方数据