СПОСОБ СИГНАЛИЗАЦИИ НАЛИЧИЯ СТРУЖКИ В МАСЛЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF CHIPS DETECTING IN OIL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам смазки механических устройств, например редукторов, в частности к устройствам для сигнализации о наличии металлических частиц в системе смазки главных вертолетных редукторов, и позволяет диагностировать начало разрушения деталей редуктора с заданной достоверностью, исключая ложные срабатывания, при появлении стружки в масле.
Известна магнитная пробка-сигнализатор (RU 2460006), состоящая из магнитного и немагнитного электродов, в зазоре между которыми скапливается металлическая магнитная стружка, замыкая электрическую цепь табло "Стружка в масле". Данный сигнализатор не исключает ложные срабатывания сигнализации в процессе приработки деталей агрегатов.
Известна магнитная пробка с функцией предварительной сигнализации (RU 2483221), включающая два магнитных электрода и промежуточный предпочтительно немагнитный электрод. Такая конструкция позволяет подавать предварительный сигнал о наличии стружки в масле, но не позволяет исключить ложные срабатывания из-за замыкания единичной волосовидной стружкой, возникшей в процессе приработки.
Известен магнитный сигнализатор стружки маслосистемы двигателя (SU 1719954), имеющий в своем составе два или более магнитных контактов, соединенных в последовательную электрическую цепь с сигнальным табло. Сигнализатор срабатывает только в случае замыкания стружкой всех магнитных контактов, исключая замыкание отдельных из них единичной волосовидной стружкой. При этом, несмотря на усложнение конструкции сигнализатора, не регистрируется интенсивность срабатывания магнитных контактов.
Известно техническое решение (RU 2312240) уменьшающее вероятность ложных срабатываний сигнализатора за счет использования температуры масла в качестве дополнительного диагностического признака повышающего достоверность сигнализации. Однако, инерционность значительного объема масла в маслосистеме не позволяет выявить своевременную корреляцию признаков на ранних стадиях разрушения деталей, т.к. период приработки связан с повышенным трением в узлах и, следовательно, повышенной температурой масла.
Наиболее близким принятым за прототип является техническое решение, реализованное в сигнализации стружки газотурбинного двигателя ТВ7-117СТ, в состав которой входят электромагнитный сигнализатор стружки и блок автоматического регулирования и контроля двигателя, формирующий сигнал "Стружка в масле" при трехкратном последовательном срабатывании в течение определенного временного интервала сигнализатора стружки. Недостаток данного решения обусловлен недостаточной надежностью устройства, не позволяющего из-за использования детерминированного подхода обработки сигналов отсекать ложные срабатывания сигнализатора стружки.
Целью изобретения является диагностирование начавшегося разрушения деталей редуктора с заданной достоверностью, исключая ложные срабатывания, не связанные с разрушением деталей. Технический результат состоит в упрощении конструкции и уменьшении вероятности ложного срабатывания системы сигнализации за счет использования недетерминированного подхода к анализу сигналов, поступающих от сигнализатора стружки.
Указанный технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому изобретению система сигнализации стружки в масле содержит табло "Стружка в сигнализаторе" и "Стружка в масле", электромагнитный сигнализатор стружки, блок автоматического регулирования и контроля с устройством анализа сигналов поступающих от электромагнитного сигнализатора стружки, связанный посредством каналов передачи сигналов с табло и электромагнитным сигнализатором стружки, причем устройство анализа сигналов осуществляет обработку по меньшей мере трех последовательно поступивших сигналов срабатывания электромагнитного сигнализатора стружки, формирование сигнала "Стружка в сигнализаторе" при первом срабатывании электромагнитного сигнализатора стружки и формирование сигнала «Стружка в масле» при не снятом с учета сигнале "Стружка в сигнализаторе" и снижении достоверности диагностирования до уровня Р<1-α, где α - заданная вероятность ложного срабатывания.
Функционирование предложенной системы сигнализации осуществляется следующим образом.
CM
i
При падении электрического сопротивления в электромагнитном сигнализаторе стружки (СС) ниже заданного значения R1, блок автоматического регулирования и контроля (БАРК) фиксирует это падение и снимает питание с электромагнита СС, сердечник СС размагничивается и стружка смывается потоком масла. После увеличения сопротивления в СС выше заданного значения R2 БАРК вновь подает питание на электромагнит СС. Если увеличение сопротивления СС до заданного значения R2 не происходит в течение заданного времени t, БАРК формирует сигнал "Стружка в сигнализаторе" и фиксирует момент времени t, в который произошло падение сопротивления СС. Если в заданном интервале времени Δt после формирования сигнала "Стружка в сигнализаторе" не происходит следующего падения сопротивления, то БАРК снимает этот сигнал с учета. Таким образом, исключаются ложные срабатывания СС:
- из-за замыкания контактов единичной волосовидной стружкой, которое устраняется смывом ее потоком масла при размагничивании сердечника СС;
- связанные с постоянной частотой срабатывания (нет нарастания скорости образования стружки).
1
2
3
Работу системы сигнализации с заданной вероятностью ложного срабатывания α рассмотрим на примере трех последовательных срабатываний электромагнитного СС в моменты времени t<t<t, между которыми питание с электромагнита СС на короткое время снимается, чтобы поток масла унес налипшие частицы, очистив контакты СС для следующего срабатывания.
Срабатывание СС происходит по мере накопления продуктов износа или разрушения деталей двигателя, что является относительно редким событием, характеризуемым пуассоновским потоком. В этом случае интервалы времени между событиями считаются распределенными по экспоненциальному закону. У аналогичных сигнализаторов стружки главных редукторов вертолетов имеется более обширная статистика срабатываний, при обработке которой экспоненциальный закон распределения идентифицирован достоверно.
В качестве критерия срабатывания устройства сигнализации стружки в масле выбрано отношение
Тогда распределение случайного критерия δ есть результат следующей теоремы.
1
2
3
1
2
3
Теорема. Пусть независимые случайные величины t, t, t распределены одинаково экспоненциально с плотностью  0≤t<∞ и параметром λ. И пусть составлен вариационный ряд t≤t≤t. Тогда плотность распределения отношения  имеет вид
1
2
3
Доказательство. Плотность совместного распределения упорядоченных случайных величин t≤t≤t выглядит следующим образом:
Введем в рассмотрение преобразования переменных
Обратные преобразования
Якобиан этого преобразования имеет вид
1
2
3
Тогда плотность совместного распределения случайных величин δ, δ, δ
2
3
1
После интегрирования по переменным δ, δ и перехода к переменной δ=δ плотность примет вид
Теорема доказана.
Нормированная функция распределения
6
Проверка формулы (8) проведена методом статистических испытаний при числе N=10.
На фиг. 1 приведен результат проверки на равномерность распределения случайной величины  который показывает, что достигнутый уровень значимости р=0,75 не дает оснований для того, чтобы отвергнуть гипотезу о равномерном распределении случайной величины R.
В свою очередь это означает, что также нет оснований для того, чтобы отвергнуть гипотезу о распределении случайной величины δ по закону с плотностью (7). Вид плотности (7) приведен на фиг. 2.
Распределение с плотностью (7) относится к классу степенных распределений, особенностью которого является независимость от параметра исходного распределения λ, что характеризует критерий δ для экспоненциального закона как непараметрический.
Степенное распределение используется для описания неравновесных систем, склонных при некоторых условиях к катастрофическому поведению. Это быстрые, с потерей устойчивости, многомерные, а значит плохо управляемые процессы.
Функция устройства анализа заключается в контроле выполнения неравенства Р≥1-α. Или с учетом (4) и (8)
6
Проверка выражения (9) осуществлена имитационным экспериментом при числе реализаций N=10.
В результате многократного повтора эксперимента установлено, что относительное отклонение числа имитационных ложных срабатываний от заданного уровня α не превышает 0,2%, что свидетельствует о статистической достоверности предложенной схемы срабатывания устройства сигнализации.
Имитационное моделирование осуществлено при числе испытаний N=5000. В результате нескольких итераций относительное отклонение числа формирований сигнала "Стружка в масле" от заданного уровня α в среднем составило 0,2%.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с заданной вероятностью ложного срабатывания α своевременно выдавать сигнал на табло сигнализации о наличии стружки. Выбор значения α производится, исходя из рекомендаций ГОСТ Р 51901.12-2007 при анализе видов и последствий отказов с помощью матрицы критичности.
Алгоритм работы устройства анализа представлен на фиг. 3.
1
2
3
Входными сигналами служат сигнал "Запуск", который запускает таймеры Т, Т, Т и сигналы, поступающие от срабатывающего сигнализатора стружки.
1
1
1
1
При первом срабатывании сигнализатора стружки на выходе счетчика-дешифратора формируется сигнал Х, который останавливает таймер Т и формирует сигнал "Стружка в сигнализаторе". Значение t с выхода таймера Т поступает на вход схемы сравнения.
2
2
2
При втором срабатывании сигнализатора стружки на выходе счетчика-дешифратора формируется сигнал Х, который останавливает таймер Т. Значение t с его выхода также поступает на вход схемы сравнения.
3
3
3
При третьем срабатывании сигнализатора стружки на выходе счетчика-дешифратора формируется сигнал X, который останавливает таймер Т. Значение t с его выхода также поступает на вход схемы сравнения.
В схеме сравнения проверяется вероятность появления стружки. При вероятности  и не снятом с учета сигнале "Стружка в сигнализаторе" формируется сигнал "Стружка в масле".