Способ сигнализации наличия стружки в масле и устройство для его реализации

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для сигнализации о наличии металлических частиц в системе смазки механических устройств, содержащих подверженные износу детали. Система сигнализации стружки в масле содержит табло "Стружка в сигнализаторе" и "Стружка в масле", электромагнитный сигнализатор стружки и связанный посредством каналов передачи сигналов с табло и электромагнитным сигнализатором стружки блок автоматического регулирования и контроля, включающий устройство анализа сигналов, поступающих от электромагнитного сигнализатора стружки. Устройство анализа содержит счетчик, таймер, сумматор и блок расчета значения функции гамма-распределения. При реализации изобретения обеспечивается последовательный анализ нефиксированного числа сигналов срабатывания электромагнитного сигнализатора стружки в каждом цикле диагностирования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам сигнализации о наличии металлических частиц в системе смазки механических устройств, содержащих подверженные износу детали, и позволяет диагностировать начало разрушения этих деталей 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.

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 (RU 2727737), которое осуществляет обработку трех последовательно поступивших сигналов срабатывания электромагнитного сигнализатора стружки (СС). Недостаток данного решения обусловлен фиксированным малым числом наблюдений (три) в цикле измерений, на основе обработки которых формируется сигнал о наличии стружки в масле, достоверность которого сходится по вероятности к заданному значению при неограниченном числе циклов диагностирования.

Целью изобретения является диагностирование начавшегося разрушения деталей двигателя с заданной достоверностью, исключая ложные срабатывания, не связанные с разрушением деталей, в режиме реального времени при нефиксированном заранее числе поступивших сигналов срабатывания электромагнитного СС. Технический результат состоит в реализации последовательного анализа сигналов срабатывания электромагнитного сигнализатора стружки в каждом цикле диагностирования.

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. Устройство анализа сигналов осуществляет обработку последовательно поступающих сигналов срабатывания электромагнитного сигнализатора стружки, формирование сигнала "Стружка в сигнализаторе" при первом срабатывании электромагнитного сигнализатора стружки и формирование сигнала «Стружка в масле» при снижении достоверности диагностирования ниже заданного уровня в результате анализа последовательно следующих сигналов срабатывания электромагнитного сигнализатора стружки.

Работу системы сигнализации с заданной вероятностью ложного срабатывания α рассмотрим на примере последовательных срабатываний электромагнитного СС в моменты времени t₁<t₂<…<t_i<…, между которыми питание с электромагнита СС на короткое время снимается, чтобы поток масла унес налипшие частицы, очистив контакты СС для следующего срабатывания. Наблюдения продолжаются до тех пор, когда критерий примет установленное значение. В статистике такая задача является задачей обнаружения моментов изменения стохастических свойств наблюдаемых случайных последовательностей (разладки), при реализации которых решение о наличии разладки принимается после каждого наблюдения.

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 СС главных редукторов вертолетов имеется более обширная статистика срабатываний, при обработке которой экспоненциальный закон распределения идентифицирован достоверно. Отличие ложного срабатывания от истинного (из-за действительного разрушения деталей) состоит в значении наработки до срабатывания СС по сравнению с истинным. Значит и среднее значение (параметр распределения) времени ложного срабатывания будет меньше среднего значения истинного срабатывания в среднем на 30%. Следовательно, задача заключается в выявлении (с требуемой достоверностью) отклонения параметра экспоненциального закона распределения времени срабатывания сигнализатора от истинного и выработки сигнала о наличии стружки в масле. Параметром экспоненциального закона распределения является среднее значение времени срабатывания СС

которое для данного числа n определяется суммой значений времени срабатываний. Поэтому в качестве критерия срабатывания устройства сигнализации стружки в масле выбрана сумма

Т=t₁+t₂+…+t_i+…,

где t_i - последовательность независимых случайных срабатываний СС, распределенных по экспоненциальному закону с параметром β истинного срабатывания.

Распределение суммы n таких случайных величин подчинено закону гамма-распределения (такое распределение с целочисленным параметром формы n еще называют распределением Эрланга) с плотностью

На фиг. 1 приведены функции гамма-распределения F(T, n) для различного числа n срабатываний СС. Достоверность срабатывания сигнализации Р=1-F(T, n) задается вероятностью ложного срабатывания α. Из рисунка видно, что одному уровню α соответствуют разные значения критерия Т, которые также зависят от числа срабатываний n СС.

Функция устройства анализа заключается в проверке условия F(T, n)<α после каждого срабатывания СС и выдаче сигнала "Стружка в масле" при его невыполнении. При этом, значение функции гамма-распределения F(T, n)=P{t≤Т, n) равно вероятности того, что при заданном параметре формы n случайная величина суммы примет значение, меньшее или равное Т. Поэтому далее эта вероятность (значение функции распределения) сравнивается с заданной вероятностью ложного срабатывания α.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет с заданной вероятностью ложного срабатывания α своевременно реагировать на появление стружки в масле. Выбор значения α производится, исходя из рекомендаций ГОСТ Р 51901.12-2007 при анализе видов и последствий отказов с помощью матрицы критичности.

Функциональная схема устройства анализа сигналов, реализующая алгоритм его работы представлена на фиг. 2.

Входными сигналами служат сигнал "Запуск", который запускает тай-мер, величина параметра β истинного срабатывания, определяемого по результатам эксплуатации, и сигналы, поступающие от срабатывания СС.

Сигнал при очередном срабатывании СС останавливает таймер, поступает на вход счетчика (числа срабатываний) и формирует сигнал "Стружка в сигнализаторе". Значение t_i с выхода таймера поступает на вход сумматора. С его выхода значение суммы поступает в блок вычисления функции гамма-распределения по суммарному времени срабатывания СС, на второй вход которого поступает число n срабатываний СС из счетчика. Значение функции гамма-распределения F(T, n) с выхода данного блока поступает на вход схемы сравнения, в которой оно сравнивается с заданной вероятностью ложного срабатывания α.

Если F(T, n)<α, то таймер Т запускается снова и при поступлении очередного сигнала срабатывания СС процесс повторяется с изменившимся значением суммы и числа срабатываний n.

Так продолжается до тех пор, когда в схеме сравнения выполнится условие F(T, n)≥α. При этом формируется сигнал "Стружка в масле".

Адекватность способа и работоспособность предлагаемой функциональной схемы устройства проверены с помощью имитационной модели путем проведения вычислительного эксперимента с числом реализаций N=10⁵. Результаты приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что чем больше вероятность ложного срабатывания, тем больше необходимо срабатываний СС для принятия достоверного решения о наличии стружки в масле в результате действительного разрушения деталей.

1. Способ сигнализации стружки в масле, включающий обработку последовательно поступающих сигналов срабатывания электромагнитного сигнализатора стружки, формирование сигнала "Стружка в сигнализаторе" при первом срабатывании электромагнитного сигнализатора стружки и формирование сигнала «Стружка в масле» в случае, если определенное с учетом заданного условиями эксплуатации параметра истинного срабатывания β для текущих времени T и числа n срабатываний электромагнитного сигнализатора значение функции гамма-распределения достигает заданного значения вероятности ложного срабатывания α.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, включающее табло "Стружка в сигнализаторе" и "Стружка в масле", электромагнитный сигнализатор стружки и связанный посредством каналов передачи сигналов с табло и электромагнитным сигнализатором стружки блок автоматического регулирования и контроля, включающий устройство анализа сигналов, поступающих от электромагнитного сигнализатора стружки, отличающееся тем, что устройство анализа содержит счетчик, таймер, сумматор и блок расчета значения функции гамма-распределения.