RU2765325C1 - Method for signaling the presence of chippings in oil and a device for its implementation - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering.SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering, namely to devices for signaling the presence of metal particles in the lubrication system of mechanical devices containing wear-prone parts. The chip-in-oil alarm system contains Chip-in-indicator and Chip-in-oil displays, an electromagnetic chip detector and an automatic adjustment and control unit connected via signal transmission channels to the displays and the electromagnetic chip detector, including a device for analyzing signals coming from the electromagnetic chip detector. The analysis device contains a counter, timer, adder and a unit for calculating the value of the gamma distribution function.EFFECT: when implementing the invention, a sequential analysis of an unfixed number of signals of the operation of an electromagnetic chip detector is provided in each diagnostic cycle.3 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

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.The invention relates to mechanical engineering, namely to signaling devices for the presence of metal particles in the lubrication system of mechanical devices containing parts subject to wear, and allows diagnosing the beginning of the destruction of these parts with a given reliability, excluding false alarms, when chips appear in the oil.

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.Known magnetic plug signaling device (RU 2460006), consisting of magnetic and non-magnetic electrodes, in the gap between which accumulates metal magnetic shavings, closing the electrical circuit of the scoreboard "Chips in oil". This signaling device does not exclude false alarms during the running-in of parts of the units.

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.A technical solution (RU 2312240) is known that reduces the likelihood of false alarms by using the oil temperature as an additional diagnostic feature that increases the reliability of the alarm. However, the inertia of a significant volume of oil in the oil system does not allow to reveal the timely correlation of signs in the early stages of the destruction of parts, because the running-in period is associated with increased friction in the nodes and, consequently, increased oil temperature.

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.The closest, adopted for the prototype, is a technical solution (EN 2727737), which processes three successively received signals from the operation of an electromagnetic chip detector (SS). The disadvantage of this solution is due to the fixed small number of observations (three) in the measurement cycle, on the basis of the processing of which a signal about the presence of chips in the oil is formed, the reliability of which converges in probability to a given value with an unlimited number of diagnostic cycles.

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.The aim of the invention is diagnosing the beginning of the destruction of engine parts with a given reliability, excluding false alarms not associated with the destruction of parts, in real time with a pre-fixed number of received electromagnetic SS actuation signals. The technical result consists in the implementation of a sequential analysis of the operation signals of the electromagnetic chip detector in each diagnosing cycle.

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.This technical result is achieved by the fact that, according to the invention, the signaling system for chips in oil contains a display "Chips in the signaling device" and "Chips in oil", an electromagnetic signaling device for chips, an automatic control and monitoring unit with a device for analyzing signals coming from an electromagnetic signaling device for chips, connected through signal transmission channels with a display and an electromagnetic chip detector. The signal analysis device processes sequentially received signals of the operation of the electromagnetic chip detector, generates the signal "Chips in the detector" at the first operation of the electromagnetic chip detector and generates the signal "Chips in oil" when the reliability of diagnosis decreases below a specified level as a result of the analysis of successive signals of the operation of the electromagnetic detector shavings.

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.We will consider the operation of the alarm system with a given false alarm probability α using the example of successive activations of the electromagnetic SS at times t ₁ <t ₂ <…<t _i <…, between which the power from the SS electromagnet is removed for a short time so that the oil flow carries away the adhering particles, cleaning the CC contacts for the next actuation. Observations continue until the criterion reaches the set value. In statistics, such a problem is the problem of detecting the moments of change in the stochastic properties of observed random sequences (disorder), in the implementation of which the decision about the presence of a discord is made after each observation.

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 ССThe operation of the SS occurs as wear products accumulate or destruction of engine parts, which is a relatively rare event characterized by Poisson flow. In this case, the time intervals between events are considered to be distributed according to the exponential law. Similar SSs of main gearboxes of helicopters have more extensive statistics of operations, during the processing of which the exponential distribution law is identified reliably. The difference between a false alarm and a true one (due to the actual destruction of parts) is

the value of the operating time before the operation of the SS compared with the true. This means that the average value (distribution parameter) of the false alarm time will be less than the average value of the true alarm by an average of 30%. Therefore, the task is to identify

(with the required reliability) the deviation of the parameter of the exponential law of the distribution of the alarm response time from the true one and the generation of a signal about the presence of chips in the oil. The parameter of the exponential distribution law is the average value of the SS response time

которое для данного числа n определяется суммой значений времени срабатываний. Поэтому в качестве критерия срабатывания устройства сигнализации стружки в масле выбрана суммаwhich for a given number n is determined by the sum of the response times. Therefore, the sum

Т=t₁+t₂+…+t_i+…,T \u003d t ₁ + t ₂ + ... + t _i + ...,

где t_i - последовательность независимых случайных срабатываний СС, распределенных по экспоненциальному закону с параметром β истинного срабатывания.where t _i is a sequence of independent random triggers of the SS, distributed according to an exponential law with the parameter β of the true trigger.

Распределение суммы n таких случайных величин подчинено закону гамма-распределения (такое распределение с целочисленным параметром формы n еще называют распределением Эрланга) с плотностьюThe distribution of the sum of n such random variables is subject to the gamma distribution law (such a distribution with an integer shape parameter n is also called the Erlang distribution) with density

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.In FIG. 1 shows the functions of the gamma distribution F(T, n) for a different number n of CC triggers. The reliability of the alarm P=1-F(T, n) is given by the probability of a false alarm α. The figure shows that one level α corresponds to different values of the criterion T, which also depend on the number of operations n SS.

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.The function of the analysis device is to check the condition F(T, n)<α after each operation of the SS and issue a signal "Chips in oil" if it is not met. At the same time, the value of the gamma distribution function F(T, n)=P{t≤T, n) is equal to the probability that, for a given shape parameter n, the random value of the sum will take on a value less than or equal to T. Therefore, further this probability (value distribution function) is compared with a given false positive probability 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.Thus, the proposed method allows, with a given probability of false alarm α, to respond in a timely manner to the appearance of chips in the oil. The choice of the value of α is made based on the recommendations of GOST R 51901.12-2007 when analyzing the types and consequences of failures using the criticality matrix.

Функциональная схема устройства анализа сигналов, реализующая алгоритм его работы представлена на фиг. 2.The functional diagram of the signal analysis device that implements the algorithm of its operation is shown in Fig. 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.The input signals are the signal "Start", which starts the timer, the value of the parameter β of the true operation, determined by the results of operation, and the signals coming from the operation of the SS.

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.The signal at the next operation of the SS stops the timer, enters the counter (number of operations) and generates the signal "Chips in the signaling device". The value t _i from the output of the timer is fed to the input of the adder. From its output, the value of the sum

enters the block for calculating the gamma distribution function according to the total response time of the SS, the second input of which receives the number n of SS responses from the counter. The value of the gamma distribution function F(T, n) from the output of this block is fed to the input of the comparison circuit, in which it is compared with a given false positive probability 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.If F(T, n)<α, then the timer T starts again and upon receipt of the next trigger signal SS, the process is repeated with the changed value of the sum

and the number of operations n.

Так продолжается до тех пор, когда в схеме сравнения выполнится условие F(T, n)≥α. При этом формируется сигнал "Стружка в масле".This continues until the condition F(T, n)≥α is satisfied in the comparison scheme. In this case, the signal "Chips in oil" is generated.

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.The adequacy of the method and the efficiency of the proposed functional diagram of the device were tested using a simulation model by conducting a computational experiment with the number of implementations N=10 ⁵ . The results are shown in table 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.It can be seen from the table that the greater the probability of a false operation, the more SS operations are required to make a reliable decision about the presence of chips in the oil as a result of the actual destruction of parts.

Claims (2)

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.1. A method for signaling chips in oil, which includes processing successively incoming signals of actuation of an electromagnetic chip detector, generating a “Chips in the detector” signal when the electromagnetic chip detector is first triggered, and generating a “Chips in oil” signal in the event that a parameter determined taking into account the specified operating conditions true response β for the current time T and the number n of responses of the electromagnetic signaling device, the value of the gamma distribution function reaches the specified value of the false alarm probability 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.2. A device for implementing the method according to claim 1, including a board "Chips in the signaling device" and "Chips in oil", an electromagnetic chip signaling device and an automatic control and monitoring unit connected via signal transmission channels with the display panel and the electromagnetic chip signaling device, including a signal analysis device coming from an electromagnetic chip detector, characterized in that the analysis device contains a counter, a timer, an adder and a block for calculating the value of the gamma distribution function.

Images