智能型磁性屑末檢測信號器

陽新元，吳紅美

（1.直升機傳動技術(shù)重點實驗室，湖南株洲 412002；2.中國航發(fā)湖南動力機械研究所，湖南株洲 412002）

0 引言

直升機傳動系統(tǒng)減速器內(nèi)傳動零件無論是正常磨損、加速磨損，還是初期破壞都涉及材料的遷徙，盡管它們在程度上是不同的。這些過程中產(chǎn)生的屑末，包含著磨損（或初期破壞）表面狀況的信息。因此，一般在滑油系統(tǒng)中設(shè)置磁性屑末檢測信號器用于監(jiān)測滑油中的金屬屑末，主要目的是通過監(jiān)測齒輪、軸承和其他部件的磨損或故障而進(jìn)入滑油中的各類磁性屑末及時監(jiān)測出破壞的形式，特別是短時會發(fā)生重大繼發(fā)性破壞的早期破壞形式。對于一般的磁性屑末檢測信號器，因正常磨損產(chǎn)生的屑末聚集也可能將信號器的氣隙短路，發(fā)出報警信號，而事實上并非故障信息。因此，如何更可靠、更準(zhǔn)確地檢測出故障信息成為磁性屑末檢測信號器未來設(shè)計的一種趨勢。

在國內(nèi)，中國航空動力機械研究所和中國航空工業(yè)第二集團(tuán)公司二四一廠研制了QCL-8 和QCL-9 型磁性屑末檢測信號器，成功應(yīng)用在“直11”直升機減速器上，其工作原理見圖1。這種磁性屑末檢測信號器工作可靠，因為正常磨損的屑末聚集和大顆粒屑末都可能引起磁性屑末檢測信號器報警，不能辨別非故障信息和故障信息，降低了故障監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

目前，國外已制造出智能型磁性屑末檢測信號器，與傳統(tǒng)的磁性屑末檢測信號器相比，具有以下特點：熔化微小磁性屑末，消除或剔除正常磨損屑末引發(fā)的非故障信息來源；系統(tǒng)具有電路快速檢查功能，可以判別內(nèi)部電路的狀態(tài)。下面介紹2 種在美國“黑鷹”直升機和意大利AB139 直升機上使用的智能型磁性屑末檢測信號器。

圖1 JS11 磁性屑末檢測信號器工作原理

1 “黑鷹”上的磁性屑末檢測信號器

根據(jù)有關(guān)資料，美國在20 世紀(jì)70年代中期就已經(jīng)在“黑鷹”直升機傳動系統(tǒng)上使用了智能型磁性屑末檢測信號器。該磁性屑末檢測信號器除了具有一般功能，信號器磁性檢測頭能吸附磁性屑末，將磁極間隙搭通，使磁性屑末檢測信號器接通電路，駕駛艙警告/提示面板上的金屬屑末報警燈亮；還具有燃燒微金屬粒子絨毛的功能，它能熔化微金屬粒子，防止它們聚集在磁極上接通金屬屑末報警燈。該磁性屑末檢測信號器還有一個常開的雙金屬溫度開關(guān)，當(dāng)滑油溫度達(dá)到140 ℃時，開關(guān)接通使微金屬粒子絨毛燃燒電容器經(jīng)內(nèi)部放電回路放電，這將防止當(dāng)滑油溫度高時在減速器內(nèi)擊穿。

“黑鷹”主減磁性屑末檢測信號器的工作原理圖見圖2。工作原理：當(dāng)在磁級間隙上聚集了很多微金屬粒子，形成絨毛，尚未接通電路，使磁極間隙減小到一定值時，電容器（C1，C2）、二極管（D）與金屬粒子絨毛組成放電回路，電容器放電產(chǎn)生瞬間強電流，使微金屬粒子熔化成較大顆粒。當(dāng)電容器放電完畢，通過L-C 回路再次對電容器充電。當(dāng)滑油溫度達(dá)到140℃時，溫度開關(guān)閉合，兩個電容器、二極管與溫度開關(guān)形成閉合回路，電容器放電，使微金屬粒子燃燒回路失效，這樣防止了當(dāng)滑油溫度高時在減速器內(nèi)擊穿。“黑鷹”中尾減磁性屑末檢測信號器的工作原理圖見圖3。工作原理與圖2 相似。

圖2 “黑鷹”主減速器磁性屑末檢測信號器工作原理

圖3 “黑鷹”中尾減速器磁性屑末檢測信號器工作原理

2 AB139 上的磁性屑末檢測信號器

意大利在AB139 直升機傳動系統(tǒng)上使用的智能型磁性屑末檢測系統(tǒng)原理見圖4。該系統(tǒng)由主減上部磁性屑末檢測信號器、主減油槽磁性屑末檢測信號器1、主減油槽磁性屑末檢測信號器2、中減磁性屑末檢測信號器、尾減磁性屑末檢測信號器，以及功率及控制組件組成。

圖4 AB139 直升機傳動系統(tǒng)磁性屑末檢測系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)除了具有一般功能，磁性屑末檢測信號器磁性檢測頭吸附磁性屑末，將磁極間隙搭通，使磁性屑末檢測信號器接通電路，駕駛艙警告/提示面板上的金屬屑末報警燈亮；還能熔化微小金屬屑末；還能檢測系統(tǒng)內(nèi)部電路的狀態(tài)，確定電路是斷開狀態(tài)（由電路故障引起），或是正常狀態(tài)。

系統(tǒng)熔化微小金屬屑末的工作原理：當(dāng)磁性屑末檢測信號器磁極間吸附有較多金屬屑末，無論是微金屬粒子絨毛或大顆粒屑末，都將使磁極間隙接通，報警指示燈亮，發(fā)出報警信息。此時，飛行員可按下配置在駕駛艙面板上的“熔化命令”按鈕，若磁極間是微金屬顆粒（直徑≤0.05 mm）絨毛，功率及控制組件放電，使絨毛熔化，報警指示燈滅，說明是非故障信息；若是大顆粒屑末（最小尺寸直徑＞0.13 mm），則不能熔化，報警指示燈仍亮，說明是真實故障信息。

檢測內(nèi)部電路的工作原理：飛行前，飛行員可按下配置在駕駛艙面板上的關(guān)于內(nèi)部電路檢測的按鈕，功率及控制組件通過在信號器上配置的30 kΩ 的內(nèi)部連續(xù)性試驗電阻檢測電路的狀態(tài)，并將檢測結(jié)果反饋至ARINC429 界面上的MAU。AB139磁性屑末檢測信號器的功能如下。

（1）監(jiān)測由于齒輪、軸承和其他部件的磨損或故障而進(jìn)入滑油中的各類磁性屑末以及時監(jiān)測破壞的形式，特別是短時會發(fā)生重大繼發(fā)性破壞的早期破壞形式。

（2）熔化微小金屬屑末顆粒。與功率及控制組件（裝在駕駛艙）配套，能熔化所有直徑≤0.05 mm 的金屬屑末，這個功能可判別和剔除因正常磨損屑末聚集而引起的報警，只有當(dāng)金屬屑末顆粒達(dá)到無法熔化的最小尺寸直徑0.13 mm 時，即出現(xiàn)非正常磨損或剝落時才發(fā)出真正的報警信號。

（3）內(nèi)部裝有一個30 kΩ 連續(xù)性試驗電阻，該電阻的用途是與功率及控制組件配套，檢測內(nèi)部電路的狀態(tài)，確定電路是否出現(xiàn)了斷路現(xiàn)象（由電路故障引起）。

3 磁性屑末檢測信號器的比較

3.1 非智能性磁性屑末檢測信號器

非智能型磁性屑末檢測信號器功能比較簡單，磁極間的金屬屑（不管是正常磨損的微金屬屑末還是大顆粒屑末）接通，金屬屑末報警燈亮。

3.2 智能性磁性屑末檢測信號器

智能型磁性屑末檢測信號器有“黑鷹”與“AB139”兩種形式，它們的不同之處總體有3 點。

（1）“黑鷹”每個磁性屑末檢測信號器具有獨立的微金屬粒子絨毛燃燒功能，該過程是自動的，在正常磨損產(chǎn)生的微金屬粒子絨毛使磁極間隙接通前被燃燒，金屬屑末報警燈不會亮，只有當(dāng)較大顆粒不能被燃燒時，金屬屑末報警燈才亮。AB139 磁性屑末檢測信號器只有與裝在駕駛艙的功率及控制組件配套使用時才具有此項功能，多個磁性屑末檢測信號器共用一個功率及控制組件，而且熔化微金屬粒子的功能需通過手動指令來實現(xiàn)，只有在飛行員按下“熔化”命令時，磁性屑末檢測信號器才熔化微金屬粒子。一般是在磁性屑末檢測信號器金屬屑末報警燈亮?xí)r，飛行員按下“熔化”命令，根據(jù)報警燈是否熄滅來判別報警的真?zhèn)巍?/p>

（2）“黑鷹”的磁性屑末檢測信號器帶有雙金屬的溫度開關(guān)，AB139 直升機的磁性屑末檢測信號器沒有此項裝置。

（3）AB139 的磁性屑末檢測信號器比“黑鷹”多一項功能，檢測內(nèi)部電路的狀態(tài)，內(nèi)部裝有一個30 kΩ 連續(xù)性試驗電阻，該動作的實現(xiàn)需與功率及控制組件配套。

綜上所述，“黑鷹”與AB139 的磁性屑末檢測信號器各有特點。“黑鷹”每個磁性屑末檢測信號器的微金屬粒子燃燒功能雖是自動的，但這就要求每個磁性屑末檢測信號器需配備有相關(guān)電路，顯然使得磁性屑末檢測信號器的重量增加。AB139磁性屑末檢測信號器雖微金屬粒子的熔化和內(nèi)部電路的檢測為手動的，且需與功率及控制組件配套使用，但它是飛機上所有的磁性屑末檢測信號器共用一個功率及控制組件，這就減輕了每個磁性屑末檢測信號器的重量，因此，不能簡單的判斷哪種磁性屑末檢測信號器更先進(jìn)，可以根據(jù)實際情況進(jìn)行選取并研制。