Разработать датчик момента на роторе. Есть предложения?

[СКАЗОЧНИК]

Для меня это больше философский вопрос, однако интересно послушать, может есть у кого интересные идейные решения?

1.1 Датчик момента на роторе предназначен для измерения реактивного момента стола ротора или передаточных механизмов(редуктора) .
1.2 Технические характеристики .
Диапазон измерения ………………………..0 – 50 кН(5 Тс).
Разрешающая способность не хуже ……………1кН*м(100кГс*м) .
Напряжение питания …………………………….12 В
Выходной сигнал …………………………….0 – 8 В
Диапазон рабочих температур град. С……-40 -- +50

Измерение крутящего момента основано на измерении реактивного момента стола ротора с помощью датчика силы растяжения.
Одной стороной датчик крепиться к неподвижной конструкции буровой установки , другой стороной к столу ротора. Натягивается и реагирует на подклинки бурового инструмента.
Используемые на данный момент датчки неэффективны... Тяжелые, не точные, сложны в установке и настройке (колибровке)...

ЦЕЛЬ: Создать датчик с максимально простым идейным решением (можно на МК), маленький и удобный в эксплуатации, который колибруется при изготовлении и при установке не требует колибровки.

МОИ МЫСЛИ: Датчик общим весом до 100 г. на магнитной подошве, клеится прямо к столу ротора. НИчего натягивать не надо. Работает на основе датчиков ускорения. Колибруется при изготовлении. И максимально дешевый в исполнении.

ЗАГВОЗДКИ=)): Как использовать датчики ускорения для корректной работы датчика только в одну сторону движения стола ротора (когда идет подклинка)?
Как колибровать в процессе изготовления, чтобы на производстве не требовался динамометрический ключ или динамометр как таковой???
Как лучше крепить к столу ротора, чтобы легко снимался в случае ремонта самого ротора? (должен надежно стоять и точно передавать значение момента.).

ДОПОЛНЕНИЯ: Условия работы жесткие. Сибирские морозы и жара, повышенная влажность (проливы бурового раствора), возможны падения тяжелых предметов (ключи гаечные, сухари АКБ и т.д.), ну и постоянная вибрация стола ротора.

МОНИТОРИНГ: Результат должен выдавать в диапазоне вышеуказанных напряжений для АЦП на МК АТТини2313, с которого выводится на комп и монитор в виде кривой графика, как на осциллографе. Начали вращать ротором - пошел "шумок" от датчика момента, произошла подклинка - на графике появляется "пики" этих подклинок с амплитудой подклинки.

[Brigadir]

Сколько стОит разработка? 150 000 р осилите? Через месяц сделаю макет.

[СКАЗОЧНИК]

Ну, и если будет реальный интересный способ реализации, конечно, можно будет исполнить в "металле" и пустить в эксплуатацию.
Сам я с датчиками ускорения ниразу не работал. Возможны и другие спопобы решения проблемы. Все принимается к рассмотрению.

[Brigadir]

Чтобы сделать в металле - бабки нужны и немалые. Думайте. Прежде такие вещи НИИ разрабатывали(там целый коллектив трудился) Думайте.

[СКАЗОЧНИК]

Хорошее предложение! Главное оперативно и быстро. =)))
Если бы кто мог заплатить, я бы уже сам изучил как все работатет и забабахал, чтобы денег заработать...
За предложение, тем не менее спасибо. =)
Просто я сам работаю на станции ГТИ и приходится пользоваться датчиками с тензоэлементами... Вот они и показали свою неэффективность... Решил облегчить свой труд... Но, из-за отсутствия фундаментальных знаний, не могу сообразить, как труд то этот облегчить.. Датчик, который стоит сейчас, показывает все, что угодно, даже погоду в космосе, но не момент... Мне это дело надоело. ВОт и пришла такая идея...
Раньше делал простые датчики на основе герконов и датчиков Холла, но это не для момента... Вот и до него добираюсь.

ИТОГО: Извините, но платить нечем... Фирма не раскошелится... Очень жаль...

[Brigadir]

А может Вам просто погуглить "Датчик момента сил" в Инете? Есть и готовые конструкции. Маломощные? Так и законы Архимеда пока не отменили....
А может Вам не измерять, а для защиты механизма от аварии? Тогда делается куда проще: превышение некой величины угловой силы просто отключает привод. (пружина + концевик).

[СКАЗОЧНИК]

Смотрел в Инете. =)) ТАм предлагают такие же датчики для буравиков, какие и используем мы...
По поводу концевиков.. =) Надо именно мониторить амплитуды, даже, если будет поломка техники или инструмента. Просто графики пишутся на диск в реальном времени, архивы потом сдаются заказчику. Естественно, кроме момента пишется еще куча других параметров, а точнее, практически все параметры бурения, какие можно придумать.
Конечно, еще по Гуглю по нету. Интерес у меня все равно остается. =)
Спасибо вам за внимание к моей теме!

[Brigadir]

Пожалуйста. Просто такие проблемы решаются не на сайтах, а конкретно заказываются той фирме, которая с такими вещами работает. \ Здесь можно спросить как сделать елочную гирлянду к Новогодней елке, ну и ещё чего по мелочи. Но не про буровые дела. За пару бочек бензина любая фирма Вам разработает то, что Вы просите.
А впрочем - зачем? Землю сверлят и Норвежцы и Американы....купите готовое!
(кстати: про 150 тыщ - я пошутил. ). Спокойной ночи.

[СКАЗОЧНИК]

Спокойной ночи. =)
Как сделать елочную гирлянду я знаю.
Значит не зря я собрался получать образование по промышленной электронике. Должно пригодиться. =)
Все равно интересно использование в таком делел датчиков ускорения. Маленькая микросхемка, думаю может решить мою задачу. И параллельную задачу как повышение по карьерной лестнице на моей службе за инженерное идейное дешевое решение.
Буду пробовать работать с ними, благо, есть возоможность и разрабатывать и тестировать "прямо на производстве". Если система покажет свою эффективность, можно внедрить в это же производство, еще и денег заработать. Посмотрим.

[tom1101]

А может применить торсионы? Ну эти, из торсионных полей. В подвесках работают неплохо, сила измеряется просто.

[СКАЗОЧНИК]

А подробнее??? Это чего такое? Торсионы....
Какое максимальное усилие может измерять?

[tom1101]

А подробнее??? Это чего такое? Торсионы....
Какое максимальное усилие может измерять?

Торсион - это вал со специальной термообработкой. Википедия обьяснит подробнее.
Усилие - хоть гигатонны, зависит целиком от диаметра и жесткости вала. Но чем больше вал, тем труднее его обработать. По крайней мере на автомобилях они держат порядка тонны.

[СКАЗОЧНИК]

А как же габориты маленькой коробочки??? И вес порядка 100-200 граммов???

[Brigadir]

Торсион - это вал, который пружинит, когда его скручивают. (делают из пружинных марок стали).
Устройство простое - как лом. Смотрите вложение.
Привод(мотор редуктор) крутит через этот вал буровую трубу. Труба упирается и вал немного пружинит на скручивание. между поводками на хомутах установлен тензодатчик, который измеряет микронные сдвиги скручивания этого вала. Здесь легко практически герметично укрыть сам датчик от внешнего воздействия - грязь, глина, нефть.удары - толстым резиновым кожухом.
Первое , что мне вчера в голову пришло - именно эта торсионная конструкция, но Том меня опередил. Но, собственно здесь ничего другого и не применишь в дикой грязи буровой установки. Такая конструкция позволяет передавать огромные усилия от привода с микронными смещениями скручмваемого вала и почти полным отсутствием внешнего воздействия на датчик. Габариты устройства - минимальны. Кожух: резиновый чулок заполненый внутри герметиком.

[As]

А теперь небольшая доработка: на торсион одеваем трубу, один конец её жёстко соединяем с концом торсиона, на другом конце ставим зубчатый диск, такой же устанавливаем на торсионе (рядом с подвижным), сквозь зубья можно светить светодиодом, тогда фотодатчик на другой стороне выдаст ШИМ импульсы, средняя величина которых будет пропорциональна моменту... Или, ставим у каждого зубчатого диска по магнитному датчику (аналогично ДПКВ двигателя внутреннего сгорания), и сравниваем по фазе сигналы с двух датчиков... Для обработки сигнала удобно использовать микропроцессор, тогда легко учесть нелинейности и ввести необходимые поправки...

[СКАЗОЧНИК]

Благодарю, что объяснили, что такое торсион. =)) Действительно довольно простая штуковина.

И про ШИМ... Это тоже идея! =)
У меня стоит датчик Холла на приводе ротора. Он измеряет число оборотов ротора... На шестеренке прилеплен магнит, всего один.
Так если прилепить побольше магнитов, переколибровать датчик на ротор, чтобы считал обороты, он же одновременно может считать и подклинки??? Т.е. когда подклинка идет, цепь привода ротора от ротора к приводу, попытается этот привод остановить (затормозить), что вызовет запаздывание вращения и очередной магнит пройдет через датчик позже обычного... Чем не ШИМ!!!???
Единственный момент... Магнитов надо достаточно много и выставлять их нужно на точном расстоянии друг от друга...
Второй момент, насколько быстро передается момент подклинки через редуктор (две цепи с шестеренками) до самого привода???? Сам привод ротора вращается от дизельного двигателя...

[Brigadir]

Сказочник - зачем Вам много магнитов, когда на валу шестерня? Магнит один, а зуб шестерни замыкает магнитное поле(промежуток между зубами - размыкает поле). Таким образом снимается сигнал для таходатчика у каждого современного автомобиля с маховика коленвала(датчик индуктивного типа).
Всё уже давно придумано до нас, надо только почаще читать и вникать.
Подклинивание(резкое торможение) лучше контроллировать на торсионе(как я выше выложил). Таходатчик может и пропустить мелкие подклинивания. А тензодатчик на торсионе может исключить аварию, путем быстрого реагирование на резкое превышение максимального момента на валу. (исполнительный механизм - электромагнитная муфта на валу). Муфта обязательна - дизельный мотор, редуктор - имеют большую инерцию и пока всё это остановиться = долото размолотит в куски.
А впрочем я не уговариваю - решать Вам!

[Upgrader]

Торсион (с датчиком) или аналогичного типа другие виды конструкций - по моему ну просто идеал. Надо развивать тему, рассчитать его параметры и соответственно габариты, с учетом выбора оптимального датчика. Не думаю что дорого будет изготовить экземпляр для практических испытаний...

[tom1101]

Вообще-то торсионы - довольно дорогое удовольствие. Особенно большие или длинные. Так что разузнай про них - может и накладно будет.
Но 5 тонн - это нормально, диаметр не такой всего несколько сантиметров.

Что касается датчика - важны мгновенные значения усилий на валу? Они кому уходят - ученым? Или просто, для техконтроля?
Если ученым, то разного рода шимы не катят - слишком низкое разрешение (имеется в виду - по оси времени). Нужно что-нибудь более аналоговое.

Еще такой момент: измеряется усилие на выходе редуктора, т.е. уже рабочее. А что, если измерять на входе? Частота вращения выше (шим тут выдаст гораздо большее разрешение), усилия меньше (можно воткнуть маленький, более дешевый, торсион), конструкция наверняка уже укрыта и защищена, единственный минус - будет работать только под нагрузкой (люфты сьедят всю точность показаний в моменты старт/стопа).

[СКАЗОЧНИК]

Да, важны мгновенные значения. Выводятся они все равно через АЦП и комп... Усилия сейчас измеряются непосредственно на столе ротора, а не на редукторах... или приводе... Используются тензометрические датчики на изгиб (трос изгибается от натяжения, а на нем датчик) и на растяжения (второй тип датчиков).
Буду думать. =)