DD218952A1 - Verfahren zur bestimmung des verdichtungsabbruchs bei vibrationsverdichtungsmaschinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verdichtungsabbruchs bei Vibrationsverdichtungsmaschinen mit mindestens einer sich drehenden Unwucht, beispielsweise bei Vibrationswalzen, wobei der Verdichtungsgrad des Verdichtungsgegenstandes als Kriterium fuer den Verdichtungsabbruch verwendet und ueber an der Vibrationsverdichtungsmaschine messbare Groessen ermittelt wird. Ziel ist ein Verfahren, das bei geringem Aufwand einfach handhabbar und ohne Einschraenkungen anwendbar ist. Hierzu soll der Abbruchzeitpunkt in Abhaengigkeit vom Verdichtungsgrad der Gesamtschuettung mit verhaeltnismaessig einfachen Mitteln bestimmbar sein und somit eine Minimierung der Anzahl der Uebergaenge erreicht werden. Erfindungsgemaess wird waehrend jedes einzelnen Ueberganges staendig ein maximaler vertikaler Walzkoerperschwingweg eingestellt und ausserdem mindestens ein Parameter von dem bzw. den in Schwingung befindlichen Teilen erfasst. Dieser bzw. diese Parameter dienen als Mass fuer den Verdichtungsgrad und werden in einer Auswerteeinrichtung in geeigneter Weise aufbereitet. Fig. 2

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Bestimmung des Herdichtungsabbruchs bei Vibrationsverdichtungsinaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verdichtungsabbruchs bei Vibrationsverdichtungsmaschinen mit mindestens einer sich drehenden Unwucht, beispielsweise bei Vibrationswalzen, wobei der Verdichtungsgrad des Verdichtungsgegenstandes als Kriterium für den Verdichtungsabbruch verwendet und über an der Vibrationsverdichtungsmaschine meßbare Größen ermittelt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ss sind bereits Verfahren zur Bestimmung des Verdichtungsabbruchs bei VibrationsVerdichtungsmaschinen bekannt, bei denen eine an der Vibrationsverdichtungsmaschine unmittelbar meßbare, vom jeweiligen Verdichtungsgrad des Bodens abhängige Größe zur Beurteilung des Verdichtungsvorganges, beispielsweise zur Bestimmung des Abbruchzeitpunktes der Verdichtung verwendet wird. Als meßbare Größen werden zum Beispiel die Vibrationsleistung, der Hydraulikdruck, die Setzung des verdichteten Bodens an seiner Oberfläche, die Änderung der eben genannten Größen oder aueh die Änderung der Antriebsleistung herangezogen. Die ermittelten Größen sollen auch über einen Regelkreis auf die Amplitude bzw. Frequenz der schwingenden Massen im Sinne einer Maximierung der Vibrationsleistung oder Setzung einwirken (DS-OS 2 554 013).

Die Nachteile dieser Erfindung bestehen in ihrer teilweise unzuverlässigen Bestimmung des Abbruchzeitpunktes und in einem relativ großen Aufwand bei der Ermittlung der vom jeweiligen Bodenzustand abhängigen Größen. Umfangreiche experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß sich der Yibratorleistungsbedarf mit steigender Vibratorfrequenz erhöht. Somit hat eine Mazimlerung der Vibratorleistung immer die Höchstfrequenz des Vibrators zur Folge. Beispielsweise tritt aber bei Vibrationswalzen mit Auflastverhalten bei dieser Frequenz nicht zwangsläufig die mazimal erreichbare Verdichtungswirkung ein. Der Anteil der Vibratorleistung, der aus der Frequenzerhöhung resultiert, muß eliminiert werden. Die Eliminierung dieses Eeistungsanteils soll über einen installierten Rechner bzw. durch Störgrößenaufschaltung erfolgen. Das ist mit einem zusätzlichen Aufwand verbunden.

Einer Verwendung des unmittelbar meßbaren Hydraulikdruckes als Steuergröße steht ebenfalls dessen starke Abhängigkeit von der Vibratordrehzahl entgegen. Ein fraktioneller Zusammenhang mit dem Verdichtungszustand des Erdstoffes kann nur durch Kompensation des Einflusses der Vibratordrehzahl auf die Vibratorantriebsleistung beispielsweise mit Hilfe eines Rechners oder einer¹ Störgrößenaufschaltung hergestellt werden.

Wird die Setzung als Maß für den Grad der Verdichtung verwendet, sind zu ihrer Messung aufwendige Einrichtungen erforderlich. Außerdem ist bei einachsigen Vibrationswalzen eine Ermittlung der Erdstoffhöhe vor und nach dem Verdichtungsvorgang mittels des o.g. Verfahrens nicht möglich. Ferner ,treten bei Setzungsmessungen über in Fahrtrichtung hintereinanderliegenden Walzen infolge von Unebenheiten der Schüttung Meßfehler auf, die das Ergebnis verfälschen. Diese Fehler sind nur unter Inkaufnahme eines sehr hohen meßtechnischeri und maschinentechnischen Aufwandes, wie ihn die in der DE-OS 2 052 745 angegebene Verfahrensweise zur Messung der Setzung erfordert, zu vermeiden. Unter Baustellenbedingungen ist diese Methode infolge stark eingeschränkt er

Manövrierfähigkeit der Maschinen kaum anwendbar. Weiterhin ist es nicht möglich, diese Methode für einachsige Vibrationswalzen zu verwenden.

Bekanntermaßen erfolgt durch die Einwirkung von Vibrations-Verdichtungsmaschinen, speziell von Vibrationswalzen, auf nichtbindige Erdstoffe nur eine geringfügige Verdichtung, teilweise sogar eine Auflockerung der obersten Erdstoffschicht, während die darunterliegenden mittleren Erdstoffbereiche eine starke Verdichtung erfahren. Diese Auflockerung tritt nicht erst bei zusätzlichen Übergängen, d.h. nachdem ; der geforderte Verdichtungsgrad bereits erreicht worden ist, ein, sondern beginnt bei einachsigen Vibrationswalzen in Abhängigkeit von den eingestellten Maschinenparametern und der konstruktiven Auslegung früher. Vergleicht man nach einer gewissen Anzahl von Übergängen ζ. B. den Nulldurchgang des schwingenden Walzkörpers mit der Lage eines zweiten, den Erdstoff überrollenden statischen Teils, erkennt man, daß trotz weiterer Verdichtung mittlerer und tieferer Schichten infolge der Auflockerung der Oberflächenschicht kein Setzungsgewinn mehr angezeigt wird, obwohl häufig zu diesem Zeitpunkt der geforderte Verdichtungsgrad der Schüttung noch nicht erreicht ist. Eine relative Oberflächensetzung, gemessen zwischen zwei. Walzteilen, ist also in bestimmten Fällen nicht aussagekräftig für die Gesamtsetζung oder für die Setzung mittlerer bis tieferer Erdstoffschichten.

Es ist zu erkennen, daß die in der beschriebenen Lösung genannten Abbruchkriterien nicht in jedem Pail den zum Abbruchzeitpunkt tatsächlich vorhandenen Verdichtungsgrad der Gesamtschüttung charakterisieren. Somit ist es auch kaum bzw. nur mit einem sehr großen Aufwand möglich, die Anzahl der Übergänge zu minimieren bzw. pro Übergang eine' maximale Verdichtungswirkung zu erreichen.

Es sind weiterhin Verfahren bekannt, mit denen in Abhängigkeit von der Srdstoffart,eine maximale Verdichtungswirkung erzielt werden soll (DE-OS 2 820 026). Hierbei wird die Vibratorfrequenz über den Phasenwinkel zwischen Fliehkraft

.· 4

und dem vertikalen Walzkörperschwingweg bzw. der Schwinggeschwindigkeit geregelt, wobei ein bestimmter Phasenwinkel . immer einen maximalen vertikalen'Walzkörperschwingweg zur Folge hat. Der Hachteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie keine Möglichkeit zur Beurteilung des Verdichtungsgrades bietet. Damit ist eine Bestimmung des Abbruchs der Verdichtung nicht gegeben. Die Unkenntnis des Abbruchzeitρunktes kann zu vielfältigen Fehlern führen. Werden zu wenige Übergänge gefahren, d.h. wird die Verdichtung zu früh abgebrochen,, ist der erforderliche Grad der Bodenverdichtung nicht gewährleistet. Es kommt zu unzulässig hohen HachSetzungen, Rissen ' oder Unebenheiten beispielsweise in einer Fahrbahn. Andererseits kann es zu einer Auflockerung des bereits verdichteten Bodens infolge zu,häufiger Übergänge kommenw. Außerdem sinkt die Arbeitsproduktivität und die Betriebskosten steigen bei unnötig hoher Anzahl von Übergängen erheblich an. Eine Kombination dieser bekannten Phasenwinkelregelung mit dem o.g. Verfahren zur Bestimmung des Abbruchzeitpunktes (DB-OS 2 554 013) ist abgesehen von.den den Meßprinzipien eigenen Fehlern und dem teilweise erheblichen Meßaufwand dieses Verfahrens nur sehr begrenzt möglich. Die meisten anderen bekannten Verfahren zur Bestimmung des Abbruchzeitpunktes der Verdichtung setzen eine exakte Konstanthaltung der Vibratorfrequenz voraus. Zur Erzielung einer maximalen Setzung pro. Übergang ist aber bei der Phasenwinkelregelung gerade eine ständige Variierung der Vibratorfrequenz erforderlich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung; ist es, ein Verfahren zur Bestimmung des Verdichtungsabbruchs zu schaffen, das bei geringem maschinentechnischen, meßtechnischen bzw. elektronischen Aufwand einfach handhabbar und ohne Einschränkungen anwendbar ist und somit eine Erhöhung der Effektivität des Verdichtungsprozesses ermöglicht.

Darlegung des Wesens der B''?indung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zur Bestimmung des Verdichtungsabbruchs derart zu verändern, daß der Abbruchzeitpunlct; in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad der Gesamtschüttung mit verhältnismäßig einfachen Mitteln vom Maschinisten zuverlässig bestimmbar und somit eine wirksame Minimierung der Anzahl der notwendigen Übergänge erreicht wird»

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß während jedes einzelnen Überganges ständig ein maximaler vertikaler Walzkörperschwiiigweg eingestellt und außerdem mindestens ein Parameter von dem bzw· den in Schwingung befindlichen Seilen erfaßt wird· Dieser bzw· diese Parameter dienen als Maß für den Verdichtungsgrad und werden in einer Auswerteeinrichtung in geeigneter Weise aufbereitet. -

Zur Maximierung des vertikalen T/alzk'drperschwingweges kann dabei der Phasenwinkel zwischen vertikalem Walzkörperschwingweg und der Fliehkraftrichtung gemessen und als Segelgröße verwendet werden.

Die pro Übergang gemessenen Parameter können beispielsweise zur Anzeige gebracht werden·

, Ferner ist es möglich, daß die Differenz der von Übergang zu übergang bzw. von in gleicher Fahrtrichtung aufeinander- , folgenden Übergängen gemessenen Parameter als Abbruchkriterium herangezogen wird. Sie kann ebenso wie die gemessenen Parameter selbst zur Anzeige gebracht werden. Als Parameter können beispielsweise die Drehzahl der Vibratorwelle, der Absolutwert der vertikalen Schwingwegamplitude des Walzkörpers oder auch die Änderung der Drehzahl bzw-· die Schwingwegänderung von Übergang zu Übergang bzw. von in gleicher Fahrtrichtung aufeinanderfolgenden Übergängen verwendet werden· Durch die erfindungsgemäße Losung wurde eine zuverlässige Bestimmung des Abbruchzeitpunktes in Abhängigkeit von dem erreichten Verdichtungsgrad der Gesamt schüttung erreicht. Die gemessenen Parameter selbst stehen nicht oder

nur ungenügend mit dem Verdichtungsgrad in Beziehung. Während "beispielsweise die Beurteilung, der Vibratorfrequenz keinerlei Rückschlüsse auf den Verdichtungsgrad zuläßt, ist eine Beurteilung des Verdichtungsgrades über den vertikalen WaIzkörperschwingweg. mit großen Fehlern behaftet. Erst durch die erfindungsgemäßt vorgesehene Regelung beispielsweise des Phasenwinkels und der somit möglichen Haximierung der Verdichtungswirkung pro Übergang wurde eine eindeutige Beziehung zwischen den gemessenen 'Parametern und dem Verdichtungsgrad der Schüttung hergestellt. Die Regelung bewirkt, daß die Drehzahl der Vibratorwelle so lange, verstellt wird, bis die maximale vertikale Schwingwegamplitude des Walzkörpers erreicht ist. Da sich mit steigender Verdichtung außer der Veränderung der Frequenzlage des Maximalwertes der vertikalen Walzkörperschwingwegamplitude ebenfalls ihr Maximalwert in der Resonanz erhöht, kann ein bestimmter* festlegbarer Höchstwert dieser vertikalen Walzkörperschwingwegamplitude nur unter-der Voraussetzung ihrer ständigen Maxiinierung durch _: eine Regelung, beispielsweise des Phasenwinkels, als Abbruchkriterium der Verdichtung benutzt werden. Ebenfalls unter gleicher Voraussetzung kann als Abbruchkriterium der Verdichtung die Unterschreitung eines vorgegebenen Minimalwertes des Zuwachses des vertikalen Walzkörperschwingweges von Übergang zu Übergang bzw. von in gleicher Fahrtrichtung aufeinanderfolgenden übergängen benutzt werden. Ein weiteres Kriterium zur Bestimmung des Abbruchzeitpunktes ist die vom Verdichtungsgrad abhängige durch die Regelung ausgeführte Veränderung der Frequenzlage der Maximalamplitude des vertikalen Walzkörperschwingweges bzw. das Erreichen einer vorgegebenen Höchstfrequenz des Vibrators. Dazu ist die zusätzliche Anbringung einer Drehzahlmeßeinrichtung erforderlich.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1: die Darstellung des Zusammenhanges zwischen Resonanzfrequenz und vertikaler Walzkörperschwingwegamplitude

bei Veränderung des Verdichtungsgrades,

pig. 2; ein Blockschaltbild der Messung und Verarbeitung der zur Bestimmung des Abbruchzeitpunktes erforderlichen Kriterien· ~

Pig. 1 zeigt eine Kurvenschar, die das Schvvingverhalt en des Walzkörpers bei einzelnen aufeinanderfolgenden Übergängen u.. bis u-2 charakterisiert. Dabei sind auf der Abszisse die Vibratorfrequenz f und auf der Ordinate die vertikale WaIzkörpers'chwingwegamplitude s aufgetragen. Die jeweilige Resonanzfrequenz f_u bzw. maximale vertikale V/alzkörperschwingwegamplitude s'_u wurde mit dem dazugehörigen Übergang u = 1 bis 12 indiziert.

Bs ist zu erkennen, daß die Kurven bei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen f^ auch unterschiedlich große·Maxima des . vertikalen Y/alzkörperschwingweges aufweisen. Dabei verschieben sich hauptsächlich in Folge einer Erhöhung der Federsteife des Brdstoffes die Resonanzfrequenz f und die maximale vertikale Walzkorperschwingwegamplitude s„ mit wachsen-

. > ,- . u der Verdichtung zu höheren Werten· Es zeigt sich, daß sich sowohl der VibratorfrequenzZuwachs als auch der Zuwachs der vertikalen Walzkorperschwingwegamplitude s während der einzelnen Übergänge analog zum Setzungszuwachs der Gesamtschüttung verhalten. Einer anfänglich starken Erhöhung des Verdichtungsgrades vom ersten zum zweiten, übergang entspricht eine ebenso starke Erhöhung des Zuwachses der Vibratorfrequenz f bzw, der vertikalen Walzkorperschwingwegamplitude s in der Resonanz. Mit der Erhöhung der Anzahl der. Übergänge verringert sich sowohl der VerdichtungsZuwachs als auch der Zuwachs der Vibratorfrequenz f und der vertikalen Walzkorperschwingwegamplitude s, um ab einer bestimmten von der jeweiligen Vibrationswalze· und deren Einstellung abhängigen Anzahl von Übergängen den Wert Hull zu erreichen.

Dieser Sachverhalt läßt erkennen, daß die an den in Schwinggung befindlichen Teilen gemessenen Parameter nur dann ohne Fehler als Maß für den Verdichtungsgrad herangezogen werden

können, wenn gleichzeitig der vertikale Walzkörperschwingweg während des gesamten Verdichtungsvqrganges maximiert wird. '

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besteht die Meßanordnung an einer Vibrationsverdichtungsmaschine 1 im vorliegenden Beispiel aus einem Integrator 2, einem Phasenmesser 3, einem Yergleichsglied 4, einem Leistungsverstärker 5, einem Umkehrglied 6, einem Servomotor 7 mit Getriebe, einem Stellglied 8 und Anzeigeeinrichtungen 9; 10. Die Vibrationsverdichtungsmaschine 1 wird von einem Vibratormotor 11 angetrieben. Zur Messung der einzelnen Parameter sind an den schwingenden Teilen der Vibrationsverdichtungsmaschine 1 Schwingungsaufnehmer 12, Unwuchtstellungsaufnehmer 13 und Drehzahlmesser angebracht. Die Absolutwerte des ITalzkörperschwingweges bzw. der Drehzahl können direkt bzw. nach einer Mittelwertbildung auf den Anzeigeeinrichtungen 9 bzw. 10 angezeigt werden.

Alis dem im Integrator 2 aufbereiteten Walzkörperschwingweg und der ermittelten Unwuchtmomentstellung wird im Phasenmesser 3 der Phasenwinkel gebildet und über das Vergleichsglied 4 dem Leistungsverstärker 5 zugeführt. Nach einer Wirkungsumkehr der Signale wird der Servomotor 7 angesteuert, der wiederum das Stellglied,8 betätigt. Von hier aus wird der Vibratormotor 11 in der Weise gesteuert, daß sich bei allen Übergängen u- bis u-p die Resonanzfrequenz f und demzufolge die maximale vertikale Walzkörperschwingwegamplitude s ein, — stellt. Somit wird während jedes Überganges ein maximaler Setzungszuwachs der Gesamtschüttung erzielt. Der Abbruchzeitpunkt des Verdichtungsvorganges ist erreicht, wenn die Anzeigeeinrichr-ungen 9 bzw. 10 den Sollwert der Drehzahl bzw. des Walzkörperschwingweges erreicht haben oder die Zunahme beider Parameter einen festgesetzten Minimalwert unterschreitet bzw· vernachlässigbar klein geworden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Überprüfung der Verdichtungsqualität eingebauter Erdstoffe verwendet werden¹. Dabei wird der zu überprüfende Brdstoff bei einge-

schalteter Phasenwinkelregelung überfa' 'en. Inhomogenitäten, ungleichmäßige Verdichtung, unterschiedliche Erdstoffe, grobe Stein- oder sonstige Einschlüsse bewirken eine Verstellung der Drehzahl und/oder eine Veränderung der vertikalen Walzkörperschwingwegamplitude s. Dieses Verfahren ist insbesondere für Kontrollen der Gleichmäßigkeit der Verdichtung vorteilhaft, anwendbar, wobei Inhomogenitäten sofort den entsprechenden Erdstoffbereichen zugeordnet werden können. Bei Aufzeichnung des Schwingweges, der Vibratordrehzahl oder des Phasenwinkels ist eine nachträgliche Zuordnung möglich. Aufwendige Feld- und Laboruntersuchungen, die außerdem nur eine stichprobenartige Bestimmung des Zustandes der Erdstoff dichte erlauben, können somit stark eingeschränkt, gegebenenfalls vermieden werden. .

Claims (9)

Erfindungsanspruch

1. Verfahren zur Bestimmung des Verdichtungsäb'bruchs bei Vibrationsverdichtungsmaschinen mit mindestens einer sich drehenden Unwucht, beispielsweise bei Vfibrationswalzen, wobei der Verdichtungsgrad des Verdichtungsgegenstandes als Kriterium für den Verdichtungsabbruch verwendet und über an der Vibrationsverdichtungsmaschine meßbare Größen

. ermittelt wird, gekennzeichnet dadurch, daß während jedes einseinen Überganges ständig ein maximaler vertikaler Walzkörperschwingweg eingestellt und mindestens ein Parameter von dem bzw· den in Schwingung befindlichen Teilen erfaßt wird und", gegebenenfalls von einer Auswerteeinrich-

tung aufbereitet, als Maß für den Verdichtungsgrad dient.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Masimierung des vertikalen Walzkörperschwingweges der Phasenwinkel zwischen vertikalem 7/alzkörperschwingweg und der Fliehkraftrichtung in bekannter f/eise gemessen und als

• Regelgröße verwendet wird· ' ^

3· Verfahren nach Punkt 1 und 2,,gekennzeichnet dadurch, daß die pro Übergang gemessenen Parameter zur Anzeige gebracht werden· . .·

4· Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Differenz der von in gleicher Pahrtrichtung aufeinanderfolgenden Übergängen bzw· von Übergang zu Übergang gemessenen Parameter als Kriterium für den erreichten Verdichtungsgrad herangezogen werden.

5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Differenz der Parameter angezeigt wird·

6· Verfahren nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß als Parameter die Drehzahl der Vibratorwelle erfaßt und in der Auswerte einrichtung aufbereitet wird.

7· Verfahren nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch,

daß als Parameter der Absolutwert der vertikalen Walz— körperschwingwegamplitude erfaßt und in der Auswerteeinrichtung aufbereitet wird.

8. Verfahren nach Punkt 1 bis 5» gekennzeichnet dadurch, daß als Parameter die Änderung der vertikalen Walzkörperschwingwegamplitude in der Auswerteeinrichtung gebildet wird· ,

9. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Parameter die Änderung der Drehzahl der Vibratorwelle in der Auswerteeinrichtung gebildet wird.

Hierzu ή Seite Zeichnung