EP1334234B1 - Bodenverdichtungsvorrichtung mit schwingungserreger und verfahren zum regeln des schwingungserregers - Google Patents
Bodenverdichtungsvorrichtung mit schwingungserreger und verfahren zum regeln des schwingungserregers Download PDFInfo
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- EP1334234B1 EP1334234B1 EP01985279A EP01985279A EP1334234B1 EP 1334234 B1 EP1334234 B1 EP 1334234B1 EP 01985279 A EP01985279 A EP 01985279A EP 01985279 A EP01985279 A EP 01985279A EP 1334234 B1 EP1334234 B1 EP 1334234B1
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- E01C19/00—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving
- E01C19/22—Machines, tools or auxiliary devices for preparing or distributing paving materials, for working the placed materials, or for forming, consolidating, or finishing the paving for consolidating or finishing laid-down unset materials
- E01C19/23—Rollers therefor; Such rollers usable also for compacting soil
- E01C19/28—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows
- E01C19/288—Vibrated rollers or rollers subjected to impacts, e.g. hammering blows adapted for monitoring characteristics of the material being compacted, e.g. indicating resonant frequency, measuring degree of compaction, by measuring values, detectable on the roller; using detected values to control operation of the roller, e.g. automatic adjustment of vibration responsive to such measurements
Definitions
- the invention relates to a soil compaction device with a ground contact element acting vibrator and a method for controlling the vibration exciter.
- They are soil compacting devices, for example vibrating plates or rollers, in which a ground-compacting ground contact element, like a plate or a roll bandage, by one of a Vibration generator generated vibration can be applied.
- the compaction of the soil is done by one or more times driving over with the soil compacting device, which increases the strength of the soil and thus also changes its vibration behavior.
- the soil compacting device begin to "jump" by the ground contact plate or drum bandage lift off the ground after each contact with the ground. This poses not just a waste of energy, but is for those already occurred compaction disadvantageous, since it leads to local soil loosening can come. Jumping of the soil compaction device also results to a considerable load of the device leading operator.
- WO-A-98-17865 and WO-A-95-10664 are vibratory compactors known in which on the operating state of jumping through change the vibration generated by the vibration generator automatically reacts becomes.
- the frequency of the vibration exciter to the previously determined Adapted soil properties.
- the soil condition by elaborate evaluation of various Measured signals determined.
- this requires the movement the ground contact element, which is part of a vibrating lower mass is to determine.
- the set frequency and the exact position of the vibration exciter can be measured.
- FIG. 3 shows a known vibration plate serving as a soil compaction device, which can be guided on a drawbar 1 by an operator.
- One to an upper mass belonging drive 2 drives one to a lower mass belonging to vibration exciter 3, which is a ground contact plate. 4 generates acting vibration.
- the vibration generator 3 acts It is usually a single- or two-wave exciter, in which corresponding to one or two waves one or more imbalance masses are distributed.
- the structure of such a vibration plate is known, so that a further description is unnecessary.
- the invention is based on the object, a soil compacting device with a vibration exciter and a method for regulating the Specify vibration exciter, in which an optimal utilization of the ensured by the drive power is guaranteed.
- the object is achieved by a soil compacting device according to claim 1 and by a method according to claim 11.
- the idea underlying the invention consists in each case one Control of the amplitude and frequency of the by the vibration exciter provide vibration generated and realized by simple means. Above all, in the interaction of the two regulations, it is possible the available drive power, for example a drive motor, optimally exploit, without that the unwanted "jumping" the Soil compaction device occurs.
- the regulation of the amplitude is based on the fact that whenever a Jumping a ground contact element is detected, the amplitude is reduced becomes.
- the check whether the ground contact element jumps, takes place continuously or regularly during a given timetable. After a Changing the amplitude thus takes place again determining the Vibration state of the ground contact element.
- the amplitude will not be about kept constant at the existing value, but again - but with lower gradient - increased. Consequently, the amplitude changes constantly, namely either by a significant reduction when jumping has been detected, or by a slight increase if no Jumping has been found. This ensures that the soil compacting device always in the border area between jumping and non-jumping is moved.
- the change in vibration amplitude can be continuous and continuous be carried out, wherein preferably the reduction of Vibration amplitude with a stronger gradient occurs as the enlargement.
- the clock can also be set so short that a quasi-continuous Change the oscillation amplitude sets.
- the inventive control of the oscillation frequency is based on the Thoughts, the given, for example, delivered by a drive motor Drive power for soil compaction always optimal, that is maximum exploit.
- the delivered to the vibration exciter Drive power determined by a power determination device and with a setpoint, namely the predetermined value for an optimal drive power compared, wherein the frequency control device the determined actual drive power in the range of the predetermined value by maintaining the frequency generated by the vibration exciter adapts.
- Figure 1 shows a block diagram of the structure of a control according to the invention for the vibration exciter of a soil compaction device.
- the Control consists essentially of two mutually parallel Components, namely an amplitude control device 5 and a Frequency control device 6.
- Part of the amplitude control device 5 is a detection device 8, with which it can be determined whether the ground contact element 4 is jumping, that means lifting off the ground or not.
- This operating state of "jumping” can be prepared, for example, by known methods as described in WO-A-98-17865 or WO-A-95-10664.
- a detection device in the one with respect to the ground contact element elastically movable Detection mass is provided, wherein the movement of the detection mass is measured by a measuring device. If the movement, in particular the oscillation amplitude of the detection mass a predetermined Value exceeds, this may be due to jumping of the ground contact element excessive impact energy are interpreted.
- the information as to whether or not the ground contact element 4 bounces is given by the detection device 8 is delivered to a control unit 9.
- the control unit 9 evaluates the jump information from the detection device 8 and controls an adjusting device 10 for adjusting the oscillation amplitude at the vibration generator 3 according to predetermined rules at.
- the control algorithm comprises two control measures. According to a first The regular measure is the oscillation amplitude incrementally by a first Amplitude difference k1 reduced when the detection device 8 a Special vibration state, namely a jumping of the ground contact element 4 has detected.
- control unit 9 For timing of these control measures is in or on the control unit 9 provides a timer for generating a timing clock.
- a time clock for example, amount to a fraction of a second can, is the control unit 9, the signal of the detection device. 8 evaluated and a corresponding action by driving the actuator 10 causes. This process is repeated in the next time cycle.
- the result of this control algorithm is that the oscillation amplitude permanently, that is changed in every bar. If the oscillation amplitude is reduced by the first amplitude difference k1 is and then still a jumping is detected, is a causes a further reduction by the first amplitude difference k1. kick on the other hand, no more jumping, the amplitude is not diminished, but the second smaller compared to the first amplitude difference k1 Amplitude difference k2 increases, so that an interplay of reduction and increasing the amplitude. This will achieve that the soil compaction device always in the border area between Jumping and not jumping is being moved.
- FIG. 2 shows in a diagram the oscillation amplitude over the time course.
- a maximum amplitude is set. In the present case is detected immediately after starting, that the ground contact element 4 has started to jump, so that the oscillation amplitude around the Value k1 (first amplitude difference) is reduced. Subsequently, will determined that the ground contact element 4 is no longer jumping, so that subsequently in several steps (in Figure 2 in three steps) the amplitude is increased by the second amplitude difference k2, until again a jumping is detected, etc.
- the soil compacting device passes over obviously a soil that has only limited impact energy can record.
- the oscillation amplitude must be twice be diminished and finally takes only a comparatively small Value. Thereafter, a recovery with associated increase takes place the oscillation amplitude instead.
- the amplitude control according to the invention makes it possible for the soil compacting device the ground each with the greatest possible amplitude compacted, wherein the amplitude control device 5 is compared to the State of the art has a considerably simplified structure.
- the underlying idea of the frequency control device is that always the existing or predetermined drive power completely for Soil compaction is to be exploited.
- a component of the frequency control device 6 is a power determination device 11, with that of the drive 2 to the vibration exciter 3 delivered power can be measured.
- a control unit 12 the measured actual drive power with a predetermined setpoint compared.
- the frequency of the vibration generator 3 via an adjusting device 13 increases or reduced in the opposite case.
- the power determination device 11 can be constructed in various ways be. Assuming that it is the drive 2 to a Engine, for example, the engine speed and the engine torque be measured. If, on the other hand, the drive 2 is one Hydraulic unit and the vibration generator 3 is hydraulically driven, can also determine the torque in the hydraulic line prevailing pressure to be used. As far as the vibration generator of an electric motor is driven, is also a measurement of electrical Characteristics possible.
- the performance curve of the engine that is, the relationship between the engine power and the engine speed to determine the delivered Power, ie the actual drive power for the vibration exciter 3 used.
- the performance characteristic of the engine is generally known and makes a clear connection between a given Engine power and a motor speed. Thus, the from the Motor delivered to the vibration generator 3 drive power alone with Help determine the relatively easy to measure speed of the drive motor 2.
- a regulation of the frequency of the vibration generator 3 for constant maintenance the drive power can then be compared by a comparison measured engine speed and the predetermined target drive power perform assigned target engine speed.
- the Frequency of the vibrator 3 that is, the speed of the in the Vibration generator 3 provided imbalance waves reduced, so that the Engine is relieved and increase its speed to the predetermined value can. If, however, the actual engine speed is greater than the desired speed, This means that the engine is loaded too weak, so the speed the imbalance waves in the vibration exciter 3 is increased to the fully exploitable by the engine available drive power.
- the adjustment of the frequency of the vibrator 3, that is the change the speed of the vibration generator 3 arranged unbalance shafts is performed by the adjusting device 13.
- the adjusting device 13 can be used on known construction elements become.
- a variable or a variable speed hydraulic motor. at mechanical power transmission are bevel gearboxes, such as Example Heynau transmission or PIV transmission possible, where either torque is transferred via a friction ring or via push chains as well as friction gear (PK gearbox).
- the amplitude control device 5 and the frequency device 6 reach taken separately, each already a better utilization of the available standing drive power. Insofar as they work together in parallel, the efficiency is increased again.
- the control devices 5, 6 are characterized by simple construction, low Measuring effort and by the control devices 5, 6 caused efficient Soil compaction with maximum power.
Landscapes
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
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Description
- Figur 1
- ein Blockdiagramm mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung für eine Bodenverdichtungsvorrichtung;
- Figur 2
- ein Beispiel für die Regelungsmaßnahmen der erfindungsgemäßen Amplitudenregelung; und
- Figur 3
- schematisch den Aufbau einer bekannten, als Bodenverdichtungsvorrichtung dienenden Vibrationsplatte.
Claims (18)
- Bodenverdichtungsvorrichtung, miteinem Bodenkontaktelement (4);einem das Bodenkontaktelement (4) beaufschlagenden Schwingungserreger (3);einem Antrieb (2) für den Schwingungserreger (3);einer Amplitudenregeleinrichtung (5) zum Regeln der Schwingungsamplitude einer durch den Schwingungserreger (3) erzeugten Schwingung;eine Detektionseinrichtung (8) zum Erkennen eines Sonderschwingungszustands des Bodenkontaktelements (4);eine Amplitudenstelleinrichtung (10) zum Einstellen der Schwingungsamplitude; undeine Amplitudenregeleinheit (9) zum Ansteuern der Amplitudenstelleinrichtung (10) derart, dass in einer ersten Regelmaßnahme die Schwingungsamplitude verkleinerbar ist, wenn die Detektionseinrichtung (8) einen Sonderschwingungszustand erkennt, und in einer zweiten Regelmaßnahme die Schwingungsamplitude vergrößerbar ist, wenn die Detektionseinrichtung (8) keinen Sonderschwingungszustand erkennt; und miteiner Frequenzregeleinrichtung (6) zum Regeln der Schwingungsfrequenz der durch den Schwingungserreger (3) erzeugten Schwingung;eine Leistungsbestimmungseinrichtung (11) zum Bestimmen einer von dem Antrieb (2) abgegebenen Antriebsleistung für den Schwingungserreger (3);eine Frequenzstelleinrichtung (13) zum Einstellen der Schwingungsfrequenz; undeine Frequenzregeleinheit (12) zum Ansteuern der Frequenzstelleinrichtung (13) derart, dass die von der Leistungsbestimmungseinrichtung (11) bestimmte Antriebsleistung annähernd auf einem vorgegebenen Wert haltbar ist;
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkleinerung oder Vergrößerung der Schwingungsamplitude kontinuierlich und fortlaufend derart durchführbar ist, dass sich die Schwingungsamplitude ständig ändert.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassdie Amplitudenregeleinrichtung (5) ein Zeitglied zum Erzeugen eines Zeittakts aufweist; und dassdie Amplitudenstelleinrichtung (10) durch die Amplitudenregeleinheit (9) derart ansteuerbar ist, dass in der ersten Regelmaßnahme die Schwingungsamplitude inkremental um eine erste Amplitudendifferenz (k1) verkleinerbar ist, wenn in einem Zeittakt die Detektionseinrichtung (8) den Sonderschwingungszustand erkennt, und in der zweiten Regelmaßnahme die Schwingungsamplitude inkremental um eine zweite Amplitudendifferenz (k2) vergrößerbar ist, wenn in einem Zeittakt die Detektionseinrichtung (8) keinen Sonderschwingungszustand erkennt.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Zeittakt eine Regelmaßnahme durchführbar ist.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Amplitudendifferenz (k1) größer als die zweite Amplitudendifferenz (k2) ist.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonderschwingungszustand ein Zustand ist, in dem ein Parameter einer Schwingung des Bodenkontaktelements (4) einen vorgegebenen Wert überschreitet.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenregeleinheit (9) derart ausgebildet ist, dass beim Start des Schwingungserregers (3) eine maximale Schwingungsamplitude einstellbar ist.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert für die Antriebsleistung einer von dem Antrieb (2) maximal dauerhaft abgebbaren Leistung entspricht.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) einen Motor aufweist und dass die Leistungsbestimmungseinrichtung (11) eine Drehzahlbestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Drehzahl des Motors aufweist.
- Bodenverdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) eine Hydraulikpumpe aufweist und dass die Leistungsbestimmungseinrichtung (11) eine Druckbestimmungseinrichtung zum Bestimmen des von der Hydraulikpumpe erzeugten Hydraulikdrucks aufweist.
- Verfahren zum Regeln eines Schwingungserregers (3) für eine Bodenverdichtungsvorrichtung, die ein von dem Schwingungserreger (3) beaufschlagtes Bodenkontaktelement (4) zum Verdichten eines Bodens aufweist, wobei der Schwingungserreger (3) durch einen Antrieb (2) angetrieben wird, mit
einem Verfahren zum Regeln der Schwingungsamplitude des Schwingungserregers (3), mit den Schritten:Bestimmen eines Schwingungszustands des Bodenkontaktelements (4);Erkennen eines Sonderschwingungszustands des Bodenkontaktelements (4);Ändern der Schwingungsamplitude derart, dass die Schwingungsamplitude verkleinert wird, wenn ein Sonderschwingungszustand erkannt worden ist, und dass die Schwingungsamplitude vergrößert wird, wenn kein Sonderschwingungszustand erkannt worden ist; und mit einem Verfahren zum Regeln der Schwingungsfrequenz des Schwingungserregers (3), mit den Schritten:Bestimmen einer von dem Antrieb (2) abgegebenen Antriebsleistung;Vergleichen der Antriebsleistung mit einem vorgegebenen Wert;Ändern der Schwingungsfrequenz derart, dass die Antriebsleistung annähernd dem vorgegebenen Wert entspricht;das Verfahren zum Regeln der Schwingungsamplitude des Schwingungserregers (3) und das Verfahren zum Regeln der Schwingungsfrequenz des Schwingungserregers (3) parallel durchgeführt werden. - Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Schwingungsamplitude kontinuierlich und fortlaufend derart durchgeführt wird, dass sich die Schwingungsamplitude ständig ändert.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ändern der Schwingungsamplitude derart durchgeführt wird, dass die Schwingungsamplitude um eine erste Amplitudendifferenz (k1) verkleinert wird, wenn der Sonderschwingungszustand erkannt worden ist, und dass die Schwingungsamplitude um eine zweite Amplitudendifferenz (k2) vergrößert wird, wenn kein Sonderschwingungszustand erkannt worden ist.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Amplitudendifferenz (k1) größer als die zweite Amplitudendifferenz (k2) ist.
- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchführung des Verfahrens oder wenigstens das Ändern der Schwingungsamplitude in durch einen Takt vorgegebenen Zeitbereichen erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Wert für die Antriebsleistung einer von dem Antrieb (2) maximal dauerhaft abgebbaren Leistung entspricht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) einen Motor aufweist und dass das Bestimmen der Antriebsleistung durch Messen der Drehzahl des Motors erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) eine Hydraulikpumpe aufweist und dass das Bestimmen der Antriebsleistung durch Messen des von der Hydraulikpumpe erzeugten Hydraulikdrucks erfolgt.
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