EP1334234B1 - Dispositif de compactage de sol comportant un generateur de vibrations et procede de regulation dudit generateur de vibrations - Google Patents

Dispositif de compactage de sol comportant un generateur de vibrations et procede de regulation dudit generateur de vibrations Download PDF

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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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amplitude
drive
exciter
frequency
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Wolfgang Fervers
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Wacker Construction Equipment AG
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Wacker Construction Equipment AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • 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.

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  • Architecture (AREA)
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  • Structural Engineering (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
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Claims (18)

  1. Dispositif de compactage du sol comportant
    un élément de contact avec le sol (4) ;
    un générateur d'oscillations (3) agissant sur l'élément de contact avec le sol (4) ;
    un dispositif d'entraínement (2) pour le générateur d'oscillations (3) ;
    un dispositif de régulation d'amplitude (5) pour réguler l'amplitude d'oscillation d'une oscillation produite par le générateur d'oscillations (3) ;
    le dispositif de régulation d'amplitude (5) comportant :
    un dispositif de détection (8) pour reconnaítre un état d'oscillation particulier de l'élément de contact avec le sol (4) ;
    un dispositif de réglage d'amplitude (10) pour régler l'amplitude d'oscillation ; et
    une unité de régulation d'amplitude (9) pour commander le dispositif de réglage d'amplitude (10) de manière que dans une première intervention de la régulation l'amplitude d'oscillation puisse être réduite si le dispositif de détection (8) reconnaít un état d'oscillation particulier, et dans une deuxième intervention de la régulation l'amplitude d'oscillation puisse être augmentée si le dispositif de détection (8) ne reconnaít aucun état d'oscillation particulier ; et comportant
    un dispositif de régulation de la fréquence (6) pour réguler la fréquence de l'oscillation produite par le générateur d'oscillations (3) ; le dispositif de régulation de la fréquence (6) comportant :
    un dispositif de détermination de la puissance (11) pour déterminer une puissance d'entraínement fournie par le dispositif d'entraínement (2) pour le générateur d'oscillations (3) ;
    un dispositif de réglage de la fréquence (13) pour régler la fréquence d'oscillation ; et
    une unité de régulation de la fréquence (12) pour commander le dispositif de réglage de la fréquence (13) de manière que la puissance d'entraínement, déterminée par le dispositif de détermination de puissance (11), puisse être maintenue approximativement sur une valeur prédéfinie ;
    caractérisé en ce que le dispositif de régulation d'amplitude (5) et le dispositif de régulation de fréquence (6) sont disposés parallèlement l'un à l'autre de manière qu'une réduction de la puissance d'entraínement, résultant d'une réduction de l'amplitude d'oscillation par le dispositif de régulation d'amplitude (5), pour le générateur d'oscillations (3), puisse être compensée par une augmentation de la fréquence d'oscillation et inversement.
  2. Dispositif de compactage du sol selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une réduction ou une augmentation de l'amplitude d'oscillation peut être exécutée en continu et en permanence de manière que l'amplitude d'oscillation varie constamment.
  3. Dispositif de compactage du sol selon la revendication 1, caractérisé en ce que
    le dispositif de régulation d'amplitude (5) comporte un élément d'horloge pour produire une unité de rythme, et en ce que
    le dispositif de réglage d'amplitude (10) peut être commandé par l'unité de régulation d'amplitude (9) de manière qu'au cours de la première intervention de la régulation l'amplitude d'oscillation puisse être réduite de façon incrémentielle d'une première différence d'amplitude (k1), si au cours d'une unité de rythme le dispositif de détection (8) reconnaít l'état d'oscillation particulier, et au cours de la deuxième intervention de régulation l'amplitude d'oscillation puisse être augmentée de façon incrémentielle d'une deuxième différence d'amplitude (k2), si au cours d'une unité de rythme le dispositif de détection (8) ne reconnaít aucun état d'oscillation particulier.
  4. Dispositif de compactage du sol selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une intervention de régulation peut être exécutée au cours de chaque unité de rythme.
  5. Dispositif de compactage du sol selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la première différence d'amplitude (k1) est supérieure à la deuxième différence d'amplitude (k2).
  6. Dispositif de compactage du sol selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'état d'oscillation particulier est un état dans lequel un paramètre d'une oscillation de l'élément de contact avec le sol (4) dépasse une valeur prédéfinie.
  7. Dispositif de compactage du sol selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'unité de régulation d'amplitude (9) est conçue de manière qu'au démarrage du générateur d'oscillations (3) on puisse régler une amplitude d'oscillation maximale.
  8. Dispositif de compactage du sol selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la valeur prédéfinie pour la puissance d'entraínement correspond à une puissance qui peut être fournie au maximum en permanence par le dispositif d'entraínement (2).
  9. Dispositif de compactage du sol selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif d'entraínement (2) comporte un moteur et en ce que le dispositif de détermination de puissance (11) comporte un dispositif de détermination de la vitesse de rotation pour déterminer la vitesse de rotation du moteur.
  10. Dispositif de compactage du sol selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif d'entraínement (2) comporte une pompe hydraulique et en ce que le dispositif de détermination de puissance (11) comporte un dispositif de détermination de pression pour déterminer la pression hydraulique produite par la pompe hydraulique.
  11. Procédé de régulation d'un générateur d'oscillations (3) pour un dispositif de compactage du sol qui comporte un élément de contact avec le sol (4), sollicité par le générateur d'oscillations (3), pour le compactage d'un sol, le générateur d'oscillations (3) étant entraíné par un dispositif d'entraínement (2), avec
    un procédé de régulation de l'amplitude d'oscillation du générateur d'oscillations (3), comportant les étapes suivantes :
    détermination d'un état d'oscillation de l'élément de contact avec le sol (4) ;
    reconnaissance d'un état d'oscillation particulier de l'élément de contact avec le sol (4) ;
    variation de l'amplitude d'oscillation de manière que l'amplitude d'oscillation soit réduite lorsqu'un état d'oscillation particulier a été reconnu, et de manière que l'amplitude d'oscillation soit augmentée si aucun état d'oscillation particulier n'a été reconnu ; et avec
    un procédé de régulation de la fréquence d'oscillation du générateur d'oscillations (3), comportant les étapes suivantes :
    détermination d'une puissance d'entraínement fournie par le dispositif d'entraínement (2) ;
    comparaison de la puissance d'entraínement à une valeur prédéfinie ;
    variation de la fréquence d'oscillation de manière que la puissance d'entraínement corresponde approximativement à la valeur prédéfinie ;
    caractérisé en ce que
    le procédé de régulation de l'amplitude d'oscillation du générateur d'oscillations (3) et le- procédé de régulation de la fréquence d'oscillation du générateur d'oscillations (3) sont mis en oeuvre parallèlement.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la variation de l'amplitude d'oscillation est exécutée de manière continue et permanente de façon que l'amplitude d'oscillation varie constamment.
  13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la variation de l'amplitude d'oscillation est exécutée de manière que l'amplitude d'oscillation soit réduite d'une première différence d'amplitude (k1) lorsque l'état d'oscillation particulier a été reconnu, et de manière que l'amplitude d'oscillation soit augmentée d'une deuxième différence d'amplitude (k2) lorsque aucun état d'oscillation particulier n'a été reconnu.
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la première différence d'amplitude (k1) est supérieure à la deuxième différence d'amplitude (k2).
  15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le procédé ou au moins la variation de l'amplitude d'oscillation est exécutée dans des laps de temps prédéfinis par un rythme.
  16. Procédé selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la valeur prédéfinie de la puissance d'entraínement correspond à une puissance qui peut être fournie en permanence au maximum par le dispositif d'entraínement (2).
  17. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le dispositif d'entraínement (2) comporte un moteur et en ce que la détermination de la puissance d'entraínement s'effectue par mesure de la vitesse de rotation du moteur.
  18. Procédé selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que le dispositif d'entraínement (2) comporte une pompe hydraulique et en ce que la détermination de la puissance d'entraínement s'effectue par mesure de la pression hydraulique produite par la pompe hydraulique.
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