SE424455B - Forfarande och anordning for metning av den packningsgrad, som uppnas vid packning av ett underlag med ett packningsredskap - Google Patents

Description

h) 8008299-3 pet fram och åter över en sträcka av ett underlag bestående av jord eller asfalt, så skulle åtminstone i början en tilltagande styvhet åstadkommas i underlaget. På grund av den dynamiska samverkan mellan packningsredskapet och underlaget skulle vid tilltagande styvhet hos underlaget nämnda vertikala rörelse alltmer avvika i form från den rena sinusformen. Denna avvikel- se från sinusform är - om alla parametrar hos packningsredska- pet hålls konstanta - direkt relaterad till underlagets dyna- miska egenskaper och då främst dass styvhet.

Genom nämnda USA patent 4103554 är det förut känt att ur ut- signalen från en givare som avkänner nämnda rörelse utfiltrera delsignaler, vars frekvenser väsentligen överensstämmer medvib- rationens grundfrekvens och dess övertoner. Enligt nämnda pa- tent finns ett samband mellan dessa delsignalers amplituderoch packningsgraden. Även om packningsmätare enligt USA patent 4103554 ofta funge- rar bra, åtminstone i vissa sammanhang, så har de vissa nack- delar. Om man exempelvis vill variera packningsredskapets vib- rationsfrekvens, måste man antingen ha utbytbara bandpassfil- tor eller bnndpasafllter med styrbara pnsnbandsfirokv0nHer,v1l- ket komplicerar och fördyrar mätaren. En annan nackdel är att den bygger på tanken att vibrationens grundfrekvens är den läg- sta frekvensen hos rörelsen som utförs av packningsredskapets vibrerande och packande del.

Föreliggande uppfinning bygger på insikten om att de relativa storlekarna hos tidsavstånden mellan åtminstone vissa succes- siva nollgenomgångar hos nämnda rörelse respektive signal från givare som avkänner rörelsen uppvisar ett samband med pack- ningsgraden hos underlaget. Uppfinningen bygger också på insik- ten att vibrationernas grundfrekvens inte är den lägsta fre- kvmxsen hm: r-örelsen horn utföra av pankrxinqsradslwupwiu vihm- rande och packande del. Beroende på typen av packningsredskap kan det finnas lägre frekvenser hos rörelsen, dels sådana som beror på underlagets packningsgrad och dels sådana som har då- ligt samband med packningsgraden och huvudsakligen härrör från 3 8008299-3 packningsredskapets konstruktion och drift.

Enligt uppfinningen mäts storleken av tidsavstånden mellan två eller flera successiva nollgenomgångar hos en signal från en givare som avkänner rörelsen hos en vibrerande del av packninge- redskapet som kommer i kontakt med och packar underlaget. Med hjälp av de relativa storlekarna hos nämnda tidsavstând bildas en storhet som utgör ett mått på den packningsgrad som uppnåtts i underlaget. Utan vidare förklaring torde inses att man vidan- vändning av lämpliga tidmätningsorgan inte behöver omställa el- ler anpassa packningsgradmätaren efter vibrationsfrekvensen.

Uppfinningen utnyttjar inte rörelsens absoluta amplitud, vilket b1.a innebär att eventuella förändringar i givarens känslighet rnflpektive niqnnlnnn förstärkning på grund av åldring, variv- rande Lemperatur etc. saknar betydelse.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Uppfinningen kommer att beskrivas i huvudsak i anslutning till en utföringsform för det fall då packningsredskapet består av en vält med en cylindrisk trumma som sätts i svängning med en in- uti trumman roterande massa, som är excentriskt belägen rela- tivt trummans symmetriaxel. Accelerationen i vertikal riktning för trumman registreras med en accelerometer monterad på excen- teraxelns ena lagerhus, jämför de tidigare nämnda USA patenten 3599543 och 4103554.

Fig l visar exempel på signaler från givare Fig 2 visar värdet hos en storhet bildad av de relativa stor- lekarna hos successiva tidsavstând mellan nollgenomgång- ar Fig 3 visar exempel på signaler från givare då välten har en sådan kombination av parametrar (statisk last, dynamisk last, totalvikt, styvhet i ram, kraftöverföring etc) att svängningstillstånd uppstår Fig 4 visar i blockschemaform uppbyggnaden av en utföringsform av en anordning enligt uppfinnaren 8008299-3 4 Lfiigl visas exempel på signaler som registrerats på detta sätt vid den första, sjätte respektive tolfte överfarten över ett underlag bestående av friktionsjord. På grund av den dynamiska samverkan mellan vältens olika delar och underlaget kommer vid tilltagande styvhet hos underlaget signalen att alltmer avvika i form från den rena sinusform som erhålls när välten rör sig övef ett mjukt och helt elastiskt underlag. Denna avvikelse från sinusform är - om alla vältparametrar är konstanta - re- laterad till underlagets dynamiska egenskaper och då främst dess styvhet. Storleken l - Tl/T2 enligt figur l ger en god signifikans vid korrelation med packningsgrad enligt utförda undersökningar. En fördel med denna storhet är dessutom att den kan beräknas med stor noggrannhet med en förhållandevis enkel elektronisk anordning. I praktiken beräknar man parame- tervärdet som ett medelvärde över ett visst antal perioder av svängningen för att komma ifrån inverkan av pendlingar i sig- nalens nollnivå och slumpmässiga variationer L signalen. I figur 2 visas parametern l - Tl/T2 som funktion av antalöver- farter beräknad ur de registrerade signaler som visas i figur 1. Parametern har här beräknats som medelvärde över två perio- der. Resultatet uppvisar en tillväxt i parametervärde, som i princip motsvarar tillväxten i packningsgrad med antal över- farter.

Vissa kombinationer av vältparametrar ger svängningsförlopp som liknar de i figur 3, vilket kan bero på att valsen gör dubbel- hopp alternativt kommer in i vaggsvängning. I det senare fallet kan denna effekt elimineras till största delen genom att acce- lerationen hos båda sidorna av trumman registreras samtidigt och analysen utförs på medelvärdet av de båda signalerna, dvs att analysen utförs på rörelsen för trummans mittpunkt. I dessa fall är det under alla förhållanden väsentligt att den aktuella parametern beräknas som medelvärdet av två perioder ellereaimul- tipel av två perioder. Normalt beräknas parametern som ett me- delvärde för ett stort antal perioder för att minska felet av slumpmässiga variationer.

En anordning som beräknar och presenterar resultatet enligt uppfinningen kan utföras på flera olika sätt. Två olika huvud- 8008299-3 varianter kan särskiljas, en som helt bygger på analog signal- behandling och en där den egentliga beräkningen av den aktu- ella parametern sker digitalt. I figur 4 visas i blockschemn- form uppbyggnaden av en anordning enligt denna senare varian- ten.

I givare (l), som lämpligen består av en accelerometer monte- rad i vertikal riktning på den vibrerande delen av packninga- redskapet genereras en elektrisk signal som beskriver trummans rörelse. I vissa fall kan det vara fördelaktigt att givaren be- står av två enheter och att signalerna från de båda givarna me- delvärdesbildas på så sätt att en signal motsvarande den verti- kala rörelsen för tyngpunkten hos den vibrerande delen genere- ras. I block (2) avskiljs störande lång- och kortperiodiga svängningar. Långperiodiga svängningar uppstår tex genom att packningsrednkapet rör sig över en ojämn yta eller att red- skapets ram kommer i svängning. Kortperiodiga störningar upp- kommer av resonanser i konstruktionen och lagerglapp. Block (3) detekterar nollgenomgångar i signalen. I blocket finns även en anordning som blockerar nolldetektorn under en tid som motsvarar halva den kortaste periodtid som kan förekomma. Detta för att undvika att falsk nolldetektering sker på grund av ef- ter (2) kvarvarande överlagrade kortperiodiga störningar. Från (3) går två utgående signaler som styr två grindar (5) och (6).

Grind (5) är öppen och släpper igenom pulser från klockan (4) när signalen från (2) ligger över nollnivån och grind (6) släp- per igenom klockpulser när signalnivån ligger under noll. Pul- serna Från grindarna räknas under en bestämd tid nuh Ingram I två register (l0)och (ll). Efter den förbestämda Liden över- förs innehållen i registren till en digital divisionsdel, var- efter registren nollställs och börjar räkna pulser på nytt.

Den förutbestämda tiden för medelvärdesbildning kan genereras av givarsignalen så att den utgör en bestämd multipel av huvud- svängningens periodtid, vilket kan realiseras med en räknare (7), alternativt bestäms medelvärdestiden av klockan via en räknare (8) så att medelvärdesbildning sker under en bestämd tid asynkront med periodtiden för packningsredskapets sväng- ningar. I divisionsdelen divideras de två digitala värdena med varandra, varefter parametervärdet (l-kvoten) beräknas i block 80Û8299-3 6 (12). Det digitala parametervärdet presenteras på en display och/eller en printer ((13) och (14)). De digitala delarna av anordningen (l5) kan byggas upp med standard TTL eller CMOS komponenter, men kan med fördel bestå av en mikroprocessor.

Hittills har förutsatts att utsignalen från en givare som av* känner en del av packninqsredskapets rörelse åtminstone efter en viss signalbehandling utgör en distorderad sinusformad sig~ nal, där distortionen beror på underlagets styvhet m.m. I prin- cip skulle man tänka sig andra givare som alstrade en sinusfor- mad signal överlagrad på en konstant eller nästan konstant sig- nal. Åtminstone teoretiskt skulle en sådan signal i elektrisk form ständigt kunna vara av samma polaritet men med varierande amplitud. Teoretiskt kan man också tänka sig att en överlagrad signal uppkommer pga att packningsredskapet rör sig uppför el- ler nedför en backe. I sådana fall utgör naturligtvis signalens nollgenomgångar i den mån de förekommer ingen bra utgångspunkt för mätning av packningsgraden. Emellertid kan enligt uppfin- ningen ßanma teknik tillämpas som vid Fallet dintnrdnrad sinus- signal, om man 1 stället för signalens noligenumgångal avkännel eller detekterar när delrörelsesignalen överstiger respektive understiger ett referensvärde eller tidpunkter när delrörelse- signalen överensstämmer med ett referensvärde. Förutsättningen är då att referensvärdet utgör delrörelsesignalens aritmetiska medelvärde beräknat eller erhållet under en lämplig tid. En metod att se till att ett sådant referensvärde överensstämmer med noll är naturligtvis en högpassfiltrering av delrörelsesig- nalen. Högpassfiltrets passband bör då släppa igenom signaler med betydligt lägre frekvens än vibrationernas grundfrekvens, företrädesvis även signaler med en frekvens av en bråkdel av vibrationernas grundfrekvens. Däremot bör likströms- respektive likspänningskomponenter d\/s i huvudsak nLationäLa delar av delrörelsesignalen effektivt filtreras bort.

Den enklaste utföringsformen av ett förfarande respektive en anordning enligt uppfinningen är baserad på storheten 1 minus förhållandet mellan storlekarna hos två konsekutiva tidsinter- vall respektive tidsavstând. Företrädesvis bör givaren oriente¿ ras så att signalens polaritet blir enligt exemplet i figur l. 7 - 8008299-3 Kvoten Tl/T2 respektive T3/T4 blir då mindre än ett om Tl res- pektive T3 definieras som tider under vilka siqnalnivån över- stiger noll respektive ett visst referensvärde och T2 respek- tive T4 definieras som tider under vilka signalnivån under- stiger nämnda nivå. I vissa sammanhang är det att föredra att mäta flera tidsavstånd respektive tidsintervall och bilda del- storheter enligt ovan.

Den storhet som används som mått på packningsgraden bildas då som ett aritmetiskt och/eller geometriskt medelvärde av del- storheterna. Alternativt kan först alla tidsavstånd under vilka signalen överstiger noll eller ett referensvärde respektive motsvarande tidsintervall när signalen understiger nämnda värde summeras var För sig under vn bestämd tid respektive ett be- stämt antal cykier, varefter den önskade storheten beräknas som l minus kvoten mellan de båda summorna.

Det är enkelt för fackmannen att med kommersiellt tillgängliga diskreta komponenter och integrerade kretsar konstruera en an- ordning respektive utföra ett förfarande enligt uppfinningen.

Av handböcker, datablad och annan information från tillverkare och/eller försäljare av elektronikkomponenter såsom Texas In- struments, Fairchild, Motorola etc. framgår vilka komponenter som kan användas såsom tröskeldetektorer, komparatorer, räkna- re, divisorer, multiplikatorer, filter, förstärkare, klockor etc. Det framgår också vilka förändringar respektive komplette- ringar som behövs för anpassning till olika Fxekvvnnumrådon.

Av information från tillverkare och/eller försäljare av vibre- rande packningsredskap såsom vibrationsvältar framgår de data som fackmannen behöver för att utöva uppfinningen vid packning med dem. Av nämnda patentskrifter framgår hur givare för avkän- ning av packningsredskapets rörelse kan monteras. Av dessa framgår även exempel pâ användbara givare och hur mer än en givare kan användas samtidigt för att minska inverkan av vissa störningar. Det torde därför inte vara nödvändigt att i denna patentansökan i detalj ange komponenter och kretskopplingar.

Claims (8)

8-008299-3 PATENTKRAV

1. Förfarande för mätning av den packningsgrad, som uppnås vid packning av ett underlag med ett packningsredskap, som har en vibrerande del, som i kontakt med underlaget och förflyttning längs detta packar underlaget, varvid man alstrar en delrörel- sesignal representerande åtminstone den hastigare varierande 1 vertikala delen av den packande delens rörelse k ä n n e - t e c k n a t a v avkänning av när delrörelsesignalen över- stiger respektive understiger ett referensvärde och/eller tid- punkter när delrörelsesignalen överensstämmer med ett referens- värde, varvid nämnda referensvärde åtminstone i huvudsak över- ensstämmer med delrörelsesignalens medelvärde, samt av bildande av en storhet som funktion av storleken hos tidsintervall då signalen är större än respektive mindre än referensvärdet eller tldsavstånd mellan successiva tidpunkter då delrörclsesiqnalen överensstämmer med referensvärdet, vilken storhet används som ett mått på packningsgraden.

2. Förfarande enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a t a v _attfunktionen är en konstant minskad med förhållandet mellan storlekarna hos två tidsintervall respektive tidsavstånd.

3. Förfarande enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a t a v att funktionen utgör ett medelvärde bildat som en kon- stant minskad med förhållandet mellan summan av ett antal tids- intervall under vilka signalen överstiger referensvärdet och summan av samma antal tidsintervall under vilka signaler under- stiger refersnsvärdet.

4. Förfarande enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a t a v att funktionen utgör ett medelvärde av ett antal delfunk- tioner vilka var och en är skillnaden mellan en konstant och förhållandet mellan storlekarna hos två tidsintervall respek- tive tidsavstånd.

5. Anordning för mätning av den packningsgrad som uppnås vid packning av ett underlag med ett packningsredskap, som har en vibrerande del som i kontakt med underlaget och förflyttning 8008299-5 längs detta packar underlaget, varvid en givare på packninge- redskapet alstrar en delrörelsesignal representerande åtmin- stone den hastigare varierande vertikala delen av den packan- de delens rörelse k ä n n e t e c k n a d a v avkännings- organ för avkänning av när delrörelsesignalen överstiger res- pektive understiger ett referensvärde och/eller tidpunkter när delrörelsesignalen överensstämmer med ett referensvärde, var- vid nämnda referensvärde åtminstone i huvudsak överensstämmer med delrörelsesignalens medelvärde, samt av funktionsbildande organ för bildande av en storhet som funktion av storleken hos tidsintervall då signalen är större än respektive mindre än referensvärdet eller tidsavstånd mellan successiva tidpunkter då nürelseslqnalen överensstämmer med refnrensvärdut, vilken storhet utgör ett mått på packningsgraden.

6. Anordning enligt patentkravet 5 k ä n n e t e c k n a t a v att de funktionsbildande organen bildar storheten som en funktion av en konstant minskad med förhållandet mellan storlekarna hos två tidsintervall respektive tidsavstånd.

7. Anordning enligt patentkravet 5 k ä n n e t e c k n a t a v att de funktionsbildande organen bildar storheten smnett medelvärde beräknat som en konstant minskad med förhållandet mellan summan av ett antal tidsintervall under vilka signalen ñvnrnilqor nvfnrennvflrdvl mvh summan av mamma antal lldnln tervall under vilka signalen undeisllgur nefeiensväxdvt.

8. Anordning enligt patentkravet 5 k ä n n e t e c k n a t a v att de funktionsbildande organen bildar storheten sonlett medelvärde av ett antal delstorheter, vilka var och en utgör en funktion av skillnaden mellan en konstant och förhållandet mellan storlekarna hos tidsintervall respektive tidsavstånd.