SE445566B - Forfarande for att uppskatta den packningsgrad som uppnas vid packning samt anordning for att meta packningsgrad for genomforandet av forfarandet - Google Patents

Description

8405801-5 Kort beskrivning och sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen bygger på avkänning av packningstrummans rörelse då pack- ningsredskapet förflyttas fram och åter ovanpå underlaget och pack- ningstrumman pâlägges ett alternerande vridande moment kring sin axel.

Uppfinningen bygger på insikten att accelerationen hos trummans cent- rum eller axel i riktning vinkelrätt mot trummans axel och i huvudsak parallell med underlaget är relaterad till underlagets packningsgrad.

Därför alstras vid ett förfarande enligt uppfinningen en storhet rep- resenterade denna accelerationsrörelse och har en anordning enligt uppfinningen organ för alstring av en sådan storhet.

Uppfinningen bygger också på insikten att accelerationens amplitud inte behöver vara direkt relaterad till packningsgraden, eftersom packningstrumman kan glida mot underlaget. Uppfinningen bygger på insikten om att en uppskattning av uppnâdd packningsgrad går att göra med hjälp accelerationen i vissa tidpunkter eller under vissa tidsin- tervall då trummans mantelyta är i kontakt med underlaget men trots det pålagda alternerande vridande momentet inte slirar nämnvärt mot underlagetÅ Vid ett förfarande enligt uppfinningen bestämmer man med hjälp av den alstrade storheten minst ett sådant tidsintervall eller en sådan tidpunkt. Vidare bestämmas växlingsfrekvensen eller dess periodtid eller en parameter som beror av dessa med hjälp av accelera- tionens tidsförlopp under dessa tidsintervall och växlingsfrekvensen leller dess periodtid. En anordning enligt uppfinningen har organ inne- fattanda en givare för avkänning av trummans rörelse och en processor för beräkning av ett mått på uppnâdd packningsgrad.

Enligt en föredragen utföringsform av ett förfarande enligt uppfin- ningen bestämmer man amplituden hos den sinuskurva vars frekvens över- ensstämmer med växlingsfrekvensen och tidsförlopp väsentligen överens- stämmer med accelerationens tidsförlopp under åtminstone signifikanta delar av minst ett sådant bestämt tidsintervall. Den uppnådda pack- ningsgraden uppskattas då med hjälp av amplituden hos sinuskurvan. 8405801-5 Enligt en annan föredragen utföringsform bestämmas ändríngshastigheten hos accelerationen kring tidpunkter då acceleratíonen är i huvudsak Û.

Tidsskillnaden mellan två successiva sådana tidpunkter bestämmas ock- sâ. En produkt väsentligen proportionell mot både ändringshastigheten och tidsskillnaden bestämmas och uppnådd packningsgrad uppskattas med hjälp av produkten.

Enligt en utföringsform av uppfinningen tillämpas medelvärdesbildning för minskning av inverkan av störningar. För detta äbdamâl kan en anordning enligt uppfinningen ha en givare för avkänning av trummans vridningsrörelse kring sin axel.

Ritningarna Fig. 1 illustrerar ett exempel på den allmänna konstruktionen hos en vält av den typ där uppfinningen är tänkt att användas.

Fig. 2 illustrerar det principiella förloppet för horisontalaccelera- tionen hos trummans axel för fallet att viss glidning sker mellan trummans mantelyta och det underlag som packas.

Fig. 3 illustrerar en utföringsform av en anordning enligt uppfinning- en.

Fig. 4 illustrerar en, enligt ett förfarande och en anordning enligt uppfinningen, uppskattad packningsgrad som funktion av antal gånger packningsredskapet flyttats över underlaget.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Det underlättar förståelsen av föreliggande uppfinning om man väl kän- ner till funktionen hos just den sorts packningsredskap som uppfin- ningen är avsedd för. I anslutning till beskrivningen av uppfinningen kan det därför vara lämpligt att delvis beskriva packningsredskap av det slag som uppfinning är avsedd för. 8405801-5 Principen för packningsredskapen, som beskrivits i europeiskt patent 0053598, är att trumman (1) exciteras med ett alternerande moment vri- dande kring trumaxeln. Momentet kan t.ex. genereras av ett excenter- system inuti trumman vilket drivs med en hydraulmotor (2). Momentet varierar företrädesvis sinusformigt med tiden och växlar riktning mel- lan medurs vridning och moturs vridning med en växlingsfrekvens av storleksordningen 20 - 50 Hz. Överlagrat på rörelsen på grund av väl- tens Framdrivning får trumman genom det pâlagda varierande momentet en oscillerande rörelse och överför en oscillerande kraft till underla- get. Den oscillerande kraften verkar i huvudsak parallellt med under- lagets överyta och har en dominerande frekvens som överensstämmer med det pålagda momentets växlingsfrekvens.

Trumman är förbunden med vältens ram (3) med fjädrar, normalt beståen- de av gummielement (ej visat i figuren). Vältens ram (3) består ofta av två delar, ledat förbundna. Den bakre delen kan som i fig. l utgö- ras av en traktordel bestående av drivmotor, drivhjul och förarplats, men kan även bestå av en andra trumdel.

När välten rullar med konstant hastighet över ett underlag och trumman exciteras med ett alternerande vridande moment får trummans axel, i en riktning parallellt med underlaget och vinkelrät mot axeln, ett med tiden varierande accelerationsförlopp, som i princip liknar det som visas i fíg. 2. Under vissa tidsintervall är trummans mantelyta i kon- takt med underlaget utan att någon nämnvärd glidning sker - interval- len CDE, FA'B' osv. Under intervallen BC, EF osv är inte friktionen mellan trummans mantelyta och underlaget tillräckligt stor för att kontakt skall kunna upprätthållas. Mantelytan glider då under tämligen konstant kraftöverföríng mot underlaget, vilket avspeglar sig i ett tämligen konstant värde på accelerationen hos trummans axel.

Förfarandet enligt uppfinningen grundar sig på avkänning av pack- ningstrummans rörelse t ex med en givare (4) enligt fig. l och alst- ring av en första storhet representerande accelerationsförloppet för trummans centrum eller axel i riktning vinkelrät mot trummans axel och i huvudsak parallellt med underlaget. Signalen bearbetas i syfte att alstra en storhet som är proportionell mot underlagets styvhet, dvs 8405801-5 dess packníngsgrad.

Bearbetníngen beskrivas enklast med utgångspunkt från fig. 2. Först bestämmas två tidpunkter då kurvan har samma fasläge, t ex A resp A', varefter tidsíntervallets längd mellan dessa punkter uppmätes. Som nästa steg beräknas lutningen hos kurvan vid minst en nollgenomgång för kurvan. Den önskade parametern beräknas därefter som produkten mellan tídsintervallets längd och lutningens storlek. Värdet multipliceras slutligen med en lämplig skalningskonstant innan det presenteras som värde på packningsgraden.

Som alternativa förfaranden kan tidsintervall i närheten av nollgenom- gångarna, alternativt större delen av de partier av signalen under vilka trumman inte nämnvärt slirar mot underlaget, användas för att uppskatta aecelerationens ändringshastighet. I dessa fall anpassas antingen räta linjer eller en sinusfunktion till kurvpartierna.

Anpassningen kan ske enligt minsta kvadratmetoden. I det fall då en sinusfunktion anpassas väljas sinusfunktionens frekvens sådan att den sammanfaller med det inverterade värdet av längden för det tidsinter- vall som beräknatsenligt ovan. Denna frekvens motsvarar växlingsfrek- vensen för det moment, varmed packningstrumman exciteras. Den önskade parametern, som är relaterad till underlagets packningsgrad (styvhet), är den anpassade sinusfunktionens amplitud.

Den anpassade signalen kan också utgöras av en summa av en sinusfunk- tion och ett antal harmoniska övertoner till denna sinusfunktion, vars respektive amplituder och faslägen relativt grundtonen har vissa be- stämda värden.

Växlingsfrekvensen kan alternativt bestämmas genom direkt avkänning av excentersystemets rotation med en lämplig givare.

Ovan beskrivna förfarande ger resultat som kan användas vid jämförande mätningar vid samma exciteringsfrekvens. Vill man erhålla jämförbara parametervärden med olika exeiteringsfrekvenser, beräknas parameter- värdet som en funktion av såväl den anpassade sinusfunktionens ampli- tud som exciteringsfrekvensen. 8405801-5 Förfarandet enligt uppfinningen ger även möjlighet att med hjälp av den första storheten indikera graden av glidning, vilket är av stort värde när det gäller att bedöma lämplig vibrationsamplitud resp frek- vens med hänsyn till packningseffekten. Ett lämpligt mått är kvoten mellan den första storhetens amplitud och den anpassade sinusfunktio- nens amplitud alternativt ett minus denna kvot.

För att utjämna fluktuatíoner i den uppskattade packningsgraden från period till period, kan en medelvärdesbildning av uppskattade värden från mer än en period utföras.

På grund av ofullkomlig dynamisk balansering av olika delar av trum- man, kan det inträffa att parametern uppvisar en periodicitet, som beror av dessa obalanser och inte av underlagets packningsgrad. Sådan periodicitet kan elimineras genom att parametervärdet fortlöpande bil- das som medelvärdet över det senaste hela varvet av trummans rotation.g Trummans rotation avkännes i detta fall med en separat givare (7).

Fig 4 visar ett blocksehema över ett föredraget utförande av en anord- ning för utförande av förfarandet enligt ovan. (4) är en givare, monterad i ett plan genom trummans axel som är i huvudsak parallellt med underlaget och vinkelrät mot denna axel. Lämp- ligen monteras givaren i kontakt med ett av valsens lagerhus. Givaren består av en accelerometer och en förstärkare.

Signalen från givaren leds med en kabel till en beräkningsenhet (5), monterad på lämpligt sätt i välten. Resultatet visas på en presenta- tionsenhet (6), som vanligen placeras i vältens instrumentpanel.

Ytterligare en sensor (7) är ansluten till (5). Den kan vara av induk- tiv typ, avkänner trummans rotation och ger ett bestämt antal pulser per varv av trummans rotation. Antalet pulser per helt varv är av storleksordningen 8 eller mer. 8405801-5 I beräkningsenheten leds utsignalen från givaren Först till ett band- passfilter (8), som dämpar låga och höga frekvenser vilka är störande och kan förorsaka överstyrning i efterföljande Förstärkare (9). Höga frekvenser från vibrationer i lager och excentermotor, resonanser etc dämpas därefter ytterligare av ett lågpassfilter (10).

Utsignalen från lâgpassfiltret utgör den Första storheten. Tidpunkter då trummans mantelyta är i kontakt med underlaget, men trots det pâlagda alternerande vridande momentet inte slirar nämnvärt mot under- laget, bestämmes genom att den Första storheten tillförs en nollgenom- gångsdetektor (lä). Vid nollgenomgången av den första storheten sker ju ingen slirning, jämför fig. 2.

Tidsavstånden mellan successiva nollgenomgångar är halva periodtiden.

Med hjälp av utsignalen från nollgenomgângsdetektorn kan processorn därigenom också enkelt alstra en andra storhet representerande väx- lingsfrekvensen eller dess periodtid eller en parameter som direkt beror av dessa.

Utsignalen Fran filtret (10) tillförs även deriveringsorgan (ll). I dessa sker även en viss bandpassfiltrering, vilket innebär att deri-- vering sker endast i ett begränsat frekvensintervall motsvarande möj- liga vältexciteringsfrekvenser. Den deriverade signalen helvågslikrik- tas i block (12) och går vidare till en sample/hold-krets (13). Samp- lingspulser till (13) genereras av processorn med tillhörande RAM och ROM innehållande ett lämpligt program (15) med hjälp av nollgenom- gångsdetektorn (14).

Nollgenomgângsdetektorn har en viss hysteres för att förhindra att kvarvarande extra nollpassager av signalen på grund av högfrekventa störningar detekteras. Signalen ut från sample/hold-kretsen (13) kom- mer att motsvara beloppet av signalens derivata vid nollgenomgång i positiv respektive negativ riktning. Värdet hålls konstant från en nollgenomgång till nästa. 8405801-5 Signalen från (13) omvandlas till digital formuav en A/D-omvandlare (16). När omvandlingen är avslutad läses värdet in till processorn (15). Där beräknas dels en andra storhet representerande växlingsfrek- vensen genom uppmätning av tiden mellan tvâ nollgenomgångspulser från (14), dels beräknas kvoten mellan det maximum för signalens derivata som erhållits från (16) och nämnda växlíngsfrekvens. Alternativt beräknas ett digitalt värde på den andra storheten representerade väx- lingsfrekvensens periodtid och en produkt av nämnda maximum och periodtiden. Åtminstone teoretiskt bör värdet på produkten resp kvoten korrigeras för variationer hos växlingsfrekvensen. Försök har dock visat att pro- dukten resp kvoten enligt ovan är tillräckligt konstant inom det nor- mala variationsområdet för exciteringsfrekvensen för vanliga vältar för att korrigering normalt inte skall erfordras. Ifall korrektion för frekvens krävs, kan detta utföras av processorn med hjälp av en kort programsekvens.

Efter korrektion av värdet på produkten resp kvoten matas det i form av ett digitalt ord ut från processorn till en D/A-omvandlare (17), som omvandlar värdet till en analog spänning (eller ström), vilken i sin tur med en kabel leds till ett visarinstrument (18) i presenta- tíonsenheten (6). På motsvarande sätt kan ett värde på signalens grundfrekvens genereras via en annan D/A-omvandlare (19) och presente- ras pâ ett visarinstrument (20).

Ett försök att teoretiskt förklara varför en funktion av produkten resp kvoten ger ett mått på packningsgraden är att produkten resp kvo- ten efter lämplig skalníng motsvarar amplituden för den sinussignal som dels har samma grundfrekvens som den registrerade accelerations- signalen, dels sama derivata vid nollpassagen. Detta är den önskade amplituden, som nära motsvarar den amplitud som skulle ha registre- rats, ifall ingen glidning skett mellan trummans mantelyta och under- laget och som ger ett mått pâ underlagets packningsgrad. 8405801-5 En alternativ anordning enligt uppfinningen som närmare ansluter till denna teoretiska förklaring utnyttjar samma hårdvara som beskrivits ovan och som visas i fig. 3, med den skillnaden att deriveringskretsen (ll) och helvågslikriktaren (12) slopats. Signalen från filtret (10) leds alltså förutom till nolldetektorn (lb) direkt till sample/hold- kretsen (13). Sampling och A/D-omvandling av signalen sker kontinuer- ligt under tidsavsnitt om minst en period av växlingsfrekvensen, varunder digitaliserade värden successivt lagras i processorns (l5) minne. Likaså lagras information om tidpunkter för pulser från nollde- tektorn (14) i relation till lagrade accelerationsdata. När tillräck- ligt många värden lagrats utför processorn en anpassning enligt minsta kvadratmetoden av en teoretisk funktion till bestämda avsnitt av den lagrade signalen enligt ovan. Som mått på uppnådd packningsgrad beräk- nar processorn ett digitalt tal direkt beroende av sinusfunktionens amplitud. I enklaste fallet är talet proportionellt mot amplituden.

Mer komplicerade samband mellan talet och amplituden är tänkbara, exempelvis kan talet vara en linjär funktion av amplituden med av väx- lingsfrekvensen beroende konstanter och mutliplikationsfaktorer. Det beräknade digital talet matas ut till D/A-omvandlaren. Sampling och A/D-omvandling startas därefter på nytt och förfarandet upprepas.

Givaren (7) har två huvuduppgifter. Det pulståg som den genererar när välten rullar ger möjlighet att i processorn beräkna ett värde på väl- tens rullhastighet, vilket via en D/A-omvandlare (21) leds till ett visarinstrument (22). Pulserna från (7) används dessutom för att styra en medelvärdesbildningsprocess i processorn. Madelvärden bildas suces- sivt för ett helt varv av trummans rotation. Medelvärdet uppdateras för varje ny puls från givaren (7). Dessa medelvärden matas i detta fall ut till D/A-omvandlaren (17) och instrumentet (18) i stället för det momentana packningsgradsvärdet som beskrivits ovan.

Motivet för denna medelvärdesbildning är att man på så sätt kan utjäm- na eventuella fluktuationer i packningsmätarvärdet, som kan uppkomma ifall excentersystemet i den oscillerande trumman inte är tillräckligt väl utbalanserat. 8405801-5 10 Ytterligare en medelvärdesfunktion har programmerats. Den styrs av en strömbrytare (23). Hed hjälp av denna funktion kan medelvärdet för en sträcka av lämplig längd beräknas och presenteras. Medelvärdesbild- ningen startas genom intryckning av strömbrytaren (23). Under den tid strömbrytaren är intryckt adderas sucessivt värden på packningsgraden i ett register i processorn. Det normala packningsgradsvärdet visas samtidigt på vanligt sätt på visarínstrumentet (18). Vid slutet av mätsträckan trycks strömbrytaren (23) in igen, varvid medelvärdet över den aktuella mätsträckan beräknas och visas på visarinstrumentet till dess att en ny medelvärdesbildning startas genom att strömbrytaren (23) trycks in igen.

En prototyp uppbyggd enligt uppfinningen har utvärderats vid försök på olika typer av underlag. I Fíg 4 visas ett exempel på värdets ökning med antalet överfarter vid packning av ett grusunderlag. Kurvans för- lopp stämmer väl överens med den ökning av materialets styvhet med ökande antal överfarter som kan uppmätas med konventionella punktkon- trollmetoder.

Claims (3)

8405801-5 ll PATENTKRAV

1. l. Förfarande För uppskattning av den packningsgrad som uppnås vid packning av ett underlag med ett packningsredskap som har en pack- níngstrumma vridbart upphängd kring sin axel och som förflyttas Fram och åter ovanpå underlaget, vilken packningstrumma För pack- ning av underlaget pålägges ett moment vridande kring packning- strummans axel, vilket moment växlar riktning mellan medurs vrid- ning och moturs vridning med en viss växlingsfrekvens k ä n n e- t e c k n a t a v avkänning av packningstrummans rörelse, av alst- ring av en Första storhet representerande accelerationsförloppet För trummans centrum eller axel i riktning vinkelrätt mot trummans axel och i huvudsak parallellt med underlaget, av bestämning med hjälp av den första storheten av minst en tidpunkt eller ett tid- sintervall då trummans mantelyta är i kontakt med underlaget men trots det pälagda alternerande vridande momentet inte slirar nämn- värt mot underlaget, av bestämníng av växlingsfrekvensen eller dess periodtid eller en parameter som direkt beror av någon av dessa samt alstring av en andra storhet representerande växlingsfrekven- sen eller dess periodtid eller parametern, samt uppskattning av uppnådd packningsgrad med hjälp av den andra storheten och accele- rationens tidsförlopp vid minst en bestämd tidpunkt eller under åtminstone en del av minst ett bestämt tidsintervall.

2. Förfarande enligt patentkravet 1 k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda minst en tidpunkt eller minst ett tidsintervall då trummans mantelyta är i kontakt med underlaget men trots det pålagda vridan- de momentet inte slirar nämnvärt mot underlaget bestämmes genom bestämning av tidpunkter då acoelerationen är i huvudsak Û eller tidsintervall då accelerationen i huvudsak överensstämmer med sitt medelvärde, av bestämning av ändringshastigheten hos accelerationen vid den bestämda tidpunkten eller dess medelvärde under det bestäm- da tidsintervallet, samt av bildande av en produkt väsentligen pro- portionell mot både ändringshastigheten resp. dess medelvärde och mot växlings frekvensens periodtid. 8405801-5

3. l2 Förfarande enligt patentkravet 2 k ä n n e t e c k n a t a v avkänning av packningstrummans vridningsrörelse kring sin axel under förflyttningen fram och åter ovanpå underlaget samt medelvär- desbildning av produkten under en vridningsrörelse av ett eller flera hela varv. Förfarande enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a t a v bestämning, exempelvis med hjälp av minsta kvadratmetoden, av amp- lituden hos den sinuskurva vars frekvens överensstämmer med väx- lingsfrekvensen och vars tidsförlopp väsentligen överensstämmer med accelerationens tidsförlopp under åtminstone signifikanta delar av minst ett bestämt tidsintervall, samt uppskattning av uppnådd pack- ningsgrad med hjälp av amplituden. Förfarande enligt patentkravet h k ä n n e t e c k n a t a v bedömning även av hur mycket trumman glider mot det underlag som packas, varvid amplituden hos accelerationen bestämmas och som mått på glidningen används en funktion av förhållandet mellan sinuskur- vans amplitud och accelerationens amplitud Anordning för uppskattning av den packningsgrad som uppnås vid packning av ett underlag med ett packningsredskap som har en pack- ningstrumma (l), vridbart upphängd kring sin axel och som förflyt- tas fram och åter ovanpå underlaget, vilken packningstrumma för packning av underlaget pâlägges ett moment vridande kring pack- ningstrummans axel, vilket moment växlar riktning mellan medurs vridning och moturs vridning med en viss växlíngsfrekvens k ä n - n e t e c k n a d a v första organ (4, 8, 9, 10) innefattande en första givare (4) för avkänning av packníngstrumans rörelse och för alstring av en första storhet representerande accelerationsför- loppet för trummans centrum eller axel i riktning vinkelrätt mot trummans axel och i huvudsak parallellt med det underlag på vilket packningstrumman förflyttas fram eller åter, av andra organ (14) för att med hjälp av den första storheten bestämma tidpunkter eller tidsintervall då trummans mantelyta är i kontakt med underlaget men trots det pålagda alternerande vridande momentet inte slirar nämn- värt mot underlaget, samt av tredje organ (ll, 12, 13, 15, 16) 8405801-5 13 innefattande en processor (15) för alstring av en andra storhet representerande växlíngsfrekvensen eller dess periodtid eller en parameter som direkt beror av dessa samt för uppskattning av upp- nådd packningsgrad med hjälp av den andra storheten och accelera- tionens tidsförlopp vid minst en bestämd tidpunkt eller under åtminstone en signifikant del av minst ett bestämt tidsintervall. Anordning enligt patentkravet 6 k ä n n e t e c k n a d a v att de tredje organen är anordnade att med hjälp av exempelvis minsta kvadratmetoden bestämma amplituden hos den sinuskurva vars frekvens överensstämmer med växlingsfrekvensen och vars tidsförlopp väsent- ligen överensstämmer med acoelerationens tidsförlopp under åtmin- stone signifikanta delar av minst ett bestämt tidsintervall. Anordning enligt patentkravet 6 k ä n n e t e c k n a d a v en andra givare (7) anordnad att avkänna packningstrummans vríd- ningsrörelse kring sin axel under förflyttningen fram och åter ovanpå underlaget, samt att de tredje organen är anordnade att utföra en medelvärdesbildning av uppnådd packningsgrad under en vridningsrörelse av ett eller flera hela varv. Anordning enligt patentkravet 6 k ä n n e t e c k n a d a v att de andra organen innefattar en detektor för bestämning av tid- punkter då accelerationens storlek är i huvudsak Û eller i huvudsak överensstämmer med sitt medelvärde, att de tredje organen innefat- tar deriveringsorgan (ll) för bestämning av ändringshastigheten hos accelerationen, samt av att processorn är anordnad att dels bestäm- ma tidsskilljnaden mellan två bestämda successiva tidpunkter dels bilda en produkt proportionell mot både ändringshastigheten och mot tidsskillnaden.