DE2057279B2 - Soil compacting device - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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- E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
- E02D3/02—Improving by compacting
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Description
Die Erfindung betrifft ein Bodenverdichtungsgerät mit wenigstens einem schwingenden Arbeitsteil, bei welchem Erregerdrehzahl und/oder Erregerkraft als eine die Verdichtungsleistung des Gerätes bestimmende Betriebskenngröße des Gerätes veränderbar ist, mit einem nach Maßgabe des "on dieser gelieferten Signals beeinflußbaren Stellglied zur Veränderung dieser f>o Betriebskenngröße und mit einer Regeleinrichtung zur automatischen Steuerung des Stellgliedes von der Meßeinrichtung.The invention relates to a soil compacting device with at least one vibrating working part which excitation speed and / or excitation force as a determining the compression performance of the device The operating parameter of the device is changeable, with a signal supplied in accordance with the "on this" signal controllable actuator to change this f> o Operating parameter and with a control device for the automatic control of the actuator of the Measuring device.
Bodenverdichtungsgeräte, insbesondere solche, die die Verdichtung des Bodens durch Schwingungen t>5 bewirken, wie Rüttelplatten und Walzen mit vibrierenden Bandagen, besitzen nach dem Stande der Technik vielfach Einrichtungen, mit denen sich die von dem Gerät auf den zu verdichtenden Boden ausgeübten Wirkungen einstellbar in Stufen oder stetig verändern lassen; dies gilt beispielsweise für die Größe der Wuchtkraft eines solchen Gerätes. Diese kann einmal bei unwuchterregten Verdichtungsgeräten über die Unwucht verändert werden, wobei die Erregerzahl beibehalten wird, zum anderen kann sie auch mit der Erregerdrehzahl zusammen verändert werden; schließlich ist es hierbei auch möglich, die Unwucht und die Erregerdrehzahl in Abhängigkeit voneinander so zu verändern, daß sich eine neue Rüttelfrequenz bei gleicher Rüttelstärke ergibt. Außer diesen beiden Kenngrößen kann aber auch noch die Hauptwirkungsrichtung der Wuchtkraft eines Arbeitsteiles verändert werden, sei es durch Verschwenken des Erregers, sei es bei Erregern mit zwei oder mehr Massenkrafterzeugern durch eine Phasenverschiebung zwischen den Rotoren.Soil compacting devices, especially those that compact the soil through vibrations t> 5 effect, such as vibrating plates and rollers with vibrating drums, have according to the prior art often facilities with which the exercised by the device on the soil to be compacted Effects adjustable in steps or can be changed continuously; this applies, for example, to the size of the Impact of such a device. This can be done once in the case of unbalanced compaction equipment via the Imbalance can be changed, whereby the number of exciters is maintained, on the other hand it can also be changed with the Exciter speed can be changed together; Finally, it is also possible here, the imbalance and the To change the exciter speed as a function of each other so that a new vibration frequency occurs at results in the same vibration strength. In addition to these two parameters, the main direction of action can also be used the momentum of a working part can be changed, be it by pivoting the exciter, be it in the case of exciters with two or more mass force generators due to a phase shift between the rotors.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß Bodenverdichtungsgeräte, die in dieser Weise verstellt werden können, für eine feste Wahl der genannten Betriebsparameter nicht auf allen Boden optimale Verdichtungsergebnisse erbringen, daß es vielmehr vorteilhaft ist, für den einen Boden eine hohe Rüttelfrequenz, für einen anderen eine geringe Wuchtkraft und für einen weiteren eine mehr schiebende als pressende Beanspruchung zu wählen. Hersteller von dynamischen Bodenverdichtungsgeräten sehen daher Verstellmöglichkeiten der erwähnten Art vor, um hiermit den Geräten ein weiteres Anwendungsund Einsatzgebiet zu eröffnen und sie vielseitiger verwendbar zu machen.Experience has shown that soil compaction equipment that can be adjusted in this way for a fixed choice of the mentioned operating parameters does not give optimal compaction results on all soil provide that it is rather advantageous for one floor a high vibration frequency, for another one to choose a low impact force and, for another, a more pushing than pressing load. Manufacturers of dynamic soil compaction equipment therefore see adjustment options of the type mentioned in order to open up a further field of application for the devices and make them more versatile to make usable.
Die Praxis stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, den sich hiermit anbietenden technischen Fortschritt zu realisieren. Ein erster prinzipieller Grund liegt in dem Umstand, daß die Zusammenhänge zwischen der von dem Verdichtungsgerät erbrachten Einwirkung auf den Boden und den sich unter ihrem Einfluß abspielenden Umlagerungsvorgängen weitgehend unbekannt sind: der Anwender ist nach dem derzeitigen Stande der Wissenschaft und Technik noch nicht in der Lage, nach ihm zugänglichen Bodeneigenschaften wie Kornverteilung und Wassergehalt anhand von Erfalirungsdaten oder einer formelmäßigen Beziehung die Rüttelfrequenz seines Gerätes zu optimieren. Ein weiterer Grund ist in der Abhängigkeit des schwingungstechnischen Verhaltens des Verdichtungsgerätes von einer Änderung beispielsweise der Wuchtkraft zu sehen: in der Mehrzahl arbeiten dynamische Bodenverdichtungsgeräte im Sprungbetrieb, d. h. die Erregerkraft hebt die Arbeitsteile in gewissen Phasen vom Boden ab; diese vollführen sodann eine durch die Erregerkraft gestörte Bewegung wie beim schiefen Wurf und treffen auf den Boden zu einem im wesentlichen nach den Faligesetzen bestimmten Zeitpunkt auf, zu dem die Erregerkraft nicht notwendig gegen den Boden gerichtet ist. Diese für eine intensive Verdichtung häufig wünschenswerte Gleichsinnigkeit zwischen Auftreffimpuls und gleichzeitiger Erregerkraft kann bereits durch geringe Änderungen — auch Steigerungen — der Unwucht oder der Fliehkraft so gestört werden, daß das für die Verdichtung maßgebende Sprungverhalten des betreffenden Arbeitsteiles grundlegende und quantitativ nicht zu übersehende Veränderungen erfährt. Nicht zuletzt sind es aber auch gewisse Eigenschaften der zu verdichtenden Schüttung selbst, die auch bei unterstelltermaßen erreichter Beherrschung dieser Probleme den gewünschten Erfolg vereiteln: die Schüttungen weisen von Haus aus Schwankungen ihrer Trockenraumdichte von selten unter 3%, vielfach von über 5% auf, ebensoIn practice, however, there are considerable difficulties with the technical progress that this offers to realize. A first fundamental reason lies in the fact that the connections between the the impact of the compaction equipment on the soil and on the soil under its influence relocating rearrangement processes are largely unknown: the user is after the current The science and technology were not yet in a position to such as accessible soil properties according to him Grain distribution and water content based on empirical data or a formulaic relationship To optimize the vibration frequency of his device. Another reason is in the dependence of the vibrational Behavior of the compaction equipment from a change to, for example, the balancing force see: the majority of dynamic soil compaction devices work in jumping mode, i. H. the excitation force lifts the working parts from the ground in certain phases; these then perform one through the excitation force disturbed movement as in the crooked throw and hit the ground at a substantially after the Falling a certain point in time at which the excitation force is not necessary against the ground is directed. This correspondence between the impact pulse, which is often desirable for intensive compaction and simultaneous excitation force can already be achieved by small changes - including increases - of the Imbalance or the centrifugal force are disturbed in such a way that the jump behavior of the decisive for compression relevant part of the work undergoes fundamental changes that cannot be overlooked in terms of quantity. not in the end, however, there are also certain properties of the bed to be compacted itself that are also assumed to be mastering these problems thwarted the desired success: the pourings show inherently fluctuations in their dry space density of seldom below 3%, often of more than 5%, as well
wie lokale Unterschiede im Wassergehalt. Bei Endverdichtungen mit Proctorwerten, die nicht wesentlich über 100% liegen, sind für eine gleichmäßige Bearbeitung der Schüttung mit einem Verdichtungsgerät die Ausgangsschwankungen fast unverändert erhalten geblieben; ebenso ist die Enddichte bei als gleichmäßig unterstellter Ausgangsschüttdichte praktisch ein Abbild des örtlichen Wassergehaltes, da dieser — genau wie beim Proctorversuch — merklichen Einfluß auf die mit einer bestimmten Verdichtungsenergie erreichte Verdichtung nimmt. WiM man daher bei einer bestimmten Verdichtungsaufgabe das Erreichen von Mindestwerten des Trockenraumgewichtes sicherstellen, so bedingen diese Schwankungen einen Zuschlag zum Prüfwert, dessen Größe von rechnerisch nur einigen Prozent nicht darüber hinwegtäuschen kann, daß er den erforderlichen Arbeitsaufwand merklich in die Höhe schraubt.like local differences in water content. For final compression with Proctor values that are not significantly above 100% are the output fluctuations for even processing of the bed with a compaction device almost unchanged; likewise the final density is assumed to be evenly assumed Initial bulk density practically an image of the local water content, as this - just like with Proctor test - noticeable influence on the compression achieved with a certain compression energy takes. Therefore, in a certain compression task, one must ensure that minimum values of the Ensure dry room weight, these fluctuations require an addition to the test value, its A size of arithmetically only a few percent cannot hide the fact that it has the required Workload increases noticeably.
Es ist bekannt (DE-PS 6 59 237, DE-PS 8 22 979, US-PS 30 53 157), die Verstellung geeigneter Maschinenteile oder die Veränderung ihrer Kenngrößen von Meßwerten abhängig zu machen, die während des Verdichtungsvorgangs aufgenommen werden. Eine erste diesbezügliche Vorrichtung besteht aus einem seismischen Beschleunigungsaufnehmer an einem im Auflastbetrieb wirkenden Arbeitsteil und einer handbedienten Vorrichtung zur Veränderung der Erregerdrehzahl; dabei soll diese bei oder in unmittelbarer Nähs desjenigen Wertes gehalten werden, bei welchem der Beschleunigungsaufnehmer sein maximales Signal abgibt, das aus Arbeitsteil und Boden gebildete System sich also unter dem Einfluß der periodischen Erregerkraft näherungsweise in der Resonanz befindet. Nachteilig an dieser Lösung ist nicht nur ihre grundsätzliche Beschränkung auf die Steuerung von Auflast-Arbeitsteilen — auf den Sprungbetrieb ist die Resonanz weder erscheinungsmäßig noch begrifflich übertragbar —, sondern auch der Umstand, daß wegen der Mitsteuerung der Erregerkraft über die Drehzahl und wegen der oft überkritischen Dämpfung durch die Reibungsvorgänge im Boden die Resonanz nicht hinreichend deutlich ausgeprägt ist und sich in diesen Fällen kein ausreichend signifikantes Abgleichkriterium für die Art der Handregelung ergibt.It is known (DE-PS 6 59 237, DE-PS 8 22 979, US-PS 30 53 157), the adjustment of suitable machine parts or to make the change in their parameters dependent on measured values that occur during the Compaction process can be included. A first related device consists of one seismic accelerometer on a working part acting in load operation and a hand-operated one Device for changing the exciter speed; this should be at or in the immediate vicinity the value at which the accelerometer emits its maximum signal are maintained, the system formed from the working part and the soil is therefore under the influence of the periodic excitation force is approximately in resonance. The disadvantage of this solution is not only yours basic restriction to the control of load working parts - the jump operation is that Resonance can neither appear nor conceptually transferable - but also the fact that because of the control of the excitation force via the speed and because of the often overcritical damping by the Friction processes in the ground the resonance is not sufficiently clearly pronounced and is in this In some cases, there is no sufficiently significant comparison criterion for the type of manual control.
Es ist weiterhin die Messung der Auftreffkraft des im Sprungbetrieb wirkenden Arbeitsteiles eines dynamischen Bodenverdichtungsgerätes und eine hiervon abhängige Steuerung der Fahrgeschwindigkeit des Gerätes vorgeschlagen worden (DE-OS 20 18 219). Bei einem anderen bekannten Gerät (DE-OS 16 34 616), das ebenfalls im Auflastbetrieb arbeitet, werden die Wegschwingungen des Arbeitsteils unter dem Einfluß eines als Kreisschwinger ausgebildeten Schwingungserregers beobachtet. Dabei erfolgt eine Resonanzüberhöhung in der vertikalen Schwingungskomponente des von Boden und Arbeitsteil gebildeten Schwingungssystems, verbunden mit einer Phasenverschiebung. Die resultierende Wegschwingung ist somit eine mit ihrer großen Achse gegen die Horizontale geneigte Ellipse, wobei die Größe und Richtung der großen Achse der Ellipse bei definierter Kraftamplitude und Erregerfrequenz ein Maß für die Federkonstante des Bodens und damit für die erreichte Verdichtung ist. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts der großen Achse der Ellipse wird entweder von Hand eine Weiterbewegung des Bodenverdichtungsgeräts eingeleitet oder eine automatische Erhöhung der Fahrgeschwindigkeit eingeleitet. It is also the measurement of the impact force of the working part of a dynamic one that is active in the jump operation Soil compacting device and a dependent control of the driving speed of the Device has been proposed (DE-OS 20 18 219). In another known device (DE-OS 16 34 616), the also works in load operation, the path oscillations of the working part are under the influence observed a vibration exciter designed as a circular oscillator. In doing so, there is an increase in the resonance in the vertical oscillation component of the oscillation system formed by the floor and the working part, combined with a phase shift. the The resulting displacement oscillation is thus an ellipse with its major axis inclined to the horizontal, where the size and direction of the major axis of the ellipse with a defined force amplitude and excitation frequency is a measure for the spring constant of the soil and thus for the compression achieved. When exceeded a predetermined threshold value of the major axis of the ellipse is either a further movement by hand of the soil compactor initiated or an automatic increase in driving speed initiated.
Alllen diesen Vorrichtungen gemeinsam ist der Gedanke, das Betriebsverhalten des Verdichtungsgerätes im Sinne der Regelungs- und Steuerungstechnik als Regelgröße zu verwenden, wobei die Aufgabegröße die von dem Gerät hinterlassene Lagerungsdichte ist. Die Prohleniatik derartiger Lösungen liegt darin, daß der Zusammenhang zwischen dieser Aufgabegröße und der jeweiligen Regelgröße hypothetischer Natur ist, denn eine allgemeingültige Beziehung zwischen der Trockenraumdichte eines Bodens und dem schwingungstechnisehen Verhalten eines darauf betriebenen dynamischen Verdichtungsgerätes ist trotz intensiver Forschungen noch nicht bekanntgeworden. Derartige Vorrichtungen verlagern daher die Aufgabe, zweckentsprechende Betriebsparameter des Verdichtungsgerätes zu ermitteln, auf die Ermittlung des Zusammenhangs dieser beiden Größen im konkreten Einzelfall. Damit ist zwar ein Fortschritt erreicht, die gestellte Aufgabe aber noch nicht gelöst, sondern nur eingegrenzt und konkretisiert.What all these devices have in common is the idea of the operating behavior of the compactor to be used as a controlled variable in the sense of regulation and control technology, whereby the task variable is the is the storage density left by the device. The Prohleniatik of such solutions is that the The relationship between this task variable and the respective controlled variable is of a hypothetical nature, because a general relationship between the dry space density of a floor and the vibration technology Behavior of a dynamic compaction device operated on it is despite intensive research not yet known. Such devices therefore shift the task of appropriate To determine the operating parameters of the compaction equipment, to determine the relationship between these both sizes in a specific individual case. This is a step forward, but the task at hand is still there not solved, but only narrowed down and concretized.
Bei den letzterwähnten vorgeschlagenen bzw. bekannten Anordnungen erfolgt außerdem nicht eine Veränderung der die Verdichtungsieistung bestimmenden Betriebskenngrößen, wie Erregerdrehzahl oder Erregerkraft, sondern lediglich eine Veränderung der Einwirkungsdauer des Verdichtungsgerätes auf eine bestimmte Bodenstelle.In the last-mentioned proposed or known arrangements, there is also no one Change in the compression rate determining Operating parameters such as excitation speed or excitation force, but merely a change in the Duration of action of the compaction equipment on a certain ground location.
Es ist weiterhin durch die DE-PS 8 52 667 eine Vorrichtung zum Verdichten großer Massen von Beton od. dgl. mittels eines Innenrüttleraggregates bekannt, bei welcher Meßdosen vorgesehen sind, um denIt is also through DE-PS 8 52 667 a device for compacting large masses of concrete Od. Like. Known by means of an internal vibrator unit, in which measuring cells are provided to the
so Verdichtungsvorgang laufend zu beobachten. Der Grad der Verdichtung wird an Meßinstrumenten abgelesen, und wenn die gewünschte Verdichtung erreicht ist, kann das Innenrüttleraggregat weiterbewegt werden. Bei dieser bekannten Anordnung handelt es sich nicht um ein Bodenverdichtungsgerät, sondern um einen Betonverdichter. Die vorstehend geschilderten, bei Bodenverdichtungsgeräten auftretenden Schwierigkeiten treten dort nicht auf, da definierte Massen zu verdichten sind. Dementsprechend arbeitet das Innenrüttleraggregat mit festen Betriebskenngrößen, Erregerdrehzahl und Erregerkraft, und es wird lediglich die Einwirkungsdauer kontrolliert.so to watch the compression process continuously. The degree the compaction is read on measuring instruments, and when the desired compaction is achieved, can the internal vibrator unit can be moved further. This known arrangement is not a soil compacting device, but a concrete compactor. The ones described above for soil compaction equipment The difficulties that arise do not arise there, as defined masses have to be compacted. Accordingly, the internal vibrator unit works with fixed operating parameters, exciter speed and Excitation force, and only the duration of exposure is checked.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bodenverdichtungsgerät der eingangs erwähnten Art soThe invention is based on the object of providing a soil compacting device of the type mentioned at the outset
■45 auszubilden, daß es bei verschiedenen Bodenarten automatisch stets mit wenigstens annähernd optimalen Betriebskenngrößen arbeitet.■ 45 train that there are different types of soil always works automatically with at least approximately optimal operating parameters.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Meßeinrichtung wenigstens einen nachgeführten Meßfühler zur vom Bewegungszustand des Bodenverdichtungsgerätes unabhängigen Erfassung eines die Verdichtung charakterisierenden bodenphysikalischen Kennwertes des teilweise oder ganz verdichteten Bodens enthält und daß ein Korrelator zur Erzeugung eines nach Größe und/oder Vorzeichen veränderbaren Übertragungsbeiwertes der Regeleinrichtung vorgesehen und eingangsseitig mit dem Signal eines Festwertgebers und der Differenz zweier aufeinanderfolgender Signale des Meßfühlers beaufschlagt ist.According to the invention, this is achieved in that the measuring device has at least one tracking sensor for recording the compaction independently of the state of motion of the soil compacting device characterizing physical soil value of the partially or fully compacted Contains soil and that a correlator for generating a variable according to size and / or sign Transfer coefficient of the control device provided and on the input side with the signal of a fixed value transmitter and the difference between two successive signals from the sensor is applied.
bo Nach der Erfindung erfolgt somit nicht eine Messung des Schwingungsverhaltens des Bodenverdichtungsgerätes auf dem Boden wie bei den bekannten Bodenverdichtungsgeräten, sondern es wird ein für die Verdichtung charakteristischer bodenphysikalischerAccording to the invention, there is therefore no measurement the vibration behavior of the soil compacting device on the ground as with the known ones Soil compaction devices, but it becomes a soil-physical one that is characteristic of compaction
b5 Kennwert unabhängig vom Bewegungszustand des Bodenverdichters bestimmt. Danach wird automatisch durch eine Regeleinrichtung die Erregerfrequenz und/oder Erregerkraft des Bodenverdichters verändert,b5 Characteristic value independent of the state of motion of the Soil compactor determined. The excitation frequency is then automatically set by a control device and / or the excitation force of the soil compactor changed,
derart, daß sich eine optimale Verdichtungsleistung ergibt. Es wird also bei dem Bodenverdichtungsgerät — im Gegensatz zu dem erwähnten bekannten Innenrüttleraggregat — nicht die Einwirkungsdauer in Abhängigkeit von der Verdichtungsmessung verändert, sondern die Frequenz oder Stärke der Eir.,virkung, und diese Veränderung erfolgt automatisch. Das erfordert aber noch das weitere Merkmal der Erfindung, daß ein Korrelator zur Erzeugung eines nach Größe und/oder Vorzeichen veränderbaren Übertragungsbeiwertes der Regeleinrichtung vorgesehen ist, da, wie vorstehend erläutert, der Zusammenhang zwischen den vom Bodenverdichtungsgerät auf den Boden ausgeübten Einwirkungen und den daraus resultierenden Ümlagerungsvorgängen nicht festliegt und sich von Fall zu Fall — u. U. sogar unter Vorzeichenumkehr — ändern kann.in such a way that an optimal compaction performance results. So in the case of the soil compacting device - In contrast to the known internal vibrator unit mentioned - the duration of action is not dependent changed by the compaction measurement, but the frequency or strength of the Eir., effect, and this Changes are made automatically. But that still requires the further feature of the invention that a Correlator for generating a transfer coefficient of the variable according to size and / or sign Control device is provided because, as explained above, the relationship between the from Soil compacting device on the soil and the resulting relocation processes is not fixed and can change from case to case - possibly even by reversing the sign.
In diesem Zusammenhang geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß eine vorteilhafte oder optimale Einstellung der Betriebsparameter dynamischer Bodenverdichtungsgeräte mit den Mitteln und den Modellen der konventionellen Regelungstechnik wegen der Besonderheiten des hier in Rede stehenden Fachgebietes nicht zu erreichen ist. Die Regelungstechnik setzt durchgängig die Kenntnis der Abhängigkeit der Meßgröße von der Stellgröße, d. h. der Charakteristik der Regelstrecke voraus, nur so ist sie in der Lage, aus der Regelabweichung in der Regeleinrichtung diejenige Stellgröße zu bilden, die die Aufgabengröße nach Richtung und Ausmaß sinnvoll auf die Führungsgröße hinführen kann. Im vorliegenden Fall ist der zu verdichtende Boden mindestens ein Teil der Regelstrekke, daher nicht nur von Baustelle zu Baustelle, sondern auch innerhalb einzelner Verdichtungsabschnitte veränderlich, außerdem zeigt er einen merklichen Einfluß auf das Betriebsverhalten des Gerätes und bestimmt darüber hinaus auch dessen Reaktion auf Änderungen des Stellgliedes, beispielsweise der Drosselklappe des Antriebsmotors zur Drehzahlsteuerung.In this context, the invention is based on the knowledge that an advantageous or optimal Setting the operating parameters of dynamic soil compaction equipment with the means and models conventional control technology because of the special features of the subject in question cannot be reached. The control technology consistently implies the knowledge of the dependency of the Measured variable from the manipulated variable, d. H. ahead of the characteristics of the controlled system, only in this way is it able to exit the control deviation in the control device to form the manipulated variable that corresponds to the task variable Direction and extent can sensibly lead to the reference variable. In the present case it is closed compacting soil at least part of the standard route, therefore not just from construction site to construction site, but also changeable within individual compression sections, it also shows a noticeable influence the operating behavior of the device and also determines its reaction to changes of the actuator, for example the throttle valve of the drive motor for speed control.
Die Erfindung macht es weiterhin möglich, bei der Regelung der bodenphysikalischen Kennwerte nach verschiedenen Leistungsmerkmalen zu differenzieren, beispielsweise neben der Lagerungsdichte auch auf die Druckfestigkeit oder die Scherfestigkeit abstellen zu können.The invention also makes it possible to control the physical characteristics of the soil differentiate between various performance features, for example in addition to the storage density also on the To be able to turn off compressive strength or shear strength.
Es handelt sich im Grunde nicht um eine echte Regelung, da die Veränderung der Betriebskenngrößen des Bodenverdichters, die sich auf die Verdichtung des neu zu verdichtenden Bodens auswirkt, nach Maßgabe der Kennwerte des schon verdichteten Bodens erfolgt, auf welche diese Veränderung der Betriebskenngrößen natürlich keinen Einfluß mehr hat. Das Verfahren ist jedoch zulässig, da man in der Regel eine gewisse Stetigkeit der Bodeneigenschaften voraussetzen kann.Basically, it is not a real regulation, because the change in the operating parameters of the soil compactor, which affects the compaction of the new soil to be compacted, according to the requirements the characteristic values of the already compacted soil takes place on which this change in the operating parameters of course no longer has any influence. The procedure is permissible, however, as one usually has a certain amount of Can assume continuity of soil properties.
Zur Automatisierung der Reglereinstellung kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen sein, daß die Regeleinrichtung eine Vergleicherstufe enthält, an welcher der Meßwert dem Signal eines zweiten Festwertgebers entgegengeschaltet ist und von welcher, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Regelverstärkers, das Stellglied beaufschlagt ist, und dem Signal des zweiten Festwertgebers das Signal des Festwertgebers übcrlagerbar ist, und daß die Vergleicherstufe einen mit dem Ausgangssignal des Korrelators und mit dem Differenzsignal aus dem Meßwert und dem Signal des zweiten Festwertgebers beaufschlagten zweiten Korrelator aufweist.A further feature of the invention can be used to automate the controller setting be that the control device contains a comparator stage at which the measured value corresponds to the signal of a second fixed value encoder is connected and of which, if necessary with the interposition of a Control amplifier, the actuator is acted upon, and the signal of the second fixed value transmitter the signal of the Fixed value transmitter can be transferred, and that the comparator stage is connected to the output signal of the Correlator and with the difference signal from the measured value and the signal of the second fixed value transmitter having acted upon second correlator.
Zur Verbesserung der Regelung ist weiterhin vorteilhaft, daß die Meßeinrichtung einen zweiten Meßfühler enthält, der zur Messung der Lagerungsdich te oder des Wassergehalts des Bodens eingerichtet un vor dem Verdichtungsgerät oder dem ersten Arbeitste desselben angeordnet ist, und daß der zweite MeßwenTo improve the control is also advantageous that the measuring device contains a second sensor which is set up for measuring the storage density te or the water content of the soil un in front of the compaction device or the first Arbeitsste is arranged thereof, and that the second Meßwen
r> im Sinne einer regelungstechnischen Störgrößenaufschaltung auf den Eingang der Vergleicherstufe aufgeschaltet ist. r > is connected to the input of the comparator stage in the sense of a control-related feedforward control.
Als Meßmittel zur Erfassung der Lagerungsdichte de: Bodens vor, nach und während des Überganges deAs a measuring device for recording the storage density de: soil before, after and during the transition de
ίο Verdichtungsgerätes können dienen:ίο Compaction equipment can be used:
Radio-Isotopen-Messungen mit Gamma-Strahlen bei diesen Meßverfahren ermittelt ein Empfänger di Intensität der rvckgesteuerten Strahlung, die einem empirisch zu ermittelnden und praktisch bodenunabhängigen Zusammenhang zufolge der Feuchtraumdich te des Bodens weitergibt; da diese Meßeinrichtunge nicht von Hand bewegt zu werden brauchen, könne Abschirmungen stärker als bei den üblichen Feldsonden ausgeführt und damit Präparate mit größeren Aktivitä·Radio isotope measurements with gamma rays In this measuring process, a receiver determines the intensity of the reverse-controlled radiation that is sent to you empirically determined and practically soil-independent relationship according to the wet room you te of the soil passes; since these measuring devices do not need to be moved by hand Shielding is stronger than with the usual field probes and thus preparations with greater activity
2» ten als 20 mC verwendet werden, die eine Reduzierung der Integrationszeiten für die Empfängerimpuls zulassen Zur Darstellung des Trockenraumgewichte: kann diese Methode in bekannter Weise mit einei entsprechenden Messung an rückgestreuten thermi > sehen Neutronen kombiniert werden.2 »th than 20 mC are used, which is a reduction allow the integration times for the receiver pulse To display the dry room weight: this method can be used in a known manner with a corresponding measurement of backscattered thermal > see neutrons combine.
Messungen des elektrischen Bodenwiderstande: mittels einer Vier-Sondenanordnung, wobei diese viei Sonden vorteilhafterweise von vier im wesentlicher scheibenförmigen Körpern mit halbkreisförmig verrunMeasurements of the electrical resistance of the ground: by means of a four-probe arrangement Probes advantageously made of four essentially disk-shaped bodies with a semicircular verrun
ι» deten Rändern gebildet werden, die untereinandei elektrisch isoliert auf einer gemeinsamen Welle geführ und unter entsprechend leichtem Andruck über di Meßstelle abgerollt werden; der für eine geregel festgehaltene Spannung zwischen den inneren SondeThe edges are formed, one below the other guided electrically isolated on a common shaft and under correspondingly light pressure over di Measuring point are unrolled; that for a regulated tension between the inner probe
i'< erforderliche Strom durch die äußere Sonden ist be bekanntem Wassergehalt ein eindeutiges Maß für das Trockenraumgewicht.i '<required current through the outer probes is be known water content is a clear measure of the dry weight.
Meßmittel für die Bettungsziffer des Bodens (auf di belastete Fläche bezogene Federkonstante) kann eiMeasuring means for the bedding factor of the soil (spring constant related to the loaded area) can ei
■ι» Prüfstempel oder eine Prüfbohle sein, die beispielsweis hydraulisch mit einem bestimmten Druck, Vorschlags weise etwa 0,5 MN/m2, auf den Boden aufgesetzt wire und wobei der Setzungsweg vom Erstkontakt bis etw 5 s nach Erreichen der vollen Belastung über einer■ ι »be a test stamp or a test plank, for example, hydraulically with a certain pressure, suggestion about 0.5 MN / m 2 , placed on the ground and where the settlement path from the first contact to about 5 s after reaching the full load over a
« Weggeber an der Bohlenführung aufgenommen unc gespeichert wird; für eine schnelle Folge solche Meßwerte lassen sich derartige Prüfbohlen zu mehrerei auf dem Umfang einer hydraulisch betätigten Meßwalzi — einzeln in entsprechenden Winkelbereichen fre«Position sensor is recorded on the screed guide and saved; for a quick episode such Such test screeds can be measured for several measurements on the circumference of a hydraulically operated measuring roller - individually in corresponding angular ranges fre
in drehbar — anordnen.in rotatable - arrange.
Als Meßfühler für die Scherfestigkeit des verdichte ten Bodens eignet sich eine unterwärts gezahnte Platt oder Bohle, die mit einem Druck von etwa 0,1 MN/m auf den Boden aufgesetzt und sodann in ihrer vertikaler Lage festgehalten wird; Meßfühler im engeren Sinne is dabei ein Dynamometer, mit dem diejenige von Verdichtungsgerät oder vom Zuggerät auf diese PlatK aufgebrachte horizontale Kraft bestimmt wird, bei de diese beginnt, sich in Kraftrichtung gegenüber deAs a sensor for the shear strength of the densified soil is a serrated plate below or plank, which is placed on the ground with a pressure of about 0.1 MN / m and then in its vertical position Location is held; Sensor in the narrower sense is a dynamometer with which that of Compaction device or horizontal force applied by the pulling device to this PlatK is determined, in the case of de this begins to move in the direction of force opposite de
w) benachbarten Bodenoberfläche zu bewegen.w) move adjacent soil surface.
Zur Messung der Dauerschwingimpedanz kann ein von einem Unwuchterreger angetriebene Meßtromme dienen, die mit einem mäßigen Andruck auf dem Bodei abrollt; ein Beschleunigungsaufnehmer mit vertikaleA measuring drum driven by an unbalance exciter can be used to measure the continuous oscillation impedance serve, which unrolls with a moderate pressure on the Bodei; an accelerometer with vertical
i'r' Ansprechrichtung bestimmt die Beschleunigungen de Meßtrommel und damit auch des Bodens unter den Einfluß der vom Erreger übertragenen harmonische! Wechselkraft; das Verhältnis dieser beiden Größen isi ' r ' response direction determines the accelerations of the measuring drum and thus also of the floor under the influence of the harmonic transmitted by the exciter! Alternating force; the ratio of these two quantities is
die Impedanz des Bodens.the impedance of the ground.
Die Impuls- oder Stoßimpedanz ist der Kehrwert der laplace-transformierten Ableitung der Gewichtsfunktion (bezogene Impulsantwort). Für die Kenntnis der Bodeneigenschaften bedeutsam sind die betragsminimalen Frequenzgebiete, die diejenigen Zeitabständen vom Impulszeitpunkt entsprechen, in denen die Verformungsgeschwindigkeit zu Null wird, der Boden also beginnt zurückzuschwingen. Ist der Boden hart-elastisch, so sind diese Zeiten kurz, ist er dagegen plastisch bis plastisch-fließend, so sind diese Zeiten groß bis praktisch unendlich. Diese Werte lassen sich meßtechnisch erfassen, indem an einem Fallgewicht ein Geschwindigkeitsaufnehmer angebracht wird, der vom Auftreffzeitpunkt bis zum Nullwerden seines Ausgangssignals ein Integrationsglied betätigt; Meßwert ist der jeweilige Endwert dieses Integrators.The impulse or shock impedance is the reciprocal of the Laplace-transformed derivative of the weight function (related impulse response). The minimum amount is important for the knowledge of the soil properties Frequency areas which correspond to the time intervals from the moment of the impulse in which the deformation rate becomes zero, so the floor begins to swing back. If the ground is hard and elastic, these times are short, but if it is plastic to plastic-flowing, then these times are long up to practically infinite. These values can be measured using a drop weight Velocity sensor is attached from the time of impact until its output signal is zero actuates an integrator; The measured value is the respective final value of this integrator.
Penetrometrische Bodeneigenschaften lassen sich ebenfalls durch eine Meßanordnung in Gestalt einer unter einem bestimmten Andruck auf dem Boden abrollenden Walzentrommel erfassen, die mit zahn- oder spiralförmigen Aufsätzen versehen ist, die unter dem Andruck mehr oder weniger tief in die Oberfläche des Bodens eindringen; die F.indringtiefe erfaßt ein Wegfühler beispielsweise als Abstand zwischen der Achse einer solchen Stachelwalze und einer Glattwalze, die hierzu achsparallel geführt wird und ebenfalls auf dem Boden abrollt.Penetrometric soil properties can also be determined by a measuring arrangement in the form of a grasp rolling drum rolling under a certain pressure on the floor, which is equipped with toothed or spiral-shaped attachments are provided, which under the pressure more or less deeply into the surface penetrate the soil; The depth of penetration is recorded by a displacement sensor, for example as the distance between the Axis of such a spiked roller and a smooth roller, which is guided axially parallel to this and also on rolls off the ground.
Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigtThe invention is described below in some exemplary embodiments with reference to the drawings explained in more detail; it shows
Fi g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines dynamischen Bodenverdichtungsgerätes nach der Erfindung,Fi g. 1 is a schematic perspective illustration a dynamic soil compacting device according to the invention,
Fig. 2 einen Signalflußplan eines Gerätes nach der Erfindung,Fig. 2 is a signal flow diagram of a device according to the invention,
F i g. 3 einen bei dem Gerät gemäß F i g. 2 verwendbaren Korrelator,F i g. 3 one in the device according to FIG. 2 usable correlator,
F i g. 4 ein bei dem Korrelator nach F i g. 3 verwendbares Quadrierglied,F i g. 4 in the correlator according to FIG. 3 usable squaring element,
F i g. 5 einen Gleichrichter mit Kleinstwertunterdrükkung, wie er in der Schaltung von F i g. 4 anwendbar ist,F i g. 5 a rectifier with minimum value suppression, as shown in the circuit of FIG. 4 is applicable,
Fig.6 in Seitenansicht ein Beispiel einer Einrichtung zur Bestimmung des Feuchtraumgewichts mittels Radio-Isotopen-Messung zur Verwendung bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,6 shows an example of a device in side view for determining the wet volume weight by means of radio isotope measurement for use with a Soil compacting device according to the invention,
F i g. 7 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Fig. 6,F i g. 7 is a front view of the device according to FIG. 6,
F i g. 8 in Vorderansicht eine Meßeinrichtung zur laufenden Bestimmung des Trockenraumgewichts oder des Wassergehalts des Bodens nach einem elektrischen Meßverfahren,F i g. 8 a front view of a measuring device for the ongoing determination of the dry volume or the water content of the soil according to an electrical measuring method,
Fig.9 in Seitenansicht eine Einrichtung zur Bestimmung der Bettungsziffer des Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,9 shows a side view of a device for determining the bedding rate of the soil in a soil compacting device according to the invention,
Fig. 10 eine Vorderansicht der Einrichtung nach Fig. 9.FIG. 10 is a front view of the device according to FIG. 9.
Fig. 11 eine Einzelheit der Einrichtung nach F i g. 9,11 shows a detail of the device according to FIG. 9,
F i g. 12 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung von F i g. 9 bis H,F i g. 12 is a diagram to explain the mode of operation the establishment of F i g. 9 to H,
Fig. 13 eine zugehörige Schaltung,13 shows an associated circuit,
Fig. 14 in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit des zu verdichtenden Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,14 shows a side view of a measuring device for determining the shear strength of the material to be compacted Soil in a soil compacting device according to the invention,
F i g. 15 die Rückansicht der Einrichtung nach F i g. 14,F i g. 15 shows the rear view of the device according to FIG. 14,
Fig. 16 die Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 14,FIG. 16 shows the plan view of the device according to FIG. 14,
Fig. 17 in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Dauerschwingimpedanz des Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung, Fig. 18 die zugehörige Vorderansicht der Meßeinrichtung nach F ig. 17,17 shows a side view of a measuring device for determining the continuous oscillation impedance of the soil in the case of a soil compacting device according to the invention, FIG. 18 the associated front view of the measuring device according to Fig. 17,
Fig. 19 eine zur Meßeinrichtung nach den Fig. 17 und 18 gehörige Schaltung,19 shows a circuit belonging to the measuring device according to FIGS. 17 and 18,
F i g. 20 in Seitenansicht eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Impuls- oder Stoßimpedanz desF i g. 20 in side view a measuring device for determining the impulse or shock impedance of the
ίο Bodens bei einem Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,ίο soil with a soil compacting device after the Invention,
Fig.21 eine Einzelheit der Meßeinrichtung nach
F i g. 20 in Vorderansicht,
F i g. 22 Signalverläufe zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Einrichtung nach F i g. 20 und 21,FIG. 21 shows a detail of the measuring device according to FIG. 20 in front view,
F i g. 22 signal curves to explain the mode of operation of a device according to FIG. 20 and 21,
F i g. 23 ist eine zur Meßeinrichtung nach den F i g. 20 und 32 zugehörige Schaltung,F i g. 23 is a device for the measuring device according to FIGS. 20 and 32 associated circuit,
F i g. 24 in Seitenansicht eine weitere Meßeinrichtung für ein Bodenverdichtungsgerät nach der Erfindung,F i g. 24 a side view of a further measuring device for a soil compacting device according to the invention,
Fig.25 die Vorderansicht der Meßeinrichtung nach F ig. 24,25 shows the front view of the measuring device according to Fig. 24,
Fig.26 eine zur Meßeinrichtung nach Fig.24 gehörige Schaltung,Fig. 26 a for the measuring device according to Fig. 24 appropriate circuit,
F i g. 27 ein weiteres Ausführungsbeispiel undF i g. 27 a further embodiment and
Fig. 28 eine Abwandlung desselben.28 shows a modification of the same.
F i g. 1 zeigt als grundsätzliches Ausführungsbeispiel ein Bodenverdichtungsgerät in Gestalt einer Doppelvibrationswalze 1. An ihrer Rückseite befindet sich an einem Rahmen 5 ein nachgeführter Meßfühler 6 und an ihrer Vorderseite an einem hochschwenkbaren Rahmen 2 ein zweiter Meßfühler 3. Der zweite Meßfühler 3 ist zur Messung der Lagerungsdichte oder des Wassergehaltes des Bodens eingerichtet. Der nachgeführte Meßfühler 6 ist in F i g. 1 nicht näher spezifiziert dargestellt, jedoch werden dafür im folgenden eine Reihe von Ausführungen beschrieben.F i g. 1 shows, as a basic exemplary embodiment, a soil compacting device in the form of a double vibration roller 1. On its rear side there is a tracking sensor 6 and on on a frame 5 its front on a swing-up frame 2, a second sensor 3. The second sensor 3 is set up to measure the storage density or the water content of the soil. The tracked Sensor 6 is shown in FIG. 1 is not shown in more detail, but a Series of designs described.
In dem umschlossenen Behälter 4 sind die für die Funktion des zweiten Meßfühlers 3 erforderlichen Hilfsmittel untergebracht, insbesondere ggfs. die zugehörige Elektronik und eine Auswerteschaltung, die aus den unmittelbar von dem Meßfühler 3 ausgehenden Meßsignalen Meßwerte 11 bildet, die dem die Verdichtung des jeweils zu bearbeitenden Bodens charakterisierenden Kennwert (Lagerungsdichte oder Wassergehalt) entsprechen. Ein Behältnis 7 nimmt die für die Funktion des nachgeführten Meßfühlers 6 erforderlichen Hilfsmittel auf, insbesondere ggfs. die zugehörige Elektronik und eine Auswerteschaltung, die aus den unmittelbar von dem Meßfühler 6 ausgehenden Meßsignalen Meßwerte 14 bildet, die den: die Verdichtung des jeweils bearbeitenden Bodens charakterisierenden Kennwert (Feuchtraumgewicht, Trokkenraumgewicht, Bettungsziffer, Scherfestigkeit etc.) entsprechen. An dem Behältnis 7 befinden sich im Blick- und Bedienungsfeld des Geräteführers liegende Einstellmittel 8 und Anzeigemittel 9. An dem Anzeigemittel 9 liegen die Meßwerte 14 an, so daß deren Anzeige ebenfalls dem unabhängig vom Bewegungszustand der Doppelvibrationswalze 1 erfaßten Kennwert für den Verdichtungszustand des jeweils bearbeiteten Bodens entspricht. Die Meßwerte 11 und 14 werden der ebenfalls in dem Behältnis 7 enthaltenen Meßeineinrichtung zur selbsttätigen Steuerung oder Regelung einer Betriebsgröße der Doppelvibrationswalze 1 zugeführt, die für deren Verdichtungsleistung bestimmend ist, beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit.In the enclosed container 4 are those required for the function of the second sensor 3 Aids housed, in particular if necessary. The associated electronics and an evaluation circuit that consists of the measuring signals emanating directly from the measuring sensor 3 forms measured values 11 which the Compaction of the respective soil to be processed characteristic value (storage density or Water content). A container 7 accommodates the function of the tracking sensor 6 necessary aids, especially if necessary. The associated electronics and an evaluation circuit that forms measured values 14 from the measuring signals emanating directly from the measuring sensor 6, which the: the Compaction of the respective processed soil characteristic value (wet volume weight, dry volume weight, Bedding coefficient, shear strength, etc.). On the container 7 are in view Setting means 8 and display means 9 located on the operator's control panel and on the display means 9 are the measured values 14, so that their display is also independent of the state of motion of the Double vibratory roller 1 recorded characteristic value for the state of compaction of the respectively processed soil is equivalent to. The measured values 11 and 14 become the measuring device also contained in the container 7 fed to the double vibration roller 1 for automatic control or regulation of an operating variable, which is decisive for their compaction performance, for example the driving speed.
Fig.2 zeigt einen allgemeinen Signalflußplan der Meßeinrichtung.2 shows a general signal flow diagram of the measuring device.
Der über den Meßfühler 3 gebildete Meßwert 11 gelangt auf einen Speicher 12, da in der Mehrzahl der verschiedenen in Frage kommenden Meßverfahren die Meßsignale des Meßfühlers 3 nur zu diskreten aufeinanderfolgenden Zeitpunkten anfallen. In gleicher Weise gelangt der über den Meßfühler 6 gebildete Meßwert 14 auf einen Speicher 13 zur Aufrechterhaltung der jeweils gewonnenen Meßwerte bis zur Erstellung des jeweils nächstfolgenden Meßwertes. Der Inhalt der Speicher 12 gelangt über ein Verzögerungsglied 15, dessen Verzögerungszeit der Fahrzeit des Gerätes für die Strecke zwischen dem zweiten und dem nachgeführten Meßfühler 3 bzw. 6 entspricht, auf eine Addierstufe 16, auf die auch der Inhalt des Speichers 13 gegeben wird. Ein Festwertgeber 18, der über seinen Starteingang 19 auslösbar ist, erzeugt Einzelrechteckimpulse einer Dauer von beispielsweise 8 Sekunden. Die Ausgänge eines zweiten einstellbaren Festwertgebers 17 und des Festwertgebers 18 werden über eine Addierstufe 20 ebenfalls dem Addierglied 16 zugeführt. Im Sinne der Regelungstechnik haben die drei Eingänge der Addierstufe 16 die folgende Bedeutung:The measured value 11 formed by the sensor 3 reaches a memory 12, since in the majority of the different measurement methods in question, the measurement signals of the sensor 3 only to be discrete occur at consecutive times. In the same way, the one formed by the sensor 6 arrives Measured value 14 on a memory 13 to maintain the measured values obtained in each case up to Creation of the next following measured value. The content of the memory 12 arrives via a delay element 15, the delay time of which is the travel time of the device for the route between the second and the tracked sensor 3 or 6 corresponds to an adder 16, to which the content of the memory 13 is given. A fixed value transmitter 18, which can be triggered via its start input 19, generates individual rectangular pulses a duration of 8 seconds, for example. The outputs of a second adjustable fixed value encoder 17 and the fixed value transmitter 18 are also fed to the adder 16 via an adder stage 20. In terms of control engineering, the three inputs of the adder 16 have the following meaning:
Die Information aus dem Speicher 13 stellt die Aufgabengröße der Regelung dar. Die Information aus dem Verzögerungsglied 15 stellt eine Störgrößenaufschaltung dar. Das Signal des zweiten Festwertgebers 17 entspricht der Führungsgröße der Regelung und das Ausgangssignal des Festwertgebers 18 einer Führungsgrößenaufschaltung. The information from the memory 13 represents the task size of the regulation. The information the delay element 15 represents a feedforward control. The signal of the second fixed value transmitter 17 corresponds to the control variable of the control and the output signal of the fixed value encoder 18 corresponds to a reference variable feed.
Das Ausgangssignal der Addierstufe 16 wird in einem Verstärker 21 zwischenverstärkt, und das so verstärkte Signal gelangt an den ersten Eingang eines zweiten Korrelator 22. Dessen Ausgang wirkt über einen Umsetzer 23, bei dem es sich im regelungstechnischen Sinne um einen Stellantrieb handelt, auf ein Stellglied an dem allgemein mit 24 bezeichneten Bodenverdichtungsgerät ein, welches seinerseits aufgrund seiner Verdichtungsfunktion den Boden 25 verändert, der dadurch seinerseits die von dem nachgeführten Meßfühler 6 aufgenommene Aufgabengröße der Regelung bestimmt. Insofern besteht der eigentliche Regelkreis nach F i g. 2 aus den Komponeten 6,13,16, 21, 23, 24 und 25. In der einfachsten Ausführungsform (Einzweckmaschinen mit Handregelung) kann in diesem Regelkreis der Korrelator 22 durch ein Anzeigeinstrument 9 für das Ausgangssignal des Zwischenverstärkers 21 und der Umsetzer 23 durch eine Handstellvorrichtung realisiert sein, wobei eine Marke auf dem Anzeigeinstrument 9 die Funktion des zweiten Festwertgebers 17 übernimmt. Bei Einzweckmaschinen mit selbsttätiger Regelung gelangt an den zweiten Eingang des Korrelators 22 eine feste Spannung, so daß dieses Bauelement die Information mit fes'em Übertragungsverhalten auf den Umsetzer 23 weitergibt. Bei Mehrzweckmaschinen wird das Übertragungsverhalten des Korrelators 22 durch eine geschaltete Veränderung der dem zweiten Eingang zugeführten Spannung so verändert, daß sich mehrere diskrete Kennwerte dafür ergeben. In der Ausführung bei Vielzweckmaschinen wird die zweite Eingangsgröße des Korrelators 22 unter Verwendung des Festwertgebers 18 auf folgende Weise gebildet:The output signal of the adder 16 is intermediate amplified in an amplifier 21, and the amplified in this way Signal arrives at the first input of a second correlator 22. Its output acts via a Converter 23, which is an actuator in the control engineering sense, to an actuator the generally designated 24 soil compaction device, which in turn due to its compaction function the bottom 25 changes, which in turn results from the tracking sensor 6 recorded task size of the regulation determined. In this respect, there is the actual control loop according to FIG. 2 from the components 6,13,16, 21, 23, 24 and 25. In the In the simplest embodiment (single-purpose machines with manual control), the correlator can be used in this control loop 22 by a display instrument 9 for the output signal of the intermediate amplifier 21 and the Converter 23 can be implemented by a manual control device, with a mark on the display instrument 9 the function of the second fixed value transmitter 17 takes over. For single-purpose machines with automatic control reaches the second input of the correlator 22, a fixed voltage, so that this component the Information with fixed transfer behavior to the Converter 23 passes on. In the case of multi-purpose machines, the transmission behavior of the correlator 22 is through a switched change of the voltage fed to the second input changes so that several result in discrete parameters for it. In the version for multi-purpose machines, the second input variable is of the correlator 22 is formed using the fixed value encoder 18 in the following way:
Der Differenzverstärker 26 erhält auf seinem unteren Eingang den Augenblickswert der Führungsgröße, die von dem Addierverstärker 20 gebildet wird, und auf seinem zweiten Eingang einen über den Speicher 27 verzögerten Wert dieser Größe. Entsprechendes gilt für den Differenzverstärker 28 und den Speicher 29, nunmehr aber mit Bezug auf die von dem Speicher 18 abgeleitete Aufgabengröße der Regelung statt auf die Führungsgröße. Die Ausgangsgrößen der Differenzverstärker 26 und 28 entsprechen somit den Differenzen der augenblicklichen Werte der Führungs- und Aufgabengröße zu jeweils früheren Werten dieser Größen, die durch noch zu beschreibende weitere Bauelemente bestimmt werden. Diese Ausgangsgrößen werden zur Erzeugung eines Übertragungsbeiwertes der Regelung einem Korrelator 30 zugeführt, dessen Ausgangssignal im wesentlichen dem Produkt dieser beiden Differenzen entspricht und an den Eingang einer Klassierstufe 31 gegeben wird. Das hierdurch gestufte Produktsignal gelangt über ein gesteuertes Tor 32 auf ein Halteglied 33 und von dort an den zweiten Eingang des zweiten Korrelators 22.The differential amplifier 26 receives the instantaneous value of the reference variable on its lower input is formed by the adding amplifier 20, and on its second input one via the memory 27 delayed value of this size. The same applies to the differential amplifier 28 and the memory 29, but now with reference to the task variable derived from the memory 18 instead of the Reference variable. The output variables of the differential amplifiers 26 and 28 thus correspond to the differences the current values of the management and task variables at the respective earlier values of these variables, which are determined by further components to be described. These output variables are used for Generating a transfer coefficient of the control is fed to a correlator 30, the output signal of which corresponds essentially to the product of these two differences and to the input of a classifying stage 31 is given. The product signal, which is stepped as a result, reaches a holding element 33 via a controlled gate 32 and from there to the second input of the second correlator 22.
Zwischen dem Verstärker 21 und dem Korrelator 22 wird an dem mit a bezeichneten Punkt die noch unbewertete Regelgröße abgegriffen und einer Stufe 34 zugeführt, die im wesentlichen eine Kleinstwertbegren-Between the amplifier 21 and the correlator 22, the as yet unevaluated controlled variable is tapped off at the point marked a and fed to a stage 34 which essentially has a minimum value limit.
zung herbeigeführt. Über die nachfolgende Betragsstufe 35 gelangt das Signal sodann an eine Impulsstufe 36. An deren mit b bezeichnetem Ausgang tritt stets dann ein Impuls auf, wenn die unbewertete Regelgröße einen gewissen Betrag überschreitet, den man im Sinne der Regelungstechnik als eine zulässige Regelabweichung bezeichnen kann. Dieser Impuls stellt zunächst den Ausgang des Haltegliedes 33 auf einen von den übrigen Größen der Regeleinrichtung unabhängigen Festwert; weiterhin öffnet der Impuls das Tor 32 und startet einenbrought about. The signal then reaches a pulse stage 36 via the subsequent magnitude stage 35. A pulse always occurs at its output labeled b when the unevaluated controlled variable exceeds a certain amount, which can be described as a permissible control deviation in the sense of control engineering. This pulse initially sets the output of the holding element 33 to a fixed value that is independent of the other variables of the control device; furthermore, the pulse opens gate 32 and starts one
Μ Zeitgeber 37, der die Dauer der Führunggrößenaufschaltung
bestimmt. Beim Auftreten eines Ausgangssignals an dem Zeitgeber 37 werden die Speicher 27 und
29 gelöscht und auf Aufnahme der Signale für die Aufgaben- und Führungsgröße geschaltet. Beim Verschwinden
des Ausgangssignals des Zeitgebers 37 wird darüber hinaus das Tor 32 geschlossen. Schließlich
startet der Impuls über den Eingang 19 den Festwertgeber 18 zur Bildung der Führungsgrößenaufschaltung.
F i g. 3 zeigt eine Prinzipanordnung für die in F i g. 2Μ Timer 37, which determines the duration of the control variable activation. When an output signal occurs at the timer 37, the memories 27 and 29 are cleared and the signals for the task and reference variable are received. When the output signal of the timer 37 disappears, the gate 32 is also closed. Finally, the pulse starts the fixed value transmitter 18 via input 19 to generate the reference variable feed.
F i g. 3 shows a basic arrangement for the in FIG. 2
«0 verwendeten Korrelatoren 22 und 30. Die an den beiden Eingängen 41 und 42 eines solchen Korrelators zugeführten Spannungen gelangen an eine Addierstufe 43 und eine Differenzstufe 44 und von diesen jeweils über Quadrierstufen 45 und 46 an eine Differenzstufe 47.«0 used correlators 22 and 30. The ones on the two Voltages fed to inputs 41 and 42 of such a correlator reach an adder stage 43 and a differential stage 44 and from these in each case via squaring stages 45 and 46 to a differential stage 47.
« Die Funktion einer solchen Stufe ergibt sich dabei aus dem Umstände, daß sich in der abschließenden Differenzstufe die reinen Quadrate der Eingangsgrößen gegeneinander aufheben und die gemischten Produkte addieren.«The function of such a stage results from the fact that in the final differential stage the pure squares of the input variables set aside against each other and add the mixed products.
so In Fig.4 ist eine mögliche Ausführungsform für die Quadrierstufen 45 und 46 gezeigt. Hier wird das zu quadrierende Signal zunächst in einer Addierstufe 48 mit dem Ausgangssignal eines Sägezahngenerators 49 überlagert, wobei die Frequenz dieses Generators um eine Größenordnung oder mehr über der charakteristischen Frequenz des zu quadrierenden Signals liegt. Das Ausgangssignal der Addierstufe 48 gelangt auf eine Gleichrichterstufe 50 mit Kleinstwertunterdrückung, die so ausgelegt ist, daß der unterdrückte Bereich der Schwingungsweite des Sägezahngenerators 49 entspricht. In der nachfolgenden Integrierstufe 51 werden von dem so erhaltenen Quadrat der Meßspannung die höherfrequenten Anteile der darin noch enthaltenen Generatorspannung abgesiebt. Die quadrierende Funktion einer solchen Stufe ergibt sich aus der Tatsache, daß die Sägezahnspannung des Generators 49 bei verschwindender Meßspannung den Gleichrichter 50 nicht passieren kann, daß andererseits aber bei Überlaeeruneso in Fig.4 is a possible embodiment for the Squaring stages 45 and 46 shown. Here, the signal to be squared is first entered in an adder 48 superimposed with the output signal of a sawtooth generator 49, the frequency of this generator being around is an order of magnitude or more above the characteristic frequency of the signal to be squared. That The output signal of the adder stage 48 reaches a rectifier stage 50 with minimum value suppression, which is designed so that the suppressed region corresponds to the oscillation amplitude of the sawtooth generator 49. In the subsequent integration stage 51, the square of the measurement voltage thus obtained is the higher-frequency components of the generator voltage still contained therein are screened off. The squaring function such a stage arises from the fact that the sawtooth voltage of the generator 49 with vanishing Measurement voltage cannot pass the rectifier 50, but that on the other hand in the event of an overload run
einer nicht verschwindenden Meßspannung solche Spitzen der Generatorspannung den Gleichrichter 50 passieren, deren Höhe dem Augenblickswert der Meßspannung entspricht. Die so entstehenden Spannungsspitzen am Ausgang des Gleichrichters 50 stellen ihrem Zeitverlauf nach ähnliche Dreiecke dar, deren Höhe der Meßspannung entspricht; nach einem bekannten Satz der Geometrie verhalten sich dann die Inhalte dieser Dreiecke, d. h. die durch diese Impulse übertragenen Ladungen und damit die an dem Integrationskondensator auftretenden Spannungen wie die Quadrate der Dreieckshöhen.a non-vanishing measurement voltage, such peaks in the generator voltage feed the rectifier 50 happen, the level of which corresponds to the instantaneous value of the measuring voltage. The resulting voltage peaks at the output of the rectifier 50 represent triangles similar to their time course, their Corresponds to the level of the measuring voltage; then behave according to a known principle of geometry Contents of these triangles, i.e. H. the charges transferred by these pulses and thus those on the Integration capacitor voltages occurring like the squares of the triangular heights.
In Fig. 5 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel für einen solchen Gleichrichter 50 mit Kleinstwertunterdrückung dargestellt. Dieser bildet mit dem Gegentaktverstärker 52 und den beiden Gleichrichtern 53 zunächst einen bekannten Doppelweggleichrichter; die über dessen Arbeitswiderstände 54 abfallenden HaIbwellenspannungen werden von den Zenerdioden 55 innerhalb des Begrenzungsbereiches von dem Stufenausgang 56 ferngehalten, allgemein nur mit dem Spannungsanteil an den Ausgang 56 gegeben, mit dem sie die Durchbruchspannung der Zenerdioden 55 übertreffen.5 shows a possible exemplary embodiment for such a rectifier 50 with minimum value suppression shown. This forms with the push-pull amplifier 52 and the two rectifiers 53 first a well-known full wave rectifier; the half-wave voltages falling across its working resistances 54 are from the zener diodes 55 within the limit range of the stage output 56 kept away, generally only given with the voltage component at the output 56, with the they exceed the breakdown voltage of the Zener diodes 55.
F i g. 6 und 7 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung des Feuchtraumgewichtes des Bodens mittels Radij-Isotopen-Messung F i g. 6 and 7 show a device for determining the moisture content of the soil by means of Radij isotope measurement
Die Vorrichtung wird von einem Einachsanhänger mit Laufrädern 61, einer Welle 62 und einer Zuggabel 63 gebildet; mit der Welle 62 sind zwei Kurvenscheiben 64 verbunden, deren äußere Kanten 64 in einem weiten Winkelbereich kreisförmig und in dem restlichen Winkelbereich näher zur Geräteachse verlaufen. An einer das Radioisotop enthaltenden Oberflächensonde 66 entsprechend dem nachgeführten Meßfühler 6 ist über eine starke Blattfeder 67 eine Rollenlagerung 68 angebracht, deren Tragrollen 69 in die inneren Laufflächen der Kurvenscheiben 64 eingreifen können. Neben diesen Kurvenscheiben 64 ist an der Welle 62 an einer Pendellagerung 70 eine Zähleinrichtung 71 befestigt, der über eine Zuleitung die Zählimpulse aus der Sonde 66 zugeführt werden. Weiterhin ist an der Lagerung 68 der Tragrollen 69 ein Kontaktgeber 72 vorgesehen, von dem ein Steuerungssignal an die Zähleinrichtung 71 gelangt, wenn die Kurvenscheiben 64 die Tragrollen 69 freigeben und die Sonde 66 frei auf der Bodenoberfläche steht Beim Nachschleppen des Einachsanhängers wird die Oberflächensonde 66 über die Kurvenscheiben 64 periodisch angehoben, weitertransportiert und für einen gewissen Zeitraum auf der Bodenoberfläche abgesetzt. Während der Standzeit der Sonde 66 wird über das Signal des Kontaktgebers 72 der Eingang der Zähleinrichtung 71 geöffnet, so daß dann die der Feuchtraumdichte des Bodens entsprechende Zählrate über die Meldeleitung 74 an die Schaltung nach F i g. 2 weitergeleitet wird.The device is supported by a single-axle trailer with running wheels 61, a shaft 62 and a drawbar 63 educated; with the shaft 62 two cam disks 64 are connected, the outer edges 64 of which in a wide manner The angular range is circular and closer to the device axis in the remaining angular range. At a surface probe 66 containing the radioisotope corresponding to the tracking sensor 6 A roller bearing 68 is attached via a strong leaf spring 67, the support rollers 69 of which in the inner Can engage the running surfaces of the cam disks 64. In addition to these cams 64 is on the shaft 62 A counter 71 is attached to a self-aligning bearing 70, which outputs the counting pulses via a feed line the probe 66 are fed. Furthermore, a contactor 72 is located on the bearing 68 of the support rollers 69 provided, from which a control signal reaches the counter 71 when the cams 64 release the support rollers 69 and the probe 66 stands freely on the ground surface With the single-axle trailer, the surface probe 66 is periodically raised over the cam disks 64 and transported further and deposited on the soil surface for a period of time. During the service life of the Probe 66, the input of the counter 71 is opened via the signal from the contactor 72, so that then the counting rate corresponding to the moisture density of the soil via the message line 74 to the circuit F i g. 2 is forwarded.
Fig.8 stellt eine Vorrichtung zur laufenden Bestimmung des Trockenraumgewichtes oder des Wassergehaltes des Bodens nach einem elektrischen Meßverfahren dar, die vor oder hinter dem Bodenverdichtungsgerät 24 geführt werden kann. Diese Vorrichtung ist ebenfalls in Form eines Einachsanhängers ausgeführt, wobei die vier Laufscheiben 81 gleichzeitig nachgeführte Meßfühler 6 darstellen. Die beiden inneren Laufscheiben 81 bilden die Spannungssonden; sie sind über einen zylindrischen Tragkörper 82, in welchem eine batteriebetriebene Schaltung 83 untergebracht ist, fest miteinander verbunden. Die beiden gleichachsig angeordneten äußeren Laufscheiben 81 bilden Stromsonden; sie werden über drehsteife und biegeweiche Achskoppelungselemente 84 so geführt, daß sich in Verbindung mit den auf ihre Außenachsenden einwirkenden Kräften von Blattfedern 85 ein stets gleichmäßiger Bodenkontakt aller vier Laufscheiben 81 ergibt. Das über Schleifringte 86 und eine Meldeleitung 87 abgegebene Signal entspricht dem für eine geregelt festgehaltene Spannung zwischen den inneren Sonden erforderlichen Strom durch die äußeren Sonden und ist, wie bekannt, bei bekanntemWassergehalt ein unmittelbares Maß für das Trockenraumgewicht des Bodens. Es wird der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.8 shows an apparatus for ongoing determination the dry weight or the water content of the soil according to an electrical measuring method that can be performed in front of or behind the soil compacting device 24. This device is also designed in the form of a single-axle trailer, the four running disks 81 tracking at the same time Display sensor 6. The two inner running disks 81 form the voltage probes; they are via a cylindrical support body 82 in which a battery-operated circuit 83 is housed, firmly connected. The two coaxially arranged outer running disks 81 form current probes; they are guided over torsionally rigid and flexible axle coupling elements 84 so that in Connection with the forces of leaf springs 85 acting on their outer axis ends is always more uniform All four running disks 81 come into contact with the ground. That via slip ring 86 and a message line 87 The output signal corresponds to that for a regulated voltage between the inner probes required current through the external probes and, as is known, is an immediate one if the water content is known Measure of the dry weight of the floor. It is the circuit according to FIG. 2 supplied.
Fig. 9 bis 11 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Bettungsziffer eines Bodens. Die Einrichtung ist als Zweiachsanhänger ausgeführt, der dem nachgeführten Meßfühler 6 entspricht. Darin trägt die in Fahrtrichtung vordere Achse einen Behälter 91, der zum Zwecke einer ausreichenden Achsbelastung mit Wasser oder Baumaterial gefüllt wird. Der Zweiachsanhänger ist an beiden Achsen gleichartig aufgebaut. An im Rahmen 92 des Anhängers fest angeordneten Achsen 93 laufen rechts und links je eine Radscheibe 94, auf deren Umfang in gleichmäßigen Abständen kippbar gelagerte Druckstempel 95 angeordnet sind. Die Radscheiben 94 sind über eine Hohlwelle 96 und über einen Kettentrieb 97 formschlüssig miteinander verbunden. In der Achsmitte der Achsen 93 befindet sich jeweils eine Glattwalze 98, die mit einer beiderseitigen weiten Hohlnabe 99 die Hohlwelle 96 umfaßt und über einen Flansch 100, ein Drehgelenk 101 und einen Lenkhebel 102 mit der Hohlwelle 96 verbunden ist, wobei sich diese in einem Lager 103 des Lenkhebels 102 frei drehen kann. Der Lenkhebel 102 trägt einen kreissektorförmigen Zahnkranz 104, mit dem ein Zahnrad 105 kämmt, auf dessen Achse sich ein (nicht gezeigter) Weggeber befindet.9 to 11 show a device for determination the bedding rate of a soil. The device is designed as a two-axle trailer, the tracking Sensor 6 corresponds. In it, the front axle in the direction of travel carries a container 91, which is used for Is filled with water or building material for the purpose of a sufficient axle load. The two-axle trailer is constructed in the same way on both axes. On axles 93 fixedly arranged in the frame 92 of the trailer one wheel disk 94 each runs on the right and left, on the circumference of which is mounted tiltable at regular intervals Plungers 95 are arranged. The wheel disks 94 are via a hollow shaft 96 and a chain drive 97 positively connected to one another. In the center of the axes of the axes 93 there is one Smooth roller 98, the hollow shaft 96 with a bilateral wide hollow hub 99 and a Flange 100, a swivel joint 101 and a steering lever 102 are connected to the hollow shaft 96, this being can rotate freely in a bearing 103 of the steering lever 102. The steering lever 102 carries a sector-shaped one Toothed ring 104, with which a toothed wheel 105 meshes, on the axis of which there is a displacement encoder (not shown) is located.
Diese Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise:
Das Gewicht des in den Behälter 91 gefüllten Gutes bringt über den Rahmen 92 und die Laufachse 93 die an
den Laufscheiben 94 der Vorderachse 93 in jeweils unterster Stellung befindlichen Druckstempel 95 zum
Einsinken in den Boden, während die Glattwalze 98 am Lenkhebel 102 geführt wird und auf der ungestörten
Bodenfläche abrollt. Die Winkelstellung des Zahnrades 105 bzw. das Ausgangssignal des Weggebers auf der
Achse des Zahnrades 105 ist daher ein Maß für die Eindringtiefe dieser Druckstempel 95 in den Boden.
Durch die formschlüssige Verbindung der vorderen und der hinteren Anhängerachse wird in entsprechender
Weise gleichzeitig ein weiterer Meßwert für das Eindringen der entsprechenden Druckstempel 95 an den
Radscheiben 94 der hinteren Anhängerachse an einer Bodenstelle gewonnen, wo zuvor entsprechende Druckstempel
95 an den Radscheiben 94 der vorderen Anhängerachse gewirkt hatten.This device works in the following way:
The weight of the goods filled in the container 91 causes the pressure rams 95 located on the running disks 94 of the front axle 93 in the lowest position to sink into the ground via the frame 92 and the barrel axis 93, while the smooth roller 98 is guided on the steering lever 102 and up rolls off the undisturbed floor area. The angular position of the gear 105 or the output signal of the displacement encoder on the axis of the gear 105 is therefore a measure of the depth of penetration of this pressure stamp 95 into the ground. Due to the positive connection of the front and rear trailer axles, a further measured value for the penetration of the corresponding plungers 95 on the wheel disks 94 of the rear trailer axle is obtained in a corresponding manner at a point on the ground where corresponding pressure plungers 95 previously acted on the wheel disks 94 of the front trailer axle had.
Fig. 12 veranschaulicht diese Verhältnisse in einem einfachen Druck-Setzungs-Diagramm. Ausgehend von Punkt 111 dieses Diagramms zeigt die Kurve 112 die Eindringtiefe der Druckstempel 95 an den belasteten Radscheiben 94 der vorderen Anhängerachse in den Boden bis zu einem maximalen Wert der Setzung S1 bei 113, der im wesentlichen der in Fig.9 dargestellten Fahl phase entspricht. Bei der Weiterfahrt wird die Bodenbelastung an dieser Stelle vermindert, und die Setzung bildet sich entsprechend dem Kurvenzweig 114 zurück bis auf eine bleibende Setzung 52, die von den Druckstempeln 95 an den Radscheiben 94 der12 illustrates these relationships in a simple pressure-settlement diagram. Starting from point 111 of this diagram, the curve 112 shows the depth of penetration of the plungers 95 on the loaded wheel disks 94 of the front trailer axle in the ground up to a maximum value of the settlement S 1 at 113, which essentially corresponds to the pale phase shown in FIG . As the journey continues, the soil load is reduced at this point, and the settlement is formed back to the curve branch 114 except for a permanent settlement 52, which is caused by the pressure rams 95 on the wheel disks 94 of
Hinterachse des Anhängers ermittelt wird. Als Meßwert 14 der erzielten Verdichtung für die Steuerung oder Regelung des Verdichtungsgerätes kann das Verhältnis der maximalen Setzung 51 zur bleibenden Setzung 52 oder die reversible Setzung 511 — 52 unter Bewertung mit der Maximalbelastung herangezogen werden.Rear axle of the trailer is determined. As a measured value 14 of the compression achieved for the control or Regulation of the compaction device can determine the ratio of the maximum settlement 51 to the permanent settlement 52 or the reversible settlement 511 - 52 under evaluation can be used with the maximum load.
Fig. 13 zeigt eine Auswerteschaltung für die Bildung solcher Meßwerte. An einen Eingang 121 dieser Schaltung gelangt das Signal des von dem Zahnrad 105 der vorderen Anhängerachse angetriebenen Weggebers, an einen Eingang 121' das entsprechende Signal des von der hinteren Achse angetriebenen Weggebers. Diese Meßsignale werden Maximalwert-Speichern 122 zugeführt und gelangen von diesen an Verzweigungspunkte 123. Im ersten Zweig der Verzweigung wird ausgehend von den Spannungen an den Verzweigungspunkten 123 mittels eines von einem Servomotor 124 über einen Differenzverstärker 125 gesteuerten Doppelschleifenpotentiometers 126 das Verhältnis der Meßsignale durch die Winkelstellung eines an der Potentiometerachse befestigten Zeigers 127 angezeigt, wobei dieser Zeiger 127 dem Anzeigemittel 9 in F i g. 1 entspricht. Der entsprechende Meßwert 14 wird der Schaltung nach Fig.2 zugeführt. In einem zweiten Zweig der Verzweigung gelangen die von den Verzweigungspunkten 123 ausgehenden Spannungen über Koeffizienten-Einstellmittel 128, deren Kennwerte auf die durch den Behälter 91 dargestellte Belastung eingestellt werden, an einen Differenzverstärker 129, dessen Ausgangssignal den Meßwert 14 bildet und einem Anzeigeinstrument 130 bzw. der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt wird, wobei das Anzeigeinstrument 130 dem Anzeigemittel 9 in F i g. 1 entspricht. Weiter ist ein Schrittschalter 131 vorgesehen, von dem in Fig. 13 nur zwei Schaltstellungen gezeigt sind; der Schrittschalter 132 enthält im allgemeinen aber so viel Schalterstellungen wie Eindrücke von der vorderen Anhängerachse erzeugt werden, bevor die Druckstempel 95 der hinteren Achse nach Maßgabe des Achsabstandes in diese Eindrücke eingreifen. Zur Steuerung des Schrittschalters 132 sind an dem Anhängerrahmen 92 auf der Innenseite in der Nähe der Peripherie der vorderen Radscheibe 94 Impulsgeber 106 so angeordnet (F i g. 10), daß eine zyklische Fortschaltung des Schrittschalters 132 jeweils in dem Augenblick erfolgt, in dem der jeweils nächste Druckstempel 95 der vorderen Anhängerachse Bodenkontakt bekommt. Diese Impulsgeber 106 können von Reed-Kontakten gebildet werden, die von Magneten an der Außenseite der Radscheibe 94 zwischen den Druckstempeln 95 betätigt werden. In einer weiteren Schaltebene des Schrittschalters 132 werden diese Impulse zusätzlich auf die Löscheingänge der in dem vorangehenden Impulsintervall angeschlossenen Maximalwertspeicher durchgeschaltet. 13 shows an evaluation circuit for the formation such readings. The signal of the gearwheel 105 arrives at an input 121 of this circuit the front trailer axle driven displacement sensor, to an input 121 'the corresponding signal of the displacement encoder driven by the rear axle. These measurement signals are stored in maximum value memories 122 and arrive from these at branch points 123. In the first branch of the branch, starting from the voltages at the branch points 123 by means of a servomotor 124 Via a differential amplifier 125 controlled double loop potentiometer 126 the ratio of Measurement signals indicated by the angular position of a pointer 127 attached to the potentiometer shaft, this pointer 127 corresponding to the display means 9 in FIG. 1 corresponds. The corresponding measured value 14 is the Circuit according to Fig.2 supplied. In a second branch of the branch, those from the Branch points 123 outgoing voltages via coefficient setting means 128, their characteristic values be adjusted to the load represented by the container 91, to a differential amplifier 129, the output signal of which forms the measured value 14 and follows a display instrument 130 or the circuit F i g. 2 is supplied, the display instrument 130 being connected to the display means 9 in FIG. 1 corresponds. Next is a step switch 131 is provided, of which only two switch positions are shown in FIG. 13; the step switch 132 generally contains as many switch positions as there are impressions from the front trailer axle are generated before the plunger 95 of the rear axle according to the center distance in these impressions intervene. To control the step switch 132 are on the trailer frame 92 on the Inner side near the periphery of the front wheel disc 94 pulse generator 106 so arranged (F i g. 10) that a cyclical incremental switching of the step switch 132 takes place in each case at the moment in which the next pressure stamp 95 of the front Trailer axle gets ground contact. These pulse generators 106 can be formed by reed contacts are actuated by magnets on the outside of the wheel disk 94 between the pressure rams 95 will. In a further switching level of the step switch 132, these pulses are additionally applied to the Clear inputs of the maximum value memory connected in the previous pulse interval switched through.
Fig. 14 bis 16 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Scherfestigkeit des verdichteten Bodens. Sie enthält eine unterssitig gezahnte Druckplatte 141, welche an einem Zugseil 142 über eine gedämpfte Feder 143 und einen Kraftfühler 144 von der Lenkrolle 145 des voranfahrenden Verdichtungsgerätes 24 nachgeschleppt wird. Die Druckplatte 141 trägt ein Achslager 146 mit einer Achse 147, auf welcher zwei starr miteinander verbundene Laufscheiben 148 in der Weise exzentrisch angeordnet sind, daß sich diese bei ruhender Druckplatte 141 durch das von der Schwerkraft der Laufscheiben 148 ausgeübte Drehmoment in Fahrtrichtung des Verdichtungsgerätes 24 so weit nach vorn drehen, daß sie seitlich von der Druckplatte 141 gerade eben dem Boden aufliegen. Der den nachgeführten Meßfühler 6 bildende Kraftfühler 144 mißt die in dem Zugseil 142 auf die Druckplatte 141 übertragene Kraft; diese steigt unter Dehnung des Federelementes 143 an, bis die Scherfestigkeit des Bodens unterhalb der Druckplatte 41 überschritten wird. In diesem Moment ergibt sich ein spontaner Signalabfall an dem Kraftfühler 144 und der Beginn einer Rollbewegung der14 to 16 show a device for determining the shear strength of the compacted soil. It contains a pressure plate 141 with teeth on the underside, which is attached to a pull rope 142 via a damped spring 143 and a force sensor 144 from the castor 145 of the preceding compaction device 24 is towed. The pressure plate 141 carries an axle bearing 146 with an axis 147 on which two rigidly interconnected running disks 148 in the manner are arranged eccentrically that this is when the pressure plate 141 is at rest by the gravity of the Running disks 148 torque exerted in the direction of travel of the compaction device 24 so far forward turn so that they are just resting on the floor to the side of the pressure plate 141. The tracked one Force sensors 144, which form measuring sensors 6, measure the force transmitted in the pull cord 142 to the pressure plate 141; this increases with expansion of the spring element 143 until the shear strength of the soil is below the Pressure plate 41 is exceeded. At this moment there is a spontaneous drop in the signal at the force sensor 144 and the beginning of a rolling movement of the
ίο Laufscheiben 148, bei der die Druckplatte 141 vom Boden abgehoben und nach Maßgabe des Durchmessers der Laufscheiben 148 um mindestens eine Plattenlänge in Fahrtrichtung bewegt und wieder auf den Boden aufgesetzt wird. Der beobachtete, zur Steuerung oder Regelung verwertete Meßwert 14 ist der Spitzenwert des Signals des Kraftfühlers 144, der auf einen Speicher gegeben wird; durch eine (nicht gezeigte) Impulsvorrichtung wird dabei dafür gesorgt, daß der Speicherinhalt bei erneutem Wiederanstieg des Kraftfühlersignals gelöscht wird. Dieser Meßwert wird durch Abrufen aus dem Speicher der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.ίο running disks 148, in which the pressure plate 141 from Raised bottom and depending on the diameter of the running disks 148 by at least one Plate length is moved in the direction of travel and placed back on the ground. The observed, to the The measured value 14 used for open-loop or closed-loop control is the peak value of the signal from the force sensor 144, the is given to a memory; a pulse device (not shown) ensures that that the memory content is deleted when the force sensor signal rises again. This measured value is by retrieving from the memory of the circuit of FIG. 2 supplied.
Fig. 17 und 18 zeigen eine Vorrichtung zur Bestimmung der Dauerschwingimpedanz des verdichteten
Bodens Diese Vorrichtung enthält als nachgeführten Meßfühler 6 eine an das Verdichtungsgerät angehängte
E;nachswalze mit einem Schleppbügel 151 und mit einem mit der Walzenachse kraftschlüssig verbundenen
vertikalen Belastungsbügel 152, der auf seiner oberen Plattform 153 einen Richtkrafterreger 154 mit vertikaler
Hauptwirkungsrichtung mit einem Antrieb 155 trägt. Ein Winkellagengeber 156 ist mit den Rotorachsen des
Erregers starr gekoppelt. Weiterhin trägt der Belastungsbügel 152 in der Nähe jedes Achsendes einen
Beschleunigungsaufnehmer 157 mit vertikaler Ansprechrichtung, sowie mittig unterhalb des Richtkrafterregers
154 an einer Querschnittverjüngung einen Dehnungsgeber 158.
F i g. 19 zeigt eine Auswerteschaltung für die Bildung der Meßwerte 14 auf den Meßsignalen der nachgeführten
Einachswalze. An die Eingänge 169 und 170 dieser Schaltung gelangen die Signale der Beschleunigungsaufnehmer
157; ein verbindendes Einstellpotentiometer 171 greift ihre Summenspannung ab. Diese wird in dem
Integrator 172 einfach integriert; die integrierte Summenspannung liegt an den Eingängen von gesteuerten
Gleichrichtern 173. Dje Eingangsbuchse 174 wird mit dem Signal des Dehnungsgebers 158 beaufschlagt,
welches nach Überlagerung mit einem Anteil des Summensignals der Beschleunigungsaufnehmer 157 an
dem Abgriff des Einstellpotentiometers 175 auf die Eingänge von gesteuerten Gleichrichtern 176 gegeben
wird. Die Steuerspannungen dieser Gleichrichter sind über hier nicht dargestellte Impulsformerstufen aus den
Ausgangssignalen des Winkellagengebers 156 abgeleitet und werden der Schaltung über die Eingangsbuchsen
177 und 178 zugeführt. Die so erhaltenen Steuerspannungen sind Rechteckspannungen, die gegeneinander
um 1A ihrer Periode verschoben sind. Dabei wird auf die
Phaseninformation über die Dauerschwingimpedanz verzichtet und nur auf deren Betrag abgestellt. Dazu
werden die Ausgangsspannungen der gesteuerten Gleichrichter 173 und 176 paarweise je einem
Koordinatenrechner 179 zugeführt, dessen Ausgangsspannung sich zu den Ausgangsspannungen der
gesteuerten Gleichrichter 173 und 176 wie die Hypotenuse eines rechtwinkligen Drecks zu dessen
Katheten verhält. Über einen beide Kanäle umfassen-17 and 18 show a device for determining the continuous oscillation impedance of the compacted soil. This device contains, as a tracking sensor 6, an E attached to the compactor ; Follower roller with a drag bracket 151 and with a vertical load bracket 152 which is connected to the roller axis in a non-positive manner and which carries a directional force exciter 154 with a vertical main direction of action with a drive 155 on its upper platform 153. An angular position sensor 156 is rigidly coupled to the rotor axes of the exciter. Furthermore, the loading bracket 152 carries an acceleration sensor 157 with a vertical response direction in the vicinity of each axis end, as well as a strain transducer 158 in the middle below the directional force exciter 154 at a cross-sectional taper.
F i g. 19 shows an evaluation circuit for the formation of the measured values 14 on the measurement signals of the tracking single-axle roller. The signals from the accelerometers 157 are sent to the inputs 169 and 170 of this circuit; a connecting potentiometer 171 picks up their total voltage. This is simply integrated in the integrator 172; the integrated total voltage is at the inputs of controlled rectifiers 173. The input socket 174 receives the signal from the strain transducer 158, which, after superimposing a portion of the total signal from the accelerometer 157 at the tap of the setting potentiometer 175, is sent to the inputs of controlled rectifiers 176 . The control voltages of these rectifiers are derived from the output signals of the angular position encoder 156 via pulse shaping stages (not shown here) and are fed to the circuit via the input sockets 177 and 178. The control voltages obtained in this way are square-wave voltages which are shifted from one another by 1 A of their period. The phase information about the continuous oscillation impedance is dispensed with and only its amount is used. For this purpose, the output voltages of the controlled rectifiers 173 and 176 are fed in pairs to a coordinate computer 179, the output voltage of which is related to the output voltages of the controlled rectifiers 173 and 176 like the hypotenuse of a right-angled dirt on its cathetus. Using one of the two channels,
den Meßbereichsumschalter 180 werden die so erhaltenen Spannungen einer Quotienten-Anzeigevorrichtung zugeführt, wie sie bereits in F i g. 13 beschrieben wurde. Damit entspricht die Stellung des Zeigers 182, der dem Anzeigemittel 9 in F i g. 1 entspricht, dem Meßwert 14, d. h. dem Beti ag der Dauerschwingimpedanz des verdichteten Bodens bei der Frequenz des Richtkrafterregers 154; der der Zeigerstellung entsprechende Meßwert 14 wird der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.the measuring range switch 180 becomes the voltages thus obtained of a quotient display device supplied, as already shown in FIG. 13 was described. The position of the pointer 182 thus corresponds to the Display means 9 in FIG. 1 corresponds to the measured value 14, i.e. H. the Beti ag of the continuous oscillation impedance of the compacted soil at the frequency of the directional force exciter 154; the one corresponding to the pointer position Measured value 14 is the circuit according to FIG. 2 supplied.
Fig.20 und 21 zeigen eine Vorrichtung zur Gewinnung eines die Impuls- oder Stoßimpedanz des Bodens charakterisierenden Meßwertes 14. Der rückwärtige Teil 191 eines stark vereinfacht dargestellten Verdichtungsgerätes 24 trägt als nachgeführten Meßfühler 6 eine Stampfvorrichtung mit einem Fallgewicht 192 an einem Bügel 193 einer Führungsstange 194, die mittels eines Hebels 195 angehoben werden kann, der starr mit einem Zahnrad 196 verbunden ist, in welches ein Zahnrad 197 mit segmentartiger Unterteilung der Zahnung eingreift. In Fahrtrichtung wird die an dem Hebel 195 gelenkig gelagerte Führungsstange 194 von einem Dämpfungs-Federglied 198 geführt. Beim Antrieb des Segmentzahnrades 197 mit mäßiger und konstanter Winkelgeschwindigkeit wird über die Verdrehung des Zahnrades 196 der Hebel 195 und darüber das Fallgewicht 192 an der Führungsstange 194 zunächst angehoben und beim Aussetzen des Verzahnungseingriffes zwischen den Zahnrädern 197 und 196 sofort fallengelassen. Während der Kontaktphase des Fallgewichtes 192 nimmt das Dämpfungs-Federglied 198 die sich durch die Fahrbewegung des Verdichtungsgeräte > 191 vergrößernde Distanz auf, die beim erneuten Anheben des Fallgewichtes 192 wieder ausgeglichen wird. Auf dem Fallgewicht 192 befindet sich unterhalb des Bügels 193 ein Beschleunigungsaufnehmer 199 mit vertikaler Ansprechrichtung.20 and 21 show a device for obtaining the impulse or surge impedance of the Soil characterizing measured value 14. The rear part 191 of a greatly simplified shown Compaction device 24 carries a tamping device with a falling weight as a tracking sensor 6 192 on a bracket 193 of a guide rod 194, which can be raised by means of a lever 195, the is rigidly connected to a gear 196, in which a gear 197 with segment-like subdivision of the Teeth engages. In the direction of travel, the guide rod 194, which is articulated on the lever 195, is disengaged from a damping spring member 198 out. When driving the segment gear 197 with moderate and constant angular velocity is the rotation of the gear 196 of the lever 195 and above the falling weight 192 on the guide rod 194 is initially raised and when the toothing engagement is suspended dropped between gears 197 and 196 immediately. During the contact phase of the Falling weight 192 takes the damping spring member 198 which is caused by the travel movement of the compactor> 191 increasing distance, which again when the falling weight 192 is raised again is balanced. An accelerometer is located on the falling weight 192 below the bracket 193 199 with vertical response.
Die kinematischen Verhältnisse beim Betrieb dieses Meßfühlers 6 sind in den Diagrammen von Fig.22 dargestellt. In dem oberen Diagramm ist über der Zeitkoordinate das Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers 199 aufgetragen, welches der Differenz zwischen wirksamer Beschleunigung und Fallbeschleunigung entspricht. Der erste Teil des Diagramms bis zu dem Punkt 200 entspricht daher der Fallbewegung der Masse 192. Im Moment des Bodenkontaktes tritt eine nach oben gerichtete starke Beschleunigung auf, die sich jedoch bald wieder abbaut und entsprechend den (für den hier zu gewinnenden Meßwert nicht mehr interessierenden) Bodeneigenschaften vom Punkt 201 an als mehr oder weniger stark gedämpfte Schwingung auf den Ausgangswert zurückkehrt. Das untere Diagramm stellt ein aus dem oberen Diagramm abgeleitetes Geschwindigkeitssignal dar, welches in seinem ersten Teil, also während der Flugphase, auf einem konstanten Wert gehalten wird, der der Auftreffgeschwindigkeit des Fallgewichtes 192 entspricht. Entsprechend der starken positiven Beschleunigung vom Zeitpunkt 200 ab strebt das Geschwindigkeitssignal dem Wert 0 zu, den es im Zeitpunkt 202 erreicht und dann überschreitet, wobei es auf den weiteren Zeitverlauf im vorliegenden Falle nicht mehr ankommt.The kinematic conditions during the operation of this measuring sensor 6 are shown in the diagrams of FIG shown. In the upper diagram, the output signal of the accelerometer is above the time coordinate 199 plotted, which is the difference between effective acceleration and acceleration due to gravity is equivalent to. The first part of the diagram up to point 200 therefore corresponds to the falling movement of mass 192. At the moment of contact with the ground there is a strong acceleration directed upwards which, however, will soon be reduced again and accordingly not the (for the measured value to be obtained here more interesting) soil properties from point 201 on as more or less strongly damped Oscillation returns to the initial value. The lower diagram represents one of the upper diagram derived speed signal, which in its first part, so during the flight phase on is held at a constant value which corresponds to the impact speed of the falling weight 192. The speed signal strives in accordance with the strong positive acceleration from time 200 to the value 0, which it reaches at time 202 and then exceeds, with it referring to the further lapse of time no longer arrives in the present case.
F i g. 23 zeigt eine Auswerteschaltung für die Bildung des Meßwertes 14 aus dem Meßsignal, das von der Stampfvorrichtung nach F i g. 20 und 21 ausgeht. An die Eingangsbuchse 211 dieser Schaltung wird das Signal des Beschleunigungsaufnehmers 199 gegeben; im Hauptzweig der Schaltung gelangt dieses Signal an eine Integrationsstufe 212, die ihren Anfangswert aus einem Gleichspannungsgenerator 213 über einen Koeffizienteneinsteller 214 erhält Dabei wird die Einstellung an dem Einsteller 2ü4 so vorgenommen, daß der Anfangswert der aus der Fallhöhe des Gewichtes 212 zu ermittelnden Auftreffgeschwindigkeit entspricht.F i g. 23 shows an evaluation circuit for the formation of the measured value 14 from the measurement signal that is generated by the The ramming device according to FIG. 20 and 21 goes out. The signal of the accelerometer 199 given; in the main branch of the circuit, this signal arrives at a Integration stage 212, which takes its initial value from a DC voltage generator 213 via a coefficient adjuster 214 receives The setting on the adjuster 2ü4 is made so that the initial value which corresponds to the impact speed to be determined from the height of fall of the weight 212.
Die nachfolgende Stufe 215 ist eine Signalverstärkung mit hohem Verstärkungsgrad und Größtwertbegrenzung, so daß ihr ein Signumverhalten zukommt ÜberThe following stage 215 is a signal amplification with a high degree of amplification and maximum value limitation, so that it has a signum behavior over
ίο eine anschließende Differenzierstufe 216 wird ein Speicher 217 beaufschlagt, dessen über ein Negierglied 218 sowie ein UND-Glied 219 gesteuertes Ausgangssignal einem weiteren Integrator 220 zugeführt wird, dessen Ausgang auf dem Anzeigeinstrument 221 erscheint, das dem Anzeigemittel 9 in F i g. 1 entspricht Das UND-Glied 219 wird andererseits aus einem Begrenzerverstärker 222 von dem Beschleunigungssignal derart angesteuert, daß der Fortgang der Integration durch das Integrationsglied 220 nur bei positiven Werten des Beschleunigungssignals möglich ist. Dadurch ist sichergestellt daß im Sinne des unteren Diagramms von Fig.22 die Integration nur zwischen den Zeitpunkten 200 und 202 stattfindet. Nach dem Zeitpunkt 202 wird über eine nicht gezeigte Vorrichtung auf den Impulseingang 223 der Schaltung ein Löschimpuls für den Speicher 217 und zur Rückstellung des Integrators 220 auf den Anfangswert 0 gegeben. Der am Anzeigeinstrument 221 anliegende Meßwert 14 wird dann der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.ίο a subsequent differentiation stage 216 is a Memory 217 acted upon, its output signal controlled via a negator 218 and an AND element 219 a further integrator 220 is fed, the output of which on the display instrument 221 appears that the display means 9 in F i g. 1 corresponds to. The AND gate 219 is, on the other hand, made of a Limiter amplifier 222 controlled by the acceleration signal in such a way that the progress of the Integration by the integration element 220 is only possible with positive values of the acceleration signal is. This ensures that the integration only between takes place at times 200 and 202. After time 202, a device (not shown) is used on the pulse input 223 of the circuit a clear pulse for the memory 217 and for resetting the Given integrator 220 to the initial value 0. The measured value 14 present at the display instrument 221 becomes then the circuit according to FIG. 2 supplied.
Fig. 24 und 25 zeigen eine weitere Vorrichtung zur Bildung von Meßwerten 14 mit einem nachgeführten Meßfühler 6 in Gestalt einer angehängten Einradwalze, die auf beiden Seiten in kraftschlüssiger Verbindung mit ihren Achszapfen je einen Beschleunigungsaufnehmer 231 trägt. Die Signale der Beschleunigungsaufnehmer 231 werden an die Eingangsbuchsen 232 einer in F i g. 26 dargestellten Auswerteschaltung gegeben und über ein Addierpotentiometer 233 als Summenspannung abgegriffen, in einer Stufe 234 gleichgerichtet und einem Verstärker 235 mit Mehrpunktverhalten zugeführt. Der anschließende Teil der Auswerteschaltung stellt grundsätzlich eine Klassiervorrichtung dar, bei der jedoch die Anzeigemittel 236 für die einzelnen Klassen über Zeitglieder 237 angesteuert werden, die die Anzeige24 and 25 show a further device for forming measured values 14 with a tracking device Sensor 6 in the form of an attached unicycle roller, which is in positive connection with on both sides their axle journals each carry an accelerometer 231. The signals from the accelerometers 231 are connected to the input sockets 232 in FIG. 26 given evaluation circuit and a Adding potentiometer 233 tapped as a sum voltage, rectified in a stage 234 and a Amplifier 235 supplied with multipoint behavior. The subsequent part of the evaluation circuit basically provides a classifying device, in which, however, the display means 236 for the individual classes over Timers 237 are controlled, which the display
■»5 eines entsprechenden Klassenwertes jeweils für den Fall unterbinden, daß sich dieser nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne wiederholt. Die Ausgangssignale der Auswerteschaltung werden dann der Schaltung nach F i g. 2 zugeführt.■ »5 of a corresponding class value for the Prevent the event that this does not repeat itself within a specified period of time. The output signals the evaluation circuit are then the circuit according to FIG. 2 supplied.
Fig. 27 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ausbreitungsbedingungen von Oberflächenwellen auf dem verdichteten Planum. Ein nachgeführter Meßfühler 6 in Gestalt einer Einrad-Anhängevorrichtung 241 entspricht in seinem Aufbau bis auf die Meßanordnung dem Meßfühler nach Fig. 17 und 18. An die Anhängevorrichtung 241 ist über eine Zugstange 242 eine weitere, leichtere Meßwalze 243 angehängt, die senkrecht über ihrer Achse auf beiden Seiten je einen Beschleunigungsaufnehmer 244 mit vertikaler Ansprechrichtung trägt In der zugehörigen Auswerteschaltung, die im übrigen der Schaltung in Fig. 19 entspricht, entfällt deren Überlagerungselement und der Eingang liegt unmittelbar an den beiden gesteuerten Gleichrichtern. Die Anzeige bzw. der Meßwert 14 entspricht dann dem Betrag des Verhältnisses der an der Stelle der Meßwalze 243 auftretenden vertikalen Schwinggeschwindigkeit des Bodens zu der durch die von der Walze 241 eingeleiteten Erregungsstärke.Fig. 27 shows an apparatus for determining the propagation conditions of surface waves the compacted subgrade. A tracking sensor 6 in the form of a unicycle hitch 241 corresponds in its structure to the sensor of FIGS. 17 and 18 except for the measuring arrangement Hitch 241 is attached via a tie rod 242, a further, lighter measuring roller 243, which An acceleration sensor 244 with a vertical response direction perpendicular to its axis on both sides carries in the associated evaluation circuit, which in the rest of the circuit in Fig. 19 corresponds, their superimposition element is omitted and the input is directly on the two controlled Rectifiers. The display or the measured value 14 then corresponds to the amount of the ratio to the Place of the measuring roller 243 occurring vertical vibration speed of the soil to that by the level of excitation introduced by roller 241.
In Fig.28 ist eine vereinfachte Vorrichtung für im Auflastbetrieb arbeitende Verdichtungsgeräte 24, beispielsweise eine Walze, gezeigt Der Winkellagengeber ist dann (vgl. F i g. 20) an dem Unwuchterreger dieses Verdichtungsgerätes angebracht; das Signal des Winkellagengebers ist zur Steuerung der Gleichrichter 173 und 176(Fig. 19) an den Eingangsbuchsen 117 und 178 verfügbar.In Fig.28 is a simplified device for im Compaction devices 24 operating under load operation, for example a roller, are shown is then attached (see FIG. 20) to the unbalance exciter of this compaction device; the signal from the angular position encoder is to control the rectifiers 173 and 176 (Fig. 19) at the input sockets 117 and 178 available.
Hierzu 14 Blatt Zeichnungen14 sheets of drawings
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