Kaufmann Kuno: Mehrfrequente Schwingungserzeugung

Kaufmann Kuno: Mehrfrequente Schwingungserzeugung

Elektro- und Kommunikationstechnik
Mehrfrequente Schwingungserzeugung
Sensorik / Prof. Daniel Lanz / Ammann Verdichtung AG
Die Firma Ammann produziert und vertreibt seit mehreren Jahren erfolgreich selbstregelnde Vibrationswalzen für die Erd- und Asphaltverdichtung mit integrierter Bodensteifigkeitsmessung unter
dem Namen “Ammann Compaction Expert” (ACE). Das ACE-System ist in der Lage, die notwendige
Energie gezielt in den Untergrund zu leiten, um in kürzester Zeit eine optimale Verdichtung zu erreichen.
Im Rahmen der Diplomarbeit wird mit Hilfe eines Simulationsmodells geprüft, ob eine Steigerung
der Verdichtungsleistung bei gleich bleibendem Maschinengewicht durch eine mehrfrequente Erregung des Verdichtungswerkzeuges (Bandage) erreicht werden kann.
Bei der mechanischen Verdichtung von Oberflächen im Bauwesen werden meist Vibrationswalzen eingesetzt, deren Dynamik
stark nichtlinear ist und die ein
entsprechendes Verhalten aufweisen. Insbesondere das Auftreten
Kaufmann Kuno
instabiler Betriebszustände des
1973
Verdichtungswerkzeuges (Banda079 627 91 56
ge = Walzenrad) führt zu schlechk.kaufmann@ammann-group.ch
ten Prozessleistungen. Deshalb haben sich in den letzten Jahren in der
Praxis selbstregelnde Vibrationswalzen durchgesetzt. Die mit einem
heutigen Verdichtungsgerät in den
Untergrund transferierbare Energie,
ist durch die bodenkraftgesteuerte
Nichtlinearität zwischen Gerät und
Unterlage gegeben. Dementsprechend stellt sich die Frage nach
künftigen Möglichkeiten der Leistungssteigerung. Eine Variante, um
bei gleich bleibendem Maschinengewicht mehr Leistung zu transportieren, ist die Verwendung von
mehreren Trägerfrequenzen
Das Ziel der Diplomarbeit ist die
Entwicklung eines Simulationsmodells, welches der Firma Ammann
ermöglicht, das analytische Modell
für die Erhöhung der Verdichtungsleistung dank mehreren Erregerfrequenzen mit unterschiedlichen Parametern zu überprüfen.
Umsetzung
Mit dem Softwarepaket Matlab®/
Simulink® konnte das analytische
Modell umgesetzt werden. Durch
eine graphische Bedieneroberfläche und eine geeignete Darstellung
der Resultate ist eine Charakterisierung des Systemverhaltens möglich. Die daraus gewonnen Erkenntnisse zeigen die Möglichkeiten und
die Effekte des mehrfrequenten
Energietransfers zwischen Verdichtungswerkzeug und Boden, sowie
das optimierte Schwingungsverhalten auf. Die Stabilität des Systems
Grundlage
Die Dynamik aller monofrequent
erregten Verdichtungsgeräte gehorcht denselben Gesetzesmässigkeiten. Das analytische Modell für
die Beschreibung der Dynamik der
Interaktion eines Verdichtungsgerätes mit dem Boden stellt die Basis
für die Untersuchung des Schwingungsverhaltens von Verdichtungsgeräten dar. Das in der Praxis validierte Modell dient als Grundlage
für die Diplomarbeit.
Matlab/Simulink-Modell
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wurde durch die Analysemethoden
der nichtlinearen Dynamik überprüft. Durch die in den Simulationen
erarbeiteten
Parameterkombinationen und Systembetrachtungen
konnten grundsätzliche Fragen geklärt werden. Diese bilden die Basis
für eine der Problemstellung angepassten praktischen Messtechnik
und dienen als Grundlage für eine
Machbarkeitsstudie bei der Firma
Ammann.
Walzenzug ASC110 ACE