| Stichworte: |
Bodenverdichtung,
Vibrationsplatten, Umwuchterreger, Bodenmodell, (hybride)
Mehrkörpersysteme, Simulation, Modalanalyse, Bewegungszustände,
Vorschaltgetriebe, Maschinendynamik, Indikatordiagramm |
| Zusammenfassung: |
Im Bereich der
Bodenverdichtung werden kleinere und mittlere Verdichtungsaufgaben
effektiv durch den Einsatz von Vibrationsplatten gelöst. Die
Entwicklung einer Vibrationsplatte wird durch die Forderung nach
ständig steigenden Einbauleistungen und der Verringerung der auf den
Maschinenbediener wirkenden Schwingungsbelastung geprägt. Eine
effiziente Möglichkeit zur Reduzierung der Entwicklungszeit und somit
der Entwicklungskosten stellt die virtuelle Produktentwicklung dar. Mit
ihrer Hilfe wird in der vorliegenden Arbeit ein Berechnungsmodell
vorgestellt, das als hybrides Mehrkörpersystem aufgebaut ist und sowohl
die dynamischen Eigenschaften der Vibrationsplatte als auch die des
Bodens berücksichtigt. Es wird gezeigt, wie sich Böden
unterschiedlichen Verdichtungsgrades abbilden und in ein MKS-Modell
integrieren lassen. Wird das Bewegungsverhalten der Vibrationsplatte
nicht durch Eigenfrequenzen einzelner Baugruppen dominant beeinflusst,
ist der Aufbau des Modells als Starrkörpersystem ausreichend. Dieses
geht aus der Verifikation der Simulationsergebnisse mit Messdaten
hervor. Es treten verschiedene Bewegungszustände der Untermasse auf,
die durch die Anzahl und die Intensität der Bodenkontakte während der
Dauer von zwei Erregerperioden geprägt sind. Die Bewegungszustände sind
abhängig vom übertragenen Impuls und können durch eine theoretische
Betrachtung der Impulsbilanz abgeleitet werden. Die für die
Bodenverdichtung relevante maximale Bodenreaktionskraft und Kontaktzeit
können durch einen analytischen Zusammenhang approximiert werden.
Dieser Zusammenhang ist unabhängig von Boden- oder Maschinenparametern
und ist für alle Vibrationsplatten gültig, die einen konventionellen
Doppelwellen-Fliehkraft-Erreger aufweisen. Es werden Erregervarianten
vorgestellt mit deren Hilfe das Verhältnis aus maximaler
Bodenreaktionskraft und Kontaktzeit unabhängig vom analytischen
Zusammenhang beeinflusst werden kann. Hierdurch können größere maximale
Bodenreaktionskräfte bei gleichzeitig größeren Bodenkontaktzeiten
erreicht werden, als das mit konventionellen Erregern möglich wäre.
Durch Parameterstudien wird der Einfluss einzelner Boden- und
Maschinenparameter auf das Bewegungsverhalten dargestellt. Die
notwendige Komplexität des Simulationsmodells ist abhängig von den
geforderten Simulationsergebnissen. Durch ein reines Starrkörpersystem
kann die auf den Maschinenbediener übertragene Schwingungsbelastung an
den Griffen der Vibrationsplatte nicht ausreichend abgebildet werden.
Resonanzen verschiedener Ordnung haben einen dominanten Einfluss auf
das Beschleunigungssignal an den Griffen. Durch die Berücksichtigung
der flexiblen Eigenschaften von Komponenten der Vibrationsplatte in
Form eines hybriden Mehrkörpermodells können sehr realitätsnahe
Simulationsergebnisse erzielt werden. Hierdurch sind genauere
Untersuchungen der Phänomene an Vibrationsplatten und deren
Zusammenhänge möglich. |
