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Untersuchungen zum Schwingungsverhalten von Vibrationsplatten mit Hilfe der Mehrkörperdynamik

Autor(en): Wolfgang Lohr
Titel: Untersuchungen zum Schwingungsverhalten von Vibrationsplatten mit Hilfe der Mehrkörperdynamik
erschienen in: Shaker Verlag
Jahr: 2005
Auflage:  
Erscheinungsort: Aachen
Herausgeber:  
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.
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