Техніка та енергетика

ОПТИМІЗАЦІЯ СИЛОВОГО РЕЖИМУ ПУСКУ МЕХАНІЗМУ ПОВОРОТУ КРАНА-МАНІПУЛЯТОРА З ЦИЛІНДРИЧНИМ ШАРНІРНИМ ПІДВІСОМ ВАНТАЖУ

Вячеслав Ловейкін, Юрій Ромасевич, Тадеус Злото, Анастасія Петрівна Ляшко, Олег Дяченко
Завантажити статтю
Анотація

В представленій статті розглядається проблема підвищення ефективності роботи кранаманіпулятора за рахунок вибору режимів руху приводу механізму повороту під час процесу пуску. При роботі кранів маніпуляторів на ділянках перехідних процесів виникають значні динамічні навантаження, які приводять до розгойдування вантажу на шарнірному підвісі. Це приводить до зменшення продуктивності та надійності кранаманіпулятора, а також підвищення енергетичних витрат приводу механізму повороту. Зменшити динамічні навантаження при роботі механізму повороту на ділянках перехідних процесів (пуск, гальмування) крана-маніпулятора запропоновано шляхом проведення оптимізації режиму руху приводного механізму. При цьому кранманіпулятор представлено у вигляді двомасової динамічної моделі, де першою масою виступає поворотна частина крана-маніпулятора з приводним механізмом, а другою масою є вантаж на циліндричному шарнірному підвісі. Розроблена динамічна модель дозволила побудувати математичну модель, що описується системою нелінійних диференціальних рівнянь. Оптимізацію режиму руху механізму повороту крана-маніпулятора здійснено шляхом мінімізації інтегрального динамічного критерію, який представляє собою середньоквадратичне значення рушійного моменту приводу за час проходження перехідного процесу. В результаті проведеної оптимізації знайдено режим пуску механізму повороту крана-маніпулятора, який до мінімуму зводять силові навантаження та коливання вантажу на шарнірному підвісі в радіальному напрямку. Отриманий оптимальний режим пуску механізму повороту дозволив підвищити продуктивність та надійність роботи крана-маніпулятора, а також зменшити енергетичні витрати приводу

Ключові слова

баштовий кран, механізм повороту, оптимальне керування, циліндричний шарнірний підвіс, коливання вантажу

ЦИТУВАТИ
Loveikin, V., Romasevych, Yu., Zloto, T., Lyashko, A., & Diachenko, O. (2022). Optimization of start-up power mode of rotation mechanism of manipulator crane with a cylindrical articulated load suspension. Machinery & Energetics, 13(1), 11-17. https://doi.org/10.31548/machenergy.13(1).2022.11-17
Використані джерела

[1] Fang, Y., Wang, P., Sun, N., & Zhang, Y. (2014). Dynamics analysis and nonlinear control of an offshore boom crane. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 61(1), 414-427. doi: 10.1109/TIE.2013.2251731.

[2] Carmona, I.G., & Colado, J. (2016). Control of a two wired hammerhead tower crane. Nonlinear Dynamics, 84(4), 2137-2148.

[3] Kostikov, A.A., Perig, A.V., Larichkin, O.V., Stadnik, A.N., & Gribkov, E.P. (2019). Research into payload swaying reduction through cable length manipulation during boom crane motion. FME Transactions, 47(3), 464-476. doi: 10.5937/fmet1903464k.

[4] Wu, T.S., Karkoub, M., Yu, W.S., Chen, C.T., Her, M.G., & Wu, K.W. (2016). Anti-sway tracking control of tower cranes with delayed uncertainty using a robust adaptive fuzzy control. Fuzzy Sets and Systems, 290, 118-137. doi: 10.1016/j.fss.2015.01.010.

[5] Capkova, R., Kozakova, A., & Bucz, S. (2019). Experimental modelling and control of a tower crane. In International Conference on Process Control (pp. 97-101). Strbske Pleso: IEEE. doi: 10.2478/scjme-2019-0025.

[6] Reutov, A.A., Kobishchanov, V.V., Sakalo, V.I. (2016). Dynamic modeling of lift hoisting mechanism block pulley. Procedia Engineering, 150, 1303-1310. doi: 10.1016/j.proeng.2016.07.300.

[7] Le, T.A., Dang, V.H., Ko, D.H., An, T.N., & Lee, S.G. (2013). Nonlinear controls of a rotating tower crane in conjunction with trolley motion. Journal of Systems and Control Engineering, 227(5), 451-460. doi: 10.1177/0959651812472437.

[8] Schlott, P., Rauscher, F., & Sawodny, O. (2016). Modelling the structural dynamics of a tower crane. In International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (pp. 763-768). Banff: IEEE. doi: 10.1109/AIM.2016.7576860.

[9] Michna, M., Kutt, F., Sienkiewicz, L., Ryndzionek, R., Kostro, G., Karkosinski, D., & Grochowski B. (2020). Mechanical-level hardware-in-the-loop and simulation in validation testing of prototype tower crane drives. Energies, 13(21), article number 5727.

[10] Chwastek, S. (2021). Finding the globally optimal correlation of cranes drive mechanisms. Mechanics Based Design of Structures and Machines, 5, 1-12.

[11] Chwastek, S. (2020). Optimization of crane mechanisms to reduce vibration. Automation in Construction, 119, article number 103335. doi: 10.1016/j.autcon.2020.103335.

[12] Nazarenko, I., Mishchuk, Y., Mishchuk, D., Ruchynskyi, M., Rogovskii, I., Mikhailova, L., Titova, L., Berezovyi, M., & Shatrov, R. (2021). Determiantion of energy characteristics of material destruction in the crushing chamber of the vibration crusher. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(7(112), 41-49. doi: 10.15587/1729-4061.2021.239292.

[13] Loveikin, V., Romasevych, Y., Kadykalo, I., & Liashko, A. (2019). Optimization of the swinging mode of the boom crane upon a complex integral criterion. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 49, 285-296. doi: 10.7546/JTAM.49.19.03.07.

[14] Grigorov, O., Druzhynin, E., Strizhak, V., Strizhak, M., & Anishchenko, G. (2018). Numerical simulation of the dynamics of the system “trolley – load – carrying rope” in a cable crane. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(7(93), 6-12. doi: 10.15587/1729-4061.2018.132473.

[15] Loveikin, V., Romasevych, Y., Shymko, L., Mushtin, D., & Loveikin, Y. (2021). The optimization of luffing and slewing regimes of a tower crane. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 51, 421-436. doi: 10.32782/msnau.2023.1.8.

[16] Romasevych, Y., & Loveikin, V. (2018). A novel multi-epoch particle swarm optimization technique. Cybernetics and Information Technologies, 18(3), 62-74. doi: 10.2478/cait-2018-0039.

[17] Kozakova, A., Capkova, R., & Bucz, S. (2019). Tuning methods to attenuate oscillatory load-disturbance response: A comparative study. In Proceedings of the 6th international conference on advanced control circuits and systems (ACCS) & 2019 5th international conference on new paradigms in electronics & information technology (PEIT) (pp. 197-202). Hurgada: IEEE. doi: 10.1109/ACCS-PEIT48329.2019.9062845.

[18] Qian, Y., Fang, Y., & Lu, B. (2017). Adaptive repetitive learning control for an offshore boom crane. Automatica, 82(8), 21-28. doi: 10.1016/j.automatica.2017.04.003.

[19] Qian, Y., & Fang, Y. (2018). Switching logic-based nonlinear feedback control of offshore ship-mounted tower cranes: A disturbance observer-based approach. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 16(3), 1125-1136. doi: 10.1109/TASE.2018.2872621.

[20] Sanfilippo, F., Hatledal, L.I., Styve, A., Pettersen, K.Y., & Zhang, H. (2016). Integrated flexible maritime crane architecture for the offshore simulation centre AS (OSC): A flexible framework for alternative maritime crane control algorithms. IEEE Journal Oceanic Engineering, 41(2), 450-461.

[21] Fidrovska, N., Slepuzhnikov, E., Varchenko, I., Harbuz, S., Shevchenko, S., & Chyrkina, M. (2021). Determining stresses in the metallic structure of an overhead crane when using running wheels of the new design. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1, 22-31. doi: 10.15587/1729-4061.2021.225097.

[22] Yaping, T., Haibo, W., & Hailong, L. (2015). The wireless monitoring system of tower cranes based on MCP2515/CAN bus. In Proceedings of the 2015 international conference on intelligent systems research and mechatronics engineering. Series: Advances in intelligent systems research (pp. 1635-1639). Zhengzhou: Zhengzhou University. doi: 10.2991/isrme-15.2015.332.