Техніка та енергетика

ІДЕНТИФІКАЦІЯ МОДЕЛІ УСТАНОВКИ МЕХАНІЗМУ ПОВОРОТУ БАШТОВОГО КРАНА ІЗ ПРОПЕЛЕРНОЮ ТЯГОЮ

Юрій Ромасевич, Ярослав Губар
Завантажити статтю
Анотація

Будь-які дослідження динаміки і керування механічних систем ґрунтується на адекватних математичних моделях, які містять динамічні параметри досліджуваної системи. Їх оцінка, зокрема для стрілової системи баштового крана, представляє собою окрему актуальну науково-прикладну задачу вирішення якої дасть підстави для подальших розрахунків оптимальних режимів руху механізму повороту баштового крана. Метою статті є визначення динамічних параметрів установки (момента інерції механізму повороту J, момента сил сухого тертя М0, коефіцієнта рушійного момента K1) та проведення планування експериментальних досліджень. Для проведення досліджень використано експериментальний метод, методи чисельної оптимізації (зокрема модифікований метод рою часток Rot-Ring-PSO), а також статистичні методи. За результатами проведених експериментів було ідентифіковано динамічні параметри математичної моделі лабораторної установки механізму повороту баштового крана із пропелерною тягою. Сформовано та за допомогою алгоритму Rot-Ring-PSO проведено мінімізацію критерію, який оцінює похибку ідентифікації параметрів K1, М0, J. Побудовано графіки кінематичних характеристик руху стрілової системи по куту повороту стріли та по швидкості повороту стріли. При обробці експериментальних даних виявлено залежність величин похибки від напруги живлення приводу пропелера. Похибка по швидкості повороту стріли при напрузі живлення приводу 90% (у порівнянні з варіантом напруги в 40%) зменшилась майже на 15%, а по куту повороту стріли при напрузі живлення приводу 90% (у порівнянні з варіантом напруги живлення 40%) зменшилась, майже в 3 рази. Підтверджена закономірність, що при збільшенні напруги живлення зменшується величина похибки роботи системи. У ході обробки експериментальних досліджень отримано ідентифіковані динамічні параметри установки K1=4,80‧10-8 В/(об/хв)2, М0=34,519 Нм, J=24,21 кгм2. Отримані результати будуть використані для проведення оптимізації режимів руху установки, а розроблений алгоритм ідентифікації може бути використаний для інших подібних задачах

Ключові слова

похибка, критерій, обладнання, алгоритм, кран

ЦИТУВАТИ
Romasevych, Yu., & Hubar, Ya. (2023). Propeller thrust tower crane slewing mechanism model identification. Machinery & Energetics, 14(3), 72-78. https://doi.org/10.31548/machinery/3.2023.72
Використані джерела

[1] Čápková, R., Kozáková, A., & Minar, M. (2019). Experimental modelling and control of a tower crane in the frequency domain. Journal of Mechanical Engineering, 69(3), 17-26. doi: 10.2478/scjme-2019-0025.

[2] Chen, W., Qin, X., Yang, Z., & Zhan, P. (2020). Wind-induced tower crane vibration and safety evaluation. Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, 39(2), 297-312. doi: 10.1177/1461348419847306.

[3] Doçi, I., & Lajqi, S. (2018). Rotational motion of tower crane – dynamic analysis and regulation using schematic modeling. International Scientific Journal “Mathematical Modeling”, 2(1), 21-25.

[4] Gao, R., Yang, J., Luo, G., & Yan, C. (2013). The simulation of rotary motion of the flexible multi-body dynamics of tower crane. Advanced Materials Research, (655-657), 281-286. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.655-657.281.

[5] Gorbatyuk, Ie., & Bulavka, O. (2022). Dynamic loads when lifting cargo by tower cranes. In Collection of scientific papers “SCIENTIA” with Proceedings of the III International Scientific and Theoretical Conference (pp. 119-120). Tel Aviv: European Scientific Platform.

[6] Grigorov, O., Anischenko, G., Petrenko, N., Strizhak, V., Turchyn, O., Strizhak, M., Okun, A., & Radchenko, V. (2020). Testing of hydrodynamic drive of cranes mechanisms. Journal of Engineering Sciences and Innovation, 5(4), 371-382.

[7] Jerman, B., Podrzaj, P., & Kramar, J. (2004). An investigation of slewing-crane dynamics during slewing motion – development and verification of a mathematical model. International Journal of Mechanical Sciences, 46(5), 729-750. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2004.05.006.

[8] Kovalenko, V., Kovalenko, O., Stryzhak, V., Svirgun, V., & Stryzhak, M. (2022). Optimization of control of the tower crane slewing mechanism. Bulletin of NTU “KhPI”. Series of Automobile and Tractor Construction, 1, 84-95, doi: 10.20998/2078-6840.2022.1.10.

[9] Liu, F., Yang, J., Wang, J., & Liu, Ch. (2021). Swing characteristics and vibration feature of tower cranes under compound working condition. Shock and Vibration, 2021, article number 8997396. doi: 10.1155/2021/8997396.

[10] Loveikin, V., Romasevych, Yu., Loveikin, A., Liashko, A., & Korobko, M. (2022). Minimization of high-frequency oscillations of trolley movement mechanism during steady tower crane slewing. Scientific Bulletin, Series D, 109, 31-44.

[11] Loveikin, V., Romasevych, Yu., Loveikin, A., Shymko, L., & Liashko, A. (2023). Minimization of the drive torque of the trolley movement mechanism during tower crane steady slewing. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 53, 19-33. doi: 10.55787/jtams.23.53.1.19.

[12] Loveikin, V.S., Romasevich, Yu.O., Kurka, V.P., Mushtin, D.I., & Pochka, K.I. (2020). Analysis of the start-up process of the tower crane slewing mechanism with a steady state motion mode of its load trolley. Strength of Materials and Theory of Structures, 105, 232-246. doi: 10.32347/2410-2547.2020.105.232-246.

[13] Omar, H.M., & Nayfeh, A.H. (2005). Anti-swing control of gantry and tower cranes using fuzzy and time-delayed feedback with friction compensation. Shock and Vibration, 12, 73-89. doi: 10.1155/2005/890127.

[14] Patent of Ukraine No. 131788 “The method of controlling the movement of the slewing mechanism of the tower crane”. (2019, January). Retrieved from https://sis.ukrpatent.org/uk/search/detail/736599/.

[15] Romasevych, Yu., Loveikin, V., & Loveikin, Y. (2021). Development of new rotating ring topology of PSO-Algorithm. In 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) (pp. 79-82). Kharkiv: IEEE. doi: 10.1109/KhPIWeek53812.2021.9569973.

[16] Romasevych, Yu.O., Loveikin, V.S., & Velykoivanenko, D.I. (2023). Construction of the laws of motion of the mechanisms for trolley movement and slewing of the tower crane. Scientific Reports of NULES, 102(2), 1-13. doi: dopovidi2(102).2023.020.

[17] Trąbka, A. (2016). Influence of flexibilities of cranes structural components on load trajectory. Journal of Mechanical Science and Technology, 14, 1-14. doi: 10.1007/s12206-015-1201-z.

[18] Yao, G., Xu, C., Yang, Y., Wang. M., Zhang, M., & Thabeet, A. (2018). Working mechanism of a high-performance tower crane attached to wall joints. Journal of Engineering Science and Technology Review, 11(1), 19-27.

[19] Ye, J., & Huang, J. (2022). Control of beam-pendulum dynamics in a tower crane with a slender jib transporting a distributed-mass load. In IEEE Transactions on Industrial Electronics, (vol. 70(1), pp. 888-897). Liverpool: IEEE. doi: 10.1109/TIE.2022.3148741.

[20] Zhang, M., Zhang, Y., Ouyang, H., Ma, Ch., & Cheng, X. (2020). Modeling and adaptive control for tower crane systems with varying cable lengths. In Proceedings of the 11th International Conference on Modelling, Identification and Control, Lecture Notes in Electrical Engineering (vol 582, pp. 215-226). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-15-0474-7_21.