Техніка та енергетика

ДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ СУМІСНОГО РУХУ МЕХАНІЗМІВ ПІДЙОМУ ТА ПОВОРОТУ СТРІЛОВОГО КРАНА

Вячеслав Ловейкін, Юрій Ромасевич, Іван Кадикало
Завантажити статтю
Анотація

Задля підвищення продуктивності стрілових кранів здійснюють суміщення роботи окремих механізмів. При цьому зростають динамічні навантаження на елементи конструкції, приводних механізмів і вантажу на гнучкому підвісі, які знижують надійність роботи кранів і підвищують енергетичні витрати. Тому метою статті було розглянути задачу динаміки спільного руху механізмів повороту та підйому вантажу стрілового крану з підйомною стрілою. Для дослідження динаміки спільного руху механізмів стрілова система була представлена механічною системою з шістьома ступенями вільності, де враховано основний рух механізмів та коливальний рух ланок конструкції з пружними та дисипативними властивостями, а також вантажу на гнучкому підвісі в площині повороту крана та підйому вантажу. Для такої механічної системи вантажопідйомного крана складено диференціальні рівняння сумісного руху механізмів повороту та підйому вантажу. Отримані рівняння являють собою систему нелінійних диференціальних рівнянь другого порядку, для розв’язування яких використано чисельний метод у вигляді комп’ютерної програми. За допомогою розробленої програми проведені розрахунки динаміки спільного руху механізмів стрілового крана з конкретними числовими параметрами. На основі проведеного розрахунку здійснено динамічний аналіз спільного руху механізмів повороту та підйому вантажу стрілового крана з підйомною стрілою, в результаті якого встановлені високочастотні коливання ланок з пружними та дисипативними властивостями, а також низькочастотні коливання вантажу на гнучкому підвісі. Найбільший вплив коливань спостерігається в процесі пуску механізмів, де високочастотні коливання затухають протягом перехідного процесу, а низькочастотні коливання затухають  протягом достатньо значного проміжку  часу. Для покращення динамічних властивостей механізмів повороту та підйому вантажу під час їх спільного руху запропоновано здійснювати оптимізацію режиму руху на ділянках перехідних процесів (пуск, гальмування). Результати досліджень можуть бути використані при розробленні та експлуатації вантажопідйомних кранів в машинобудуванні, будівництві та інших галузях виробництва

Ключові слова

башта, привод, обертання, навантаження, гнучкий підвіс, коливання, амплітуда

ЦИТУВАТИ
Loveikin, V., Romasevych, Yu., & Kadykalo, I. (2023). Dynamic analysis of the joint movement of the hoisting and slewing mechanisms of a boom crane. Machinery & Energetics, 14(4), 75-85. https://doi.org/10.31548/machinery/4.2023.75
Використані джерела

[1] Ambrosino, M., Berneman, М., Carbone, G., Dawans, A., & Garone, E. (2020). Modeling and control of a 5-DoF boom crane. In 2020 Proceedings of the 37th ISARC (pp. 25-30). Kitakyushu, Japan. doi: 10.22260/ISARC2020/0071.

[2] Buczkowski, R., & Żyliński, B. (2021). Finite element fatigue analysis of unsupported crane. Polish Maritime Research, 28(1), 127-135. doi: 10.2478/pomr-2021-0012.

[3] Jaafar, H.I., Mahamed, Z., Shamsudin, M.A., Subha, N.A.M., Ramli, L., & Abdullahi, A.M. (2019). Model reference command shaping for vibration control of multimode flexible systems with application to a double-pendulum overhead crane. Mechanical Systems and Signal Processing, 115, 677-695. doi: 10.1016/j.ymssp.2018.06.005.

[4] Jarzębowska, E., Urbaś, A., & Augustynek, K. (2020). Analysis of influence of a crane flexible supports, link flexibility, and joint friction on vibration associated with programmed motion execution. Journal of Vibration Engineering & Technologies, 8, 337-350. doi: 10.1007/s42417-019-00186-1.

[5] Lovejkin, V., Romasevych, Yu., Loveikin, A., & Mushtyn, D. (2020). Dynamic analysis of roller molding installation taking into account dissipative properties balanced drive mechanism. Machinery & Energetics, 11(1), 5-11. doi: 10.31548/machenergy2020.01.005.

[6] Martin, I.A., Irani, R.A. (2021). Dynamic modeling and self-tuning anti-sway control of a seven degree of freedom shipboard knuckle boom crane. Mechanical Systems and Signal Processing, 153, article number 107441. doi: 10.1016/j.ymssp.2020.107441.

[7] Miranda-Colorado, R. (2021). Robust observer-based anti-swing control of 2D-crane systems with load hoisting-lowering. Nonlinear Dynamics, 104, 3581-3596. doi: 10.1007/s11071-021-06443-x.

[8] Mohammed, A., Alghanim, K., & Andani, M.T. (2019) An optimized non-linear input shaper for payload oscillation suppression of crane point-to-point maneuvers. International Journal of Dynamics and Control, 7, 567-576. doi: 10.1007/s40435-019-00536-7.

[9] Mohammed, A., Altuwais, H., & Alghanim, Kh. (2023). An optimized shaped command of overhead crane nonlinear system for rest-to-rest maneuver. Journal of Engineering Research. doi: 10.1016/j.jer.2023.08.012.

[10] Ouyang, H., Hu, J., Zhang, G., Mei, L., & Deng, X. (2019). Decoupled linear model and s-shaped curve motion trajectory for load sway suppression control in overhead cranes with doublependulum effect. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 233(10), 3678-3689. doi: 10.1177/0954406218819029.

[11] Podolyak, O., Khoroshylov, O., & Anenko, K. (2022). Investigation of combined motion of lifting, slewing, and jib length adjustment mechanisms in crane DEK-251. Engineering, 28, 18-25. https://doi.org/10.32820/2079-1747-2021-28-18-25.

[12] Sun, N., Yang, T., Fang, Y., Wu, Y., & Chen, H. (2019). Transportation control of double-pendulum cranes with a nonlinear quasi-PID scheme: design and experiments. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 49(7), 1408-1418. doi: 10.1109/TSMC.2018.2871627.

[13] Umaru, I., Bashir, H.A., & Liman, H. (2021). A gantry crane control scheme using hybrid input shaper and pid controller. Bayero Journal of Engineering and Technology, 16(1), 93-103.

[14] Wang, J., Liu, K., Wang, S., Chen, H., Sun, Y., Niu, A., & Li, H. (2022). Dynamic analysis and experiment of underactuated double-pendulum anti-swing device for ship-mounted jib cranes. Polish Maritime Research, 29(4), 145-154. doi: 10.2478/pomr-2022-0052.

[15] Wang, S., Wu, J., Chen, H., Ji, Y., & Sun, Y. (2019). Dynamic analysis and experiment of the mechanical anti-swing device for ship-mounted cranes. Journal of Harbin Engineering University, 40(11), 1858-1864. doi: 10.11990/jheu.201805082.

[16] Wang, X., Liu, J., Zhang, Y., Shi, B., Jiang, D., & Peng, H. (2019). A unified symplectic pseudospectral method for motion planning and tracking control of 3D underactuated overhead cranes. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 29(7), 2236-2253. doi: 10.1002/rnc.4488.

[17] Wu, Q., Wang, X., Hua, L., & Xia, M. (2020). Dynamic analysis and time optimal anti-swing control of double pendulum bridge crane with distributed mass beams. Mechanical Systems and Signal Processing, 144, article number 106968. doi: 10.1016/j.ymssp.2020.106968.

[18] Yang, T., Sun, N., Chen, H., & Fang, Y. (2019). Neural networkbased adaptive antiswing control of an underactuated shipmounted crane with roll motions and input dead zones. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 31(3), 901-914. doi: 10.1109/TNNLS.2019.2910580.

[19] Zhang, M. (2019). Finite-time model-free trajectory tracking control for overhead cranes subjectto model uncertainties, parameter variations and external disturbances. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 41(12), 3516-3525. doi: 10.1177/0142331219830157.

[20] Zhang, M., Zhang, Y., & Cheng, X. (2019). An enhanced coupling PD with sliding mode control method for underactuated doublependulum overhead crane systems. International Journal of Control, Automation and Systems, 17(7), 1579-1588. doi: 10.1007/s12555-018-0646-0.