Метою роботи було оптимізувати силовий режим пуску механізму повороту при усталеному підйомі вантажу баштового крана з балочною стрілою. Механізм повороту крана представлено динамічною моделлю з чотирма ступенями вільності, де враховано основний рух механізмів повороту та підйому вантажу, а також коливання поворотної частини крана та вантажу в площині повороту. Для такої динамічної моделі складено математичну модель, яка представляла собою систему звичайних диференціальних рівнянь другого порядку. Систему рівнянь зведено до кутової координати повороту вантажу і представлено рівнянням шостого порядку. Оптимізацію режиму пуску механізму повороту при усталеному підйомі вантажу здійснено за критерієм середньоквадратичного значення рушійного моменту приводу. При цьому враховано обмеження на рушійний момент та потужність приводу. Критерій оптимізації разом з обмеженнями зведено до узагальненого критерію. При оптимізації за крайові умови руху взяті переміщення та швидкості узагальнених координат механізму повороту на почату та в кінці процесу пуску. За результатами оптимізації отримано режим пуску механізму повороту крана при усталеному підйомі вантажу. Отриманий режим мінімізує дію динамічних навантажень, зменшує максимальні значення деформації колони крана, потужності приводу та відхилення вантажного канату від вертикалі. При цьому усуваються коливання ланок крана і вантажу при виході на усталений режим руху. Результати дослідження можна використати у системах автоматизації для керування механізмами повороту баштових кранів, що забезпечує покращену ефективність і стабільність роботи при підйомі вантажу
стріловий кран, механізми підйому та повороту, динамічні навантаження, оптимальне керування, коливання вантажу
[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] Bello, M.M., Mohamed, Z., Efe, M.Ö., & Ishak, H. (2024). Modelling and dynamic characterisation of a double-pendulum overhead crane carrying a distributed-mass payload. Simulation Modelling Practice and Theory, 134, article number: 102953. doi: 10.1016/j.simpat.2024.102953.
[3] 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.
[4] Chwastek, S. (2020). Optimization of crane mechanisms to reduce vibration. Automation in Construction, 119, article number 103335. doi: 10.1016/j.autcon.2020.103335.
[5] Chwastek, S. (2021). Finding the globally optimal correlation of cranes drive mechanisms. Mechanics Based Design of Structures and Machines, 61(6), 3230-3241. doi: 10.1080/15397734.2021.1920978.
[6] Fasih, S.M., Mohamed, Z., Husain, A.R., Ramli, L., Abdullahi, A.M., & Anjum, W. (2020). Controlling the rotation of a tower crane payload using a neural network-based input shaper. Measurement and Control, 53(7-8), 1171-1182. doi: 10.1177/0020294020920895.
[7] Fidrovska, N., Slepuzhnikov, E., Varchenko, I., Harbuz, S., Shevchenko, S., Chyrkina, M., & Nesterenko, V. (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(7), 22-31. doi: 10.15587/1729-4061.2021.225097.
[8] Houssein, E.H., Gad, A.G., Hussain, K., & Suganthan, P.N. (2021). Major advances in particle swarm optimization: theory, analysis, and application. Swarm and Evolutionary Computation, 63, article number: 100868. doi: 10.1016/j.swevo.2021.100868.
[9] Isiet, M., & Gadala, M. (2020). Sensitivity analysis of control parameters in particle swarm optimization. Journal of Computational Science, 41, article number: 101086. doi: 10.1016/j.jocs.2020.101086.
[10] 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.
[11] Kovalenko, V., Kovalenko, O., Stryzhak, V., Stryzhak, M., & Ruzmetov, A. (2023). Determination of dynamic forces in the metal structure of a tower crane based on the multimass model. International Journal of Mechatronics and Applied Mechanics, 14, 248-256. doi: 10.17683/ijomam/issue14.29.
[12] Lui, F., Yang, J., Wang, J., & Liu, C. (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.
[13] 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.
[14] Michna, M., Kutt, F., Sienkiewicz, Ł., Ryndzionek, R., Kostro, G., Karkosiński, 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. doi: 10.3390/en13215727.
[15] 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.
[16] 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. 11(4), 548-554. doi: 10.1016/j.jer.2023.08.012.
[17] 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. doi: 10.32820/2079-1747-2021-28-18-25.
[18] Qian, Y., Hu, D., Chen, Y., Fang, Y., & Hu, Y. (2022). Adaptive neural network-based tracking control of underactuated offshore ship-to-ship crane systems subject to unknown wave motions disturbances. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 52(6), 3626-3637. doi: 10.1109/TSMC.2021.3071546.
[19] Romasevych, Y., Loveikin, V., & Loveikin, Y. (2022). Development of a PSO modification with varying cognitiveterm. In 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) (pp. 1-5). Kharkiv: IEEE. doi: 10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916413
[20] Shami, T.M., El-Saleh, A.A., Alswaitti, M., Al-Tashi, Q., Summakieh, M.A., & Mirjalili, S. (2022). Particle swarm optimization: a comprehensive survey. IEEE Access, 10, 10031-10061. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3142859.
[21] Tong, S., Xu, W., Zhao, J., Zhang, K., Shi, H., & Hu, B. (2024). Improved dynamic sliding mode control for plate hoisting of cable crane under wind load. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 238(11), 4932-4943. doi: 10.1177/09544062231210638.
[22] 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.
[23] 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.
[24] 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.
[25] Ye, J., & Huang, J. (2023). Control of beam-pendulum dynamics in a tower crane with slender jib transporting a distributed-mass load. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 70(1), 888-897. doi: 10.1109/TIE.2022.3148741.