Мінімізація потужності приводу механізму зміни вильоту баштового крана за усталеного режиму повороту

Заголовок (англійською): 
Drive power minimization of outreach change mechanism of tower crane during steady-state slewing mode
Автор(и): 
Ловейкін В.С.
Ромасевич Ю.О.
Ловейкін А.В.
Ляшко А.П.
Почка К.І.
Балака М.М.
Автор(и) (англ): 
Loveikin V.S.
Romasevych Yu.O.
Loveikin A.V.
Liashko A.P.
Pochka K.I.
Balaka M.M.
Ключові слова (укр): 
баштовий кран, механізм зміни вильоту, потужність, нелінійна варіаційна задача, критерій оптимізації.
Ключові слова (англ): 
tower crane, outreach change mechanism, power, nonlinear variational problem, optimization criterion.
Анотація (укр): 
У статті поставлена та розв’язана варіаційна задача вибору режиму руху механізму зміни вильоту вантажу за усталеного повороту баштового крана, що забезпечує мінімізацію потужності приводного двигуна. Для проведення досліджень використана динамічна модель механізму зміни вильоту, представлена механічною системою з трьома ступенями вільності. Поставлена варіаційна задача є нелінійною, тому для її розв’язку використано модифікований метаевристичний метод рою часточок PSO-Rot-Ring. Для збереження розрахункових ресурсів в якості початкового наближення розв’язку нелінійної варіаційної задачі використане аналітичне розв’язування іншої варіаційної задачі для тієї ж моделі кранового механізму і близького за фізичним змістом оптимізаційного критерію. При розв’язуванні нелінійної варіаційної задачі визначено режим пуску приводу механізму зміни вильоту вантажу, який забезпечує мінімізацію середньоквадратичного значення потужності приводного двигуна. В процесі оптимізації виявлені низько- та високочастотні коливання елементів механізму зміни вильоту під час пуску. Перші коливання викликані розгойдуванням вантажу на гнучкому підвісі під час пуску, а другі – характером зміни рушійного моменту та потужності приводу. Ці коливання усуваються на ділянці усталеного руху за рахунок вибору крайових умов руху, що враховуються в процесі розв’язування варіаційної задачі.
Анотація (англ): 
The variational problem of the movement mode selection for the load outreach change mechanism during a steady-state tower crane slewing was formulated and solved in the paper, that ensures the minimization of the drive motor power. We used a dynamic model of the outreach change mechanism for research work, which presented the mechanical system with three degrees of freedom. The formulated variational problem is nonlinear, and so we used the modified PSO-Rot-Ring particle swarm metaheuristic method for its solution. The analytical solution of another variational problem for the same model of the crane mechanism and an optimization criterion close in physical content was used as the solution initial approximation of the nonlinear variational problem to save calculated resources. The starting mode of the mechanism drive for the load outreach change was determined during the solution of the nonlinear variational problem, which ensures the root-mean-square value minimization of the drive motor power. Low- and high-frequency oscillations of the outreach change mechanism elements during the start-up were detected in the optimization process. The first oscillations are caused by the load rocking on the flexible suspension during the start-up, and the second – by the nature of the change in the driving moment and drive power. These oscillations are eliminated in the section of steady-state movement due to the selection of the motion boundary conditions, which are taken into account in the solution process of the variational problem.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2022, номер 109
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2022, number 109
Мова статті: 
English
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
24-109_loveikin_v._s._romasevych_yu._o._loveikin_a._v._liashko_a._p._pochka_k._i._balaka_m._m.pdf
Дата публікації: 
25 December 2022
Номер збірника: 
109
Університет автора: 
National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv National University of Construction and Architecture
References: 
  1. Stanišić M. M. On a new theory of the dynamic behavior of the structures carrying moving masses. Ingenieur-Archiv. 1985. Vol. 55 (3). P. 176–185. DOI: 10.1007/BF00536412.
  2. Lee H. P. Dynamic responses of a beam with a moving mass. Journal of Sound and Vibration. 1996. Vol. 191 (2). P. 289–294. DOI: 10.006/jsvi.1996.0122.
  3. Oguamanam D. C. D., Hansen J. S., Heppler G. R. Dynamics of a three-dimensional overhead crane system. Journal of Sound and Vibration. 2001. Vol. 242 (3). P. 411–426. DOI: 10.1006/jsvi.2000.3375.
  4. Sun G., Kleeberger M. Dynamic responses of hydraulic mobile crane with consideration of the drive system. Mechanism and Machine Theory. 2003. Vol. 38 (12). P. 1489–1508. DOI: 10.1016/S0094-114X(03)00099-5.
  5. Campara T., Bukvic H., Sprecic D. Ability to control swinging of payload during the movement of the rotary cranes mechanism. 4th International conference on intelligent technologies in logistics and mechatronics systems. Kaunas Univ Technol Panevezys Inst. Kaunas. LITHUANIA. 2009. P. 52–55.
  6. Kazak S. A. Dinamika mostovykh kranov (Overhead cranes dynamics). Moscow, 2008. 332 p. (in Russian).
  7. Orlov A. N. Obshchaia dinamicheskaia model gruzopodemnykh kranov. Optimizatciia parametrov stroitelnykh i dorozhnykh mashin (General dynamic model of cranes. Parameters optimization of the construction and road machines). Yaroslavl, 2012. P. 13–20. (in Russian).
  8. Gerasimyak R. P., Leshchev V. A. Analiz i sintez kranovykh elektromekhanicheskikh sistem (Analysis and synthesis of crane electromechanical systems). Odesa, 2008. 192 p. (in Russian).
  9. Gerasimyak R. P., Naidenko O. V. Osoblyvosti keruvannia elektrpryvodom mekhanizmu vylotu strily pid chas obertannia krana z pidvishenym vantazhem (Features of the electric drive control of the jib outreach mechanism during the crane slewing with suspended load). Electrical machine-building and electrical equipment. 2007. Vol. 68. P. 11–15. (in Ukrainian).
  10. Naidenko E. V. Upravlenie elektroprivodom mekhanizmov gorizontalnogo peremeshcheniia s podveshennym gruzom (Electric drive control of horizontal movement mechanisms with suspended load). Electrical machine-building and electrical equipment. 2007. Vol. 69. P. 17–22. (in Russian).
  11. Loveikin V. S., Romasevych Yu. O., Loveikin A. V., Mushtyn D. I. Dynamichnyi analiz rukhu mekhanizmiv zminy vylotu ta povorotu bashtovoho krana z balochnoiu striloiu (Dynamic analysis of mechanisms movement for outreach change and rotation of tower crane with beam jib). Machinery & Energetics. Journal of Rural Production Research. 2020. Vol. 11 (1). P. 5–11. DOI: 10.31548/machenergy2020.01.005. (in Ukrainian).
  12. Loveikin V. S., Romasevych Yu. O., Spodoba O. O., Loveikin A. V., Pochka K. I. Mathematical model of the dynamics change departure of the jib system manipulator with the simultaneous movement of its links. Strength of Materials and Theory of Structures. 2020. Issue 104. P. 175–190. DOI: 10.32347/2410-2547.2020.104.175-190.
  13. Loveikin V. S., Romasevych Yu. O., Shymko L. S., Loveikin Yu. V., Pochka K. I. The dynamic analysis of the joint trolley movement and hoisting mechanism in the tower crane. Strength of Materials and Theory of Structures. 2022. Issue 108. P. 267–282. DOI: 10.32347/2410-2547.2022.108.267-282.
  14. Loveikin V., Romasevych Y., Kadykalo I., Liashko A. Optimization of the swinging mode of the boom crane upon a complex integral criterion. Journal of Theoretical and Applied Mechanics (Bulgaria). 2019. Vol. 49 (3). P. 285–296. DOI: 10.7546/JTAM.49.19.03.07.
  15. Loveikin V. S., Palamarchuk D. A., Romasevych Yu. O., Loveikin A. V. Optimization of rotate mode at constant change of departure in the level-luffing crane with geared sector. Strength of Materials and Theory of Structures. 2021. Issue 106. P. 221–235. DOI: 10.32347/2410-2547.2021.106.221-235.
  16. Loveikin V. S., Romasevich Yu. A., Khoroshun A. S., Shevchuk A. G. Time-Optimal Control of a Simple Pendulum with a Movable Pivot. Part 1. International Applied Mechanics. 2020. Vol. 54 (3). P. 358–365. DOI: 10.1007/s10778-018-0887-x.
  17. Loveikin V. S., Palamarchuk D. A., Romasevych Yu. O., Balaka M. M. Doslidzhennia optymalnoho shvydkisnoho rezhymu rukhu pid chas pusku sharnirno-zchlenovanoi strilovoi systemy krana (Analysis of starting in horse head system at optimal jerking mode of movement). Machinery & Energetics. Journal of Rural Production Research. 2021. Vol. 12 (1). P. 67–73. DOI: 10.31548/machenergy2021.01. (in Ukrainian).
  18. Loveikin V., Romasevych Yu., Liashko A. Crane motor optimization. Journal of Theoretical and Applied Mechanics (Bulgaria). 2021. Vol. 51 (1). P. 65–75.
  19. Loveikin V., Romasevych Yu., Loveikin A., Lyashko A., Korobko M. Minimization of high-frequency oscillations of trolley movement mechanism during steady tower crane slewing. UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering. 2022. Vol. 84 (1). P. 31–44.
  20. Romasevych Yu., Loveikin V., Loveikin Yu. Development of new rotating ring topology of PSO-algorithm. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology, KhPI Week 2021 – Conference Proceedings. 2021. P. 79–82. DOI: 10.1109/KhPIWeek53812.2021.9569973.