Аналіз зміни вильоту та повороту баштового крана з урахуванням динамічних характеристик приводних механізмів
Заголовок (англійською):
Analysis of derrikingand slewing of the tower crane with consideration to driving mechanisms characteristics
Автор(и):
Ловейкін В.С.
Ромасевич Ю.О.
Ловейкін А.В.
Ляшко А.П.
Почка К.І.
Коробко М.М.
Автор(и) (англ):
Loveikin V.S.
Romasevych Yu.O.
Loveikin A.V.
Liashko A.P.
Pochka K.I.
Korobko M.M.
Ключові слова (укр):
баштовий кран, механізми повороту та зміни вильоту, динамічна і математична модель, динамічні та енергетичні навантаження
Ключові слова (англ):
tower crane, derriking, slewing, dynamic and mathematic models, dynamic and energy loads
Анотація (укр):
При роботі баштових кранів з метою підвищення продуктивності здійснюють суміщення роботи механізмів. В статті розглянуто суміщення операцій зміни вильоту та повороту крана. Для дослідження динамічних процесів при спільній роботі механізмів зміни вильоту та повороту баштового крана побудовано динамічну модель, в якій враховано основний рух механізмів зміни вильоту та повороту крана, а також коливальні процеси в передавальних механізмах приводів, а також коливання вантажу на гнучкому підвісі в двох площинах: в площині зміни вильоту та в площині повороту крана. В розробленій динамічній моделі враховані пружно-дисипативні характеристики передавальних механізмів, а також динамічні механічні характеристики приводних електродвигунів, які описують перехідні електромагнітні процеси. На основі розробленої динамічної моделі за допомогою рівнянь Лагранжа другого роду складено шість диференціальних рівнянь другого порядку, які описують механічну частину руху механізмів. Крім того, перехідні динамічні електромагнітні процеси кожного з двигунів описуються чотирма диференціальними рівняннями. В результаті чого отримано систему чотирнадцяти диференціальних рівнянь, які описують спільну динаміку механічної частини механізмів крана та електромагнітних процесів в електродвигунах механізмів зміни вильоту та повороту крана. Отримана система диференціальних рівнянь розв’язана чисельними методами за допомогою розроблених комп’ютерних програм. Для реальної конструкції баштового крана при спільній роботі механізмів зміни вильоту та повороту визначені кінематичні, силові та енергетичні характеристики, які дали можливість оцінити реальні навантаження в елементах конструкції та приводних механізмах. З отриманих результатів досліджень встановлено, що елементи конструкції та приводних механізмів мають значні динамічні та енергетичні перевантаження. Виявлені високочастотні коливання приводних механізмів на початку руху та низькочастотні коливання елементів конструкції та вантажу. Це значно знижує надійність роботи баштових кранів,збільшує їхні енергетичні витрати та впливає на роботу кранівника та обслуговуючого персоналу.
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. The variational problem is nonlinear, and so we used the modified PSO-Rot-Ring particle swarm met heuristic method for its solution. Low- and high-frequency oscillations of the outreach change mechanism elements during the start-up were detected in the optimization process. These oscillations are eliminated in the section of steady-state movement due to the selection of the motion boundary conditions.
In order to increase the productivity during a tower crane exploitation the overlapping of the mechanisms operation is used. The article considers the overlapping of operations of the derriking and slewing mechanisms of the crane. To study the dynamic processes in the joint work of the derriking and slewing of the tower crane, a dynamic model was built. It takes into account the main movement of the derriking and slewing of the crane, as well as oscillation processes in the drive mechanisms and load oscillation on flexible suspension in two planes: in the plane of the derrikingand in the plane of slewing of the crane. The developed dynamic model takes into account the elastic-dissipative characteristics of the transfer mechanisms, as well as the dynamic mechanical characteristics of the drive motors, which describe the transient electromagnetic processes. On the basis of the developed dynamic model with the help of Lagrangeʼs equations six differential equations of the second order which describe a mechanical part of the mechanisms movement were found. In addition, the transient dynamic electromagnetic processes of each of the engines are described by four differential equations. As a result, a system of fourteen differential equations was obtained. It describes the common dynamics of the mechanical part of the crane mechanisms and electromagnetic processes in the electric engines of the derriking and slewing mechanisms. The obtained system of differential equations was solved by numerical methods with the help of developed computer program. For the actual construction of the tower crane in the overlapping work of the derriking and slewing mechanisms, kinematic, power, and energy characteristics were determined, which made it possible to estimate the actual loads in the elements of the construction and drive mechanisms. From the obtained results it was established that the elements of the construction and drive mechanisms are under significant dynamic and energy overloads.High-frequency oscillations of drive mechanisms at the beginning of the movement and low-frequency oscillations of elements of the construction and load were revealed. This significantly reduces the reliability of tower cranes, increases their energy losses, and affects the work of the crane operator and maintenance staff.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2023, number 110
Мова статті:
English
Формат документа:
application/pdf
Документ:
Дата публікації:
16 Сентябрь 2023
Номер збірника:
Розділ:
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
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. 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).2. 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).3. Loveikin V.S., Pochka K.I., Romasevych Yu.O., Pochka O.B. Dynamichnyi analiz rolykovoi formuvalnoi ustanovky z kryvoshypno-shatunnym pryvidnym mekhanizmom (Dynamic analysis of a roller forming unit with a crank-rod drive mechanism). Strength of Materials and Theory of Structure: Scientific and technical collected articles. 2019. Vol. 102. P. 91-108. DOI: 10.32347/2410-2547.2019.102.91-108. (in Ukrainian).4. Loveikin V. S., Pochka K. I., Prystailo M. О., Pochka O. B. Dynamichne zrivnovazhennya pryvidnoho mekhanizmu rolykovoyi formuvalʹnoyi ustanovky z enerhetychno vrivnovazhenym pryvodom (Dynamic balancing of drive mechanism of roller forming installation with energy balanced drive). Strength of Materials and Theory of Structure: Scientific and technical collected articles. 2019. Vol. 103. P. 112-130. 10.32347/2410-2547.2019.103.112-130. (in Ukrainian).5. Loveikin V. S., Pochka K. I., Prystailo M. О., Balaka M. M., Pochka O. B. Impact of cranks displacement angle on the motion non-uniformity of roller forming unit with energybalanced drive. Strength of Materials and Theory of Structure: Scientific and technical collected articles. 2021. Vol. 106. P. 141-155. DOI: https://doi.org/10.32347/2410-2547.2021.106.141-155.6. Annenkova O.S., Francen G.E. Stroitelnye bashennye krany i podemniki dlya vozvedeniya mnogoetazhnyh zdanij (Construction tower cranes and hoists for the construction of multi-storey buildings). Altajskij gosudarstvennyj tehnicheskij universitett im. I.I. Polzunova. Barnaul. Izdatelstvo Alt GTU. 2008. 206 p. (in Russian).7. 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), pp. 285–296.8. 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).9. Loveikin V. S., Romasevych Yu. О. Regime-parametric optimization of a mine winder deceleration. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2018. Issue 5. pp. 72-78. DOI: 10.29202/nvngu/2018-5/9.10. Grigorov O., Druzhynin E., Strizhak V., Strizhak M., Anishchenko G. Numerical simulation of the dynamics of the system "trolley - load - Carrying rope" In a cable crane. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. Vol. 3. Issue 7-93. pp. 6-12. DOI: 10.15587/1729-4061.2018.132473.11. Kukharets S., Golub G., Szalay K., Marus O. Study of energy costs in process of biomass mixing in rotary digester (Conference Paper). 18th International Scientific Conference Engineering for Rural Development, ERD 2019; Jelgava; Latvia; 22 May 2019. Engineering for Rural Development. 2019. Vol. 18. pp. 1331-1336. DOI: 10.22616/ERDev2019.18.N07012. Pylypaka S., Klendii M., Kremets T., Klendii O. Particle motion over the surface of a cylinder, which performs translational oscillations in a vertical plane. Engineering Journal. 28 June 2018. Vol. 22, Issue 3. pp. 83-92. DOI: 10.4186/ej.2018.22.3.83.13. Fidrovska N., Slepuzhnikov E., Varchenko I., Harbuz S., Shevchenko S., Chyrkina M., Nesterenko V. Determining Stresses in the metallic Structure of an overhead Crane when Using running Wheels of the New design. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 22 February 2021. Vol. 1. pp. 22-31. DOI: 10.15587/1729-4061.2021.225097.14. Grigorov O.V., Strizhak V.V. Analiz pusko-tormoznyh processov kranovyh mehanizmov s chastotno-reguliruemym privodom. (Analysis of the starting-braking processes of crane mechanisms with a frequency-controlled drive) Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho avtomobilno-dorozhnoho universytetu. 2012. Vol. 57. pp. 249-256.15. Tehnicheskaya kollekciya Schneider Electric. Vypusk № 12. Proektirovanie elektroprivodov kranovyh mehanizmov. (chneider Electric technical collection. Issue No. 12. Design of electric drives for crane mechanisms.) URL: https://profsector.com/media/catalogs/566dcd7cb36cc.pdf (дата звернення 11.06.2021). 16 Popov E.V. Proektirovanie elektroprivodov kranovyh mehanizmov (Design of electric drives for crane mechanisms.). Tehnicheskaya kollekciya SchneiderElectric. 2009. Vol. 12. p. 52.