Динамічний аналіз сумісного руху механізмів зміни вильоту та підйому вантажу при усталеному повороті стрілового крана
Заголовок (англійською):
Dynamic analysis of the joint movement of derricking mechanism and lifting mechanism of a load during a steady-state turn of a jib crane
Автор(и):
Ловейкін В.С.
Ромасевич Ю.О.
Ловейкін А.В.
Ляшко А.П.
Почка К.І.
Автор(и) (англ):
Loveikin V.S.
Romasevych Yu.O.
Loveikin A.V.
Liashko A.P.
Pochka K.I.
Ключові слова (укр):
механізми повороту стріли, висування секції стріли, підйому вантажу, коливальні процеси, динамічні навантаження
Ключові слова (англ):
boom turning mechanisms, boom section extension, load lifting, oscillatory processes, dynamic loads
Анотація (укр):
Актуальною проблемою покращення роботи стрілових кранів є підвищення їхньої продуктивності. Одним із шляхів підвищення продуктивності стрілових кранів є суміщення роботи окремих механізмів. Метою дослідження є побудова математичної моделі та проведення динамічного аналізу стрілової системи крана при одночасній роботі механізмів зміни вильоту та підйому вантажу при усталеному повороті крана. В проведених дослідженнях використано методи побудови дискретних динамічних моделей стрілового крана шляхом використання рівнянь Лагранжа другого роду, чисельні методи розв’язування отриманих диференціальних рівнянь, які при усталеному повороті крана представлені у вигляді комп’ютерної програми та методи динамічного аналізу кранових механізмів. В представленій роботі вирішується задача дослідження динаміки одночасного руху механізмів повороту стріли, висування її секції та підйому вантажу при усталеному повороті крана. Для дослідження динамічних процесів в гідро-механічній системі стрілового крана при одночасній роботі кранових механізмів розроблено методику динамічного аналізу. Стрілова система крана представлена динамічноюмоделлю з шістьома ступенями вільності, де враховано основний рух механізмів і коливання ланок та вантажу на гнучкому підвісі. На основі побудованої математичної моделі визначені кінематичні, динамічні та енергетичні характеристики окремих ланок стрілової системи крана при одночасній роботі декількох механізмів. Досліджено високочастотні коливання ланок приводу механізму підйому вантажу та низькочастотні коливання вантажу на гнучкому підвісі. Встановлено, що високочастотні коливання ланок затухають в межах процесу пуску, а низькочастотні коливання вантажу практично не затухають і тривають протягом всього циклу руху.
Для мінімізації коливальних процесів одночасного руху механізмів стрілової системи рекомендовано обирати режими руху приводів, які забезпечують плавний рух виконавчих елементів, що приводить до зменшення навантажень та підвищення надійності роботи крана.
Анотація (англ):
Increasing the productivity of jib cranes is an urgent problem of improving their operation. Combining the work of separate mechanisms is one of the ways to increase the productivity of jib cranes. The aim of the study is to build a mathematical model and conduct a dynamic analysis of the crane jib system with simultaneous operation of the derricking mechanism and lifting mechanism of the load during a steady-state crane rotation. Methods for constructing discrete dynamic models of a jib crane by using Lagrange equations of the second kind, numerical methods for solving the obtained differential equations, which are presented in the form of a computer program at a steady-state crane rotation, and methods for dynamic analysis of crane mechanisms are used in the conducted research. The task of researching the dynamics of the simultaneous movement of the mechanisms for turning the boom, extending its section and lifting the load during a steady-state crane turn is solved in the presented work. The method of dynamic analysis was developed to study dynamic processes in the hydro-mechanical system of a jib crane during the simultaneous operation of crane mechanisms. The crane boom system is represented by a dynamic model with six degrees of freedom, which takes into account the main movement of the mechanisms and the oscillations of the links and the load on a flexible suspension. The kinematic, dynamic, and energy characteristics of individual links of the crane jib system with simultaneous operation of several mechanisms are determined on the basis of the constructed mathematical model. The high-frequency oscillations of the drive links of the load lifting mechanism and the low-frequency oscillations of the load on a flexible suspension are investigated. It was found that high-frequency vibrations of the links damped within the start-up process, while low-frequency vibrations of the load practically did not damp and continued throughout the entire movement cycle.
Drive modes that ensure smooth movement of the actuators, which leads to reduced loads and increased reliability of the crane are recommended to minimise oscillatory processes of simultaneous movement of the jib system mechanisms.
Публікатор:
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр):
Опір матеріалів і теорія споруд, 2025, номер 114
Назва журналу, номер, рік випуску (англ):
Strength of Materials and Theory of Structures, 2025, number 114
Мова статті:
English
Формат документа:
application/pdf
Дата публікації:
04 Июнь 2025
Номер збірника:
Університет автора:
Київський національний університет будівництва і архітектури
References:
1. Herasymiak R.P., Naidenko O.V. Osoblyvosti keruvannia elektropryvodom mekhanizmu vylotu strily pid chas obertanniakrana z pidvishenym vantazhem (Features of controlling the electric drive of the boom extension mechanism during rotation of the crane with a suspended load). - Elektromashynobuduvannia ta elektroobladnannia. 2007. Vyp. 68. S. 11–15.2. Loveikin V., Romasevych Y., Loveikin A., Liashko A., Pochka K. Dynamic analysis of the simultaneous starting of the boom and load lifting mechanisms hoisting for the jib and the cargo of the jib crane a hydraulic for drive. Journal Strength of Materials and Theory of Structures. 2024. №113. pp. 149-160.DOI: 10.32347/2410-2547.2024.113.149-160.3. Doçi I., Shpetim L. Rotational motion of tower crane – dynamic analysis and regulation using schematic modeling. International Scientific Journal "Mathematical Modeling". 2018. Issue 1. pp. 21-25.4. Stölzner M., Kleeberger M., Moll M., Fottner J. Investigation of the dynamic loads on tower cranes during slewing operations. SIMULTECH 2020 - Proceedings of the 10th International Conference on Simulation and Modeling Methodologies. Technologies and Applications. 2020. pp. 59–67.5. Loveikin V., Romasevych Y., Loveikin A., Shymko L., Liashko A. Minimization of the drive torque of the trolley movement mechanism during tower crane steady slewing. Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 2023. Vol. 53. pp. 19–33. DOI: 10.55787/jtams.23.53.1.19.6. Ju F., Choo Y.S., Cui F.S. Dynamic response of tower crane induced by the pendulum motion of the payload. International Journal of Solids and Structures. 2006. Vol. 43(2). pp. 376–389. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2005.03.078.7. BalogunWasiu Adebayo, Mohamed Z., Abdullahi A.M., FasihurRehman S.M. Design and real-time implementation of a distributed-delay input shaper for sway control of a double-pendulum overhead crane. International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems. 2023. Vol. 16. No. 4. pp. 364-380. DOI: 10.1504/IJMMS.2023.137371.8. Jaafar H.I., Mohamed Z., Ahmad M.A., Wahab N.A., Ramli L., Shaheed M.H. Control of an underactuated double-pendulum overhead crane using improved model reference command shaping: design, simulation and experiment. Mechanical Systems and Signal Processing. 2021. Vol. 151. pp. 107358. DOI: 10.1016/j.ymssp.2020.107358.9. 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). pp. 411–426. DOI: 10.1006/jsvi.2000.3375.10. Bello M.M., Mohamed Z., Efe M.Ö., Ishak H. Modelling and dynamic characterisation of a double-pendulum overhead crane carrying a distributed-mass payload. Simulation Modelling Practice and Theory. 2024. Vol. 134. Article 102953. DOI: 10.1016/j.simpat.2024.102953.11. 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: 10.15587/1729-4061.2018.132473.12. Wu M., Li L., Li Y. Dynamic analysis of a container crane considering the coupling effect between spreader and cargo. Journal of Vibroengineering. 2019. Vol. 21. Issue 2. March. pp. 360-373.13. Ambrosino M., Berneman M., Carbone G., Dawans A., Garone E. Modeling and control of a crane with a 5-boom reach. ISARC: Proceedings of the International Symposium on Automation and Robotics in Construction. Kitakyushu. 2020. pp. 25-30.14. Rigatos G., Abbaszadeh M., Pomares J. Nonlinear optimal control for the 4-DOF underactuated robotic tower crane. Autonomous Intelligent Systems. 2022. Vol. 2(1). Article 21. DOI: 10.1007/s43684-022-00040-4.15. Buczkowski R., Żyliński B. Finite element fatigue analysis of unsupported crane. Polish Maritime Research. 2021. Vol. 28(1). pp. 127-135. DOI: 10.2478/pomr-2021-0012.16. Yang T., Sun N., Chen H., Fang Y. Neural network-based adaptive anti-swing control of an underactuated ship-mounted crane with roll motions and input dead zones. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems. 2019. DOI: 10.1109/TNNLS.2019.2910580.17. Qian Y., Hu D., Chen Y., Fang Y., Hu Y. Adaptive Neural Network-Based Tracking Control of Underactuated Offshore Ship-to-Ship Crane Systems Subject to Unknown Wave Motion Disturbances. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems. 2022. Vol. 52. No. 6. pp. 3626-3637. DOI: 10.1109/TSMC.2021.3071546.18. Fu Liu, Yang J., Wang J., Liu C. Swing Characteristics and Vibration Feature of Tower Cranes under Compound Working Condition. Shock and Vibration. 2021. Article 8997396. DOI: 10.1155/2021/8997396.19. Ye J., Huang J. Control of pendulum beam dynamics in a thin boom tower crane transporting a distributed mass load. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2023. Vol. 70(1). pp. 888-897.20. Loveikin V.S., RomasevychYu.O., LoveikinA.V., LiashkoA.P., Pochka K.I., Korobko M.M.Analysis of derrikingand slewing of the tower crane with consideration to driving mechanisms characteristics. Strength of Materials and Theory of Structure: Scientific and technical collected articles. 2020. Vol. 110. pp. 316-327. DOI: 10.32347/2410-2547.2023.110.316-327.21. Loveikin V.S., RomasevychYu.O., LoveikinA.V., LiashkoA.P., Pochka K.I., Balaka M.M.Drive power minimization of outreach change mechanism of tower crane during steady-state slewing mode. Strength of Materials and Theory of Structure: Scientific and technical collected articles. 2020. Vol. 109. pp. 317-330. DOI: 10.32347/2410-2547.2022.109.317-330.