THE MATHEMATICAL MODELS AND SOFTWARE FOR RESEARCH OF TRANSITIONAL PROCESSES OF LOAD-LIFTING CRANES WITH FREQUENCY CONTROL OF THE MOVEMENT MECHANISM

Authors

  • O. Nyezhentsev
  • H. Boyko
  • P. Zbitniev

Keywords:

overhead crane, mathematical model, transients, frequency regulation, dynamic loads

Abstract

Mathematical models of a bridge crane with frequency control of an electric drive of movement, based on a three-mass and four-mass design schemes are described in the article. The developed software for realization of the specified mathematical models is presented. It allows to integrate differential equations describing the motion of multi-mass dynamic crane models using the Runge-Kutta numerical method and to calculate the displacements, speeds and accelerations of all the reduced masses, the dynamic loads on the drive and the crane’s metal structures, as well as the dynamic loads on cargo at each step of the specified time interval. The maximum values of these loads at each stage of the transient process and the time of their occurrence are determining. The results of calculations are displayed on the screen in the form of a table and graphs of the transient processes of the bridge crane (including frequency controlled crane). The analysis of changes in kinematic and dynamic parameters during braking of a bridge crane of the carrying capacity of 20/5 tons with frequency control of the drive of movement is performed using the developed computer program and theory of experiment planning. Polynomial dependencies of dynamic loads on the crane’s metal structure and the dynamic loads on cargo, as well as the crane braking time from the frequency control parameters, are constructed. The graphs of equal response of the dynamic loads acting on the crane metal structure and the dynamic loads acting on the cargo when braking the frequency-controlled overhead crane are given for practical applications.

References

1. RTM 24.090.28–77. Krany gruzopodemnye. Mekhanizm peredvizheniia. Metod rascheta. [Steering technical material 24.090.28–77. Load-lifting cranes. The mechanism of movement. Calculation method.].
2. Loveikin V.S., Romasevych Yu.O. Dynamichna optymizatsiia rezhymu rukhu kranovoho mekhanizmu peremishchennia [Dynamic optimization of movement mode of crane`s movement mechanism]. Pidiomnotransportna tekhnika – Lifting and transport equipment, 2013, issue 3, pp. 5-21.
3. Loveikin V.S. Romasevych Yu.A. Analiz dinamiki mekhanizma peredvizheniia mostovogo krana s chastotnym upravleniem privoda [Analysis of the dynamics of the mechanism of movement of a bridge crane with frequency control of a drive]. Inzhenernyi zhurnal: nauka i innovatcii – Engineering Journal: Science and Innovation, 2013, issue 3, pp. 1–10. Available at: http://engjournal.ru/catalog/machin/hidden/731.html
4. Nezhentsev A.B., Zbitniev P.V. Optimizatciia mekhanicheskikh kharakteristik privoda peredvizheniia mostovogo krana v rezhime dvukhstupenchatogo protivovkliucheniia [Optimization of mechanical characteristics of drive of bridge crane in mode of two-stage plugging braking] Visnyk Skhidnoukrainskoho natsionalnoho universytetu imeni V.Dalia [Bulletin of the Volodymyr Dahl East Ukrainian National University], 2015, issue 7, pp. 36-42.
5. Avetisian S.M., Nezhentsev A.B. Programmnoe obespechenie dlia issledovaniia perekhodnykh protcessov gruzopodemnykh kranov (chast 1: pri rabote mekhanizmov peredvizheniia) [Software for the investigation of transient processes of cranes (part 1: in the work of movement mechanisms)]. Pidiomno-transportna tekhnika – Lifting and transport equipment, 2003, issue 4,pp. 33–48.
6. Kelrikh M. B., Moroz V. I. Strukturno-funktsionalne opysannia konstruktsii modulia kuzova suchasnykh universalnykh napivvahoniv //Visnyk Skhidnoukrainskoho natsionalnoho universytetu im. V. Dalia, 2 (210). – 2014. – С. 94-103.
7. Fomin O. V. Teoretychni osnovy prohramnoho kompleksu vyznachennya ta vykorystannya matematychnykh modeley skladovykh vantazhnykh vahoniv //Naukovyy zhurnal «Visnyk Kremenchutsʹkoho natsionalʹnoho universytetu imeni Mykhayla Ostrohradsʹkoho».–Kremenchuk: KDPU. – 2013. – №. 6. – С. 83.
8. Fomin, O.V. Varіacіjne opisannja konstruktivnih vikonan’ vantazhnih vagonіv [Variations describe the structural designs of freight cars] / O.V. Fomin, A.V. Gostra // Proceedings of the State Economic and Technological University of Transport, Ministry of Education and Science of Ukraine series «Transport systems and technologies.» – Kyiv: DETUT, 2015. – Vyp.26-27. – S.137-147.
9. Zbitniev P.V., Nyezhentsev O.B Matematychna model pryvedenoi syly elektropryvoda krana z chastotnym upravlinniam [Mathematical model of the reduced force of the electric drive of the crane with frequency control]. Tezy dopovidei vseukrainskoi nauk.-tekhn. konf. molodykh vchenykh ta studentiv «Innovatsii molodi – mashynobuduvanniu». Sektsiia «Mashynobuduvannia», pidsektsiia «Prykladna mekhanika» [Proc. of the all-Ukrainian scientific and technical conference of young scientists and students «Innovations of youth to machine building». Section «Mechanical Engineering», subsection «Applied Mechanics»]. Kyiv, 2016, pp. 23-25.
10. Zbitniev P.V., Nyezhentsev O.B. Znyzhennia dynamichnykh navantazhen pry halmuvanni mostovoho krana z chastotnym keruvanniam [Reduction of dynamic loads during braking of a bridge crane with frequency control]. Aktualni zadachi suchasnykh tekhnolohii: zbirnyk tez dopovidei V Mizhnarodnoi naukovo.-tekhnichnoi konferentsii Molodykh uchenykh ta studentiv, (Ternopil, 17–18 lystopada 2016.) [Actual problems of modern technologies: Proc. of the V International Scientific and Technical Conference of Young scientists and students, (Ternopil, November 17-18, 2016)]. Ternopil, 2016, pp. 207-208.
11. Zbitniev P.V., Nezhentsev A.B. K voprosu snizheniia dinamicheskikh nagruzok pri tormozhenii chastotno-upravliaemogo mostovogo krana [To the issue of reducing dynamic loads during braking of a frequency-controlled overhead crane]. Maibutnii naukovets – 2016: materialy vseukrainskoi naukovo-praktichnoi konferentsii. 2 hrudnia 2016 roku, misto Sievierodonetsk. Chastina II. [Future Scientist – 2016: Proc. of the All- Ukrainian scientific conference. December 2, 2016, Severodonetsk. Part II]. Sievierodonetsk, 2016, pp. 102-105.
12. Zbitniev P. Analysis of the dependence between loads of an overhead crane and the parameters of a frequency control / P. Zbitniev, O. Nyezhentsev // International Scientific-Practical Conference of Young Scientists «BUILD-MASTER-CLASS-2016», 16-18 of November 2016 in KNUGA. – Kyiv: KNUGA, 2016. – P. 181.
13. Brodskii V.Z., Brodskii L.I., GolikovaT.I. Nikitina Ye. P., Panchenko L.A. Tablitsy planov eksperimenta dlia faktornykh i polinominalnykh modelei (Spravochnoe izdanie) [Tables of experiment plans for factorial and polynomial models (Reference Edition)]. Moscow, Metallurgiia, 1982. 752 p.

Література:

1. РТМ 24.090.28–77. Краны грузоподъемные. Механизм передвижения. Метод расчета.
2. Ловейкін В.С. Динамічна оптимізація режиму руху кранового механізму переміщення / В.С. Ловейкін, Ю.О. Ромасевич // Підйомно-транспортна техніка. – 2013. – № 3. – С. 5-21.
3. Ловейкин В.С. Анализ динамики механизма передвижения мостового крана с частотным управлением привода / В.С. Ловейкин, Ю.А. Ромасевич. // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2013. – №3. – С. 1–10.
4. Неженцев А.Б. Оптимизация механических характеристик привода передвижения мостового крана в режиме двухступенчатого противовключения / А.Б. Неженцев, П.В. Збитнев // Вісник Східноукраїнського національного ун-ту ім. В.Даля, №7(224). – Сєвєродонецьк: Вид-во СНУ ім. В.Даля, 2015. – С. 36-42.
5. Аветисян С.М. Программное обеспечение для сследования переходных процессов грузоподъемных кранов (часть 1: при работе механизмов передвижения) / С.М. Аветисян, А.Б. Неженцев. // Підйо- мно-транспортна техніка. – 2003. – №4. – С. 33–48.
6. Кельріх М. Б. Струк урно-функціональне описання конструкції модуля кузова сучасних універсальних напіввагонів //Вісник Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля.—Луганськ: СНУ ім. В. Даля. – 2014. – №. 2. – С. 210.
7. Фомін О. В. Теоретичні основи програмного ко плексу визначення та використання математичних моделей складових вантажних вагонів //Вісник Кременчуцького Остроградського.—Кременчук: КДПУ. – 2013. – С. 87-91. аціонального університету ім. М.
8. Фомін, О.В. Варіаційне описання вагонів/ О.В Фомін, А.В. Гостра // Збірник наукових праць Державного економіко-технологічного університету транспорту Міністерства освіти і науки України: Серія «Транспортні системи і технології». – Київ: ДЕТУТ, 2015. – Вип.26-27. – С.137-147.
9. Збітнєв П.В. Математична модель приведеної с ли електропривода крана з частотним управлін- ням / П.В. Збітнев, О.Б. Нєженцев // Тези доповідей всеукраїнської наук.-техн. конф. молодих вчених та студентів «Інновації молоді – машинобудуванню». Секція «Машинобудування», підсекція «Прикладна механіка». – К.: НТУУ «КПІ», 2016. – С. 23-25.
10. Збітнєв П.В. Зниження динамічних навантажень при гальмуванні мостового крана з частотним керуванням / П.В. Збітнєв, О.Б. Нєженцев // Актуальні задачі сучасних технологій : зб. тез доповідей V Міжнар. наук.-техн. конф. Молодих учених та студентів, (Тернопіль, 17–18 листоп. 2016.) / Терн. націон. техн. ун-т ім. І. Пулюя [та ін.]. – Тернопіль: ТНТУ, 2016. – С. 207-208.
11. Збитнев П.В. К вопросу снижения динамических нагрузок при торможении частотно-управляемого мостового крана / П.В. Збитнев, А.Б. Неженцев // Майбутній науковець – 2016: матеріали всеукр. наук.-практ. конф. 2 груд. 2016 р., м. Сєвєродонецьк. Ч.ІІ. – Сєвєродонецьк: Східноукр. нац. ун-т ім. В.Даля, 2016. – С. 102-105.
12. Zbitniev P. Analysis of the dependence between loads of an overhead crane and the parameters of a frequency control / P. Zbitniev, O. Nyezhentsev // International Scientific-Practical Conference of Young Scientists «BUILD-MASTER-CLASS-2016», 16-18 of November 2016 in KNUGA. – Kyiv: KNUGA, 2016. – P. 181.
13. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиноминальных моделей (Справочное изда- ние) / [Бродский В.З., Бродский Л.И., ГоликоваТ.И. и др.] – М.: Металлургия, 1982.- 752 с.

Downloads

Published

2018-10-26

How to Cite

Nyezhentsev, O., Boyko, H., & Zbitniev, P. (2018). THE MATHEMATICAL MODELS AND SOFTWARE FOR RESEARCH OF TRANSITIONAL PROCESSES OF LOAD-LIFTING CRANES WITH FREQUENCY CONTROL OF THE MOVEMENT MECHANISM. Transport Systems and Technologies, (30), 147. Retrieved from https://tst.duit.in.ua/index.php/tst/article/view/46

Issue

No. 30 (2017): Transport systems and technologies

Section

Math modeling

License

Copyright: This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.