DETERMINATION OF DESIGN PARAMETERS OF ARTICULATED JIB SYSTEMS OF PORTAL CRANE

V. V. Suglobov, K. V. Tkachuk

Abstract


Purpose. The study involves: 1) formation of an array of geometry, weight and variable data for the automated synthesis of articulated jib systems; 2) development of  methodology of calculation and determination of rational design parameters of the articulated jib systems, depending on the main technical parameters of the portal crane (maximum and minimum working radius, cargo lift height, tail radius value, carrying capacity of crane); 3) conducting of the study of the methodology adequacy on computer portal crane models. Methodology. To determine the kinematic characteristics of each link of the articulated jib system (boom, arm, jib tie, counterweight, load) we developed a dynamic and mathematical models that allow us to describe the movement of the articulated jib system when luffing. For the first time the technique of calculation and determination of rational design parameters of the articulated jib systems depending on the technical parameters of the portal crane. Findings. The conducted mathematical modeling allowed scientifically proving the usefulness of the proposed methodology for determining the design parameters of the articulated jib systems. The designed package of geometry, weight and variable data helps to simplify the process of preparatory calculations before the automated synthesis and to optimize the design of the articulated jib systems of portal cranes. Originality. For the first time the work proposes the technique for calculation of the parametric data that allow us to determine the rational design parameters of the articulated jib system. There are developed local programs for the integrated optimization synthesis that make it possible to select the best design option simultaneously by several quality criteria and functional constraints. Practical value. The proposed method of calculating the design parameters can be used in the design of new and modernization of existing portal cranes with the articulated jib systems, which, in turn, will reduce the material and energy consumption of the cranes.


Keywords


portal crane; articulated jib system; synthesis; calculation method; design parameters; dynamic model; mathematical model

References


Andrianov, E. N., & Ivanov, A. N. (2012). Topical problems of construction and design of the gantry crane boom outreach control mechanisms. Zhurnal univyersityeta vodnykh kommunikatsiy, 2(14), 81-92.

Gildeev, D. (2010). Yuzhmormontazh smontiroval portalnyy kran v Izmailskom portu. Podemnyye sooruzheniya. Spetsialnaya tekhnika, 8, 11-12.

Gorskiy, B. Y. (1965). Sharnirno-sochlenennyye ukosiny portalnykh kranov. Moskow: Mashgiz.

Dushanin, Y. S. (2001). Optimisation of the established mode of change in radius counterbalanced articulated boom system of the crane. (Author's PhD thesis). Kyiv National University of Construction and Architecture, Kyiv.

Loveikin, V. S., & Palamarchuk, D. A. (2010). Metod minimizatsii kolyvan vantazhu v sharnirno-zchlenovanii strilovii systemi krana pid chas zminy vylotu. Hirnychi, budivelni, dorozhni ta melioratyvni mashyny, 76, 35-40.

Loveikin, V. S., Nazarenko, I. I., & Onishenko, O. G. (1998). Teoriia tekhnichnykh system. Kyiv, Poltava: Poltava State Technical University.

Misyra, V. P. (1980). Issledovaniye i optimalnoye proektirovaniye uravnoveshivayushchikh ustroystv strelovykh sistem portalnykh kranov. (Author's PhD thesis). Ukrainskiy zaochnyy politekhnicheskiy institute, Kharkov.

Mikheev, V. A., & Misyra, V. P. (2005). Avtomatizirovannoye proyektirovaniye uravnoveshivayushchikh ustroystv strelovykh sistem portalnykh kranov. Pidiomno-transportna tekhnika, 3(15), 15-28.

Byrdanov, I. V., Popov, D. V., Krivonos, A. N., & Samusko, V. P. (2015). Modelirovaniye dinamicheskogo nagruzheniya datchika ogranichitelya gruzovogo momenta v sharnirno-sochlenennykh strelovykh sistemakh portalnykh kranov s pryamolineynym khobotom. Proceedings of the Modern Ways of Development of Science and Education. July 31, 2015, Smolensk, 126-129.

Palamarchuk, D. A. (2013). Optymizatsiia rezhymiv rukhu sharnirno-zchlenovanoi strilovoi systemy krana z horyzontalnym peremishchenniam vantazhu. (Author's PhD thesis). Kyiv National University of Construction and Architecture, Kyiv.

Suglobov, V. V., Mikheev, V. A., & Tkachuk, K. V. (2013). Metodika opredeleniya vkhodnykh geometricheskikh dannykh dlya sovmestnogo avtomatizirovannogo rascheta, sinteza i optimizatsii strelovoy sistemy i sistemy uravnoveshivaniya portalnogo krana. Pidiomno-transportna tekhnika, 1(37), 86-96.

Suglobov, V. V., Tkachuk, K. V., & Mikheev, V. A. (2014). A calculating technique for determining weight input data to design boom systems of overhead gantry cranes. Bulletin of Kharkiv National Automobile and Highway University, 65-66, 198-204.

Suglobov, V. V., Mikheev, V. A., & Tkachuk, K. V. (2012). A method of input data calculation for automated design of gantry crane articulated systems. Bulletin of Kharkiv National Automobile and Highway University, 57, 264-269.

Keqin, L., & Cuxiang J. (2009). Inverse Design of a New Double-link Luffing Mechanism and Realization on MATLAB. Proceedings of the 3rd ICMEM International Conference on Mechanical Engineering and Mechanics, October 21-23, 2009, Beijing, P. R. China, 301-304.

Kolonic, F., Poljugan, A., & Petrovic, I. (2006). Tensor Product Model Transformation-based Controller Design for Gantry Crane Control System – An Application Approach. Acta Polytechnica Hungarica, 3(4), 95-112.

Kaarre, M. (2012). Intelligent Container Positioning Helps. Way Up, 1, 22-27. Retrieved from http://wayup.konecranes.com/sites/wayup/files/wu0112-www-hq.pdf

Palis, S., Palis, F., & Lehnert, M. (2005). Anti-Sway System for Slewing Cranes. Proceedings of the 22nd International Symposium on Automation and Robotics in Construction ISARC 2005, September, 11-14, 2005, Ferrara, Italy, 9-18.

Salleh, S. B. (2010). Modeling and Control of a Boom Crane. Faculty of Electrical Engineering Universiti Teknologi Malaysia. Retrieved from http://portal.fke.utm.my/libraryfke/files/541_SAZILAHBINTISALLEH2010.pdf


GOST Style Citations


  1. Андрианов, Е. Н. Актуальные вопросы конструирования и расчета механизма изменения вылета стрелы портальных кранов / Е. Н. Андрианов, А. Н. Иванов // Журн. ун-та водных коммуникаций. – 2010. – Вып. 2. – С. 81–92.
  2. Гильдеев, Д. Южмормонтаж смонтировал портальный кран в Измаильском порту / Д. Гильдеев // Подъемные сооружения. Специальная техника. – 2010. – № 8. – С. 11–12.
  3. Горский, Б. Е. Шарнирно–сочлененные укосины портальных кранов / Б. Е. Горский. – Москва : Машгиз, 1965. – 185 с.
  4. Душанін, Я. С. Оптимізація сталого руху зміни вильоту врівноваженої шарнірно-зчленованої стрілової системи крана : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.05 / Душанін Ян Станіславович ; Одес. нац. мор. ун–т. – Київ, 2001. – 18 с.
  5. Ловейкін, В. С. Метод мінімізації коливань вантажу в шарнірно-зчленованій стріловій системі крана під час зміни вильоту / В. С. Ловейкін, Д. А. Паламарчук // Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини. – 2010. – № 76. – С. 35–40.
  6. Ловейкін, В. С. Теорія технічних систем : навч. посіб. / В. С. Ловейкін, І. І. Назаренко, О. Г. Онищенко. – Київ ; Полтава : ІЗМН : ПДТУ, 1998. – 176 с.
  7. Мисюра, В. П. Исследование и оптимальное проектирование уравновешивающих устройств стреловых систем портальных кранов : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.05 / Мисюра Василий Петрович ; Укр. заоч. политех. ин-т. – Харьков, 1980. – 24 с.
  8. Михеев, В. А. Автоматизированное проектирование уравновешивающих устройств стреловых систем портальных кранов / В. А. Михеев, В. П. Мисюра // Підйомно–транспортна техніка : зб. наук. пр. – Дніпропетровськ, 2005. – Вип. 3 (15). – С. 15–28.
  9. Моделирование динамического нагружения датчика ограничителя грузового момента в шарнирно-сочлененных стреловых системах портальных кранов с прямолинейным хоботом / И. В. Бурданов, Д. В. Попов, А. Н. Кривонос, В. П. Самусько // Соврем. пути развития науки и образования : материалы науч.-практ. конф., г. Смоленск (31 июля 2015 г.) / ООО «Новаленсо». – Смоленск, 2015. – С. 126–129.
  10. Паламарчук, Д. А. Оптимізація режимів руху шарнірно-зчленованої стрілової системи крана з горизонтальним переміщенням вантажу : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.05.05 / Паламарчук Дмитро Анатолійович ; Київ. нац. ун–т буд-ва і архітектури. – Київ, 2013. – 25 с.
  11. Суглобов, В. В. Методика определения входных геометрических данных для совместного автоматизированного расчета, синтеза и оптимизации стреловой системы и системы уравновешивания портального крана / В. В. Суглобов, В. А. Михеев, Е. В. Ткачук // Підйомно-транспортна техніка. – 2013. – № 1 (37). – С. 86–96.
  12. Суглобов, В. В. Методика определения исходных весовых данных для проектирования стреловой системы портального крана / В. В. Суглобов, В. А. Михеев, Е. В. Ткачук // Вестн. Харьковск. нац. автомобильно-дорожн. ун-та : сб. науч. тр . – Харьков, 2014. – Вип. № 65-66. – С. 198–204.
  13. Суглобов, В. В. Метод расчета определения входных данных для автоматизированного проектирования шарнирно-сочлененной стреловой системы портального крана / В. В. Суглобов, В. А. Михеев, Е. В. Ткачук // Вестн. Харьковск. нац. автомобильно-дорожн. ун-та : сб. науч. тр. – Харьков, 2012. – Вип. № 57. – С. 264–269.
  14. Keqin, L. Inverse Design of a New Double-link Luffing Mechanism and Realization on MATLAB / L. Keqin, J. Cuxiang // Proc. of the 3rd ICMEM Intern. Conf. on Mechanical Engineering and Mechanics (21.10-23.10.2009). – Beijing, China. – Р. 301–304.
  15. Kolonic, F. Tensor Product Model Transformation-based Controller Design for Gantry Crane Control System – An Application Approach / F. Kolonic, A. Poljugan, I. Petrovic // Acta Polytechnica Hungarica. – 2006. – Vol. 3, No. 4. – Р. 95–112.
  16. Mauri, K. Intelligent container posirioning helps [Электронный ресурс] / K. Mauri. – Konecranes Magazine. – 2012. – № 1. – Р. 22–27. – Режим доступа: http://www.konecranes.com/sites/default/files/download/sagt.pdf. – Загл. с экрана. – Проверено : 25.01.2017.
  17. Palis, S. Anti-Sway System for Slewing Cranes / S. Palis, F. Palis, M. Lehnert // 22nd Intern. Simposium on Automation and Robotics in Construction ISARC. – Ferrara, 2005. – Р. 9–18.
  18. Salleh, S. B. Modeling and Control of a Boom Crane [Электронный ресурс] / S. B. Salleh / Faculty of Electrical Engineering Universiti Teknologi Malaysia. – 2010. – 60 p. – Режим доступа: http://portal.fke.utm.my/libraryfke/files/541_SAZILAHBINTISALLEH2010.pdf. – Загл. с экрана. – Проверено : 25.01.2017.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2017/92618

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)