Имад Ризакалла Антибас, кандидат технических наук, доцент кафедры основ конструирования машин
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Imad Rizakalla Antipas, Cand.Sci. (Eng.), Associate Professor of the Fundamentals of Machinery Design Department
1, Gagarin sq., Rostov-on-Don, 344003
Introduction. The dynamic loads during the start-up of a bridge crane can cause excessive stress in the structure and components, leading to potential safety hazards and increased wear and tear. To reduce the influence of the dynamic loads, various strategies can be implemented including optimization of the acceleration and deceleration profiles, using the soft start controls, implementing the vibration damping systems. It is vital to ensure that the proper crane maintenance and inspection protocols are in place. By reducing the impact of dynamic loads during the start-up, the overall performance and longevity of a bridge crane can be improved, ultimately enhancing safety and efficiency of the industrial operations. The present research offers a new approach to improving the efficiency and safety of industrial operations by providing a more precise account of the dynamic loads during the start-up of a bridge crane. The objective of this study is to develop a mathematical model for investigating the mechanical properties of the bridge cranes by analyzing the dynamic loads that occur during lifting operations.
Materials and Methods. The development of the mathematical model was based on the kinetic model of the system, which included three connecting blocks and two flexible connections for a more accurate description of the bridge crane structure. Lagrange’s equations incorporating the information about the geometry and structure of a bridge crane were used. They made it possible to describe the motion of a system with the multiple elements and degrees of freedom. Processing and analysis of the results of the mathematical model were carried out in the MATLAB program using the Runge-Kutta method.
Results. As a result of the research, a mathematical model was developed to study the dynamic loads affecting a bridge crane during lifting operations. Graphs describing the dependences of speed, acceleration, load, and rope angle over time, and their influence on the crane beam were plotted. The changes in these parameters over time, including their maximum values, were analyzed. The reasons for load changes and factors influencing the extension of lifting machines’ service life as well as reducing metal consumption during production thereof were identified.
Discussion and Conclusion. The developed mathematical model and its numerical solution using the specialized software (MATLAB) allow for conducting the dynamic analysis of the bridge crane structures and determining the optimal design solutions. The analysis of the factors influencing the load changes leads to the conclusion that the use of this model can significantly reduce the load magnitudes and metal consumption, as well as increase the service life of lifting machines. The results obtained with the developed mathematical model and its numerical solution are useful for optimizing the crane structures, providing compliance with the operational requirements, and extending the service life of lifting machines.
Введение. Динамические нагрузки во время запуска мостового крана могут вызывать избыточные напряжения в конструкции, приводя к потенциальным рискам и увеличению износа. Для снижения влияния динамических нагрузок можно применять различные стратегии, включая оптимизацию профилей ускорения и замедления, использование плавного пуска, внедрение систем амортизации. Важно обеспечивать исполнение правильных протоколов обслуживания и инспекции кранов. Путем снижения воздействия динамических нагрузок во время запуска можно улучшить общую производительность и долговечность мостового крана, повысив в конечном итоге безопасность и эффективность промышленных операций. Данное исследование предлагает новый подход к повышению эффективности и безопасности промышленных операций за счет более точного учета динамических нагрузок мостового крана при пуске. Цель работы — разработка математической модели для изучения механических свойств мостовых кранов путем анализа динамических нагрузок, возникающих во время подъемных операций.
Материалы и методы. Разработка математической модели была выполнена на основе кинетической модели системы, включающей три соединительных блока и два гибких соединения для более точного описания конструкции мостового крана. Использованы уравнения Лагранжа, включающие информацию о геометрии и структуре мостового крана. Они позволили описать движение системы с несколькими элементами и несколькими степенями свободы. Обработка и анализ результатов математической модели были произведены в программе MATLAB с применением метода Рунге-Кутты.
Результаты исследования. В результате исследования была разработана математическая модель для изучения динамических нагрузок на мостовой кран во время подъемных операций. Построены графики, описывающие зависимости скорости, ускорения, нагрузки и угла каната относительно времени и их влияние на балку крана. Проанализировано изменение этих параметров во времени, включая их максимальные значения. Определены причины изменений нагрузки и факторы, влияющие на увеличение срока службы и снижение металлоемкости при производстве подъемных машин.
Обсуждение и заключение. Разработанная математическая модель и ее численное решение с использованием специализированного программного обеспечения (программа MATLAB) позволяют проводить динамический анализ конструкций мостового крана и определять оптимальные конструктивные решения. Анализ факторов, влияющих на изменение нагрузки, позволяет сделать вывод, что при использовании данной модели можно значительно снизить величину нагрузок и металлоемкость, а также увеличить срок службы подъемных машин. Результаты, полученные при помощи разработанной математической модели, и ее численное решение полезны при оптимизации конструкции кранов, обеспечении соответствия операционных требований и продлении срока службы подъемных машин.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.