Application of the Dahl friction model in the dynamics analysis of grab cranes

The paper presents dynamics analysis of grab cranes. The cranes can be built out of any number of links, however, only selected links have their own drive that is considered in the flexible form. The cranes are mounted to the ground by means of any number of flexible supports. Joint coordinates and homogeneous transformation matrices are used to describe the cranes’ geometry. Equations of motion are derived using Lagrange equations. Friction phenomenon is taken into account in all joints. The joint forces and torques used to calculate friction torques in the revolute joints and friction forces in the prismatic joints are determined using the recursive Newton-Euler algorithm. Models of revolute and prismatic joints are worked out. Friction coefficients are defined using the Dahl friction model. The results of numerical calculations present the influence of friction on the driving torques, force and behaviour of the load

Analysis of flexibility of the support and its influence on dynamics of the grab crane

Dynamic analysis of the model of the grab crane with the flexibly supported base is presented in the paper. The analyzed grab crane is the structure of the open-loop kinematic chain with rigid links. Joint coordinates and homogenous transformations are used in order to describe dynamic behavior of the system. Equations of the motion of the systems are derived using Lagrange's equations of the second order and integrated Newmark's method with iterative procedure. The commercial package MSC.ADAMS is used in order to verify own program. The range of analysis concerns influence of different values of vertical stiffness coefficients in the supports and means of fixing of the load on its motion

Analiza dynamiczna suwnicy bramowej przeznaczonej do transportu BOP

In the paper the dynamic analysis of a gantry crane used for transporting of BOP (BlowOut Preventer) is presented. The crane is placed on a drilling platform. Sea waves cause motion of the platform and the load. Description of such systems can be used in the design process of control systems which allows us to compensate waving. Homogenous transformations and joint coordinates are used to describe behavior of the system. Equations of motion are derived using the Lagrange equations of the second order. In the paper the results of numerical calculations are presented as well.W pracy przedstawiono model dynamiczny suwnicy bramowej przeznaczonej do transportu ładunku zwanego BOP (BlowOut Preventer). Suwnice tego typu montowane są na statkach lub platformach wiertniczych. Falowanie morza powoduje niepożądane ruchy ładunku, wpływające na pracę suwnicy. Podjęto zatem próbę opisu dynamiki układu, która umożliwiła zbadanie wpływu falowania na zachowanie układu. Do opisu zastosowano formalizm transformacji jednorodnych i współrzędne złączowe. Równania ruchu układu wyprowadzono stosując równania Lagrange’a II rodzaju. Przedstawiono wyniki symulacji numerycznych

Application of the neural network in control of a flexibly supported crane

W artykule przedstawiono model dynamiczny układu żurawia chwytakowego posadowionego podatnie. Model posłużył do wykonania optymalizacji dynamicznej celem doboru funkcji napędowych ruchu obrotu i wysięgu zapewniających ruch ładunku po zadanej trajektorii (okręgu) oraz stabilizację ładunku po zatrzymaniu, mimo podatności podparcia. Ze względu na długi czas obliczeń optymalizacyjnych, model jest mało przydatny do sterowania układem w czasie rzeczywistym. Zastosowano zatem metodologię sztucznych sieci neuronowych, które generują odpowiedź dla układu sterowania w czasie znacznie krótszym.The paper presents the application of the neural network to real-time control of drive characteristics. The mathematical model of the crane, which is flexibly supported, is considered. The problem of finding an optimal drive function can be solved by mean of the classic optimisation methods. However, due to long calculation time, this approach can not be applied in the crane control tasks in practice. Utilising the advantage of neural networks (fast response, ability to generalisation), we are able to obtain the courses of drive functions in the real-time. A well trained network can be then used also for other inputs, than those used during the training task. Some example of simulations have been presented in the article

Analiza jazdy żurawia BOP w warunkach falowania morskiego

In the paper, mathematical models for dynamic analysis of a BOP crane under sea weaving conditions are presented. The BOP crane is a kind of gantry crane. It is installed on drilling platforms and used for transportation of the Blowout Preventor (BOP). The most important features characterising its dynamics are: motion of the crane base caused by sea weaving, clearance in the supporting system (between the support and rails), impacts of the load into guides and a significant weight of the load. In order to investigate dynamics of the system, its mathematical model taking into consideration all these features has been formulated. Equations of motions have been derived using homogenous transformations. In order to improve numerical effectiveness of the model, the equations have been transformed to an explicit form. The input in the drive of the travel system has been modelled in two ways: the kinematic input via a spring-damping element and the force input. Exemplary results of numerical calculations are presented.W pracy przedstawiono model matematyczny umożliwiający analizę dynamiczną żurawia BOP w warunkach falowania morskiego. Żuraw BOP stanowi rodzaj suwnicy bramowej. Instalowany jest na platformach wydobywczych i przeznaczony do transportu zespołu zaworów BOP (Blowout Preventor). Do najważniejszych czynników wpływających na jego dynamikę należą: ruch podstawy wywołany falowaniem morza, luzy występujące w połączeniu torowiska z suwnicą, uderzenia ładunku o prowadnice oraz znaczna masa ładunku. W celu przeprowadzenia analiz dynamicznych opracowano model obliczeniowy urządzenia uwzględniający powyższe czynniki. Równania ruchu układu sformułowano przy zastosowaniu metody transformacji jednorodnych. W celu poprawy efektywności numerycznej modelu, wykonano przekształcenia umożliwiające przedstawienie równań w sposób jawny. Wymuszenie w układzie napędu jazdy modelowano dwoma sposobami: jako wymuszenie kinematyczne poprzez element sprężysto-tłumiący oraz jako wymuszenie siłowe. Zaprezentowano przykładowe wyniki obliczeń numerycznych

Planning task-based motions of multi-link manipulator models prone to vibration

A new method of designing tip-point trajectories for industrial manipulators with structural flexibility and friction in their supports and joints is presented in the paper. The method is based upon the formulation of the reference dynamics model of the manipulator model. The reference dynamics models are derived off-line for desired trajectories, i.e. trajectory patterns are delivered in constraint equation forms. A library of reference dynamics models can be generated off-line and serve for verification of desired motions feasibility, ability of reaching required velocities and accelerations in order to obtain the desired trajectories, and estimate power needed for desired motions execution. It enables off-line tests of a system model behavior when it moves a desired trajectory. Also, the reference dynamics enables verification of vibrations that may accompany desired motions, since at the stage of defining a desired trajectory, e.g. for performing a servicing task, a system behavior is unknown. The paper is dedicated to reference dynamics analysis, for a multi-link manipulator model, for which friction in joints is modeled by the LuGre model, the manipulator links are rigid but light and prone to vibrations. The results of the reference dynamics analysis are presented in a series of simulation studies

Analysis of dynamics of the piston-crank system of a selected internal combustion engine with the use of the MSC.ADAMS and ANSYS software interface

W pracy przedstawiono metodę analizy wytrzymałościowej członów układu tłokowo-korbowego wybranego silnika spalinowego o zapłonie samoczynnym, stanowiącego przykład układu mechanicznego o szybkozmiennej dynamice. W analizie dynamiki układu, zrealizowanej w środowisku programów MSC.ADAMS i ANSYS, uwzględniono podatność wszystkich jego podstawowych członów, tzn. tłoka wraz ze sworzniem tłokowym, korbowodu i wału korbowego. Finalną część analizy stanowiły obliczenia wytrzymałościowe wymienionych członów. Zdaniem autorów, prezentowana metoda może być użyteczna w nowocześnie pojmowanym procesie projektowania silników spalinowych.The paper presents a method of stress analysis of components of the piston-crank system of a selected internal combustion engine as an example of the mechanical system with quick-changing dynamics. In the analysis of the dynamics of the system, carried out in the MSC.ADAMS and ANSYS software environment, the flexibility of all the major members of the system, i.e. piston with piston pin, connecting rod, and crankshaft, was taken into account. The final part of the analysis includes calculations of strength of the aforementioned system members. In authors’ opinion, the method presented may be useful in the up-to-date process of designing internal combustion engines

Dynamics analysis of a truck-mounted crane with the LuGre friction model in the joints

A dynamics analysis of a selected truck-mounted crane is presented in this article. A mathematical model of the crane, considered in a form of an open-loop kinematic chain, allows to take into account flexibility of its support system, hoist rope and drives of particular links, and also friction in the joints. The geometry of the crane model is described using the Denavit-Hartenberg notation based on joint coordinates and homogeneous transformation matrices. Its equations of motion were derived on basis of the Lagrange formalism. The LuGre model was used to describe friction in the joints

Design assumptions of wheel hub motor for electric cars

This article deals with the concept of a motor design for the wheel hub of an electric car. Authors presented the pros and cons of direct drive and possible applications of this type of solution. The publication presents the results of preliminary design calculations based on the electromagnetic circuit model, the thermal model of stator and the assumed motor design.Artykuł przedstawia koncepcję projektu silnika do zabudowy w piaście koła samochodu elektrycznego. Autorzy przedstawili wady i zalety napędu bezpośredniego oraz możliwe aplikacje tego typu rozwiązania. W publikacji zostały przedstawione wyniki wstępnych obliczeń projektowych obwodu elektromagnetycznego, modelu termicznego stojana oraz konstrukcji mechanicznej silnika

Analysis of the work of an electric wheel hub motor for selected driving parameters of car

The construction of a electrical wheel hub traction motor for passenger car is presented in the article. Calculated parameters of operation for two consecutive ride stages are presented. The first one concerned driving at a speed of 50km/h. The second stage involved riding at 50km/h on a 20% slope. Parameters of motor work for each stage and the results of thermal analysis of the motor during the ride are presented.W artykule przedstawiono konstrukcję silnika trakcyjnego do zabudowy w piaście koła samochodu osobowego. Autorzy przedstawili obliczone parametry pracy silnika dla dwóch następujących posobie etapów przejazdu. Pierwszy dotyczył jazdy z prędkością równą 150 km/h. Drugi etap obejmował jazdę z prędkością 50 km/h po powierzchni o nachyleniu 20 %. W artykule zostały przedstawione parametry pracy silnika dla każdego z etapów oraz wyniki analizy termicznej silnika w trakcie przejazdu