Синтез оптимальних траєкторій переміщення вантажу стріловим краном

Анотація

У статті розглядається проблема синтезу оптимальних траєкторій переміщення вантажу баштовим краном з метою підвищення продуктивності та безпеки його роботи. Розроблено динамічну модель системи, що включає стрілу, візок і вантаж, підвішений на гнучкому канаті, з урахуванням маятникових коливань вантажу. Для визначення законів руху стріли та візка, які забезпечують задану траєкторію вантажу, розв’язано обернену задачу кінематики. Запропоновано оптимізаційний підхід, спрямований на мінімізацію тривалості транспортування вантажу за умов дотримання кінематичних і динамічних обмежень, зокрема максимальних швидкостей руху візка та обертання стріли. Для забезпечення плавності руху та зменшення динамічних навантажень застосовано методи регуляризації, які дозволяють знизити амплітуду коливань вантажу та усунути небажані зміни напрямку руху механізмів. Чисельне розв’язання задачі оптимізації виконано за допомогою модифікованого методу рою частинок (VCT-PSO), який продемонстрував ефективність у підборі оптимальних параметрів траєкторії. Проведено аналіз впливу регуляризації та довжини гнучкого підвісу на динамічні характеристики системи, зокрема амплітуду коливань, пікові зусилля та моменти, а також тривалість руху. Результати показують, що використання регуляризації значно знижує динамічні навантаження та підвищує стабільність руху, хоча й збільшує час транспортування. Скорочення довжини підвісу зменшує час руху, але може призводити до зростання амплітуди коливань. Запропоновано новий інструмент аналізу динаміки системи в координатах відхилень та різниці швидкостей, який забезпечує наочну оцінку коливального процесу та підтверджує виконання граничних умов. Отримані результати можуть бути використані для вдосконалення систем керування баштовими кранами та підвищення їхньої ефективності на будівельних майданчиках.