Design optimisation of gantry crane under certain loading conditions

Gantry crane'nin belli yükleme koşullarında tasarımın optimizasyonu

PDF İndir

Tez No: 512358
Yazar: ARMIN ABADI KARIMI
Danışmanlar: PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2018
Dil: İngilizce
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: 150

Özet

Vinçler, insanların en önemli icatlarından biri oldug ̆u için, günümüzde birçok ins ̧aat ve sanayi is ̧leri ve ulas ̧ım bunlar olmadan imkansızdır. Bu nedenle, bu tez, vinç konusuna odaklanmaya çalıs ̧maktadır. Vinçler, insanlar için çok ag ̆ır olan objeleri hareket ettirmek için yapılan makinelerdir, vinçlerde güvenlik büyük önem tas ̧ır. Bu kurallara uyulmaması, ciddi yaralanmalara, hatta ölüme ve birçok mali kayba neden olabilir. Bu nedenle, bu tez?de, bu makinelerin evrim sürecinin tarihçesi ve onunla beraber vinçlerin türlerini sunmaya çalıs ̧maktadır. Daha sonra, çes ̧itli standartlarda vinçlerin performansına uygulanabilir sınıf hizmetinin çes ̧itli sınıflamaları ve sınıflandırmaları vardır. Bir sonraki bölümde, Construction Industry günümüzün vinçlerinin en çok kullanılan modellerinden biri yani portal vinçinin ins ̧ası tamamen aras ̧tırıldı. Çes ̧itli biles ̧enlerin ve verimin tasarımı, performansı ve bu vinçin kullanılmasının faydaları da açıklanmıs ̧tır. Gantry Crane vinçleri için ASME, FEN, ISO, OSHA, vb gibi çes ̧itli standartlara göre vinçlerin tasarımı, kurulumu, çes ̧itli biles ̧enleri, çalıs ̧tırılması, bakımı, yeniden ins ̧ası için farklı güvenlik faktörlerinden bahsedilmis ̧tir. Ayrıca, gövdenin bir sonraki bölümünde, Fine Element yöntemiyle Colum ABAQUS tarafından analiz edilen sütunların ve ana kiris ̧lerin her biri için 3 metrelik bir portal vinç tasarlanmıs ̧tır. Gerilim ve yer deg ̆is ̧tirmenin daha yüksek oldug ̆u ve bir vinç gövdesini tasarlarken noktaların daha hassas ve dikkat gerektiren üç farklı Shell, Solid, Beam modları ve hassas alanlar için 390KPa zorlama kos ̧ulları altında zorlanma, gerinme ve yer deg ̆is ̧tirme elde edilir. Bu nedenle, bu tez, portal vinçlerin gövdesinin analizi ile birlikte portal vinçlerin güvenlik kuralları ve kuralları hakkında tam bir bilgi kaynag ̆ıdır. Bilim ve teknolojinin gelis ̧mesi nedeniyle, çes ̧itli uygulamalar için farklı yeteneklere sahip yeni vinç modelleri, her yıl tasarlanmakta ve üretilmekte olup, bu s ̧irketler, vinçler için güvenlik yasalarını ve standartlarını benimsemis ̧ s ̧irketlere öncülük etmis ̧tir Bu tez, vinç konusuna odaklanmıs ̧tır. Ílk bölümde, bu makineyi kullanmıs ̧ olan eski Mısır, eski Yunanlılar ve eski Romalılar gibi vinçlerin tarihi ve farklı eskilerin tarihi ile ilgili bir gözden geçirme vardır. Bu tarif edilmis ̧tir. Bu tezin ikinci bölümünde, vinçlerin mekanizmasını tanıtmaya çalıs ̧ılmıs ̧, daha sonra farklı tipte vinçler sınıflandırılmıs ̧tır ve bu sınıflandırma, biles ̧enler, yapı ve güç sürücü gibi çes ̧itli faktörlere dayanabilir. Ayrıca, farklı tipte vinçler tanıtılmıs ̧ ve bunlardan Kule vinçler, Mobil vinçler, Monoray vinçler, Pergel vinçler ve vinçler gibi bazı ortak türleri ayrıntılı olarak ele alınmıs ̧ ve yapıları ile yapıları açıklanmıs ̧tır. Ayrıca, vinçlerin kaldırma ve kaldırma ekipmanlarına dayalı olarak hizmet vermesi için farklı standartların enstitüsünün sınıflandırılması açıklanmıs ̧tır. Bu sınıflandırma, gerekli bir uygulama için uygun bir vinç seçmek için gereklidir. Sadece vincin yatırımını garanti etmekle kalmaz, aynı zamanda maksimum çalıs ̧ma ömrü ve minimum maliyetle güvenlik operasyonunu da hazırlar. Bu tezde hizmet sınıflandırmasını açıklayan standartlardan bazıları, Amerika (CMAA), Avrupa malzeme tas ̧ıma (FEM), Amerikan Makina Mühendislig ̆i Derneg ̆i (ASME), Uluslararası Standardizasyon (ISO), vb. . Bu tezin üçüncü bölümü, Gantry vinci ve bu tipte güvenlik kuralları olan belirli bir vinç türüne odaklanmıs ̧tır. Bu tipin mekanizması, yapısı ve biles ̧enleri de ayrıntılı olarak açıklanmıs ̧tır. özellikle endüstride avantajlı ve dezavantajlı ve portal vincin farklı kullanımları incelenmis ̧tir. Daha sonra ASME, FEM ve ISO gibi standart referanslar kullanılarak, bu vincin farklı parçaları, çalıs ̧ması ve denetimi için güvenlik kuralları tartıs ̧ılmıs ̧tır. Bu bölümün son kısmında vinç üreticisinin ihtiyaç duydug ̆u uygulamaya göre bir vincin yapısını tasarlamak için üretici veya tasarımcının ihtiyaç duydug ̆u parametreler olan prensip yük ve yük kombinasyonu, portal vinci için açıklanmıs ̧tır. Bu tezin son bölümü, Abaqus yazılımında üç farklı eleman olan Solid, Shell ve wire için sonlu elemanlar metodu kullanılarak sayısal yükleme ve özel bir yükleme kos ̧ulu altında bir portal vincin basit bir yapısının analiz edilmesi ile ilgilidir. Abaqus'taki bu tasarım ve analiz süreci adım adım açıklanmıs ̧ ve sabit modüller, sınır kos ̧ulları ve kafes elemanları gibi model özellikleri tanımlanmıs ̧tır. Bu analiz sonucunda, vincin belirli yükleme kos ̧ulları altında gerilmesi, gerilmesi ve sapması gösterilmis ̧ ve elde edilmis ̧tir. Sonuç olarak, bu tez, farklı tipte vinç makineleri hakkında çok yararlı genel bilgiler içermektedir. Aynı zamanda vinçler için güvenlik kurallarını ve standartlarını özellikle kızaklı vinçleri ög ̆renmek için iyi bir referanstır. Bir vinç tasarlanması için gerekli parametreler olan bir portal vincin dinamik faktörleri için temel yük ve yük kombinasyonunun hesaplanması da açıklanmıs ̧tır. Son olarak, belirli bir yükleme kos ̧ulu altında basit bir portal vinç analiz edildi ve bunun farklı sonuçları elde edildi. Bu tezde vinçlerin denetimi tamamen açıklanmıs ̧tır. Vinçlerin amaçlandıg ̆ı gibi gerçekles ̧tirilipgerçekles ̧tirilmeyeceg ̆ininbelirlenmesiiçinkriterlerbelirlenir. Her biri, ekipmanın amaçlandıg ̆ı s ̧ekilde performans göstermesinin ortak amacına sahip bes ̧ tip kontrol tanımlanmıs ̧tır. Her inceleme farklı bir dizi kos ̧ula yöneliktir. Bes ̧ muayene türü, ilk muayene, fonksiyonel test muayenesi, sık muayene, periyodik muayene, düzenli kullanımda ekipmanın kontrolüdür. Bes ̧ tip denetimin yanı sıra, vincin üretici (ler) i tarafından sag ̆lanan kılavuzlarda bulunan denetim hükümleri listelenmis ̧ ve vinç parçaları takip edilecektir. ?lk muayene, vincin görsel ve sesli bir muayenesidir. Deg ̆is ̧tirilmis ̧, onarılmıs ̧ ve modifiye edilmis ̧ vinçlerin muayenesi, kalifiye bir kis ̧i tarafından belirlendig ̆i s ̧ekilde deg ̆is ̧iklik, onarım veya modifikasyondan etkilenen vincin parçaları ile sınırlı olabilir. Fonksiyonel test muayenesi, vincin görsel ve is ̧itsel bir operasyonel muayenesidir ve her vardiyanın bas ̧ında veya vincin her vardiyada ilk kullanılmasından önce gerçekles ̧tirilmelidir. Asılı yükün operatörden vardiya deg ̆is ̧iminde operatöre aktarıldıg ̆ı uygulamalarda, asansör tamamlandıg ̆ında fonksiyonel test muayenesi gerçekles ̧tirilecektir. Sık sık yapılan muayene aynı zamanda vincin görsel ve sesli bir muayenesidir. Vinç ekipmanına dayanarak, Standartların çog ̆u, vinç vinçlerini sınıflandırmıs ̧tır. Uygulama ve tesisinize uygun bir vinç seçmek ve kurmak için vinç servis sınıflandırmaları gereklidir. Uygun vinç sınıflamasının seçilmesi, genel sisteminizin xxiv çalıs ̧ma kos ̧ullarının ve uzun ömürlülüg ̆ünün sag ̆lanmasına yardımcı olacaktır. Sisteminizi servis deg ̆erinin ötesinde zorlamak hem tehlikeli hem de tersidir. Servis sınıflandırması ile havai vinç kullanmak sadece uzun vadeli yatırımınızı korumakla kalmayacak ve aynı zamanda is ̧çilerin güvenlig ̆inden de emin olacaktır - aynı zamanda üst sisteminizin bakım ve kontrol gereksinimlerine ilis ̧kin deg ̆erli bilgiler sag ̆layacaktır. Amerika Vinç üreticileri Derneg ̆i (CMAA) tarafından gelis ̧tirilenler de dahil olmak üzere, vinç ve vinç hizmet sınıfını deg ̆erlendirmek için farklı standartlar mevcuttur. CMAA sınıflandırmaları, bir vincin ortalama yük yog ̆unlug ̆una ve bazı kaldırma döngülerine dayanarak olus ̧turulmus ̧tur. Basitçe söylemek gerekirse, vinç servis sınıflandırmaları, sistemin ne kadar ag ̆ırlık kaldırması gerektig ̆i, malzemelerin ne kadar yükseg ̆e çıkarılması gerektig ̆i ve vincin bu görevleri yerine getirmek için ihtiyaç duydug ̆u bir saat içindeki frekans ile belirlenir. Aynı kapasite, açıklık ve büyüklükteki iki vinç, ortalama yük yog ̆unlug ̆u ve yükleme çevrimlerinde farklılık gösterebilir. Bunun nedeni, bir vinç biles ̧eninin çes ̧itli kısa ve uzun vadeli yükleme kos ̧ullarını tecrübe etmesidir, bu nedenle, uygulamanızın hizmet sınıfına uyan bir sistemi seçmeniz önemlidir. Kısa Vadeli Efektler, bir vinç ve biles ̧enlerinin is ̧levlerini tam kaldırma kos ̧ullarında etkiler. üreticiler yapısal biles ̧enleri tasarladıklarında, güç ve sag ̆lamlık göz önünde bulundurulmalıdır. Uzun Süreli Etkiler, vincin ve biles ̧enlerinin dayanıklılıg ̆ını etkiler. çalıs ̧ma yükü (ortalama yük yog ̆unlug ̆u) ve bazı yük döngüleri için tasarlanan mekanik, yapısal ve elektrik biles ̧enleri seçilerek dayanıklılık sag ̆lanır. Bir vincin tasarım as ̧amasında, sistemin ömrü boyunca güvenlig ̆ini ve düzgün çalıs ̧masını sag ̆lamak için uzun süreli ve kısa vadeli etkiler dikkate alınmalıdır. Tasarım as ̧amasında, mühendisler sistemin yorulmasını sag ̆lamak için sistem yorgunlug ̆u ve biles ̧en dayanıklılıg ̆ı gibi faktörleri göz önünde bulundururlar. CMAA, kullanıcıların operasyonları için en güvenli ve en ekonomik vinci belirlemelerine yardımcı olan vinç servis sınıfları gelis ̧tirdi. Bunu yaparken, vincin ne kadar ag ̆ırlık ve ne kadar sıklıkta kaldırılacag ̆ını ve tas ̧ınacag ̆ını düs ̧ünmelisiniz. Bir kez ne tas ̧ınması gerektig ̆ine ve ne sıklıkta karar verildig ̆ine göre, bir vinç seçilebilir. CMAA'ya göre vinç sınıflandırmalarınınlistesias ̧ag ̆ıdadır. BeklemeveyaSeyrekServis,HafifHizmet, Orta servis, Ag ̆ır Servis, s ̧iddetli Servis, Sürekli s ̧iddetli Servis, CMAA tarafından vinç hizmetlerinde farklı bir sınıflandırmadır. Bu tezin bir sonraki bölümünde portal vinci üzerinde duruldu. Bu bölümde, bunun farklı avantajları ve dezavantajları tartıs ̧ılmıs ̧tır. Bu tür vinçlerin özellikle endüstride farklı kullanımları açıklanmıs ̧tır. Ayrıca, farklı portal vinç tipleri, dirsek, kiris ̧ ve hareket yöntemine göre sınıflandırılmıs ̧tır. Ayrıca ASME, ANSI ve ISO gibi farklı standartlar, kiris ̧, tramvay, vinç, halat, kasnaklar, elektrikli ekipmanlar, pistler, duraklar, vinç kabinleri, raylı süpürgeler, güvenlik korumaları gibi bir vinç vincinin farklı parçaları için açıklanmıs ̧tır. Kaldırma parçaları. Sonuç olarak, bu tezin amacı, vinç makinesinin tanıtımı ve farklı tipte bir vincin çalıs ̧ma özelliklerine ve mekanizmalarına göre tanımlanması hakkında gerekli ve yararlı bilgileri sag ̆lamaktır. Daha sonra, vinçlerin genel sınıflandırmasını ve standart enstitü tarafından hizmet sınıflandırmasını göstermek. Ayrıca, portal vinç olan ve bu tip vinçler için farklı güvenlik kurallarına ve standartlarına odaklanan özel bir vinç türüne odaklanmak. Yerçekimi etkileri, yeryüzü yükünün artması, ani salınım, yükün dinamik bir etkisi ve yükün dinamik etkisinden dolayı havai vinçlerde yük prensibi yük ve yük kombinasyonu bu tezin bir bas ̧ka parçasıdır. Son olarak basit bir portal vincin modellenmesi ve sonlu eleman metotları kullanılarak belirli yükleme kos ̧ulları altında analiz edilerek sayısal deneyi. Model üç farklı soli, kabuk ve tel elementi için tasarlanmıs ̧tır ve sonuçlar bunlardan herhangi biri için ayrı ayrı elde edilmis ̧tir. Sonuçlar, gerilme dag ̆ılımını, gerilme dag ̆ılımını ve vinçin yapısının tatmin edici yükleme kos ̧ulu altında sapmasını veya yer deg ̆is ̧tirmesini göstermektedir. Gelecekte, daha yüksek kapasiteli ve daha karmas ̧ık yetenekli daha gelis ̧mis ̧ vinçler olacaktır. Bunların güvenlig ̆i de bunun önemi nedeniyle daha yüksek dog ̆rulukta bir artıs ̧ olacaktır. Bu tezin, vinçlerin güvenlig ̆ini sag ̆lamak ve arttırmak için uygun ve faydalı olması denenmis ̧tir, çünkü ekonomik sorun dıs ̧ındaki vinç arızaları, yaralanma ve insan yas ̧amı üzerinde dog ̆rudan bir etkiye sahip olacaktır.

Özet (Çeviri)

This thesis has been focused on the subject of cranes. Crane is a kind of machinery which is used for lifting and transporting heavy materials in horizontal or vertical direction. In the first part of that, there is a review of the history of the cranes and different ancients, such as ancient Egypt, ancient Greeks, and ancient Romans, who have used of this machinery and had an important rule on the improvement and evolution of that, have been described. In the second chapter of this thesis has been tried to introduce the mechanism of cranes, then different kind of cranes have generally been classified, and this classification can be based on various factors such as components, structure, and power drive. Also, different kind of cranes have been introduced and some common types of them such as Tower cranes, Mobile cranes, Monorail cranes, Jib cranes overhead cranes and ... have been discussed in details and components of them with their structure have been explained. Furthermore, classification of different standards institute for service of cranes based on their lifting and hoisting equipment has been explained. This classification is necessary for choosing a suitable crane for a required application. It does not only guarantee the investment on the crane but also prepares safety operation with maximum lifetime and minimum cost. Some of the standards that have been explained their service classification in this thesis are crane manufacturing association of America (CMAA), The European materials handling (FEM), American Society of Mechanical Engineering (ASME), International organization for Standardization (ISO),... The third chapter of this thesis is focused on particular kind of crane, which is Gantry crane and safety rules about this type. The mechanism, structure, and component of this type also are explained in details. Different type of gantry cranes is described. Based on the cantilever of the crane there are three types of Non-Cantilever, single cantilever, and double cantilever. Bridge and girder of the gantry also can be divided into two types of box girder and truss girder, or it can be divided into two types of the single girder and double girder based on the number of the girder. Also, advantages and disadvantages and different usage of gantry crane especially in the industry have been probed. Then by using standards references such as ASME, FEM, and ISO, safety rules for different parts of this crane such as electrical equipment, mechanical parts, hoisting equipment and operation of them, have been discussed. Furthermore different types of inspection and testing for the cranes such as initial inspection, functional inspection, frequent inspection, periodic inspection, and inspection of irregular use cranes is explained entirely. In addition, Construction of the ropes that are using on cranes and inspection of the ropes is checked in details. In the last part of this chapter, principle load and load combination which are parameters that a manufacturer or a designer needs for designing the structure of a crane according to the required application that crane purchaser needs, is explained for gantry crane. The last chapter of this thesis is related to the numerical experiments and analyzing a simple structure of a gantry crane under specific loading condition, by using finite element methods for three different elements of Solid, Shell, and wire in Abaqus software. The process of this designing and analyzing in the Abaqus has been explained step by step and the model specifications such as fix modules, boundary conditions, and mesh elements has been defined. As the result of this analyzing, the stress, the strain, and the deflection or displacement of the crane under certain loading condition have been showed and achieved. In conclusion, this thesis contains much useful general information about different type of cranes machinery. It also is a good reference for learning the safety rules and standards for cranes especially gantry cranes. Calculating the principle load and load combination for dynamic factors of a gantry crane, which are required parameters for designing a crane, also has been explained. Finally, a simple gantry crane has been analyzed under certain loading condition, and different results of that have been achieved.

Benzer Tezler

Tez No
211990
Sonlu elemanlar yöntemi ile portal vinç tasarımı, analizi ve kutu kiriş en iyilemesi
Design, analysis of the gantry crane with finite element method and box girder optimization
TEMEL ERDÖL
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine Mühendisliği Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
Tasarım ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. A. ZAFER ŞENALP
Tez No
252292
2x250 portal kren konstrüksiyonun modellenmesi ve sonlu elemanlar metoduyla analizi
Modelling of 2x250 gantry crane construction and analysis with finite element method
HASAN KEMAL SÜRMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Makine Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL GERDEMELİ
Tez No
338303
Optimum design of low-rise steel frames made of cold-formed thin-walled steel sections
Soğuk şekillendirilmiş ince cidarlı çelik kesitlerden yapılan az katlı çelik çerçevelerin optimum tasarımı
SERDAR ÇARBAŞ
Doktora
İngilizce
2013
Mühendislik Bilimleri Orta Doğu Teknik Üniversitesi
Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TURGUT TOKDEMİR
PROF. DR. MEHMET POLAT SAKA
Tez No
223616
Portal krenlerin tasarımı ve sonlu elemanlar yöntemiyle gerilme analizi
Gantry crane design and stress analysis by means of finite element method
ALİ BURAK ERDİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. İSMAİL GERDEMELİ
Tez No
721035
Sarkaç tipi vinç sistemi için meta sezgisel algoritmalar ile LQR denetleyici tasarımı ve performans karşılaştırması
LQR controller design and performance comparison with metaheuristic algorithms for the gantry crane system
FERHAT KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliği İskenderun Teknik Üniversitesi
Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR CONKER

Geri Dön