Mathematical modeling and analysis of ship-mounted cranes with shock absorber

Abstract

Bu tezin kapsamı, gemi üstü vinçlerin farklı deniz durumu koşulları altında, şok emici etkisiyle ve şok emici olmaksızın modellenmesi ve analiz edilmesidir. Geminin güvertesine monte edilen döner vinçler, yükleri gemiden limana, iki gemi arasında veya gemiden denize aktarmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Döner vinçler yükleri üç hareketle taşır: dönme, kaldırma ve yük kaldırma. Ancak, döner vinçlerin performansıyla ilgili yük salınımı, konumlandırma ve engellerden kaçınma gibi birçok sorun devam etmektedir. Gemi üstü bir vinci işletmek, gemi sallantısının etkisi altında daha zorlu hale gelir. Gemi sallantısı, dalgalar ve rüzgarlar gibi dış etkenler ile yük hareketlerinden kaynaklanır. Yük transferi sırasında, operatör geminin sallantısıyla başa çıkmak zorundadır. Bu tezde, sistemin dinamik davranışı üzerinde pasif şok emicilerin kullanımının performansını anlamak amaçlanmaktadır. Çalışmada, öncelikle vinç sisteminin tambur, halatlar, yay ve ataletsel kuvvetler gibi çeşitli bileşenlerini içeren dinamik modeli elde edilecektir. Ardından, pnömatik tipte şok emicilerin sistem üzerindeki sönümleme etkilerini anlamak için incelemeler yapılacaktır. Daha sonra, şok emicili sistemin denklemleri gemi hareketlerinin etkileriyle birleştirilerek problem detaylı bir şekilde incelenecektir. Tüm modelleme ve denklemler MATLAB yazılımında programlama yardımıyla çözülecek ve yorumlanacaktır. Tezin sonunda, sistemin tüm önemli parametreleri arasındaki ilişkinin anlaşılması ve sınıflandırma kurallarının yorumlanması veya iyileştirilmesi hedeflenmektedir.The scope of this thesis is to model and analyze a ship-mounted crane with and without the effect of shock absorbers under different sea state conditions. Ship-mounted cranes, which transfer loads using a rotary crane attached to the ship's deck, are widely used to transfer cargo from ships to the harbor, between two ships, or from the ship to the sea. Rotary cranes transfer loads through three motions: rotation, luffing, and load hoisting. Additionally, many issues persist in the performance of rotary cranes, such as load sway, positioning, and obstacle avoidance. Operating a ship-mounted crane becomes more challenging under the influence of ship sway. Ship sway is generated by external disturbances such as waves and winds, as well as the movement of the load. During the transfer operation, the operator must deal with the sway of the ship. As a result of this thesis, we aim to understand the performance of passive shock absorber usage on the dynamic behavior of the system. In this work, the dynamic model of the crane, including various components such as the drum, ropes, spring, and inertial forces, will first be obtained. Then, investigations will be conducted to understand the damping effects of pneumatic-type shock absorbers on the system. Afterward, the governing equations of the system with the shock absorber will be combined with the effects of ship movements to investigate the problem in detail. All modeling and equations will be solved and interpreted with the help of programming in MATLAB software. At the end of the thesis, it is intended to understand the relationship between all important parameters of the system and to interpret or improve the classification rules.