I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   3 6 ,   N o .   1 Oc to b e r   20 24 ,   pp .   1 37 ~ 1 52   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I 10 . 11591/i j e e cs .v 3 6 . i 1 . pp 1 37 - 1 52             137     Jou r n al  h o m e page ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   D e si gn  an d   p e r f or m an c e  an al y si s of  a l on g - st r ok e   e le c t r om agn e t ic  d ou b le - r e e h a m m e r       Jawdat   S .   Al k as a s s b e h 1 Vl ad e m e r   Е .   P avl ov 2 ,   K h al af   Y.   Al - Z you d 1 ,   T ar e q   A.   Al - Aw n e h 1   Os am ah   Alk a s as s b e h 3 ,   Aym an   Y.   Al - Raw as h d e h 1   1 D e pa r tm e nt   of   E l e c tr i c a E ngi n e e r in g,  F a c ul t y   of  E ngi n e e r in T e c hn o l o g y , A l - B a lq a  A ppl i e d U ni v e r s it y , A m ma n, J o r da n   2 D e pa r tm e nt   of  M e c ha tr o ni c s  E ngi n e e r in g, I r ku ts k N a ti o na R e s e a r c T e c hni c a U ni ve r s it y , I r kut s k,  R us s ia   3 D e pa r tm e nt   of  P h y s ic s , F a c ul t y   of  S c i e n c e M ut a h U ni ve r s it y A l - K a r a k ,   J o r da n       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve M a r   1 ,   202 4   R e vi s e Ma y   21 202 4   A c c e pt e J un   5 ,   202 4       T h i s   p ap e c o m p r e h en s i v el y   i n v e s t i g at e s   t h e   p e rfo r m a n ce  ch ara c t e r i s t i c s   o a   l o n g - s t ro k e   el ec t ro m ag n e t i c   d o u b l e - r e el   h a mme co m p are d   t o   a   c o n v en t i o n al   h amme r .   Q u a n t i t at i v e   a n al y s i s   i n d i c at e s   t h at   t h e   l o n g - s t ro k e   h a mme s h o w s   s i g n i fi c an t   i n c r e as e   i n   s t ri k e r   s p e ed   a n d   i m p ac t   e n e r g y .   T h e   i m p a c t   en e rg y   h as   i n c r e a s e d   b y   2 5 5 % ,   an d   e n e r g y   l o s s e s   i n   c o p p e w i n d i n g s   h a v e   d ec r e as e d   b y   1 2 4 %   p e r   o p e rat i n g   cy cl e .   A d d i t i o n a l l y ,   t h l o n g - s t ro k h amme r   d emo n s t rat e s   1 0 5 %   re d u c t i o n   i n   en e r g y   c o n s u m p t i o n   an d   5 2 %   i m p ro v eme n t   i n   o v e ral l   e ff i c i en cy   p e r   cy cl e   c o m p ar e d   t o   t h e   co n v e n t i o n a l   h amme r .   T h i s   s t u d y   e x a m i n e s   t h e   o p e rat i o n al   ch ara c t e ri s t i c s   o t h e   l o n g - s t ro k e   h a mme t h r o u g h o u t   i t s   cy cl u s i n g   fi el d   t h e o r y   me t h o d s ,   M A T L A B   s i mu l at i o n s ,   an d   e x p e ri men t al   t e s t s .   Re s u l t s   i n d i c at e   h i g h e r   i m p ac t   en e rg y   an d   s p e ed ,   l o w e r   e n e r g y   l o s s e s   i n   co p p e w i n d i n g s ,   a n d   h i g h e r   e ff i c i en cy   p e r   cy cl e   fo t h e   l o n g - s t ro k e   h a mme r.   Fu rt h e r mo r e ,   m at h em at i c al   mo d el   o t h l o n g - s t ro k e   h a mme i s   d ev e l o p ed ,   i n co rp o rat i n g   s t at i c   p ara me t e rs   an d   o s c i l l o g ra m s   o s t ri k e mo v emen t   an d   cu rr e n t   f l o w .   A   co m p reh e n s i v e   c o m p ari s o n   o t h e   p e rfo r m a n ce   i n d i c at o rs   o b o t h   h a mme rs   rev e al s   s i g n i fi c an t   i m p ro v eme n t s   i n   l i ft i n g   h e i g h t ,   cy cl e   d u rat i o n ,   i m p a c t   fre q u e n cy ,   an d   s t ri k e r   s p ee d   fo r   t h e   l o n g - s t ro k h a mme r.   O v e ral l ,   t h e s e   f i n d i n g s   s u g g e s t   t h at   t h l o n g - s t ro k e   o p e rat i n g   m o d e   c a n   s i g n i fi c a n t l y   e n h an ce  t h e ff i ci e n cy   an d   p e rf o r m an ce   o co n v e n t i o n a l   h a mme rs   w h i l e   s i mu l t an e o u s l y   r ed u ci n g   i m p ac t   fr e q u e n cy   an d   m a ch i n h e at i n g .   K e y w o r d s :   E l e c t r o m a g ne t i c   Ha m m e r   e f f i c i e n c y   Ha m m e r   w i n d i ng s   I m pa c t   e n e r g y   L o n g - s t r o ke   h a m m e r   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   J a wda t   S .   Al ka s a s s b e h   De pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i ne e r i n g,   F a c u l t y   o f   E n g i ne e r i ng  T e c hn o l o g y ,   Al - B a l qa   A pp li e U ni ve r s i t y   Amm a n ,   J o r da n   E m a i l j a wda t 1983@b a u. e du. j o       1.   I NT RODU C T I ON   T h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   s t a n ds   a t h e   f o r e f r o n t   o f   i n dus t r i a l   i nn o v a t i o n ,   e m b o d y i ng   a   f u s i o n   o f   pr e c i s i o n   e n g i ne e r i ng  a n a d v a n c e e l e c t r o m a g n e t i c   t e c hn o l o g y .   T hi s   s pe c i a l i z e too l   i s   de s i g n e d   to  de l i ve r   c o n t r o l l e a n po we r f u l   im pa c t   f o r c e s   o v e r   e x t e n de s t r o ke   l e n gt h s ,   c a t e r i n to  a   wi de   a r r a y   o f   a pp l i c a t i o ns   i n   m a t e r i a l   pr o c e s s i n g,   c o n s t r u c t i o n ,   a n m a n u f a c t ur i n i n du s t r i e s .   B y   ha r n e s s i ng   e l e c t r o m a g n e t i c   pr i n c i p l e s ,   t h e   l o n g - s t r o ke   h a mm e r   o f f e r s   a   uni que   bl e n o f   f o r c e ,   a c c ur a c y ,   a n d   a d j u s t a bi li t y ,   s e t t i n i t   a pa r t   f r o m   t r a di t i o n a l   h a mm e r   de s i g ns   [ 1] [ 2] .   I n   t h e   r e a l m   o f   i ndus t r i a l   t oo l s ,   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g ne t i c   h a mm e r   r e pr e s e n t s   a   pa r a d i g m   s hi f t ,   e n a bli n us e r s   to   a c hi e v e   hi g h - pr e c i s i o im pa c t   o pe r a t i o n s   w i t h   u n pa r a ll e l e e f f i c i e n c y .   T hr o ugh   t h e   ut i l i z a t i o n   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   f i e l ds   t o   p r o pe l   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 6 ,   N o .   1 Oc to b e r   20 24 :   1 37 - 1 52   138   h a mm e r   m e c h a ni s m   t h r o ugh   e x t e n de s t r o ke s ,   t h i s   too l   e x e m p l if i e s   a   h a r m o ni o us   ba l a n c e   b e t we e n   po we r   a n c o n t r o l ,   m a k i ng  i t   a   v e r s a t i l e   a s s e t   i n   v a r i o us   i n dus t r i a l   s e t t i n gs   [ 3] .   T h e   e x p l o r a t i o n   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   ha m m e r   de l ve s   i n t o   i t s   o pe r a t i o n a l   i n t r i c a c i e s ,   de s i g n   c o n s i de r a t i o ns ,   a n pe r f o r m a n c e   c a pa bil i t ies .   B y   un r a v e li ng  t h e   un de r lyi ng  pr i n c i p l e s   go v e r ni ng  i t s   f u n c t i o n a li t y ,   t hi s   i n t r o duc t i o n   a i m s   to  s h e l i g h t   o n   t h e   t e c h n o l o g i c a l   a d v a n c e m e n t s   dr i vi ng  t h e   e v o l ut i o n   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   t e c hn o l o g y .   T h r o ugh   a   s y n t h e s i s   o f   t h e o r e t i c a l   i ns i g h t s   a n pr a c t i c a l   a pp li c a t i o ns ,   t hi s   s t ud y   s e e k s   to  p r o vi de   a   c o m pr e h e n s i ve   u n d e r s t a n d i n o f   t h e   o pe r a t i o n a l   d y na mi c s   a n pe r f o r m a n c e   f a c t o r s   i nf l ue n c i ng  t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   h a m m e r   [ 4] .   M a ny   pu bl i s he pa pe r s   a r e   de d i c a t e to   o p t i mi z i ng  t h e   ut i l i z a t i o n   o f   li ne a r   e l e c t r o m a g n e t i c   pr o pul s i o n   a c r o s s   v a r i o us   t e c hn o l o g i c a l   do m a i ns   [ 5] - [ 9 ] .   Am o n t h e s e   t e c h n o l o g i e s ,   e l e c t r o m a g n e t i c   e f f e c m a c hi ne s ,   a   s pe c i a li z e c l a s s   o f   e l e c t r i c a l   m a c hi n e r y ,   f i nd  e x t e n s i ve   a pp li c a t i o n   i n   i ndus t r y ,   pa r t i c u l a r ly   i n   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   pu l s e   t e c hn o l o g i e s .   Not a bly ,   o n e   i n t r i gu i ng  f a c e t   o f   t h e   hi s t o r i c a l   t r a j e c to r y   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   im pa c t   m a c hi ne s   i s   t he i r   d i ve r s e   r a n ge   o f   e n e r g y   o ut pu t s ,   wi t h   i nd i v i dua l   u ni t s   c a pa bl e   o f   de l i ve r i ng  i m pa c t   e n e r g i e s   up  to  100   kJ   a n p o w e r   o u t pu t s   r e a c hi ng  40  kW .   T h e s e   e l e c t r o m a g ne t i c   i m pa c t   m a c hi ne s ,   c o l l o qu i a ll y   k n o wn   a s   e l e c t r o m a g ne t i c   h a mm e r s ,   s e r v e   m u l t i f a r i o us   pur po s e s   i nc l ud in r o c de m o l i t i o n ,   p i l e   dr i v i ng,   pe r m a f r o s t   de v e l o p m e n t ,   o f f s h o r e   o i l f i e l c o ns t r uc t i o n ,   a n a s   s o ur c e s   o f   vi br a t i o i do wnh o l e   o pe r a t i o ns   [ 10] [ 11] .   A n   i nhe r e n t   o bj e c t i v e   i n   t h e   de v e l o p m e n t   o f   s uc h   ha m m e r s   l i e s   i a ug m e n t i n e n e r g y   e f f i c i e nc y   t h r o ugh o ut   t h e i r   o p e r a t i o n a l   li f e c y c l e .   T h e   c h a ll e n ge s   o f   e ne r g y   o pt i mi z a t i o i e l e c t r o m a g n e t i c   i m p a c t   m a c hi ne s   a r e   n ot a bly   in t r i c a t e   [ 12] [ 13 ] ,   a s   t h e   e f f i c i e nc y   o f   e n e r g y   c o nv e r s i o i n t r i c a t e l y   hi nge s   upo n   t h e   de l i ne a t i o n   o f   t h e i r   o pe r a t i o n a l   c y c l e s .   S i g ni f i c a n t   c o n t r i b ut i o ns   to   t h e   s tr uc t ur i n o f   t h e   o pe r a t i o na l   c y c l e s   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   m a c hi ne r y   a r e   e vi de n t   i n   t h e   wo r ks   o f   [ 14] [ 15] .   A dhe r e nc e   to  t h e s e   gu i de li ne s   pr o m i s e s   t o   m a xim i z e   t h e   o p e r a t i o n a l   s pe e o f   t h e   m a c hi ne   o r   e n s ur e   i t s   o p t i m a l   e f f i c i e n c y .   Not e w o r t hy   a m o n e l e c t r i c   h a mm e r s   a r e   t h o s e   de v e l o pe by   t h e   I n s t i t ut e   o f   M i n i ng  o f   t h e   S i be r ian   B r a n c h   o f   t h e   R u s s i a n   A c a de my   o f   S c i e n c e s   [ 1 6] [ 17 ] .   T h e y   a r e   d i s t i n gu i s h e by   t h e i r   s im p l i s t i c   de s i g n ,   h e i g h t e n e o pe r a t i o n a l   r e l i a bil i t y ,   mi n i m a l   e nvi r o nm e n t a l   im pa c t   ( de v o i o f   e xh a u s t   e m i s s i o n s ) ,   a n r e l i a n c e   o n   c o s t - e f f e c t i ve   e n e r g y   s o ur c e s .   A   n ot a bl e   va r i a n t ,   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g ne t i c   ha m m e a s   s h o wn   i F i gur e   1,   d i s t i n gu i s he s   i t s e lf   f r o m   c o n ve n t i o na l   t w o - r e e l   h a mm e r s   by   i n t e gr a t i n t w o   gui de   p i pe s   a n a dd i t i o n a l   s t r i ke r   po s i t i o n   s e n s o r s   to  e n h a nc e   i m pa c t   e n e r g y   t h r o ugh   i n c r e a s e s t r i ke r   v e l o c i t y .   F ur t h e r   de t a i l s   r e ga r d i n t h e   c o m po n e n t s   vi s i b l e   i n   F i gur e   a r e   pr o vi de i n   T a bl e   1.           F i gur e   1.   T h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r       T a bl e   1 .   T h e   pa r t s   o f   a   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g ne t i c   h a mm e r   i n   F i gur e   1   C o l o r   c o d e   P a r na me   S li ve r   S hoc k s e ns o r   G r e e n   G ui d e  pi p e   B lu e   S tr ik e r   Y e ll o w   S tr ik e r  l o w e r  a nd uppe r   p o s it i o n s e ns o r   B la c k   E le c tr oma gne ti c   c o il   R e d   S tr ik e r   upp e r  p o s it i o n s e ns o r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       De s ign  and  pe r f or manc e   analys is   of  long - s tr ok e     ( J a w dat  S.   A lkas as s be h )   139   F i gur e   s h o ws   t h e   bl o c d i a gr a m   o f   t h e   c o n t r o l   o f   a   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r ,   whi c c o n t a i ns   c o n t r o l   u ni t   B ,   c o n t r o l l e r e c t i f i e r s   V1  a n V2,   a n s t r i k e r   po s i t i o n   s e n s o r s   S N1  a n S N4.   C o n t r o l   uni t   B   o r c h e s t r a t e s   t h e   i n t e r pl a y   be t we e n   t h e   s i g n a l   dr i vi ng  d e vi c e s   ( U m 1,   U m 2)   a n t h e   s t r i ke r   po s i t i o s e n s o r s   ( S N1,   S N2,   S N3,   a n S N4) .   I ni t i a ll y ,   t h e   f i r i ng  p i r e s i de s   i n   i t s   l o we s t   po s i t i o n .   U po n   t h e   a pp l i c a t i o n   o f   a   t a s v o l t a ge   to  i ni t i a t e   t h e   r e c t i f i e r   m o de   o pe r a t i o n   o f   t h e   c o n t r o l l e r e c t i f i e r   V1,   t h e   s t r i ke r   i s   dr a wn   i n t t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g ne t   L 1.   A s   t h e   l o we r   e dge   o f   t h e   s t r i ke r   di s e n ga g e s   f r o m   t h e   l o we r - po s i t i o s e n s o r   S N2,   a   s i g n a l   pr o m pt s   t h e   t r a n s i t i o n   o f   V1  i n t i nve r t e r   m o de ,   s i m u l t a n e o us ly   a c t i v a t i n t h e   c o n t r o l l e r e c t i f i e r   V2  i n   r e c t i f i e r   m o de .   C o n s e que n t l y ,   t h e   c ur r e n t   i n   t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g n e t   L di m i n i s he s ,   whi l e   t h a i n   t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g n e t   L e s c a l a t e s ,   f a c il i t a t i n t h e   s tr i ke r s   m o ve m e n t   i n t t h e   l a tt e r   c o i l.   A s   t h e   uppe r   e dge   o f   t h e   s t r i ke r   n e a r s   t h e   uppe r   p o s i t i o n   s e ns o r   S N3,   V2  i s   s w i t c h e to   i nve r t e r   m o de ,   n u l li f yi ng  t h e   c ur r e n t   i n   t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g n e t   L 2.   T h e   s tr i k e r s   upwa r t r a j e c t o r y   c o n t i n ue s   pr o pe l l e b y   i t s   a c c u m u l a t e k i n e t i c   e n e r g y   u n t i l   i t   a ppr o a c h e s   t h e   uppe r m o s t   p o s i t i o n   s e n s o r   S N4,   pr o m pt i ng  V2  to  t r a n s i t i o n   to   r e c t i f i e r   m o de ,   t h us   dr a w i n t h e   s t r i ke r   i n t o   t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g n e t   L 2.   T h e   down wa r d   m o v e m e n t   o f   t h e   s t r i ke r   t r i gge r s   t h e   uppe r   po s i t i o n   s e ns o r   S N3 ,   a c t i v a t i n c o n t r o l l e r e c t i f i e r   V1  a n t r a n s i t i o ni ng  V2  i n t i nve r t e r   m o de ,   t h e r e by   n u ll i f yi ng  t h e   c ur r e n t   i n   t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g ne t   L a n i n i t i a t i n t h e   s t r i ke r s   m o v e m e n t   to wa r ds   e l e c t r o m a gn e t   L 1.   A s   t h e   b o tt o m   e dge   o f   t h e   s tr i ke r   a ppr o a c h e s   t h e   l o we r - po s i t i o n   s e n s o r   S N2,   V1  tr a n s i t i o n s   t i nv e r t e r   m o de ,   h a l t i n t h e   c ur r e n t   i n   t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g n e t   L 1.   S ub s e que n t l y ,   t h e   s t r i ke r   c o n t i n ue s   i t s   do wnw a r tr a j e c t or y ,   dr i v e n   by   i t s   k i n e t i c   e ne r g y .   Upon   n e a r i ng   t h e   i m pa c t   s e n s o r   S N1,   a   s i g na l   pr o m pt s   V1  to   t r a n s i t i o n   t o   r e c t i f i e r   m o de ,   f a c il i t a t i n t h e   s t r i ke r s   r e t r a c t i o i n t o   t h e   c o i l   o f   e l e c t r o m a g n e t   L up o n   i m pa c t .   T hi s   o pe r a t i o n a l   c y c l e   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r om a g n e t i c   h a mm e r   r e c ur s   s y s t e m a t i c a ll y .           F i gur e   2.   T h e   bl o c d i a gr a m   o f   t h e   c o n t r o l   o f   a   l o ng - s t r o ke   e l e c t r o m a g ne t i c   h a mm e r       T h e   pr i m a r y   o pe r a t i n m o de s   o f   a   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   do ubl e - r e e l   ha m m e r   e n c o m pa s s :     S tr i ke r   m o de s t a r t i n t h e   m o vi ng  pa r t   o f   t h e   m a c hi ne .     M o vi n m o de s t r i ke r   to   t h e   i ni t i a l   uppe r   po s i t i o n   wh e n   a l t e r n a t e l y   s w i t c hi ng  t w o   wi n d i ngs .     De c e l e r a t i o n   m o de s t o ppi n t h e   s t r i ke r   i n   t h e   i ni t i a l   uppe r   po s i t i o n .     Ope r a t i n m o de a l t e r n a t i n s w i t c hi ng  o f   t w o   wi nd i n gs .   T h e   m o ve m e n t   o f   a   s t r i ke r   be g i ns   w h e n   t h e   m a c hi ne 's   t r a c t i o n   f o r c e   e qua l s   t h e   r e s i s t a n c e   t m o v e m e n t   f o r c e .   T h e   dur a t i o n ,   e n e r g y   i n t e n s i t y ,   f r e que nc y   o f   i m pa c t s ,   a n m a c hi ne   e f f i c i e n c y   de pe nd  o n   t h e   m a c hi ne 's   t r a c t i o n   f o r c e .   I n   i d l e   m o de ,   t h e   f i r i ng  p i n   a c c u m u l a t e s   po t e n t i a l   e n e r g y ,   w hi c h   i s   c o nv e r t e i n to  k i n e t i c   e n e r g y   t h r o ugh o u t   t h e   e m p l o y e s t r o ke .   T h e   s t o r e d   p ot e n t i a l   e n e r g y   a n i m p a c t   e n e r g y   a r e   di r e c t ly  pr o p or t i o n a l ,   a n t h e   f r e que n c y   o f   i m pa c t s   i s   i nv e r s e ly   pr o po r t i o n a l   to  t h e   s t r i ke r 's   s t r o ke .   A d j u s t i n t h e   s t r i ke r ' s   s t r o ke   c a n   a d j u s t   t h e   e n e r g y   a n f r e que n c y   o f   im pa c t s .   T h e   e f f i c i e n c y   o f   e ne r g y   c o nv e r s i o a e a c po i n t   o f   t h e   s t r i ke r s   t r a j e c t or y   i s   de t e r m i ne by  t h e   r a t i o   o f   t h e s e   qua n t i t i e s .   De c e l e r a t i o n   a n s to ppi ng   dur i n i d l e   c a n   o c c ur   due   to  b r a k i n f o r c e s   o f   r e s i s t a n c e   a n b r a k i ng  de vi c e s .   T h e   s t r i k e r   b u i l d s   up  pot e n t i a l   e n e r g y   a s   t h e y   tr a v e l   s l o w ly ,   whi c h   t h e y   c a n   pa r t i a ll y   ut i li z e   dur i n t h e   wor ki n s t r o ke .   T h e   s tr i ke r   a c c u m u l a t e s   po t e n t i a l   e n e r g y   a s   i t   m o ve s   a t   a   s l o pa c e ,   whi c h   c a n   b e   pa r t i a ll y   ha r n e s s e dur i n t h e   a c t i v e   s t r o ke .   T h e   e x t e n t   o f   t h e   s t r i ke r s   s t r o ke ,   t h e   dur a t i o n   o f   de c e l e r a t i o n ,   a n t h e   f r e que n c y   a n e ne r g y   o f   m a c hi ne   im pa c t s   a r e   c o n t i n ge n t   up o n   t h e   i ni t i a t i o n   a n i n t e n s i t y   o f   t h e   de c e l e r a t i o n   m o de .   Dur i n t h e   po we r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 6 ,   N o .   1 Oc to b e r   20 24 :   1 37 - 1 52   140   s t r o ke   m o de ,   t h e   e n g i ne   ut i li z e s   t h e   pot e n t i a l   e n e r g y   a c c u m u l a t e dur i n i d l e   t i m e ,   whi c h   t h e n   t r a n s f o r m s   i n t o   k i n e t i c   e n e r g y   upo n   m o v e m e n t .   A dd i t i o n a ll y,   ki n e t i c   e n e r g y   c a n   b e   a ug m e n t e by   t h e   t r a c t i o n   f o r c e s   ge n e r a t e wh e n   t h e   t w wi n d i ng s   a r e   a c t i v a t e a n de a c t i v a t e t h r o ugh o u t h e   p o we r   s t r o ke .     T h e   f u n da m e n t a l   f e a t ur e   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   i m pa c t   m a c hi ne s   i s   t h e i r   o pe r a t i o n   i n   d y na mi c   m o de s ,   whil e   t h e   m a c hi ne   a n a   po we r   s t a t i c   c o nv e r t e r   f o r m   a   pur e l y   n o nli ne a r   e l e c t r o m e c h a ni c a l   s y s t e m .   T h e r e f o r e ,   t h e   a n a ly s i s   o f   d y na mi c   m o de s ,   t a ki n i n t o   a c c o un t h e   m a i n o nli ne a r i t i e s ,   pr e s e n t s   s i g ni f i c a n t   di f f i c u l t i e s .   M A T L A B   S im u l i nk  i s   pr e s e n t l y   e m p l o y e t o   a n a ly z e   s y s t e m s   o bj e c t s   o f   n e a r l y   a ny   c o m p l e xi t y   l e v e l   [ 18] .   On e   s i g ni f i c a n t   b e n e f i t   o f   t hi s   a ppr o a c h   i s   t h e   c a pa c i t y   to  s e e   a n t r a c k   pr o gr e s s   o v e r   s om e   t i m e .     T h e   o bj e c t i ve   o f   t hi s   s t ud y   i s   to   qua n t i t a t i v e l y   e va l ua t e   t h e   o pe r a t i o n a l   a n e ne r g y   c h a r a c t e r i s t i c s   of   a   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   do ubl e - r e e l   h a mm e r .   T h e   m a i n   c o n t r i b ut i o n s   o f   t hi s   pa pe r   c a n   b e   s u m mar i z e a s   f o l l o ws :     Qua n t i t a t i v e   a n a ly s i s t h e   pa pe r   pr o vi d e s   qua n t i t a t i v e   e s t i m a t e s ,   r e v e a li ng  s i g ni f i c a n t   i m pr o v e m e n t s   i n   t h e   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r .   T h e s e   i nc l ude   a   255%   i n c r e a s e   i n   im pa c t   e n e r g y   a n a   124%   r e duc t i o n   i n   e n e r g y   l o s s e s   i n   c o ppe r   w i n d in gs   pe r   o pe r a t i n c y c l e .   A dd i t i o n a ll y ,   t h e   l o n g - s t r o ke   h a mm e r   e xhi b i t s   a   r e m a r ka bl e   105%   r e duc t i o n   i n   e n e r g y   c o n s u m pt i o n   a n a   52%   i m pr o v e m e n t   i n   o v e r a l l   e f f i c i e nc y   p e r   c y c l e   c o m pa r e to   t h e   c o n ve n t i o na l   h a mm e r .     I nv e s t i ga t i o n   o f   o pe r a t i n c h a r a c t e r i s t i c s t h e   s t ud y   de l ve s   i n t o   t h e   i m p a c t   e n e r g y   a n e f f i c i e n c o f   a   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   do ubl e - r e e l   h a mm e r   t h r o ugh o u i t s   o pe r a t i n c y c l e .   B y   e m p l o yi ng  f i e l t h e o r y   m e t h o ds ,   M A T L A B   s im u l a t i o n s ,   a n e x pe r i m e n t a l   t e s t s ,   t h e   r e s e a r c h   de m o n s t r a t e s   t h a t   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   e xhi b i t s   hi g h e r   i m pa c t   e n e r g y   a nd  s pe e d,   l o we r   e n e r g y   l o s s e s   i n   c o ppe r   wi n d i ngs ,   a n d   hi g h e r   e f f i c i e n c y   pe r   c y c l e   c o m pa r e to   a   c o n v e n t i o n a l   h a mm e r .     De v e l o p m e n t   o f   m a t h e m a t i c a l   m o de l to   s upp o r t h e   a n a ly s i s ,   t h e   pa pe r   de v e l o p s   a   m a t h e m a t i c a l   m o d e l   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   by   m e a s ur i n s t a t i c   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   t r a c t i o n   f o r c e   a n f l u x   li nka ge   f o r   e a c w i n d i ng.   A dd i t i o n a ll y ,   o s c i ll o gr a m s   o f   t h e   s t r i ke r 's   s t r o ke   a n s pe e d,   a s   we l l   a s   c ur r e n t s   i n   t h e   l o we r   a n d   hi g h e r   w i nd i n g s ,   a r e   o b t a i n e d.   T h e   h a mm e r ' s   h e a t i n i s   de t e r m i ne by   po we r   l o s s e s   i n   t h e   c o ppe r ,   a nd  t h e   im pa c t   e n e r g y   a n e f f i c i e nc y   f a c t o r   f o r   t h e   h a mm e r ' s   o pe r a t i n c y c l e   a r e   c a l c u l a t e d.     C o m pa r i s o n   o f   pe r f o r m a n c e   i nd i c a t or s a   c o m pr e h e ns i ve   c o m pa r i s o n   i s   m a d e   b e t we e n   t h e   t e c hni c a l   a n d   e n e r g y   pe r f o r m a nc e   i n d i c a t o r s   o f   a   l o n g - s t r o ke   h a mm e r   a n a   c o n ve n t i o na l   h a mm e r .   T h e   r e s e a r c h   r e v e a ls   s i g nif i c a n t   i m pr o v e m e n t s   i n   v a r i o us   pa r a m e t e r s   f o r   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r ,   i n c l ud i ng  l if t i ng  h e i g h t ,   c y c l e   dur a t i o n ,   i m pa c t   f r e que n c y ,   a n s t r i ke r   s pe e a t h e   m o m e n t   o f   i m pa c t .   E n e r gy   l o s s e s   i n   c o ppe r   w i n d i ngs ,   i m p a c t   e n e r g y ,   e n e r g y   c o n s u m pt i o n   f r o m   t h e   n e t wo r k ,   a n o pe r a t i o n a l   e f f i c i e nc y   a r e   a ll   n o t a bl y   e nh a n c e i n   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r .   Ov e r a ll ,   t h e   f i nd i ng s   s ugge s t   t h a t   t h e   l o n g - s t r oke   o pe r a t i n m o de   c a n   e f f e c t i v e ly   im pr o v e   t h e   e f f i c i e nc y   a n pe r f o r m a n c e   o f   c o nv e n t i o n a l   h a mm e r s   whil e   r e duc i ng  im pa c t   f r e que nc y   a n m a c hi ne   h e a t i n g.   T h e   r e s t   o f   t h e   pa pe r   i s   o r ga ni z e a s   f o l l o ws s e c t i o n   2.   pr e s e n t s   t h e   r e l a t e wo r k .   T h e   m a t h e m a t i c a l   m o de l   o f   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   i s   i n t r o duc e i n   s e c t i o n   3.   I n   s e c t i o n   4.   pr o vi de s   t h e   a n a ly s i s   o f   t h e   e va l ua t i o r e s u l t s .   F i n a ll y ,   t h e   c o n c l u s i o ns   a r e   dr a wn   in   s e c t i o n   5.       2.   RE L AT E WORK   A   r a n ge   o f   s t ud i e s   h a v e   e x p l o r e t h e   de s i g n   a n pe r f o r m a n c e   o f   v a r i o us   t y pe s   o f   h a mm e r s .     Al - R a wa s h de h   a n P a vl o v   [ 19]   i nv e s t i ga t e t h e   o pe r a t i o n a l   m o de s   o f   a n   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r ,   f i n d i n g   t h a t   t h e   i m pa c t   e n e r g y   a n f r e que n c y   c a n   be   c o n t r o l l e by   a d j us t i n t h e   v o l t a ge   o f   t h e   i d l e   a n d   wo r ki n s t r o ke   wi n d i ng s .   M or e o v e r ,   a   r e vi s e c o nf i gur a t i o n   o f   a   d o wn - t h e - h o l e   e l e c t r o m a g n e t i c   ha m m e r   i s   pr e s e n t e d   i [ 20] ,   whi c h   i s   i ns p i r e by   a   t ub e   l i ne a r   m o to r .   T hi s   i nn o v a t i v e   de s i g n   s h o wc a s e s   r e m a r ka bl e   e f f i c ien c y   a n d   pe r f o r m a n c e ,   r i v a li ng  t h a t   o f   hy dr a u li c   h a mm e r s ,   pa r t i c u l a r l y   i n   t h e   l o w - f r e que n c y   s pe c t r um .   B o   e t   al.   [ 21 ]   pr e s e n t e a   m u l t i c r i t e r i a   de s i g n   pr o c e dur e   f o r   a n   e l e c t r o m a g n e t i c   de m o l i t i o n   h a mm e r ,   c o n s i de r i ng  t h e   i m pa c t   o f   t h e   h a m m e r h e a o n   di f f e r e n t   t y p e s   o f   s o i l .   I n   a dd i t i o n ,   a   s e l f - pr o pe l l e r o un bi t   wa s   de v e lo pe d   i c o nj u n c t i o n   w i t h   a   pn e u m a t i c   do wn - t h e - ho l e   ( D T H)   h a m m e r   [ 22] ,   de m o ns t r a t i n s upe r i o r   pe r f o r m a n c e   i d i r e c t i o n a l   dr il li ng.   T h e s e   s t udi e s   c o l l e c t i v e ly   hi g hli g h t   t h e   p ot e n t i a l   f o r   a dv a n c e de s i g n   a n pe r f o r m a n c e   a n a ly s i s   i n   t h e   f i e l o f   h a mm e r s .   T h e   r e s e a r c w o r k   s ugge s t e d   i n   [ 23]   h a s   f o c us e o n   e n ha nc i n t h e   pe r f o r m a n c e   o f   m a g ne t i c   a c t ua to r s   f o r   m e t a l   f o r m i ng   a pp l i c a t i o ns .   A dd i t i o n a ll y ,   C hi   e al.   [ 24 ]   i n t r o duc e d   a   s t r uc t ur e   f o r   l i ve - wo r k i n a n t i - vi br a t i o n   h a mm e r   r o b ot s   i n   s t r o n e l e c t r o m a g n e t i c   f i e l ds .   On   t h e   o t h e r   h a n d,   Z h o e t   al .   [ 25]   de v e l o pe d   l o n g - s t r o ke   e l e c t r om a g n e t   de vi c e s   f o r   e f f i c i e n t   l if t i ng  o pe r a t i o n s .   A   n o v e a ppr o a c h   to   a r m a t ur e   s pl i c i ng  h a s   b e e n   pr o p o s e to  m i n im i z e   t h e   m a c hi n i ng  r e qu i r e m e n t s   o f   m a g n e t i c   l e vi t a t i o n   wo r k t a bl e   m a c hi ne   too l s .   H o we v e r ,   i t   s h o u l be   n o t e d   t h a t h e   m a g n e t i c   f o r c e   ge n e r a t e by   t h e   m a g n e t i c   l e vi t a t i o n   e l e c t r o m a g ne t   g r o up   e xhi bi t s   a   l i ne a r   de c r e a s e   w i t h   a n   i nc r e a s e   i n   s p li c e   c l e a r a n c e   o f   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       De s ign  and  pe r f or manc e   analys is   of  long - s tr ok e     ( J a w dat  S.   A lkas as s be h )   141   a r m a t ur e ,   whi l e   i t   s h o ws   a   l i ne a r   i nc r e a s e   w i t h   a i n c r e a s e   i n   t h e   n u m be r   o f   s p li c e   t e e t h   [ 26 ] .   I n   a   s e pa r a t e   s t udy   [ 27] ,   a   c o m pr e he n s i ve   f o r c e   a n a l y s i s   wa s   c o n duc t e to  op t i mi z e   t h e   de s i g n   o f   a   r e s p o n d i ng  l i ne a r   e n dur i ng  m a g n e t   a c t ua to r   f e a t ur i n a n   i nne r   m a g n e t   a n a   S t a to r   wi t h o ut  s l o t s .   T h r o ugh   t h e   u t i li z a t i o n   o f   n u m e r i c a l   c a l c u l a t i o ns ,   t h e   r e s e a r c h   pa pe r   pr o vi de s   pr e d i c t i o ns   o n   f o r c e   c ha r a c t e r i s t i c s   b a s e o v a r i o us   de s i g n   pa r a m e t e r s ,   t h e   pa r a m e t e r s   to  c o n s i de r   i n c lude  t h e   di s t a n c e   b e t we e n   po l e s ,   t h e   w i dt h   o f   t h e   m a g n e t s ,   a n t h e   i nn e r   d i a m e t e r   o f   t h e   s t a to r .   T hi s   s t ud y   i nv e s t i ga t e t h e   e f f e c t s   o f   v a r y i ng  po we r   i n put   o n   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   do ubl e - r e e l   h a mm e r .   W hil e   e a r l i e r   s t udi e s   h a v e   e x p l o r e t h e   i m pa c t   o f   po we r   i n put   o n   c o n v e n t i o n a l   s i ng l e - r e e l   h a mm e r s   [ 28] ,   t h e y   h a v e   n o e x p l i c i t ly   a ddr e s s e i t s   i nf l ue nc e   o n   t h e   e f f i c i e n c y   a n d   s t a bi li t y   o f   do ubl e - r e e l   h a mm e r s   i n   hi g h - f r e que nc y   a pp li c a t i o n s .   T h e   pr e s e n t   s t udy   e x a mi ne t h e   t h e r m a pe r f o r m a n c e   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g ne t i c   do ubl e - r e e l   ha m m e r .   W hil e   pr e vi o u s   r e s e a r c h   h a s   i nve s t i g a t e t h e r m a l   e f f e c t s   i n   s i ng l e - r e e l   h a mm e r s   [ 29] ,   t h e y   h a v e   n o t   e x p l o r e t h e   uni qu e   t h e r m a l   d y n a mi c s   o f   do ubl e - r e e l   h a mm e r s ,   whi c h   m a y   s i g ni f i c a n t l y   im pa c t   t h e i r   o pe r a t i o n a l   li f e s pa n   a n e f f i c i e n c y .     T hi s   r e s e a r c h   e x p l o r e t h e   vi b r a t i o n   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g ne t i c   do ubl e - r e e l   ha m m e r .   W hil e   pr i o r   s t ud i e s   h a ve   i nve s t i ga t e vi br a t i o n   i n   s i ng l e - r e e l   h a mm e r s   [ 30] ,   t h e y   h a v e   n o t   e x a m i ne t he   r e s o n a nc e   f r e que n c i e s   a n da m p i ng  r a t i o s   s pe c i f i c   to   d o ubl e - r e e l   c o nf i gur a t i o n s ,   whi c h   a r e   c r uc i a l   f o r   o p t i mi z i ng  pe r f o r m a nc e   a n r e duc i ng  s t r uc t ur a l   f a ti gue .   T h e   pr e vi o u s   s t ud i e s   e m p h a s i z e   f a c t or s   s uc h   a s   f o r c e   c o n t r o l ,   e n e r g y   o pt i mi z a t i o n ,   e l e c t r o m a g n e t i c   de s i g n ,   a n r e l i a bil i t y   t e s t i n t e nh a n c e   t h e   pr e c i s i o n ,   e f f i c i e n c y ,   a n a d a pt a bi li t y   o f   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   ha m m e r s   i n   v a r i o us   a pp l i c a t i o ns .   T h e   e x pe r i m e n t a l   r e s u l t s   va l i da t e   t h e   e f f e c t i v e n e s s   a n d   pr o m i s e   o f   t h e s e   de s i g ns   f o r   a c hi e vi ng  pr e c i s e   po s i t i o ni ng,   c o n t r o l l e h a mm e r i ng,   e f f i c i e n t   dr i ll i ng,   a n d   r e l i a bl e   m a i n t e na n c e   i n   c h a ll e n g i ng  e nvi r o nm e n t s .   T hi s   s t udy   b u il ds   upo n   pr e vi o us   r e s e a r c h   by   pr ovi d i ng  a   de t a i l e c o m pa r i s o n   o f   pe r f o r m a n c e   c ha r a c t e r i s t i c s   b e t we e n   l o n g - s t r o ke   a n c o n v e n t i o n a l   ha m m e r s .     B y   i nc o r p o r a t i n a d v a n c e m e a s ur e m e n t   t e c hni qu e s   a n m a t h e m a t i c a l   m o de li ng,   i t   e n h a n c e s   un d e r s t a n d i ng   o f   t h e   o pe r a t i o n a l   e f f i c i e nc y   a n c a p a bi li t i e s   o f   e lec t r o m a g n e t i c   h a mm e r s .   F ut ur e   s t udi e s   c o u l de l v e   de e pe r   i n t o   o p t i m i z i ng  l o n g - s t r o ke   h a m m e r   de s i g n s ,   w i t h   a n   e m p h a s i s   o n   m i n im i z i ng  m a c hi ne   h e a t i n o r   e n h a n c i n g   s pe c i f i c   p e r f o r m a n c e   m e t r i c s .   I nv e s t i ga t i n t h e   a pp l i c a t i o n   o f   l o n g - s t r o ke   t e c hn o l o g y   i o t h e r   i n dus t r i a l   c o n t e x t s   c o ul e x pa n i t s   pot e n t i a l   im pa c t   a n r e l e v a n c e .       3.   M AT HE M AT I CA L   M ODE L   OF   AN   E L E CT R OM AGNE T I HAM M E R   T h e   l o n g - s t r o ke ,   d o ubl e - r e e l   ha m m e r   de s i g n   i nc o r po r a t e s   s o phi s t i c a t e e l e c t r o m a g ne t i c   pr i n c i p l e s   to   de l i ve r   po we r f u l   im pa c t s   i n   i n du s t r i a l   a pp li c a t i o n s .   A t   i t s   c or e ,   t hi s   s y s t e m   r e l i e s   o n   i n t r i c a t e   i n t e r p l a y s   b e t we e n   e l e c t r i c a l   c ur r e n t s ,   m a g n e t i c   f i e l d s ,   a n d   m e c h a ni c a l   d y na mi c s   t ge n e r a t e   c o n t r o l l e ha mm e r i ng  f o r c e s .   T o   m a t h e m a t i c a ll y   de s c r i be   t h e   b e h a vi o r   o f   s uc h   a   c o m p l e x   s y s t e m ,   a   s e t   o f   d i f f e r e n t i a l   e qua t i o n s   e m e r ge s ,   c a pt u r i n t h e   n u a n c e i n t e r a c t i o ns   b e t we e n   e l e c t r i c a l   c o m po n e n t s ,   c o i l   c o nf i gur a t i o n s ,   m a g n e t i c   f i e l ds ,   a n m e c ha ni c a l   m o ve m e n t s .   T h e s e   e qua t i o n s   s e r ve   a s   f u n d a m e n t a l   too l s   f o r   e n g i ne e r s   a n r e s e a r c h e r s   wh o   s e e to   un de r s t a n d,   o p t i mi z e ,   a n r e f i ne   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r s .   T h e y   pa v e   t h e   wa y   f o r   a d v a n c e m e n t s   i e f f i c i e nc y ,   pr e c i s i o n ,   a n r e li a bil i t y   i n   va r i o us   i ndus t r i a l   s e t t i n gs .   T h e   b a s i c   d i f f e r e n t i a l   e qua t i o n s   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   s y s t e m s   a r e   l i s t e i n   ( 1) - ( 3) .       = ( ) +  ( , )    ( 1)       = ( , ) ( , )   ( 2)      =   ( 3)     W h e r e       i s   t h e   a pp li e v o l t a ge ;     i s   t h e   w i n d i ng s   a c t i v e   r e s i s t a n c e ;   i( t) ,   ψ   a r e   t h e   i n s t a n t a n e o u s   v a l ue s   o f   c ur r e n t   a n f l u x   l i nka ge   o f   t h e   w i n d i n g;       a i r   ga p;       s tr i k e r   s   m a s s   a n s pe e d;   F e m     e l e c t r o m a g n e t   tr a c t i o n   f o r c e ;     i s   t h e   f o r c e   o f   r e s i s t a n c e   t t h e   m o v e m e n t   o f   t h e   s t r i ke r .   R e s e a r c h   i n   t h e   f i e l o f   e l e c t r o m a g n e t i c   m a c hi ne   dy n a mi c s   i s   c a r r i e o u pr e tt y   s t r i c t l y   b a s e o n   m a t h e m a t i c a l   m o de li ng,   by   l o o k i n a t   a l l   t h e   ma i n   n o nli ne a r   d y na m i c a l   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e i r   e l e m e n t s .     As   a n   e x a m p l e ,   c o n s i de r   a   m o de l   o f   a n   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   t h a t   wa s   m a n u f a c t ur e a t   t h e   De pa r tm e n t   o f   E l e c t r i c   Dr i ve   a n E l e c t r i c   T r a n s po r o f   I NR T w i t h   a   s t r i ke r   m a s s   o f   t we n t y - t wo  ki l o gr a m s .   I h a s   a n   a c t i v e   r e s i s t a n c e   o f   o hm s   f o r   b ot h   t h e   n o - l o a a n w o r k i n w i n d i ngs .   E x pe r i m e n t a l   m e a s ur e m e n t s   we r e   t a ke n   o f   t h e   h a mm e r ' s   s t a t i c   f l u x   l i nk a ge   a n t r a c t i o n   f o r c e .   Al go r i t hm   1   o ut l i ne s   t h e   s t e ps   i nv o l v e i de v e l o p i n t h e   m a t h e m a t i c a l   m o de l ,   de s i g ni ng  t h e   c o n t r o l   u ni t   i n   M A T L A B   S i m u li nk,   r unni ng  s im u l a t i o ns ,   a n e va l ua t i n g   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   l o n g - s t r o k e   e l e c t r o m a g ne t i c   do ubl e - r e e l   h a mm e r .   A d j u s t m e n t s   m a y   b e   ne c e s s a r y   b a s e o n   s pe c i f i c   r e qu i r e m e n t s   a n o bj e c t i v e s   o f   t h e   a n a ly s i s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 6 ,   N o .   1 Oc to b e r   20 24 :   1 37 - 1 52   142   Al go r i t hm   1.   P e r f o r m a n c e   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   do ubl e - r e e l   h a mm e r   1:  I ni t i a li z e   pa r a m e t e r s   a n v a r i a bl e s   1. 1:  s t r i ke r _ m a s s   =   22  kg   1. 2:  r e s i s t a n c e   =   o hm s   1. 3:  s t a t i c _ f l u x _ li nka ge _ l o we r _w i nd i ng,   s t a t i c _ f l u x _ li nka ge _uppe r _w i nd i ng   1. 4:  s t a t i c _t r a c t i o n _ f o r c e _ l o we r _w i nd i ng,   s t a t i c _t r a c t i o n _ f o r c e _uppe r _w i nd i ng   2:  M a t h e m a t i c a l   m o de li ng   2. 1:  De v e l o e qua t i o n s   b a s e o n   e m p i r i c a l   m e a s ur e m e n t s   a n s y s t e m   e qu a t i o ns .   2. 2:  I n c or p o r a t e   s t a t i c   pr o pe r t i e s   f o r   e a c h   w i n d i ng  i n t o   t h e   e qua t i o n s .   2. 3:  De r i v e   a   m a t h e m a t i c a l   m o de l   o f   t h e   h a mm e r .   3:  M o de l   c o n t r o l   u ni t   B   3. 1:  De s i g n   m o de l   i n   M A T L A B   S i m u li nk.   3. 2:  I n c l ude   m e a s ur e m e n t   uni t ,   c a l c u l a t i o ns   f o r   c ur r e n t   a n f l u x   li nka ge s ,   a n t r a c t i o n   f o r c e .   3. 3:  I n t e gr a t e   f o ur   v o l t a ge   s o ur c e s   f o r   r e c t i f i e r   a n i nve r t e r   m o de s .   3. 4:  I n c l ude   r e l a y   a n t h r e s h o l c o m po n e n t s   f o r   l i n k i ng  v o l t a ge   s o ur c e s   to   wi n d i ngs   b a s e o n   s e ns o r   s i g na l s .   4:  S i m u l a t i o n   4 . 1:  R un   s i m u l a t i o n s   t o b s e r v e   h a mm e r   o pe r a t i o n.   4. 2:  U t i li z e   s i g n a l s   f r o m   c o n t r o l   de vi c e   ( U m 1,   U m 2)   a n s t r i ke r   po s i t i o n   s e ns o r s   ( S N1 ,   S N2 ,   S N3 ,   S N4) .   4. 3:  I n i t i a t e   h a mm e r   o pe r a t i o n   by   t ur ni ng  o n   r e c t i f ier   m o de   a n a pp lyi ng  v o l t a ge   to  b ott o m   w i n d i ng.   4. 4:   M o ni t o r   c ur r e n t,   f l u x   li nka ge ,   t r a c t i o n   f o r c e ,   a n s t r i k e r   po s i t i o n   us i ng  i n t e gr a t i o n   bl o c k s .   4. 5:  S wi t c h   r e c t i f i e r   a n i nve r t e r   m o de s   b a s e o n   s e ns o r   s i g n a l s   t o   c o n tr o l   e l e c t r o m a g n e t   o pe r a t i o n .   4. 6:  C a l c u l a t e   c h a n ge s   i n   e l e c t r o m a g n e t   pr o pe r t i e s   us i n m o d e l   bl o c k s .   5:  P e r f o r m a nc e   e v a l ua t i o n   5. 1:  A n a ly z e   s im u l a t i o n   r e s u l t s   to  de t e r m i ne   s tr i ke r   m ot i o n ,   e l e c t r o m a g n e t   pr o pe r t i e s ,   a n h a mm e r   pe r f o r m a n c e .   5. 2:  C o m pa r e   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   be t we e n   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   a n c o nv e n t i o n a l   h a mm e r   m o de l s .   5. 3 A s s e s s   l if t i ng  h e i g h t ,   c y c l e   dur a t i o n ,   i m pa c t   f r e que nc y ,   s t r i k e r   s pe e d,   a n e n e r g y   e f f i c i e nc y .   6:  C o n c l us i o n   6. 1:  S um m a r i z e   ke y   f i nd i ng s   a n c o n t r i b ut i o ns   o f   th e   s t ud y .   6. 2:  Di s c us s   t h e   i m p li c a t i o ns   o f   t h e   r e s u l t s   f o r   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   de s i g n   a n pe r f o r m a n c e   a n a ly s i s .     F i gur e   s h o ws   t h e   h a mm e r   m o de l ,   w hi c h   i s   b a s e o n   F i gur e   de p i c t i n t h e   h a mm e r s   f u n c t i o n a l   d i a gr a m ,   a n t h e   s y s t e m   o f   ( 1 )   us e f o r   e a c h   w in d i ng   of   t h e   m a c hi ne .   W h e n   t h e   l o we r   e dge   o f   th e   s t r i ke r   a ppr o a c h e s   t h e   S N2,   a   s i g n a l   i s   g i ve n   t s w i t c h   V1   to  i nv e r t e r   m o de ,   a n t h e   c ur r e n t   i n   t h e   e l e c t r o m a gn e t   c o i l   L de c r e a s e s   t o   z e r o,   a n t h e   s t r i ke r   c o n t i n ue s   t m o v e   do wn wa r ds   due   t o   t h e   a c c u m u l a t e k i ne t i c   e n e r g y .   W h e n   t h e   l o w e r   e dge   o f   t h e   s t r i ke r   a ppr o a c he s   t h e   i m pa c t   s e n s o r   S N1,   a   s i g n a l   i s   ge ne r a t e to   t r a n s f e r   V1  to  t h e   r e c t i f i e r   m o de ,   a n t h e   s t r i ke r ,   a f t e r   s tr i k i ng ,   i s   a ga i dr a w n   i n t o   t h e   c o i l   o f   t h e   e l e c t r o m a gn e t   L 1.     T h e   o pe r a t i n c y c l e   o f   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   i s   r e pe a t e d.           F i gur e   3.   M o de l   o f   a   l o n g - s t r o ke   e l e c t r o m a g n e t i c   ha m m e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       De s ign  and  pe r f or manc e   analys is   of  long - s tr ok e     ( J a w dat  S.   A lkas as s be h )   143   F i gur e   i l l u s t r a t e s   t h e   i n t r i c a t e   c o n s t r uc t i o n   de t a il s   o f   c o n t r o l   uni t   B ,   pr o v i d i ng  a   c o m pr e he n s i ve   vi s u a l   r e pr e s e n t a t i o n   o f   i t s   i nne r   wo r ki n g s   a n d   c o m po n e n t   l a y o ut .   M e a n w hil e ,   F i gur e   il l us t r a t e s   t h e   c o m p l e x   c a l c u l a t i o n s   i nv o l v e i n   de t e r m i n i ng  t h e   c ur r e n t   f l o c a l c u l a t i o n   m o de l e a s   bl o c ks   B K a n B K 2   i F i gur e   5( a )   a n t h e   r e s u l t a n t   t r a c t i o n   f o r c e .   T hi s   pr o vi d e s   a   c o m pr e he n s i ve   u n de r s t a n d i n o f   t h e   qua n t i t a t i v e   a s pe c t s   t h a t   g o v e r n   t h e   o pe r a t i o n a l   d y n a mi c s   o f   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   s y s t e m .   T he   t r a c t i o n   f o r c e   c a l c u l a t i o n   bl o c k s   B F a n B F i n   F i gur e   5( b )   a r e   de t a i l e i n   t h e   S i m u li nk  m o de l   t de t e r m i ne   t h e   t r a c t i o n   f o r c e .   I n   ( 4 )   i s   us e to  de t e r m i ne   t h e   c ur r e n i n   t h e   w i n d i ngs   a a ny   g i ve n   m o m e n t   by   a pp l yi ng  i t   to  t h e   r e s u l t s   o f   t h e   B K a n B K c a l c u l a t i o n s .     ( ) = [ ( ; ) ] 1 /  + 1     ( 4)     T h e   h a mm e r   de s i g n   f a c t or   i s   r e pr e s e n t e by   k. ;   O   i s   t h e   o pe r a to r   L a pl a c e ,   wh e r e      i s   t h e   ha mm e r   w i n d i ng s   e l e c t r o m a g n e t i c   t i m e   c o n s t a n t :      = ( i; 0 21` )   ( 5)           F i gur e   4.   T h e   c o n t r o l   u ni t   B           ( a )   ( b )     F i gur e   5.   De t a i l e S i m u li nk  m o de l ,   i nc l ud i ng  ( a )   T h e   c ur r e n t   c a l c u l a t i o n   bl o c ks   B K 1   a n B K 2   a n ( b )   t r a c t i o n   f o r c e   c a l c u l a t i o n   bl o c k s   B F a n B F 2       T h e   h a mm e r   de s i g n   f a c t or   i s   r e pr e s e n t e by   k. ;   O   i s   t h e   o pe r a to r   L a pl a c e ,   wh e r e      i s   t h e   h a mm e r   w i nd i ng ' s   e l e c t r o m a g n e t i c   t i m e   c o n s t a n t :      = ( i; 0 21` )   ( 5)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 6 ,   N o .   1 Oc to b e r   20 24 :   1 37 - 1 52   144   a nd ( ; )   i s   t h e   h a mm e r   w i n d i ng  i nduc t a n c e ,   a s   we ll   a s   b e i ng  de f i ne a s :     ( ; ) = ( i; )   ( 6)     T h e   m e a s ur e m e n t   uni t   ( M U)   de p i c t e i n   F i gur e   pr o v i d e s   a   c r uc i a l   i n t e r f a c e   f o r   a s s e s s i ng  v a r i o u s   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   o f   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   s y s t e m .   T h r o ugh   i t s   f u nc t i o na l i t y ,   us e r s   c a e x t r a c i nva l ua bl e   da t a   r e ga r di n t h e   i n s t a n t a n e o us   v a l ue s   o f   c o n s u m e po we r   i n   t h e   n e t wo r k ,   l o s s   po we r   i c o ppe r ,   a n m e c h a ni c a l   po we r ,   a s   de l i ne a t e by   ( 7 ) - ( 9 )   r e s pe c t i ve ly .   B y   e n a bli ng  pr e c i s e   qua n t i f i c a t i o n   o f   t h e s e   pa r a m e t e r s ,   t h e   m e a s ur e m e n t   uni t   e m po we r s   e n g i n e e r s   a n o pe r a tor s   to   f i n e - t un e   a n o p t i mi z e   t h e   s y s t e m e f f i c i e nc y   a n e f f e c t i v e n e s s ,   t h e r e by   e nh a n c i ng  i t s   o v e r a l l   p e r f o r m a n c e   a n pr o duc t i vi t y .     =    ( 7)      = 2   ( 8)      =         ( 9)     T h e   va l ue s   o f   e n e r g y   c o ns u m e f r o m   t h e   n e t wor k   ( W 1 ) ,   c o ppe r   e n e r g y   l o s s   ( W c o p p e r ) ,   i n   a dd i t i o n   t o   h a mm e r   m e c h a ni c a l   e ne r g y   ( W m e c h )   a r e   f o un by   pa r t i c i pa t i n i n   t h e   va l ue s   o f   t h e   c o r r e s po n di n po we r s .           F i gur e   6.   T h e   S i m u li nk  m o de l s   t h e   M U       4.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON   A   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   wa s   u t i li z e i n   t h e   S i m u li n m o de l   o f   t h e   m e a s ur e m e n uni t   ( M U)   s h o wn   i F i gur e   6.   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s ,   a s   de p i c t e i n   F igur e   7,   i ll us t r a t e   t h e   o pe r a t i o n a l   d y na mi c s   o f   t wo  t y pe s   o f   h a mm e r s .   F i gur e   7( a )   de m o ns t r a t e s   t h e   o s c i ll a t o r y   b e h a vi o r   o f   t h e   l o we r   w i n d i ng  s p e e S ( t) ,   t h e   c ur r e n t ,   t h e   s t r i ke r   s t r o ke   X( t) ,   a n t h e   uppe r   w i n d i n c ur r e n t   o v e r   a   s i n g l e   c y c l e .   C o nv e r s e ly ,   F i gur e   7( b )   d i s p l a y s   t he   wa v e f o r m s   o f   t h e   n o - l o a wi n d i ng  c ur r e n t   a n t h e   wo r ki n s t r o ke   c ur r e n f o r   t w c y c l e s   o f   a   n o r m a l   h a mm e r   o pe r a t i n a 210   v o l t s .   T a bl e   2   pr e s e n t s   a   c o m pr e he ns i ve   c o m pa r i s o n   o f   r e l e v a n t   pa r a m e t e r s   t h a di f f e r e n t i a t e   b e t we e n   t h e   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   a n i t s   c o n v e n t i o n a l   c o un t e r pa r t ,   b a s e o n   t h e   da t a   de pi c t e i n   F i gur e   6.   P o s i t i v e   v a l ue s   i t h e   t a bl e   r e pr e s e n t   a tt r i b ut e s   uni que   t o   t h e   l o n g - s t r o ke   h a mm e r ,   whil e   n e ga t i v e   v a l ue s   i nd i c a t e   c h a r a c t e r i s t i c s   a s s o c i a t e wi t h   t h e   c o n v e n t i o n a l   h a mm e r .   T hi s   c o m pa r i s o n   e n a bl e s   a   de t a i l e d   un de r s t a n d i ng  o f   t h e   d i s t i n c t i v e   c h a r a c t e r i s t i c s   a n pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   u ni que   to   e a c h   h a mm e r   de s i g n ,   t h e r e by   gu i d i ng  e s s e n t i a l   d e c i s i o n - m a k i ng  pr o c e s s e s   r e ga r d i n t h e i r   ut i li z a t i o n   i n   v a r i o us   i ndus t r i a l   s e tt i n gs .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       De s ign  and  pe r f or manc e   analys is   of  long - s tr ok e     ( J a w dat  S.   A lkas as s be h )   145     ( а)       ( b)     F i gur e   7.   Ope r a t i o n a l   d y na mi c s   o f   t wo  t y pe s   o f   h a mm e r s   ( a )   f l uc t ua t i o n   i n   l o we r   w i n d i ng  s pe e S ( t ) ,   c ur r e n t ,   s t r i ke r   s t r o ke   X( t) ,   a n uppe r   wi n d i ng  c ur r e n t   dur i n o n e   o pe r a t i o n a l   c y c l e   o f   a   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   a n   ( b )   no - l o a w i n d i ng  c ur r e n t ,   s pe e S ( t) ,   s tr i ke r   s t r oke   X( t ) ,   a n w i n d i ng  c ur r e n t   dur i n t h e   wo r ki n s t r o ke   f o r   t w o   o pe r a t i o na l   c y c l e s   o f   a   c o n ve n t i o na l   h a mm e r   a U1= U2= 210   V       T a bl e   2 .   S um m a r y   o f   F i gur e   pa r a m e t e r s   P a r a me t e r   L o ng - s tr o k e  ha mm e r   C o n v e n ti o na h a mm e r   L i f ti ng  h e ig ht   of  s tr ik e r   1.25 m   - 0.4 m   D ur a ti o of   o ne   c y c l e   of   o p e r a ti o n   0.93 s   - 0.32 s   B l o w   f r e qu e n c y   65 blo w s  pe r  mi nut e   187 blo w s  pe r  mi nut e   T ot a ti m e   of   c ur r e nt   f l o w  i n l o w e r  w in di ng   0.24 s   - 0.1 s   C ur r e nt   f l o w  t im e  i n n o - l o a d w in di ng   0.15 s   0.11 s   C ur r e nt   f l o w  t im e  i n p o w e r  w in di ng   0.11 s   - 0.15 s   M a x im um  s pe e of  s tr ik e r  w h e n m ov in g upwa r d   3.84 m/ s   - 3.42 m/ s   S pe e of   s tr ik e r  a m o m e nt   of  i mpa c t   8.7 m/ s   - 5.47 m/ s       B y   c o n t i n u i ng  t h e   a n a ly s i s ,   F i gur e   s h o ws   t h e   m o de l - o b t a i n e v a l ue s   o f   P me c h P ins ,   a n P c oppe r   f o r   o n e   c y c l e   o f   o pe r a t i o n   o f   a   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   a s   s e e n   i F i gur e   8 ( a )   a n a   c o nv e n t i o n a l   h a mm e r   f o r   t w c y c l e s   o f   o pe r a t i o n   a t   v o l t a ge s   U1= U2= 210   s e e   F i gur e   8 ( b ) .   T h e   a n a ly s i s   o f   t h e   o s c i ll o gr a m s   de p i c t e i F i gur e   i s   c o n c i s e ly   s u mm a r i z e a n pr e s e n t e i n   T a bl e   3.   T hi s   t a b u l a t e s y n t h e s i s   pr o vi de s   a   c o m pr e h e ns i ve   o v e r vi e o f   t h e   o b s e r v e wa ve f o r m s   a n t h e i r   a s s o c i a t e pa r a m e t e r s .   I e n a bl e s   a   c o m pr e h e ns i ve   un de r s t a n d i n o f   t h e   d y n a m i c   b e ha vi o r   a n pe r f o r m a n c e   c h a r a c t e r i s t i c s   de m o ns t r a t e by   t h e   e l e c t r o m a g n e t i c   h a mm e r   s y s t e m   un d e r   i nv e s t i ga t i o n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E n g   &   C o m S c i Vo l .   3 6 ,   N o .   1 Oc to b e r   20 24 :   1 37 - 1 52   146     ( а)       ( b)     F i gu r e   8 .   Os c i l l ogr a m s   o f   m e c h a ni c a l   p o w e r   P me c h ,   c o n s u m e d   f r o m   t h e   p owe r   n e tw or k   P1 ,   a U 1 = U 2= 2 10   V   ( a )   p o we r   l o s s e s   i n   c o ppe r   f o r   o n e   c y c l e   o f   o pe r a t i o n   o f   a   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   a n d   ( b )   a   c o n v e n t i o n a h a m m e r   f o r   t w o pe r a t i o n   c y c l e s       T a bl e   3 .   S um m a r y   o f   F i gur e   pa r a m e t e r s   P a r a me t e r   L o ng - s tr o k e  ha mm e r   C o n v e n ti o na h a mm e r   I ns ta nt a ne o us   v a lu e   of  m e c ha ni c a p o w e r   6 , 580 W   5 , 330 W   I ns ta nt a ne o us   v a lu e   of  p o w e r   c o ns ume f r o m n e tw o r k   7 , 600 W   8 , 000 W   I ns ta nt a ne o us   v a lu e   of  p o w e r  l o s s e s  i n c o pp e r   5 , 230 W   5 , 790 W       F i gur e   s h o ws   t h e   m o de l - de r i v e v a l ue s   o f   e n e r g y   l o s s e s   i n   c o ppe r   W m   ( t) ,   ki n e t i c   e ne r g y   dur i n g   t h e   wor ki n s t r o ke   W UD ,   m e c h a ni c a l   e ne r g y   W m e c h ,   e f f i c i e n c y   f a c t or ,   e n e r g y   c o ns u m e f r o m   t h e   n e t wo r k   W o f   a   l o n g - s t r o ke   h a m m e r   s e e   F i gur e   9 ( a ) ,   a n a   c o nv e n t i o n a l   h a mm e r   f o r   t w o   c y c l e s   o f   ope r a t i o n .     A t   v o l t a ge s   U1= U2= 210   s e e   F i gur e   9 ( b ) .   T h e   de t a i l e a n a ly s i s   o f   t h e   o s c i ll o gr a m s   pr e s e n t e i n   F igur e   9   i s   pr o vi de i n   T a bl e   4,   o f f e r i ng  a   s y s t e m a t i c   b r e a kdo wn   o f   t h e   o b s e r v e wa v e f o r m s   a n t h e i r   a s s o c i a t e pa r a m e t e r s .   T hi s   a na ly t i c a l   f r a m e wo r a i m s   t c l a r if y   t h e   d y na mi c   b e h a vi o r   a n o pe r a t i o n a l   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   b o t h   l o n g - s t r o ke   a n c o n v e n t i o n a l   h a mm e r   de s i g ns .   I h e l p s   pr o vi de   i nf o r m e i n s i g h t s   i n t t h e i r   pe r f o r m a n c e   pr o f i l e s   un de r   v a r i o us   o pe r a t i o n a l   c o n d i t i o n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.