omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2023-186-28-34omna-156Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGГеометрическое моделирование процессов выполнения подкопочных работ экскаватором с целью предотвращения повреждения стенки трубопроводаGeometric modeling of the processes of excavation by an excavator in order to prevent damage to the pipeline wallhttps://orcid.org/0000-0001-8081-6840ПритыкинФ. Н.PritykinF. N.

ПРИТЫКИН Федор Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Инженерная геометрия и САПР»

г. Омск

PRITYKIN Fedor Nikolayevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of Engineering Geometry and CAD Department

Omsk

pritykin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6524-4976КузнецовИ. С.KuznetsovI. S.

КУЗНЕЦОВ Илья Сергеевич, аспирант кафедры «Инженерная геометрия и САПР»

г. Омск

KUZNETSOV Ilya Sergeyevich, Graduate Student of Engineering Geometry and CAD Department

Omsk

mrprogamer111@gmail.comОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202330062023022834Copyright © Притыкин Ф.Н., Кузнецов И.С., 20232023Притыкин Ф.Н., Кузнецов И.С.Pritykin F.N., Kuznetsov I.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/156

При управлении движением ковша экскаватора оператор управляет поступательными перемещениями в гидроцилиндрах, которые в общем случае являются независимыми. Однако обеспечение движения режущей кромки ковша по заданной траектории (например, по горизонтальной прямой) требует от оператора определенных навыков и дополнительной концентрации внимания. Это значительно влияет на утомляемость оператора при проведении указанных работ. В этом случае актуальным становится решение проблемы разработки автоматизированной системы управления, позволяющей осуществлять расчет изменения углов поворота во вращательных шарнирах манипулятора экскаватора, обеспечивающих заданное движение ковша. Оператор при этом может указывать только начальные и целевые точки траектории и направление движения ковша. В статье на основе исследования геометрических объектов пространства приращений обобщенных координат разработан алгоритм, позволяющий выполнять моделирование движения точек ковша экскаватора с заданным удалением от верхней кромки ремонтируемого трубопровода. В качестве геометрических объектов исследованы положения плоскостей и их пересечения, которые заданы линейными системами уравнений, отражающими взаимосвязь приращений обобщенных координат механизма манипулятора от скоростей выходного звена ковша экскаватора. Исследованы положения указанных геометрических объектов для различных положений механизма манипулятора экскаватора и различных значений скоростей выходного звена. Приведены результаты компьютерного моделирования движения манипулятора экскаватора.

When controlling the motion of the excavator bucket, the operator controls the translational motions in the hydraulic cylinders, which are generally independent. However, ensuring the motion of the cutting edge of the bucket along a given trajectory (for example, along a horizontal straight line) requires certain skills and additional concentration of attention from the operator. This significantly affects the fatigue of the operator during these works. In this case, it becomes relevant to solve the problem of developing an automated control system that makes it possible to calculate the change in the angles of rotation in the rotary joints of the excavator, which provide the specified motion of the bucket. In this case, the operator can only indicate the start and target points of the trajectory and the direction of motion of the bucket. In the article, based on the research, an algorithm has been developed that allows you to simulate the motion of points of an excavator bucket with a given distance from the upper edge of the pipeline. The results of computer simulation of the motion of the excavator manipulator are presented.

плоскости пространства приращений обобщенных координатгеометрическое моделированиесинтез движениямеханизм манипулятора экскаватораремонт трубопроводовкомпьютерное моделирование движенийвыходное звеноmotion synthesisexcavator arm mechanismgeometric modelingpipeline repaircomputer simulation of motionsoutput linkReferencesАладинский В. В., Малков А. Г., Ушаков A. B. Метод ремонта газопроводов с использованием труб, бывших в эксплуатации // Территория Нефтегаз. 2009. № 8. С. 56–60.Aladinskiy V. V., Malkov A. G., Ushakov A. B. Metod remonta gazoprovodov s ispol’zovaniyem trub, byvshikh v ekspluatatsii [Method for repairing gas pipelines using secondhand pipes] // Territoriya Neftegaz. Neftegas Territory. 2009. No. 8. P. 56–60. (In Russ.).Булавинцева А. Д., Мазуркин П. М. Динамика аварий по причиненному ущербу на линейной части магистральных нефтепроводов ОАО АК «Транснефть» // Современные наукоемкие технологии. 2011. № 4. С. 64–67.Bulavintseva A. D., Mazurkin P. M. Dinamika avariy po prichinennomu ushcherbu na lineynoy chasti magistral’nykh nefteprovodov OAO AK «Transneft’» [Dynamics of accidents caused by damage on the linear part of Transneft's main oil pipelines] // Sovremennyye naukoyemkiye tekhnologii. Modern Knowledge-Intensive Technologies. 2011. No. 4. P. 64–67. (In Russ.).Tiratsoo J. About decommissioning of production and transportation of oil: the UK experience // Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation. 2017. № 1. P. 82–83.Tiratsoo J. About decommissioning of production and transportation of oil: the UK experience // Science & Technologies: Oil and Oil Products Pipeline Transportation. 2017. No. 1. P. 82– 83. (In Engl.).Ruggieri C., Fernando D. Numerical modelling of ductile crack extension in highpressure pipeline with longitudinal flaws // Engineering Structures. 2011. Vol. 33 (5). P. 1423–1438. DOI: 10.1016/j.engstruct.2011.01.001.Ruggieri C., Fernando D. Numerical modelling of ductile crack extension in highpressure pipeline with longitudinal flaws // Engineering Structures. 2011. Vol. 33 (5). P. 1423–1438. DOI: 10.1016/j.engstruct.2011.01.001. (In Engl.).Archibald I. C. Soil stabilizer // Pipeline and Gas Journal. 1984. No. 11. P. 44–46.Archibald I. C. Soil stabilizer // Pipeline and Gas Journal. 1984. No. 11. P. 44–46. (In Engl.).Timashev S., Bushinskaya A. Methods of Assessing Integrity of Pipeline Systems with Different Types of Defects // Diagnostics and Reliability of Pipeline Systems. 2016. P. 9–43. DOI: 10.1007/978-3-319-25307-7-2.Timashev S., Bushinskaya A. Methods of Assessing Integrity of Pipeline Systems with Different Types of Defects // Diagnostics and Reliability of Pipeline Systems. 2016. P. 9–43. DOI: 10.1007/978-3-319-25307-7-2. (In Engl.).Mourad N., Rabia K. Pipelines Reliability Analysis Under Corrosion Effect and Residual Stress // Arabian Journal for Science and Engineering. 2015. Vol. 40, Issue 11. P. 3273–3283. DOI: 10.1007/s13369015-1723-9.Mourad N., Rabia K. Pipelines Reliability Analysis Under Corrosion Effect and Residual Stress // Arabian Journal for Science and Engineering. 2015. Vol. 40, Issue 11. P. 3273–3283. DOI: 10.1007/s13369-015-1723-9. (In Engl.).Chen F., Wu Ch. A novel methodology for forecasting gas supply reliability of natural gas pipeline systems // Frontiers in Energy. 2020. Issue 2. DOI: 10.1007/s11708-020-0672-5.Chen F., Wu Ch. A novel methodology for forecasting gas supply reliability of natural gas pipeline systems // Frontiers in Energy. 2020. Issue 2. DOI: 10.1007/s11708-020-0672-5. (In Engl.).Charru F. Hydrodynamic Instabilities. Cambridge University Press, 2011. 391 p.Charru F. Hydrodynamic Instabilities. Cambridge University Press, 2011. 391 p. (In Engl.).Amiya K. L. Material Selection and Performance in Oil and Gas Industry // Applied Metallurgy and Corrosion Control. 2017. P. 269–347. DOI: 10.1007/978-981-10-4684-1_9.Amiya K. L. Material Selection and Performance in Oil and Gas Industry // Applied Metallurgy and Corrosion Control. 2017. P. 269–347. DOI: 10.1007/978-981-10-4684-1_9. (In Engl.).Демиденко А. И., Кузнецов И. С. Совершенствование конструкции рабочего оборудования гидравлического экскаватора // Вестник СибАДИ. 2020. № 17 (1). P. 12–21. DOI: 10.26518/2071-7296-2020-17-1-12-21.Demidenko A. I., Kuznetsov I. S. Sovershenstvovaniye konstruktsii rabochego oborudovaniya gidravlicheskogo ekskavatora [Improvement of the hydraulic excavator’s working equipment] // Vestnik SibADI. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020. Vol. 17 (1). P. 12–21. DOI: 10.26518/2071-7296-2020-17-1-12-21. (In Russ.).Аникин Е. А. Эффективные методы ремонта магистральных трубопроводов. Москва: ИРЦ Газпром, 2001. 108 с.Anikin E. A. Effektivnyye metody remonta magistral’nykh truboprovodov [Effective repair methods for trunk pipelines]. Moscow, 2001. 108 p. (In Russ.).Салюков В. В., Халлыев Н. Х., Селиверстов В. Г. [и др.] Ремонт локальных участков трубопровода. Москва: ИРЦ Газпром, 2001. 73 с.Salyukov V. V., Khallyyev N. Kh., Seliverstov V. G. [et al.]. Remont lokal’nykh uchastkov truboprovoda [Repair of localised pipeline sections]. Moscow, 2001. 73 p. (In Russ.).Притыкин Ф. Н. Виртуальное моделирование движений роботов, имеющих различную структуру кинематических цепей: моногр. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2014. 172 с.Pritykin F. N. Virtual’noye modelirovaniye dvizheniy robotov, imeyushchikh razlichnuyu strukturu kinematicheskikh tsepey [Virtual simulation of robot movements with different kinematic chain structures]. Omsk, 2014. 172 p. (In Russ.).Whitney D. E. The Mathematics of Coordinated Control of Prosthetic Arms and Manipulators // Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Contro. 2010. № 94 (4). P. 303–309. DOI: 10.1115/1.3426611.Whitney D. E. The Mathematics of Coordinated Control of Prosthetic Arms and Manipulators // Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 2010. No. 94 (4). P. 303–309. DOI: 10.1115/1.3426611. (In Engl.).Притыкин Ф. Н., Небритов В. И. Способ преодоления тупиковых ситуаций при движении до целевой точки по произвольной траектории центра выходного звена // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2019. № 12. С. 3–9. DOI: 10.14489/vkit.2019.12.pp.003-009.Pritykin F. N., Nebritov V. I. Sposob preodoleniya tupikovykh situatsiy pri dvizhenii do tselevoy tochki po proizvol’noy trayektorii tsentra vykhodnogo zvena [Method for overcoming the dead ends during movements to the target point along an arbitrary trajectory of the output link center] // Vestnik komp’yuternykh i informatsionnykh tekhnologiy. Herald of Computer and Information Technologies. 2019. No. 12. P. 3–9. DOI: 10.14489/vkit.2019.12.pp.003-009. (In Russ.).Притыкин Ф. Н. Исследование кинематических параметров андроидного робота при автоматизированном синтезе движений по вектору скоростей // Омский научный вестник. 2022. № 2 (182). С. 5–9. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-182-5-9.Pritykin F. N. Issledovaniye kinematicheskikh parametrov androidnogo robota pri avtomatizirovannom sinteze dvizheniy po vektoru skorostey [Study of kinematic parameters of android robot in automated synthesis of motions on velocity vector] // Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2022. No. 2 (182). P. 5–9. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-182-5-9. (In Russ.).Притыкин Ф. Н. Моделирование гиперповерхностей, отражающих взаимосвязь кинематических параметров механизма андроидного робота // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2022. Т. 19, № 7 (217). С. 21–29. DOI: 10.14489/vkit.2022.07.pp.021-029.Pritykin F. N. Modelirovaniye giperpoverkhnostey, otrazhayushchikh vzaimosvyaz’ kinematicheskikh parametrov mekhanizma androidnogo robota [Simulation of hypersurfaces based on the database of kinematic parameters of the android robot mechanism] // Vestnik komp’yuternykh i informatsionnykh tekhnologiy. Herald of Computer and Information Technologies. 2022. Vol. 19, no. 7 (217). P. 21–29. DOI: 10.14489/vkit.2022.07.pp.021-029. (In Russ.).Вертинская Н. Д. Задачи геометрического моделирования технологических процессов. Москва: Издат. дом Академии естествознания, 2015. 132 с.Vertinskaya N. D. Zadachi geometricheskogo modelirovaniya tekhnologicheskikh protsessov [The tasks for geometric modelling of technological processes]. Moscow, 2015. 132 p. (In Russ.).Иванов Г. С. Теоретические основы начертательной геометрии. Москва: Машиностроение, 1998. 158 с. ISBN 5-21702673-1.Ivanov G. S. Teoreticheskiye osnovy nachertatel’noy geometrii [Theoretical foundations of descriptive geometry]. Moscow, 1998. 158 p. ISBN 5-217-02673-1. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.