Ж. М. Адилов академик, доктор экономических наук, профессор

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014  
 
119
Таблица 1. Антропометрические параметры 
 
№ 
Антропометрический параметр 
Величина 
Размерность 
1 
Ширина плеча
*) 
44,6 
см. 
2 
Длина ноги 
90,1 
см. 
3 
Расстояние от опоры  до центра масс 
110 
см. 
4 
Разгибание стопы (движение вверх) 
27 
град. 
5 
Сгибание стопы (движение вниз) 
39 
град. 
6 
Отведение стопы в сторону 
35 
град. 
7 
Движение стопы внутрь 
33 
град. 
8 
Относительно масса ноги  
19,9 
% 
 
*)
 Усредненные данные для мужчин 
 
При  движении  двуногого    робота  система  нога-корпус-нога  имеет  переменную  структуру, 
кинематическая  цепь  робота  имеет  в  разные  моменты  два  состояния:  незамкнутую  (при  переносе 
одной ноги, при прыжке) и замкнутую, когда обе стопы касаются опорной поверхности. На рисунке 1 
приведена новая схема строения ноги шагающего робота [5] 
Здесь  кинематические  пары,  в  которых  относительные  движения  звеньев  осуществляются  с 
помощью  приводов,  снабжены  дополнительными  двухсторонними  стрелками.  Механизм  каждой 
ноги  имеет  6  степеней  подвижности.  Учитывая  функции  ноги  и  фазы  движения,  схема  строения 
выбрана  так,  что  одни  и  те  же  приводы  выполняют  несколько  функций.  Следует  отметить,  что 
предлагаемые  механизмы  ног  не  являются  в  полной  мере    антропоморфными.  Например,  в 
механизмах  ног имеются поступательные соединения, которые  отсутствуют в опорно-двигательном 
аппарате человека.  
На    рисунке  1  показан  башмак  (опора)  1,  который  с  помощью  приводовA
1
,F
1
вращательного 
движения  соединен с голенью 2 . ПриводыA
1
,F
1
 дают возможность вращения башмака относительно 
сагиттальной  и  продольной  оси  при  необходимости  адаптации  к  рельефу  поверхности  и  при  
переносе  ноги.      Условное  бедро  представлено  звеньями  3-6.  Эта  кинематическая  цепь  содержит 
замкнутый  механизм  с  двумя  приводами  В
1
,С
1
  поступательного  движения.    Параллельные 
направляющие  5,4  и  верхняя  часть  бедра  6  образуют  неизменяемую  в  пространстве  конструкцию. 
Указанный  механизм  управляется  двумя  приводами  В
1
,  С
1
,  так,  что  имеется  возможность    изменять 
угол наклона башмака (угол атаки при адаптации башмака) в сагиттальной плоскости.  
 
 
 
Рис. 1. Схема строения ОДМ двуногого робота 
 

●
 Технические науки 
 
                                                    
№2 2014 Вестник КазНТУ  
                    
120 
Тазобедренная часть ноги представлена кинематической цепью из звеньев 7,8,16. Верхняя часть 
бедра 6 образует с тазом 16 шаровое соединение. Приводная кинематическая пара (КП)  D
1
 позволяет 
выполнять  вращение  ноги  относительно  корпуса.  Привод  поступательного  движения  Е
1
с  двумя  КП  
вращательного движения (6-7) и (8-16) позволяет раздвигать ноги. 
 
16
18
6
13
19
20
21
22
23
1
17
 
 
Рис. 2. Макет ОДМ шагающего аппарата 
 
 
На  рисунке  2  представлен  действующий  макет  опорно-двигательного  механизма  с 
управляемыми электроприводами.  
Здесь 
сохранены 
обозначения, 
принятые 
ранее 
(рисунок 
1) 
при 
изображении 
кинематическойсхемы двуногого робота. На рисунке 2 показаны 1,17 – башмаки, которые с помощью 
двигателей  20,21  и  22,23  могут  выполнять  вращения  относительно  горизонтальной  и  вращательной 
оси.  
Углы наклона ног или бедер 6,13 относительно корпуса 16 могут изменять двигатели 18.Также  
показан  пульт  19  ручного  управления  робота.      На  рисунке  3  представлена  3-х  массовая  расчетная 
модель ОДМ. Здесь через S
C
обозначен центр масс корпуса, масса которого составляет больше 60% от 
массы робота. Во фронтальной плоскости при перемещении наблюдаются две позы. 
Первая  поза  образуется  в  положении  упора  на  обе  ноги,  когда  корпус  и  ноги  образуют 
механизм АВСD. В следующий момент  для подготовки к переносу правой ноги след массы корпуса 
переносится  на  левую  стопу,  при  этом  образуется  механизм  AC
1
D
1
B.    Следует  отметить,  что 
изменение  угла  между  корпусом  и  ногами  реализуется    верхне-берцовым  механизмом,        имеющим     
строение кривошипно-ползунного механизма (рисунок 4). 
 

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014  
 
121
A
B
C
D
S
S
C
D
S
S
1
2
c
c
1
1
 
 
Рис. 3. Расчетная модель ОДМ 
 
Y
X
O
A
B
A
B
e
b
b
e


b


 
 
Рис. 4. Метрический синтез верхне-берцовой части ноги 
 
Для того, чтобы добиться максимального размаха ноги производится метрический синтез этого 
механизма. В качестве исходных данных приняты: угол при  максимальном выбросе ноги; γ- углы 
дополнительные  к  углу  давления  в  начальном  γ
e
  и  конечном  положении  γ
в
,  равные  минимальным 
значениям; радиус кривошипа. Определяются длина шатуна, ход поршня Н в виде функции от длины 
кривошипа.  Для  решения  задачи  строится  механизм  в  двух  крайних  положениях.  В  положении 
коромысла ОА
1
проекция точки А
1 
на ось OY равна  Y
A1
 = - rSin

или Y
A1
 =-lSin

.  Отсюда получена 
длина шатуна 



Sin
Sin
r
l 
. Положение ползуна в начальном положении OB
b
равна 
)
(







Cos
Ctg
Sin
r
rCos
lCos
OB
b





.                              (1) 
 
Конечное положение ползуна определяется из  треугольника ОАВ
e 
 
e
e
e
Ctg
rSin
rCos
lCos
OB








                                         
(2) 
 
Путем вычитания из равенства (2) равенство (1) при γ
e=
γ
 =
γ
min
  получим ход поршня 
 
   H=rCos


 
Если  принять,  что  расстояние  между  ногами  равно  ширине  плеч  L.  То  можно  определить 
значение радиуса кривошипа приняв в равенстве  (2)  OB
e
 = 0.9 L.   Механизм 
ноги 
имеет 
переменную    структуру.  Переменная  подвижность  связана  с  тем,  что  управляемые  приводы  могут 
иметь  три  состояния:  выполнять  заданное  перемещение;  не  выполнять  никакого  перемещения,  в 
случае  отсутствия  относительного  движения  соединенные  звенья  превращаются  в  единое  звено;  за 
счет управляемых муфт могут  выполнять относительные движения как обыкновенная КП.  
При  анализе  кинематики  ОДМ    робота  предлагается  использовать  метод  8  параметров  [7]  и 
блочный  способ.  Этот  способ  заключается  в  том,  что  рассматриваются  отдельные  функциональные 
элементы, например,  верхне-берцовый и нижне-берцовый механизм для каждой ноги. 

●
 Технические науки 
 
                                                    
№2 2014 Вестник КазНТУ  
                    
122 
Начало  системы  координат  ОДМ    выбирается  в  точке  S
C
.  Фронтальная  и  сагиттальная  ось 
направляется  по  осям  симметрии  корпуса.  Видов  позиций  может  быть  множество  в  зависимости  от 
поставленной  цели  и  внешней  среды.  Однако  все  задачи  кинематики  могут  быть  решены  с 
применением  блочного  способа,  т.е.  готовых  матриц  преобразования  для  текущей  кинематической 
цепи, соответствующей определенной фазе движения. 
Таким  образом,  в  статье    описан    новый  опорно-  двигательный  механизм  двуногого  робота, 
позволяющий  переносить  стопу  с  шестью  степенями  свободы.  ОДМ  реализован  в  виде  реальной 
конструкции  лабораторного  макета,  который  обеспечивает  реализацию  искуственную  двуногую 
ходьбу  со  статической  устойчивостью.  Модель  робота  выбрана  исходя  из  антропометрических 
параметров человека,произведен синтез некоторых элементов ОДМ . 
 
 
ЛИТЕРАТУРА 
1. 
Шоланов К.С. Шагающий аппарат. А.С.№1716702. -М., 1989. 
2. 
Vukobratovic,  M.,  Borovac,  B.,  Surla,  D.,  &Stokic,  D.  Scientism  fundamentals  of  robotics:  Biped 
locomotion. New York: Springer,1990.-T.7. - 415 p. 
3. 
SpongMW,  Holm  JK  and  Lee  D.  Passivity-based  control  of  bipedal  locomotion.  IEEE  Robotics  and 
Automation Magazine, 2007.-T.14. -P.30-40. 
4. 
Kolter  JZ,  Rodgers  MP  and  Ng AY. A  control  architecture  for  quadruped locomotion  over rough terrain.  In 
Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2008.-P.811–818. 
5. 
Шоланов К.С. Опорно-двигательный механизм ноги двуногого робота по Заявке №2013/0047.1. Пол. 
Решение № 17661. От 10.07.2013.  
6. 
БегунП.И., Шукейло Ю.А. Биомеханика. СПб.: Политехника, 2000.-463 с. 
7. 
Sholanov  K.С.    Night  Parameters  Method  for  Kinematic  Modeling  of  Robots’  Actuating  Mechanisms. 
Proceeding of 11
th
 World Congress in Mechanism and Machine Science, Tianjin, China, 2004. 
 
REFERENCES 
 1. Sholanov KS Walking machine. A.S.№1716702 . M - . 1989 . 
2 .Vukobratovic, M., Borovac, B., Surla, D., &Stokic, D. Scientism fundamentals of robotics: Biped locomotion. 
New York: Springer, 1990.-T.7. - 415 p. 
3  .SpongMW,  Holm  JK  and  Lee  D.  Passivity-based  control  of  bipedal  locomotion.IEEE  Robotics  and 
Automation Magazine, 2007.-T.14. -P.30- 40. 
4  .Kolter  JZ,  Rodgers  MP  and  Ng  AY.A  control architecture  for  quadruped locomotion  over  rough  terrain.  In 
Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2008.-P.811- 818. 
5 .Sholanov KS Musculoskeletal foot biped robot mechanism in the Application № 2013/0047.1. Paul. Decision 
№17661 . From 10.07.2013 . 
           6. Runner PI, Shukeilo YA Biomechanics . St. Petersburg .Politekhnika , 2000.-463 c . 
7.  Sholanov  K.S.  Night  Parameters  Method  for  Kinematic  Modeling  of  Robots'  Actuating  Mechanisms. 
Proceeding of 11th World Congress in Mechanism and Machine Science, Tianjin, China, in 2004 . 
 
Шоланов К.С.,Токеева М.А. 
Екіаяқты роботтың аяғының тіреуіш-қозғалтқыштымеханизмінің синтезі 
Түйіндеме.  Мақалада  қойылған  мақсат  екіаяқты  адымдауыш  роботын      төтенше  жағдайларда    қолдану 
үшін  құрастыру қарастырылады. 
Жұмыста екіаяқты адымдауыш аппараттың  оның қолданыстағы макеті бойынша тіреуіш-қозғалтқышты 
механизмінің  буындарының өлшемдері негізделген.   Кейбір құрама модульдерінің кинематикалық синтезінің 
сұрақтары  ашылған.  Бірыңғай  түрлендіру  матрицасы  мен  блоктық  әдісін  қолданумен  кинематикалық  анализ 
орындауға  сипаттама  берілген,  сонымен  қатар  тіреуіш-қозғалтқышты  механизмінің    есептік  үшмассалық 
модель ұсынылған. 
Түйін  сөздері:    екіаяқты  адымдауыш    аппарат,  кинематикалық  анализ,  синтез,  тіреуіш-қозғалтқышты 
механизм,айнымалы құрылым,  тұйықталған тізбек. 
 
Шоланов К.С.,Токеева М.А. 
Синтез опорно-двигательного механизма ноги двуногого робота 
Резюме. В статье рассматриваются вопросы создания двуногого шагающего робота для использования в 
чрезвычайных ситуациях.   
Обоснованы  размеры звеньев опорно-двигательного  механизма          двуногого шагающего аппарата по 
его  действующему  макету.  Рассмотрен        кинематический  синтез      некоторых  составных  модулей.  Дана 
характеристика выполнения кинематического  анализа с применением блочного метода и матриц однородного 
преобразования, а также предложена расчетная трехмассовая модельопорно-двигательного механизма.  

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014  
 
123
Ключевые слова:  двуногий шагающий аппарат, кинематический анализ,  синтез, опорно-двигательный  
механизм, переменная структура, замкнутая цепь. 
 
Sholanov K.S., Tokeyeva M.A. 
The synthesis of musculoskeletal mechanism legs biped robot 
Summary. The article examines the creation of a bipedal biped robot for use in emergency situations. 
Reasonable  amount  of  links  musculoskeletal  mechanism  bipedal  walking  machine  in  his  current  layout  .  
Kinematic synthesis  of component   modules.  The characteristic performance  of kinematic analysis using the block 
method  and  the  homogeneous  transformation  matrices  ,  as  well  as  the  proposed  design  three-mass  model  of  the 
musculoskeletal mechanism. 
Key  words:  biped  walking  machine,  kinematic  analysis  ,  synthesis  ,  musculoskeletalmechanism,  variable 
structure , closed circuit. 
 
 
УДК 622.276:553.661.002.8 
 
А.В. Есенгазина  
(Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева 
Алматы, Республика Казахстан) 
 
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ИНДУСТРИИ 
 
Аннотация. 
Нефтегазовые 
компании 
Казахстана 
считают 
наиболее 
правильным 
способом 
предпродажное  гранулирование  и  упаковку  выходящей  серы.  Анализ  существующего  состояния  переработки 
попутных  отходов  при  добыче  нефти  и  газа  показывает,  что  вопрос  качества  утилизации  серы  является 
актуальным.  Для  качественного  решения  проблемы  утилизации,  необходимо  решить  следующие  задачи: 
проанализировать  объемы  утилизации  серы  на  предприятиях  нефтегазовой  отрасли  Казахстана;  изучить 
технологические  процессы  преобразования  серы  в  безвредный  продукт;  изыскать  пути  уменьшения  вредного 
влияния серы на экологию и здоровье человека. Представлены результаты анализа существующих переработки 
отходов нефтегазовой индустрии Казахстана. 
Ключевые слова: нефтегазовая индустрия, добыча нефти и газа, сера, переработка, грануляция. 
 
В  Казахстане  нефтегазовая  индустрия  в  настоящее  время  развивается  как  в  направлении 
увеличения  добычи  нефти  и  газа,  так  и  в  направлении  создания  и  внедрения  инновационных 
технологий по переработке ее отходов. 
Сегодня  основная  добыча  нефти  и  газа  осуществляется  в  Мангистауском  регионе  Казахстана. 
Прогноз потребления нефти США, Китай и Индии в 2010-2030 гг. представлен на рисунке 1. [1] 
 
 
Рис. 1. Диаграмма потребления нефти в ведущих странах мира 
 

●
 Технические науки 
 
                                                    
№2 2014 Вестник КазНТУ  
                    
124 
Распределение  доли  производителей  нефти  в  Казахстане  можем  представить  на  период  2010 
года в виде  диаграммы [2]. Данная диаграмма составлена автором на основе изучения материалов и 
публикаций по ведущим компаниям в нефтегазовой отрасли Казахстана (рисунок 2).  
 
Казахтуркмунай 0,25 %
Казахойл Актобе 0,90 
%
CCEL 1,87 %
ПКЗ Кумколь 3,51 %
Тургай Петролеум 
3,56%
Казгермунай 3,79 %
Мангистаумунайгаз 6,5 
%
Актобемунайгаз 7,07 %
 
 
Рис. 2. Доля производителей нефти на рынке Казахстана 
 
Одной  из  современных  технологий  утилизации  отходов  при  добыче  нефти  или  газа,  которая 
внедрена  в  практику  компанией  «British  Petroleum  Exploration  Alaska»  и  применяется  на 
месторождениях  США,  является  реинжекция,  т.е.  закачивание  отходов  бурения  и  нефтегазодобычи 
обратно  в  подземные  пласты  через  специально  пробуренную  или  уже  существующую  скважину. 
Такая  технология  является  экологически  безопасной,  позволяет  надежно  изолировать  буровые 
отходы  глубоко  под  землей  в  естественных  природных  резервуарах  [3].  Данная  технология 
используется компанией с 1990 года.  
 
 
Рис. 3. Гигантский запас комовой серы 
 
Одним из сопутствующих отходов при добыче нефти и газа является сера. В настоящее время 
серные карты (места открытого хранения) имеются практически во всех нефтяных компаниях. О том, 
что сера является вредным или безвредным элементом, говорят и ученые, и экологи, и медики [4].  
Несколько лет назад на серных картах завода в Жылыойском районе скопились гигантские запасы 
комовой серы, образующейся в результате переработки нефти (рисунок 3). Споры по поводу её хранения, 
относящейся к IV классу опасности, не утихают давно. ТШО уверяет, что она абсолютно безвредна для 
человека.  Экологи,  наоборот,  считают:  этот  химикат  вызывает  воспаление  слизистых  оболочек  глаз  и 

●
 Техникалық ғылымдар 
 
ҚазҰТУ хабаршысы №2 2014  
 
125
верхних дыхательных путей, раздражение кожного покрова и заболевание желудочно-кишечного тракта, 
и держать серу под  открытым небом нельзя. Известный ученый, академик Муфтах Диаров считает, что 
под  воздействием  гидрометеорологических,  временных  факторов  сера  подвергается  эрозии, 
растрескивается,  разрушается,  и  в  дальнейшем  процессы  разрушения  только  ускоряются.  При  этом 
выделяется  большое  количество  сероводорода,  сернистого  ангидрида  и  полисульфидов,  которые 
негативно влияют на экологическую ситуацию вблизи серных карт.   
Современное  состояние  вопроса  утилизации  отходов  при  добыче  нефти  и  газа,  позволяет 
сделать  вывод  о  том,  что  проблема  утилизации  является  актуальной.  Это  связано  с  требованиями 
международных  стандартов  (ISO  9001,  14001,  OHSAS  18001,  ISO/TS  29001,  НАССР)  по  экологии  и 
безопасности жизнедеятельности в регионах Казахстана, занятых добычей нефти и газа. 
Из серы производят серную кислоту, с  её помощью выщелачивают руды, делают удобрения и 
взрывчатые  вещества.  Однако  производство  серы  опережает  её  потребление,  и  всё  движется  к  её 
переизбытку на мировом рынке и увеличению складских запасов [5]. 
Мировой  рынок  серы  по  прогнозам  до  2020  года  будет  иметь  устойчивую  тенденцию 
превышения  производства  серы  над  ее  сбытом.  С  учетом  возрастающей  добычи  и  переработки 
сернистых  нефтей  и  газоконденсатного  сырья,  а  также  более  глубокой  очисткой  от  серы 
нефтепродуктов,  профицит  производства  серы  будет  возрастать.  Поэтому  возникает  необходимость 
разработок экологически безопасных вариантов длительного хранения серы [6]. 
Современные технологии переработки отходов при добыче нефти и газа имеют ряд недостатков, в 
том  числе  недостаточный  уровень  развития  отечественных  технологий  глубокой  переработки  нефти  и 
газа; 
применение 
импортных 
катализаторов; 
низкий 
уровень 
использования 
современного 
экспериментального  оборудования  для  прикладных  исследований.  Одним  из  решений  возникающих 
проблем  является  ускоренное  развитие  наукоемких  технологий  переработки  нефти  и  газа,  в  том  числе 
переработки серы, как одного из наиболее масштабных отходов при добыче нефти и газа [7]. 
В настоящее время  одной из наиболее перспективной технологией переработки серы является 
ее  грануляция.  Гранулированная  сера,  хотя  и  требует  специальной  техники  получения,  относится  к 
разряду более предпочтительных форм. Достоинствами гранулированной серы являются: удобство и 
безопасность при хранении и транспортировке (любым видом транспорта), низкие потери, улучшение 
санитарно-гигиенических  условий  труда  и  культуры  производства.  Варьирование  технологических 
приемов гранулирования (воздушное, в кипящем слое, водяное) позволяют регулировать размеры (от 
0,5  до  6  мм)  и  форму  гранул  (зерна,  окатыши,  капсулы,  шарики  и  др.).  Считается,  что  лучшей 
геометрической  формой  хрупкой  твердой  серы  является  сферическая.  Непрерывно  растущим 
спросом  характеризуется  жидкая  сера  как  первичная  форма,  имея  в  виду  базовое  производство 
(способ  Клауса)  и  приготовление  из  нее  других  форм.  Известны  также  бактерии,  обладающие 
способностью 
вырабатывать 
серу. 
Некоторые 
микроорганизмы, 
в 
качестве 
продуктов 
жизнедеятельности,  образуют  специфические  соединения  серы  (так,  например,  грибки  синтезируют 
серосодержащий антибиотик пенициллин) [4].  
Выполненные  исследования  в  области  применения  современных  технологий  утилизации 
отходов нефтегазовой индустрии позволяют сделать следующие выводы: 
-  современная  добыча  нефти  и  газа  на  территории  Казахстана  непременно  должна 
сопровождаться применением новых методов утилизации особо вредных отходов; 
-  к одним из наиболее вредных и объемных отходов нефтегазовой индустрии является сера; 
- наиболее перспективной для Казахстана является технология грануляции серы, что позволит 
складировать ее или транспортировать на перерабатывающие производства.  
 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Кешубаева  З., Евнина  Е.  RFCA  Ratings:  Анализ  нефтедобывающей  отрасли  Республики  Казахстан.  – 
Алматы, 2012 г.  
2. Статистические данные Агентства по статистике РК, Алматы, за 2009, 2010 гг., //www.stat.kz. 
3.  Выдержка  из  книги  Гафаров  Н.А.  «Мегапроект  газ  Аляски  Современные  технологии,  правовое 
обеспечение, государственная поддержка». 
4. Доссор процессинг компани http://terminaldossor.asia/sulphur-ru.php. 
5.  http://m.megapolis.kz/art/Seri__menshe_nefti__bolshe  -  «Мегаполис»-серьезная  газета  для  серьезных 
людей. 
6. Инжиниринг http://astreng.ru/hranenie_sery.php. 
7. Современные технологии переработки нефти и газа http://www.bestreferat.ru/referat-214809.html. 
 

жүктеу/скачать 38,33 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: