数字孪生技术 配套课件.ppt

5.2数字孪生技术在工程机械设计中的应用5.2.2数字孪生在矿用挖掘机设计中的应用实例为了上述目标，应达到以下目的：-建立运行设备单元的参数模型；-建立从主驱动装置到操作设备的能量流模型；-当挖掘机进行挖掘作业时，模拟作业设备的功率流分布情况参与挖掘工作；-建立具有可调特性的模型；-建立挖掘过程的运动学模型；-模拟挖掘过程，记录操作设备上的载荷要素；-模拟挖掘过程，记录操作设备元件上的载荷；-根据获得的时间和运动图，对操作设备结构进行静态和动态计算根据所获得的时间和运动图，对运行设备结构进行静态和动态计算，并考虑所获得的应力应变行为；-模拟产品寿命期间运行模式的变化。5.2数字孪生技术在工程机械设计中的应用5.2.2数字孪生在矿用挖掘机设计中的应用实例采矿挖掘机的操作模拟已经在挖掘机模拟综合体EKG-18R(训练模拟综合体属于以P.G.KorobkovLLC命名的IZ-KARTEKS)中部分实现，特别是挖掘运动学和主驱动器的能量传递已经建模。还有部分对胸部进行了建模。训练综合体的运行原理是基于最大程度接近真实设备的挖掘机计算模型，同时考虑到电力驱动类型和安装的操作设备可能发生的变化。训练综合体的软件和算法允许记录挖掘机的标准信息和诊断系统(IDS)的指示:在挖掘周期中转移的岩体体积，主驱动器的实际能量参数值阵列等。实验表明，训练综合IDS记录的参数值与实际挖掘机在挖掘周期中的测量值基本吻合。至此，完成了作业设备中功率流分布的建模在仿真框架内，改变了切割角度(挖掘尖头轴线与铲斗之间的夹角，通过调整铲斗与铲斗的连接环节来改变角度)。5.2数字孪生技术在工程机械设计中的应用5.2.2数字孪生在矿用挖掘机设计中的应用实例挖掘挖掘机数字孪生体创建不同阶段的工作成果，应集成到设备的信息诊断系统中。这样就形成了工作的统计基础，并有可能将产品生命周期控制和MRO优化到实际情况和运行方式；它将为维修单位提供广泛的可能性来分析产品的当前状态。现代矿用挖掘机都配备了库存IDS，这就要求将DTT（数字孪生）与IDS中的程序和算法相结合，以便在制造商状态监控维修过程中控制设备的生命周期，及时正确地进行维修干预。5.2数字孪生技术在工程机械设计中的应用5.2.2数字孪生在矿用挖掘机设计中的应用实例数字孪生技术的应用可以帮助企业降低开发成本、缩短新产品上市周期，提升质量管理与改进水平。为确保产品开发过程中的质量和成本管理，企业应建立数字孪生技术应用的质量管理与改进体系，包括质量目标、计划、控制和改进。质量控制体系应从数字孪生模型和数据两个方面入手，确保产品性能和质量得到有效控制。算法如右图所示。5.2数字孪生技术在工程机械设计中的应用5.2.2数字孪生在矿用挖掘机设计中的应用实例同时，建立质量改进体系，通过数字孪生技术进行产品性能和质量分析与评价，持续改进产品设计过程中的问题和不足之处。通过这样的质量管理与改进体系，企业可以更好地利用数字孪生技术实现产品质量的提升和成本的控制，推动企业的持续发展和竞争力提升。5.2数字孪生技术在工程机械设计中的应用5.2.3数字孪生在挖掘机性能优化中的应用数字孪生技术作为一种新兴的智能化技术，可以实现物理实体与虚拟模型之间的实时映射，同时具有预测、监控、分析、优化等功能。数字孪生技术在工程机械领域的应用是近年来的研究热点，可以提高产品设计质量和效率，缩短研发周期。以某20t挖掘机为研究对象，结合挖掘机设计特点与需求，提出了基于数字孪生技术的挖掘机性能优化方法。液压挖掘机是工程机械中重要的一类机械，其性能的好坏对工程建设具有重要意义，因此对液压挖掘机性能进行优化也就成为一项重要的研究内容。在液压挖掘机性能优化中，通常采用参数化建模的方法，将模型建立在机械系统或液压系统的基础上，然后利用基于虚拟样机的仿真技术和智能优化算法进行优化。5.2数字孪生技术在工程机械设计中的应用5.2.3数字孪生在挖掘机性能优化中的应用反铲液挖型掘机的工作装置由11个运动件和15个低副组成开链连杆机构，其自由度为3，即通过控制3组液压缸相对运动完成作业。图5.14所示为反铲液压挖掘机工作装置示意，其空间任一种姿态可由机构之间的相对转角或３组液压缸的长度确定。通过D-H建模建立其运动学模型并推导θ2、θ3、θ4和LFC、LDH、LEK之间的转换关系，即可得到挖掘机空间中任一挖掘点的位姿，其中θ2、θ3、θ4分别表示前一个机构相对后一个机构之间的转角，LFC、LDH、LEK分别表示三组液压缸长度。反铲工作装置主要是用于停机面以下的挖掘工作，根据其挖掘特点选取主要挖掘区域为：高度方向从地面以下0～DD1(DD1为最大挖掘深度)；水平方向