[发明专利]一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法

说明书

本发明公开了一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，包括步骤（1）测量获取工程机械工作装置实际几何参数、液压缸位置参数、材料参数、工作负载变化参数、液压缸活塞杆位移参数，根据获取的参数建立三维模型、建立动力学模型；步骤（2）依据工程机械实体多路阀液压系统建立多路阀液压系统模型、建立动力学模型与多路阀液压系统模型数据交互；步骤（3）加入反馈控制模块使液压缸活塞杆位移误差得到反馈。通过上述步骤建立起工程机械工作装置数字孪生模型；步骤（4）在建立的数字孪生模型基础上加入势能回收与利用模块，优化工程机械势能节能效率。此方法将工程机械状态实时进行反馈调整，提升势能节能效率研究的可靠性。

技术领域

本发明属于工程机械液压节能环保领域，涉及一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法。

背景技术

节能与环保一直是一个热议的话题，而工程机械一直都是以能源消耗及排放巨大著称，工程机械在运行过程中势能的变化较为频繁，大部分势能都没有被进行有效的回收与再利用，所以对于工程机械势能回收与再利用及对工程机械势能节能效率方法的研究显得尤为重要。

目前对于工程机械势能节能效率的研究主要基于以下两种方法：一是液压系统模型的改造、二是对传统工程机械进行结构改进，为了节省支出，所以这二者都先以计算机辅助进行仿真研究。但是由于工程机械工况复杂、负载变化大，虚拟仿真中的到的节能液压系统模型以及结构上改进的工程机械在实际工程应用上效果并不能达到预期。

数字孪生技术近几年发展比较迅速，各个领域也都纷纷在运用数字孪生技术，工程机械上对于数字孪生也有了一定的涉足，比如数字孪生环境下工程机械装配，通过物理实体空间、数字空间和数据互联的建立，实现生产装配过程的虚拟化，提高装配效率；再如基于数字孪生技术对工程机械零部件状态进行检测，对零部件工况实时跟踪，提高工程机械故障及运行状态监测结果准确性。数字孪生技术能够克服现有建模方法不能实时完整反映工程机械工况的缺陷，基于数字孪生的建模方法更加接近于实际情况，研究结果对工程应用更加具有指导性意义。

发明内容

本发明提供一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，解决现有技术中对于工程机械的工况不能实时反映于虚拟仿真所造成的研究结果跟实际状态不符合的情况，并且能够综合考虑到实际工程机械材料属性等固定参数以及负载波动等变化参数，建立的反馈控制模块能够对液压缸活塞杆位移进行实时动态调整，势能回收与再利用模块能够对工程机械势能进行有效的回收与再利用。本发明提供了一种将工程机械实体参数多角度、全覆盖进行势能节能效率研究的方法。

本发明所采用的技术方案是一种基于数字孪生的工程机械势能节能效率研究方法，包括以下步骤：

步骤（1）：测量获取工程机械工作装置实际几何参数、液压缸位置参数、材料参数、工作负载变化参数、液压缸活塞杆位移参数，工程机械其余部分做简化处理；依据几何参数、液压缸位置参数利用三维软件solid works建立简化工程机械三维模型，将简化工程机械三维模型导入机械系统动力学分析软件Adams中，依据材料参数、工作负载变化参数建立工程机械工作装置的动力学模型，模拟工程机械工作装置实际工况动作；

步骤（2）：依据工程机械实体多路阀液压系统在液压系统建模与仿真软件Amesim中建立工程机械工作装置多路阀液压系统模型，多路阀液压系统模型中各个元件与实际工程机械工作装置多路阀液压系统的元件选型与设置保持一致，将工程机械工作装置多路阀液压系统模型与动力学模型之间的相关变量参数作为Amesim软件与Adams软件之间的数据传输，对工程机械工作装置的动力学模型与多路阀液压系统模型进行联合仿真；

步骤（3）：在液压系统建模与仿真软件Amesim中加入反馈控制模块，液压缸活塞杆位移参数输入多路阀液压系统模型中，得到实时位移仿真结果反馈，实时仿真结果再与输入的液压缸活塞杆位移参数进行实时误差计算，误差计算后再进入反馈控制模块，调整反馈控制模块参数，使工程机械工作装置动作与实际情况保持一致。通过上述步骤建立起工程机械工作装置数字孪生模型；