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液压支架数字孪生体联合建模方法

王宏伟 武亚丹 陈龙

王宏伟,武亚丹,陈龙. 液压支架数字孪生体联合建模方法[J]. 工矿自动化,2022,48(10):13-19.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022080010
引用本文: 王宏伟,武亚丹,陈龙. 液压支架数字孪生体联合建模方法[J]. 工矿自动化,2022,48(10):13-19.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022080010
WANG Hongwei, WU Yadan, CHEN Long. Hydraulic support digital twin joint modeling method[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(10):13-19.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022080010
Citation: WANG Hongwei, WU Yadan, CHEN Long. Hydraulic support digital twin joint modeling method[J]. Journal of Mine Automation,2022,48(10):13-19.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022080010

液压支架数字孪生体联合建模方法

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2022080010
基金项目: 国家重点研发计划项目(2020YFB1314004);国家自然科学基金项目(52274157);山西省揭榜招标项目(20201101005,20201101008)。
详细信息
    作者简介:

    王宏伟(1977—),女,黑龙江勃利人,教授,博士,博士研究生导师,主要研究方向为煤机装备智能化、人工智能与5G+智慧矿山等,E-mail:lntuwhw@126.com

    通讯作者:

    武亚丹(1998—),女,山西太原人,硕士研究生,研究方向为煤矿智能化、数字孪生建模,E-mail:784485624@qq.com

  • 中图分类号: TD355

Hydraulic support digital twin joint modeling method

  • 摘要: 目前液压支架建模方法存在建模方式单一、缺乏模型内部动作表达等问题,难以实现数字孪生模型的深度知识挖掘,且液压支架的建模只单独研究机械或者液压部分,很难掌握其整体动态特性。针对上述问题,以掩护式液压支架ZY6800/08/18D作为研究对象,提出了一种液压支架数字孪生体联合建模方法。利用SolidWorks软件建立液压支架机械系统和液压系统的三维实体模型,将三维实体模型生成.sldasm格式文件导入MapleSim软件中,使用运动副连接机械部分,液压元件连接液压部分,建立液压支架机械系统孪生模型和液压系统孪生模型,二者联合,与物理体通过数据库进行数据交互与模型优化。为了使模型1∶1映射物理体,建立了液压支架数字孪生体,包括系统层、信息层、物理层。对构建好的液压支架数字孪生体进行虚实一致性实验,在物理体与孪生体立柱输入相同信号的条件下分析二者连杆的角度变化是否一致,验证模型的合理性与准确性。结果表明:物理体与孪生体连杆角度拟合度为0.986,接近1,拟合程度较好,表明真实数据驱动下的孪生模型位姿信息与物理体运行结果基本一致;连杆角度的整体误差为−0.198~ +0.185°,在倾角传感器精度范围内,满足精度要求。数字孪生模型运动规律符合液压支架实际运动状态,实现了物理体与其孪生体的相互映射和交互融合。

     

  • 图  1  液压支架三维装配模型

    1−掩护梁; 2−顶梁; 3−立柱; 4−推移装置; 5−底座; 6−连杆。

    Figure  1.  Three dimensional assembly model of hydraulic support

    图  2  机械系统孪生模型

    1−转动副;2−背部调整油缸;3−顶梁;4−立柱;5−球铰运动副;6−推移装置;7−底座;8−掩护梁。

    Figure  2.  Mechanical system twin model

    图  3  立柱液压系统孪生模型

    1−恒流源;2−溢流阀;3−三位四通换向阀;4−液压缸;5−单向阀;6−立柱一级缸;7−位移传感器;8−立柱二级缸;9−活塞杆;10−逻辑与门;11−真值转换器;12−时间表;13−大于等于运算符;14−恒定电流;15−小于等于运算符。

    Figure  3.  Column hydraulic system twin model

    图  4  立柱二级缸液压系统仿真曲线

    Figure  4.  Simulation curves of hydraulic system of column two cylinder

    图  5  液压支架数字孪生体组成结构

    Figure  5.  Hydraulic support digital twin composition structure

    图  6  信号采集系统

    Figure  6.  Data acquisition system

    图  7  液压支架映射关系

    Figure  7.  Hydraulic support mapping relationship

    图  8  信号输入

    Figure  8.  Signal input

    图  9  支架连杆运动分析

    Figure  9.  Motion analysis of support connecting rod

    图  10  连杆角度误差曲线

    Figure  10.  Error curve of connecting rod angle

    表  1  液压支架机械结构添加约束

    Table  1.   Adding constraints to the mechanical structure of hydraulic support

    第1构件第2构件约束类型
    底座连杆转动副
    掩护梁连杆转动副
    顶梁掩护梁转动副
    立柱一级缸底座球铰运动副
    活塞杆顶梁球铰运动副
    立柱一级缸立柱二级缸移动副
    立柱二级缸活塞杆移动副
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-02
  • 修回日期:  2022-10-08
  • 网络出版日期:  2022-09-09

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