CAD技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用

張曉鷗

摘要：農(nóng)業(yè)機械因其工作環(huán)境比較復雜，使用過程中極易受到農(nóng)作物、土壤等因素的影響。CAD技術用于農(nóng)業(yè)機械設計中，有利于降低設計難度，從而提升農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品質量。下文在闡述CAD技術基礎上，以液壓懸掛裝置為對象，詳細分析CAD技術的應用，在此基礎上，由全過程優(yōu)化、綠色設計等方面入手，指出這種技術的應用方向，以期為類似研究提供一定的參考。

關鍵詞：CAD技術;設計;農(nóng)業(yè)機械;液壓懸掛裝置

中國是世界上的農(nóng)業(yè)大國，只有重視普及農(nóng)業(yè)機械，方可帶動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)量的提高。當前，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械已經(jīng)無法滿足新型農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，必須向更高質量和全自動化方向發(fā)展，信息化的快速發(fā)展給農(nóng)業(yè)機械發(fā)展提供了強有力的支撐和發(fā)展空間[1]。CAD技術在農(nóng)業(yè)機械設計中應用主要有：傳統(tǒng)的手工繪圖存在速度慢、精度差等問題，無法支撐農(nóng)業(yè)機械設計的需求，而CAD技術是一種現(xiàn)代化的設計技術[2]，其用于農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計中，能有效提高所設計產(chǎn)品的質量及工作效率[3]。CAD技術能由整體上對農(nóng)業(yè)機械實施創(chuàng)新，提高所設計農(nóng)業(yè)機械的便捷性，縮短產(chǎn)品設計周期，對于推進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械設計自動化發(fā)揮著重要的作用[4]。杜岳峰[5]研究了農(nóng)業(yè)機械智能化設計技術發(fā)展現(xiàn)狀，構建了農(nóng)業(yè)機械智能化設計技術體系，該體系中包括農(nóng)機裝備設計要求、功能結構設計要求、整機/部件設計、標準化、通用化設計方法、關鍵零部件模型庫、整機模型庫、CAX工具集（CAD、CAE、CAM）、CAX二次開發(fā)、虛擬實現(xiàn)技術。農(nóng)業(yè)機械模塊化設計中包括模塊劃分方法、模塊化方案優(yōu)化與評價。高金燕[6]研究了智能CAD技術在農(nóng)業(yè)機械設計中應用，主要從概念設計、變形設計的理論與方法、農(nóng)業(yè)機械領域設計特點等進行分析，得到農(nóng)業(yè)機械設計領域特點包括：結構類型多、型號多、功能結構比較穩(wěn)定、農(nóng)業(yè)機械設計試驗受到季節(jié)性影響比較大增加了研發(fā)周期。CAD技術應用解決了概念設計模型與結構設計模型兼容問題，使用智能CAD技術能夠提高產(chǎn)品設計效率。

1 CAD技術優(yōu)點和農(nóng)業(yè)機械工程設計特點

1.1 CAD技術優(yōu)點

為有效提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，廣大設計人員開始把CAD技術用于農(nóng)業(yè)機械設計領域，期望采用數(shù)字化技術與工業(yè)化完美結合為中國農(nóng)業(yè)發(fā)展開創(chuàng)新的路徑[7]。農(nóng)業(yè)機械設計是農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品制造的重要一環(huán)，受到廣大專業(yè)人士及農(nóng)民的關注及重視。在上述背景下，多數(shù)設計人員考慮把現(xiàn)代化技術引入設計內，從而提升農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的設計效果及質量。CAD是一款計算機輔助軟件，其具有繪圖功能、編輯功能等，促使設計人員設計出滿意的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品。此外，設計人員可通過CAD技術繪制相應的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品圖紙后，把文件修改為任意格式，確保圖紙能夠根據(jù)格式轉換導入到其他軟件內。合理使用CAD技術有利于提升所設計農(nóng)業(yè)機械的精準性，達到新時期農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的實際需求。采用CAD技術能夠把零件合理用于裝配環(huán)境內，設計人員開展設計時可參考其他零件大小，確保各零件之間相互銜接，提高農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計質量。利用三維模型對農(nóng)業(yè)機械零件實施分解，特別是比較復雜的零件，通過CAD計數(shù)逐步優(yōu)化零件構造，達到設計裝配原理需求，促使農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品實現(xiàn)便捷化設計[8]。使用CAD技術對農(nóng)業(yè)機械展開設計，有利于提升農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品質量及其性能。質量作為檢驗一種產(chǎn)品的重要標準，開展設計時，依托CAD技術能充分擴展設計人員的思路，靈活使用先進的理念，提高所設計零件的立體性，優(yōu)化產(chǎn)品的性能。靈活使用CAD技術有利于縮短農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計時間，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)品設計效率，縮短所用設計周期。

1.2 農(nóng)業(yè)機械工程設計特點

農(nóng)業(yè)機械種類繁多，據(jù)統(tǒng)計目前已經(jīng)有20多種，設計的范圍多種多樣。根據(jù)農(nóng)業(yè)機械的使用價值，可以將其種類分為農(nóng)業(yè)動力機械、家禽機械和農(nóng)田作業(yè)機械三大類。其中農(nóng)業(yè)動力機械包括拖拉機、農(nóng)田基建機械等。家禽機械包括牧草收割、飼料加工機械等。農(nóng)田作業(yè)機械包括水稻種植、播種、深耕深翻、聯(lián)合收割機等。農(nóng)業(yè)機械的內部結構包含多個子系統(tǒng)，涉及的范圍比較廣，包括驅動系統(tǒng)、農(nóng)機動力系統(tǒng)等。以農(nóng)業(yè)拖拉機為例，其動力系統(tǒng)是直接安裝到農(nóng)機結構上，包括動力輸出軸、拖掛裝置和牽引裝置等。液壓懸掛裝置則是包括懸掛、控制、液壓三個系統(tǒng)等。因此，要想研發(fā)出高質量、效率高的農(nóng)業(yè)機械，必須要有較強的設計能力和專業(yè)知識能力等。

2 CAD技術應用實例分析

2.1 拖拉機液壓懸掛裝置原理

對農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品進行設計時，要嚴格根據(jù)農(nóng)業(yè)機械設計內容展開操作。如：拖拉機想要開展各項作業(yè)，需要與之配套的農(nóng)具連接起來，依據(jù)配套農(nóng)具與拖拉機連接方法的差異，通常劃分為牽引式、半懸掛及懸掛式。懸掛農(nóng)具依托拖拉機液壓系統(tǒng)得到拖動，對農(nóng)具進行上升、降落操作，農(nóng)具則利用懸掛裝置與拖拉機有效 連接起來。因此，拖拉機懸掛裝置、農(nóng)具及液壓系統(tǒng)構成一個整體，即：液壓懸掛裝置。液壓懸掛裝置作為拖拉機的掛機與升降工具，支持對作業(yè)機具進行傳遞牽引。為改善所合集液壓懸掛裝置的性能，實際設計時，先要確保連桿位置達到國家規(guī)定各項標準，實際運行中，牽引裝置與各類農(nóng)具接口發(fā)揮良好的互換性[9]。除此以外，還應保障所設計的裝置顯示出強大的牽引力。在這種設計模式下，方可使農(nóng)機充分發(fā)揮出入土功能。必須注意，液壓懸掛裝置擺動時期，相關人員應將擺動幅度控制在恰當?shù)姆秶畠?，因此，對限位機構實施合理的設計。

2.2 結構及CAD繪圖設計

對液壓懸掛裝置結構進行設計時，要依據(jù)原理圖展開，通過設計者對機械設備材料、尺寸等展開分析及調整。因液壓懸掛裝置控制農(nóng)具提升、下降等操作主要借助控制分配器的主控制閥時間，為盡可能使用原拖拉機的液壓元件，如：液壓泵、濾清器等，見圖1。

具體設計時，依據(jù)約翰—迪爾天拖1204拖拉機系統(tǒng)流量、工作壓力及其功率等要求選擇回路，達到以上要求。1204拖拉機各項參數(shù)見表1。

為確保安全經(jīng)濟節(jié)能效果，拖拉機所用液壓懸掛裝置設計上下懸掛裝置，與拖拉機間進行嚴格的控制，確保裝置展現(xiàn)出良好的動力輸出效率。通過簡單的三位四通電磁換向閥（見圖2）構成液壓油路控制小油缸這一設計方案，依托小油缸活塞桿與主控制閥固定連接及移動對位置進行控制，合理控制農(nóng)機具的提升、中立等過程。對其高度進行設計時，要重視提高設計的合理性。除此以外，工作人員開展水平距離分析，確保能夠達到當下設計需求，在一定程度上提高設計的合理性。采用CAD技術必須構建模型圖，開展三維建模分析，借助計算機高強的計算能力，及時了解那些潛在的故障問題。加之，農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計時充分按照結構剛度矩陣方法，實施組集分集及處理。尤其實施邊界條件處理時，對農(nóng)機機架及其機接頭部位開展針對性分析，確保所設計產(chǎn)品并未出現(xiàn)一系列缺陷。

3 CAD技術應用方向分析

3.1 全過程優(yōu)化

對農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品進行設計時，必須把不同方面的問題考慮在內，由備選方案內挑選最佳的方案，盡量達到農(nóng)機設計的具體要求[10]。通常狀況下，要注意依據(jù)農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計理論、規(guī)范要求等進行設計，依托創(chuàng)建的數(shù)學模型采用計算機計算完成求解。傳統(tǒng)設計中也有優(yōu)化設計的內容，但其使用范圍有所局限，難以達到新時期市場對于農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品提出的各項要求。利用CAD的全過程優(yōu)化功能，支持開展前后處理，獲得滿意的優(yōu)化結果，從而為農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計提供諸多技術支持。例如：某農(nóng)業(yè)機械實際使用中，對所用機械設備展開設計，查找器能夠自動列出并找到零件有待識別的命令指令，通過鼠標點擊相應的命令即可彈出具體的說明。整個制作過程可借助動畫形式進行演示，當零件必須進行修改，點擊命令指令即可進入相應的編輯環(huán)境。

3.2 系統(tǒng)設計

如今，農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品種類較多，且結構復雜，必須借助全方位的控制系統(tǒng)對農(nóng)機進行精準的控制。所用農(nóng)機設備中，執(zhí)行、傳動等系統(tǒng)均是不可缺少的內容。借助CAD技術，支持對影響農(nóng)機水深運行因素展開分析，進一步明確存在的問題及其與影響因素的相關性，挑選恰當?shù)姆绞綄AD模型實施求解，借助預測評價系統(tǒng)，對產(chǎn)品展開評價與修正處理，進一步完善所設計的系統(tǒng)。如：基礎CAD模型包含方體、球體等形狀，進行設計時可以對其開展模擬仿真處理，促使所設計的方案更可靠、穩(wěn)定[11]。

3.3 綠色設計

開展綠色設計時，應將所設計產(chǎn)品的環(huán)境屬性考慮在內，不但要滿足目標實際需求，也應設法降低設備運行階段的能源消耗。這種情況下，對綠色產(chǎn)品開展設計應以環(huán)境指標為依據(jù)，挑選恰當?shù)纳a(chǎn)產(chǎn)品原材料，盡可能減少能源消耗，降低其產(chǎn)生的毒副作用。在農(nóng)業(yè)機械設備使用時，要重視所用材料的回收及重復利用，或采用經(jīng)過拆卸可使材料重新再利用，不僅可以節(jié)約能源，也能提升機械工作效率。如：某農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)使用CAD技術進行設計時，軟件具備成本控制能力，可以在較短時間引導用戶掌握恰當?shù)脑O計方式。這種情況下，能夠設計出便于拆卸的連接設備，拆卸部件的緊固件數(shù)量能夠控制在較小范圍之內。

3.4 智能化

智能化技術在CAD中應用一致是熱點。以往智能算法在運行效率、運行質量方面需要提升。近年來大數(shù)據(jù)技術發(fā)展讓智能算法性能得到提升。農(nóng)業(yè)機械設計中可將智能算法與CAD技術結合構建新的農(nóng)業(yè)CAD知識庫。圖3為智能技術在農(nóng)業(yè)機械CAD設計中應用。

首先需要精準了解到用戶需求，只有了解到用戶需求才能設計出好的產(chǎn)品。其次將用戶參數(shù)上傳到CAD智能云平臺中，可使用分布式傳輸方式上傳。大數(shù)據(jù)算法包括遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡算法、K-means算法等進行數(shù)據(jù)挖掘。智能設計是利用大數(shù)據(jù)算法進行產(chǎn)品設計，找出最佳的設計參數(shù)。產(chǎn)品實現(xiàn)是根據(jù)CAD設計結果結合機械加工制備出產(chǎn)品。產(chǎn)品驗證是將設計產(chǎn)品應用到實際中。

4 結語

分析了CAD技術在農(nóng)業(yè)機械設計中應用，CAD技術在農(nóng)業(yè)機械設計包括全過程優(yōu)化、系統(tǒng)設計、綠色設計、智能化。CAD技術應用到農(nóng)業(yè)機械設計中能夠提高產(chǎn)品設計效率和質量?？傊?，CAD技術用于農(nóng)業(yè)機械設計時，能有效解決多數(shù)制造商存在的難題，達到優(yōu)化傳統(tǒng)機械工程設計的效果，真正意義上提升農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計效率。

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