淺談虛擬樣機技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計上的應(yīng)用

潘新 李遠權(quán)

【摘?要】隨著我國科技的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械變得越發(fā)復(fù)雜與精密，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機械設(shè)計變得越來越困難，往往需要投入大量的財力與人力，這無疑會消耗大量的資源。因此，如何提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的準確度與精密度對于設(shè)計人員而言是非常重要的。虛擬樣機的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，使用虛擬樣機技術(shù)來設(shè)計農(nóng)業(yè)機械不僅可以大大地減少設(shè)計的時間，而且在設(shè)計時能夠及時地修改設(shè)計中的錯誤，這在很大程度上節(jié)約了設(shè)計成本。本文將通過研究虛擬樣機技術(shù)的相關(guān)概念，使虛擬樣機技術(shù)能夠更好地運用在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計上。

【關(guān)鍵詞】虛擬樣機;技術(shù)發(fā)展;農(nóng)業(yè);機械設(shè)計;應(yīng)用

虛擬樣機技術(shù)是指通過使用計算機技術(shù)，在沒有建造物理樣機的時候建立數(shù)字化的機械模型系統(tǒng)，并使用仿真分析方式，將該系統(tǒng)模型在實際運作中的特性以圖形的形式顯示出來，從而尋找出最佳的機械設(shè)計方案。將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，有利于提高機械設(shè)計的效率。

1虛擬樣機技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計上應(yīng)用的意義

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中往往需要經(jīng)歷多個步驟，如再試驗、設(shè)計的改進、田間的試驗、試制樣機等。而設(shè)計師在設(shè)計的時侯更多的是以自己的設(shè)計經(jīng)驗進行設(shè)計，具體的設(shè)計參數(shù)也通?？拷?jīng)驗來確定，這樣設(shè)計出來的產(chǎn)品對提高其質(zhì)量起到了嚴重的阻礙作用。而且我國的農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)用地的地形也具有多樣性的特點，以及對機械的要求也具有差異性，所以研制的農(nóng)業(yè)機械也應(yīng)當具有針對性，結(jié)合作物的實際需求進行設(shè)計。而在試制的時候由于受季節(jié)和氣候等因素的影響，將會造成設(shè)計周期的延長。隨著社會的進步，傳統(tǒng)的設(shè)計難以滿足新時期的需求，在虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中之后，不但能夠模擬農(nóng)業(yè)機械的功能、結(jié)構(gòu)，還能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計階段出現(xiàn)的樣機缺陷，然后做出相應(yīng)的改進，有效地在設(shè)計之初完善機械設(shè)計方案。另外，虛擬樣機技術(shù)還實現(xiàn)了同步進行設(shè)計工作和完善工作的目標，對優(yōu)化設(shè)計方案、做出前瞻性的決策發(fā)揮了重要作用。另外，還有利于節(jié)約機械原材料，促進機械設(shè)計成本的降低。

通常設(shè)計農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品時，大多數(shù)根據(jù)經(jīng)驗來設(shè)計，確定設(shè)計參數(shù)也通常用設(shè)計經(jīng)驗，這非常不利于企業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。并且由于我國農(nóng)業(yè)用地地理形勢、農(nóng)作物適應(yīng)形勢等方面具有廣泛的多樣性，由此導(dǎo)致機械設(shè)計也存在差異性。在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)后，虛擬樣機技術(shù)不但能夠?qū)τ跈C械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、外形與功能進行模擬，其還能將設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計與初始方案做出相應(yīng)的完善。另外，虛擬樣機技術(shù)還做到了有效地降低機械設(shè)計產(chǎn)品重量，從而降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

2虛擬樣機技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計上的具體應(yīng)用

虛擬樣機技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結(jié)合ADAMS進行仿真分析農(nóng)業(yè)機械，以此來提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的質(zhì)量和效率。虛擬樣機技術(shù)是一種在計算機上操作的技術(shù)，在物理樣機還沒有建立之前，通過計算機技術(shù)，建立一個虛擬的數(shù)字化機械模型。之后，再通過計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用，分析虛擬模型，最后通過圖形的形式將虛擬系統(tǒng)模型在軟件上顯示出來。并將其應(yīng)用在機械產(chǎn)品設(shè)計中，做到降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)設(shè)計效率的作用。在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，虛擬樣機技術(shù)主要是利用ADAMS軟件進行仿真技術(shù)?；蛘邔⑵渑c其他軟件進行結(jié)合利用的方式進行分析。做到強化農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計，節(jié)約企業(yè)設(shè)計成本，提高設(shè)計效率。

2.1ADAMS在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用

這種方法主要是將虛擬樣機的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析樣機的功能等。其優(yōu)勢在于可以無縫連接數(shù)據(jù)，但也存在較弱的建模功能的不足之處。較為復(fù)雜的、大型的模型很難建立起來。例如在設(shè)計農(nóng)用運輸車的時候，基于原有的多體動力學(xué)模型，使用ADAMS仿真分析其平順性，對完善其性能發(fā)揮了重要作用;在建造稻麥聯(lián)合收割機模型的時候使用ADAMS中的仿真軟件，優(yōu)化了該模型的結(jié)構(gòu);在使用ADAMS仿真建立收割機結(jié)構(gòu)的模型時，還仿真設(shè)計了割刀的運動，仿真之后得出的結(jié)果也比較合理，仿真設(shè)計的準確性較高，對機械設(shè)計具有極大的幫助。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計通常是在設(shè)計人員將圖樣設(shè)計出來之后，而將虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計之中，可在物理樣機建立之前，通過計算機技術(shù)的運用，建立農(nóng)業(yè)機械系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并從具體的農(nóng)業(yè)活動以及客戶相關(guān)要求與需求出發(fā)，對這一數(shù)學(xué)模型進行方針分析，并進行不斷的修改與完善設(shè)計，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計效果的最佳化。

2.2結(jié)構(gòu)分析軟件結(jié)合ADAMS在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用

由于ADAMS的結(jié)構(gòu)分析能力相對較弱，而且剛體是ADAMS主要的分析對象。因此，為了有效地分析柔性體，在仿真的時候就需要結(jié)合相關(guān)的結(jié)構(gòu)分析軟件。如ANSYS有限元分析軟件結(jié)合ADAMS，建立了水稻缽苗模型、水稻移栽機模型，比較物理試驗的結(jié)果與仿真結(jié)果，驗證模型的可行性，從而設(shè)計出質(zhì)量更優(yōu)的產(chǎn)品;這2個軟件結(jié)合還仿真建立了耕整機的樣機模型，并在實際測量具體的尺寸之后，研究耕整機的實際震動原理，從而根據(jù)其性能設(shè)計符合農(nóng)業(yè)實際需求的耕整機;另外使用ADAMS與ANSYS結(jié)合建模，還需要分析具體的作物特性，如基于了解了甘蔗的物理性能之后，先使用ANSYS將其數(shù)字模型建立起來，然后在虛擬樣機ADAMS引人數(shù)字模型，構(gòu)建工作對象甘蔗與虛擬樣機之間的聯(lián)系，使收獲機作用于甘蔗，并對機器的具體工作過程進行精確的描述。

2.3控制系統(tǒng)分析軟件結(jié)合ADAMS在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用

現(xiàn)代機械設(shè)計的主要發(fā)展方向是結(jié)合控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)，能夠促進機械結(jié)構(gòu)自身復(fù)雜性的降低，利用結(jié)合的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)以往不能完成的復(fù)雜運動。同時還能促進結(jié)構(gòu)運動，增強可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統(tǒng)的時候使用Matlab結(jié)合ADAMS的方法，仿真分析其受到徑向正弦載荷作用之后，所呈現(xiàn)出的動力學(xué)的具體特征;在研究馬鈴薯聯(lián)合收獲機的特性時，可以先仿真收獲機輸送臂的液壓模塊、機械模型，仿真的時候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中構(gòu)件其控制模型，最終結(jié)合Mat lab與ADAMS集成仿真系統(tǒng)的模型。在分析系統(tǒng)模型之后，就可以實現(xiàn)仿真分析輸送臂工作原理的目的。

3結(jié)語

總之，通過對虛擬樣機技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用的研究，可以了解目前農(nóng)業(yè)機械設(shè)計存在的不足，將虛擬樣機技術(shù)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中可以有效解決其不足，還能夠滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的需求，從而提高機械設(shè)計的質(zhì)量，促進農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展。

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作者簡介：

潘新，男，廣西省北海市，本科在讀，研究方向：機械。

李遠權(quán)，男，貴州省遵義市，本科在讀，研究方向：機械。

（作者單位：遼東學(xué)院化工與機械學(xué)院）