農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中CAD技術(shù)的應用研究

孫穎慧

（山西開放大學，山西 太原 030027）

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計存在手工制圖速度緩慢、精度差等問題，難以滿足時代的發(fā)展需求，需朝高質(zhì)量、自動化方向發(fā)展[1]。故此，需提高農(nóng)業(yè)機械工程設(shè)計水平，就應加強先進技術(shù)的應用。CAD技術(shù)（Computer Aided Design，計算機輔助設(shè)計技術(shù)）能為農(nóng)業(yè)機械工程設(shè)計的發(fā)展形成有效推動力。對農(nóng)業(yè)機械工程設(shè)計中CAD技術(shù)的相關(guān)應用展開進一步研究，具有較強的現(xiàn)實意義。

1 農(nóng)業(yè)機械工程設(shè)計中CAD技術(shù)的應用價值

1.1 CAD技術(shù)簡介

CAD繪圖能完成大量部件庫、零件庫與標準件庫等建設(shè)與保存，同時能完成信息存儲和計算等工作，對工程設(shè)計制圖效率的提升形成有效促進。CAD技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下兩點：其一，符號與圖形庫十分豐富。CAD可提供眾多標準件庫，同時，在工程設(shè)計中能對行業(yè)所用圖形符號做持續(xù)積累，形成自制件庫。而這些符號圖形能隨時調(diào)用，且能通過搭積木的方式，完成具體工程設(shè)計圖樣的構(gòu)建。其二，制圖更為高效。制圖是有效轉(zhuǎn)化設(shè)計構(gòu)思為直觀形式的過程，是機械設(shè)計的重要部分[3]。傳統(tǒng)手工繪制主要依托于紙媒介，任何一次設(shè)計修改或改型，都要從頭再畫，工作效率低，耗時長。CAD軟件則擁有豐富的資源庫，應用模板眾多，能提高制圖工作效率，更規(guī)范、準確。修改或改型時，調(diào)出原有圖樣，適當修改就能獲得新圖樣，效率顯著提升。

1.2 應用價值

要想保證農(nóng)業(yè)機械設(shè)計質(zhì)量，使產(chǎn)品生命周期進一步延長，需要設(shè)計人員展開設(shè)計前，加強產(chǎn)品環(huán)節(jié)的研究，并對產(chǎn)品環(huán)節(jié)做嚴格控制，使之在達到我國設(shè)計標準的同時，能實現(xiàn)運行能源消耗的減少，進而實現(xiàn)綠色設(shè)計。在我國提倡“兩碳”戰(zhàn)略的當下綠色設(shè)計至關(guān)重要。需要在設(shè)計中嚴控環(huán)境指標，采用科學、合理的方式挑選原料，以免出現(xiàn)能源消耗過大的情況。而應用CAD技術(shù)，既能滿足綠色設(shè)計要求，也能實現(xiàn)設(shè)計成本的節(jié)約。CAD軟件擁有一定的成本控制能力[4]。CAD所具有的評價決策系統(tǒng)，能在模擬仿真活動后，為后續(xù)農(nóng)機調(diào)整提供豐富的數(shù)據(jù)和資源，以實現(xiàn)相關(guān)系數(shù)優(yōu)化，使機械設(shè)計質(zhì)量更佳，完成高可靠度、低成本、高質(zhì)量的生產(chǎn)。

2 農(nóng)業(yè)機械工程設(shè)計中CAD技術(shù)的應用實踐

以拖拉機液壓懸掛裝置的設(shè)計為例，CAD輔助工程設(shè)計主要分為原理分析、方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪圖制作與分析4步。

2.1 原理分析

結(jié)合農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊，液壓懸掛裝置為升降與掛接機具，同時向作業(yè)機具傳遞牽引力。設(shè)計液壓懸掛裝置，要滿足如下要求：連桿尺寸與位置要與國家標準相符合，確保牽引裝置能良好適應不同農(nóng)機具的接口；為確保農(nóng)機具的入土動能良好，產(chǎn)生的牽引力要足夠；重視限位機構(gòu)的設(shè)計，以免擺動超出相應范圍；機具要能夠順利運輸。

2.2 方案設(shè)計

一般情況下采用三個鉸鏈，也就是三點懸掛，但也有應用兩點懸掛的情況，如履帶式拖拉機，圖1為拖拉機懸掛裝置構(gòu)成圖。各裝置部件的實際作用：傳遞提升牽引力的中間部件，就是提升桿；提升臂帶動下拉桿與提升桿上升；下拉桿能傳遞牽引力、提升農(nóng)具；農(nóng)具縱向平面俯仰調(diào)節(jié)則依靠上拉桿。

圖1 拖拉機懸掛裝置構(gòu)成圖Fig.1 Tractor suspension device composition diagram

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

以原理圖為基礎(chǔ)展開結(jié)構(gòu)設(shè)計，定尺寸、定材料、明確構(gòu)形等，同時規(guī)定材料變形、連接變形及功能面變形等方面。在具體設(shè)計過程中，應注意如下幾點內(nèi)容：第一，上下懸掛點的鎖銷孔距離和連接銷直徑，下拉桿水平時動力輸出末端到下懸掛點的距離，下懸掛點到拖拉機中心平面的橫向距離等拖拉機有關(guān)的懸掛點與后置三點懸掛裝置尺寸；第二，提升高度、提升水平調(diào)節(jié)范圍及行程。主要包含下懸掛點水平調(diào)節(jié)范圍、最低高度、自由扭轉(zhuǎn)浮動量、下懸掛點間隙、運輸高度、提升高度等參數(shù)規(guī)范；第三，水平和垂直匯聚距離尺寸規(guī)定[5]。結(jié)合拖拉機的不同規(guī)格，合理選擇參數(shù)，詳細可結(jié)合農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊，在采用特殊農(nóng)具時，可對部分尺寸進行更改。

2.4 CAD輔助繪圖和分析

2.4.1 平面設(shè)計

圖樣文件繪制選用二維平面三視圖，具體文件有各零件圖繪制；總裝配圖繪制；部件裝配圖繪制；原理圖繪制及其他種類技術(shù)文件的形成。

2.4.2 三維立體設(shè)計

必要時可繪制三維模型，計算機模擬裝配結(jié)合三維模型繪制，有助于改正設(shè)計，保證設(shè)計缺陷能及時發(fā)現(xiàn)。三維模型繪制分層有三維零件設(shè)計、三維實體造型設(shè)計及三維零件模擬裝配等。

2.4.3 計算機輔助有限元分析

用結(jié)構(gòu)剛度矩陣組集，展開合理邊界條件處理，對農(nóng)機接頭和機架做有限元建模，通過剛度矩陣、位移函數(shù)對承力部件展開有限元分析，如機架梁與接頭等。因為處理邊界條件的方式不同，也會影響有限元方程求解，所以工程設(shè)計中應盡量保證邊界條件處理相對一致，以提高處理的規(guī)范性。

3 農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中CAD技術(shù)的應用建議

3.1 注重性能成本設(shè)計要素

農(nóng)業(yè)機械要求強度配比科學、結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)異、功能合用。展開具體設(shè)計時，為避免發(fā)生功能性能過剩，導致無端浪費使用成本的情況，應加強農(nóng)機具性能的科學評估?？刂瞥杀拘枰紤]的因素較多，如保養(yǎng)維護、制作工藝、選用的材料等，都會給成本產(chǎn)生直接影響，而設(shè)計成本的控制情況，充分體現(xiàn)了設(shè)計者的技能與知識儲備。

3.2 竭力體現(xiàn)設(shè)計的工藝性

農(nóng)機具制作與加工的重要依據(jù)，即工程設(shè)計輸出圖樣。而決定工程設(shè)計可制造性的重點，則為設(shè)計工藝性。其是農(nóng)機生產(chǎn)加工及功能性能、生命周期成本及安全性等眾多方面的綜合體現(xiàn)，應用與當前裝配簡潔、零部件規(guī)范、生產(chǎn)條件相符合的工藝性設(shè)計方法，是設(shè)計和制作可靠、合理及經(jīng)濟設(shè)備的重點。

3.3 積極應用標準件和通用件

農(nóng)業(yè)機械所用的組裝接口部件與鉸鏈，應選擇通用件和標準件。盡可能使用與國家標準規(guī)范相符合的連接部件，如此能夠進一步確保農(nóng)業(yè)機械操作簡便、適應性強、組裝靈活、使用及獲取成本低。如果使用特殊的自制件，則無法保證接口的普適性，難以保證加工周期，也會提升制作成本，更難保證質(zhì)量。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中善用CAD技術(shù)，體現(xiàn)了設(shè)計理念和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的互補性、兼容性，有助于減少勞動成本，故此，設(shè)計人員應充分掌握CAD軟件技術(shù)，對其展開合理應用，以設(shè)計出質(zhì)量更佳的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品。