計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

崔 彥

（昆山工貿(mào)技工學(xué)校，江蘇 蘇州 215300）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)成為具有不受環(huán)境影響且能提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)效率的自動(dòng)化技術(shù)之一。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)主要指能為產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工提供數(shù)字化建模和驗(yàn)證手段的UG技術(shù)，而UG軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大，能滿足用戶各種虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)及工業(yè)化需求的CAD及CAM交互式系統(tǒng)[1]。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中需要的零配件精細(xì)度要求極高，為提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的產(chǎn)品質(zhì)量與精細(xì)度，可應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中的UG軟件將農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)利用三維設(shè)計(jì)技術(shù)更直觀地呈現(xiàn)出來。此外，發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用還能減輕農(nóng)民的勞動(dòng)壓力，提升其勞動(dòng)效率并增加勞動(dòng)收入。因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，對(duì)提升農(nóng)業(yè)機(jī)械品質(zhì)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有不可替代的重要作用[2]。

1 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)效率

將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中時(shí)，可應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中的UG技術(shù)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)及零部件的精準(zhǔn)度，大幅縮短農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)周期，減少誤差，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。還可應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中的三維設(shè)計(jì)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件進(jìn)行分解及建模，可保證零部件尺寸，形狀結(jié)構(gòu)也滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)可為后期機(jī)械的維修打下基礎(chǔ)。因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有利于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的效率[3]。

1.2 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中零部件精準(zhǔn)度

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中的UG技術(shù)能更好把握農(nóng)機(jī)零部件的尺寸及結(jié)構(gòu)，通過減小零部件的誤差提高設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度。還可通過3D建模的形式更直觀地體現(xiàn)零部件在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的具體結(jié)構(gòu)與功能，使設(shè)計(jì)者可直接看到零件型號(hào)及規(guī)格等因素對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械整體性能的影響，便于后期對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的修改[4]。為更好地滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的農(nóng)業(yè)機(jī)械需求，體現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械的零部件與整體設(shè)計(jì)中起到的支撐作用，可通過提高設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的功能，以達(dá)到提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的目的。

1.3 提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用UG三維技術(shù)，可以將整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用三維模型形式更直觀地顯示出各個(gè)零部件在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的結(jié)構(gòu)與位置，減少裝配過程中產(chǎn)生的誤差。在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)時(shí)，通過三維設(shè)計(jì)技術(shù)構(gòu)建零部件模型，對(duì)機(jī)械中每個(gè)零部件進(jìn)行分析與計(jì)算，提升零部件與農(nóng)業(yè)機(jī)械整體的適配度，以此設(shè)計(jì)出精準(zhǔn)度更高、適配度更廣的零部件，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體產(chǎn)品質(zhì)量[5]。

1.4 提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性

在對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有效結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，保障機(jī)械的實(shí)用性與創(chuàng)新性，有助于消費(fèi)者在農(nóng)業(yè)機(jī)械選購時(shí)獲得更多的參考，同時(shí)在對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)，還能夠更好地結(jié)合其性質(zhì)與作用，更有效地發(fā)揮產(chǎn)品產(chǎn)能。此外，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)還有助于對(duì)實(shí)際使用農(nóng)業(yè)機(jī)械的過程中出現(xiàn)頻率較高的故障進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)的分析，并在后期予以解決與改進(jìn)，不斷完善農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能，有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的消費(fèi)市場發(fā)展提供充足保障。在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程中，涉及企業(yè)繁多，而唯有不斷對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，才能在日益激烈的經(jīng)濟(jì)市場競爭中獲得優(yōu)勢，而對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新，需要有效地收集與整合相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、組織、表達(dá)與運(yùn)用以及技術(shù)方面的選擇與確定等，這部分的工作若借助相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，則能夠極大提升其效率。不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，使之更加契合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)際情況，不僅能夠使現(xiàn)代化農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)更加適應(yīng)當(dāng)下的市場發(fā)展情況，也有助于我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)水平與生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展質(zhì)量得以提升。

2 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

2.1 在農(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造設(shè)計(jì)是整個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要組成部分，也是順利完成農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作之一。為更好地在農(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中參數(shù)化建模技術(shù)的優(yōu)勢，首先，必須將農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、功能分析并分類，通過零部件的具體特征構(gòu)建零部件特征庫；其次，為每個(gè)零部件特征庫中的零部件進(jìn)行賦值并確定其在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的位置；最后，在參考數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建出農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件模型并將農(nóng)業(yè)機(jī)械各部分的具體功能直觀顯示出來。此外，在農(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，還需對(duì)模型進(jìn)行簡易直白的參數(shù)命名，通過對(duì)參數(shù)的計(jì)算確定零部件的尺寸與大小，便于后期設(shè)計(jì)中合理調(diào)整零部件的設(shè)計(jì)[6]。因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，不僅能提升農(nóng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)的視覺效果及農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的效率，還能有效提升設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度以保證農(nóng)業(yè)機(jī)械的產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 在犁中的應(yīng)用

犁是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的農(nóng)業(yè)機(jī)械，其犁體的設(shè)計(jì)過程極為復(fù)雜，而在犁體設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)能大大提高犁體設(shè)計(jì)的效率及質(zhì)量。首先，在進(jìn)行犁體設(shè)計(jì)前，可應(yīng)用UG技術(shù)設(shè)計(jì)出犁體的大致結(jié)構(gòu)與外形并形成草圖，然后再生成效果圖，如圖1所示，此時(shí)便可以直觀地了解該“犁”設(shè)計(jì)的不足之處，以方便后期針對(duì)犁的具體功能與消費(fèi)者需求對(duì)其進(jìn)行修改；其次，針對(duì)犁的不同工作環(huán)境或地形要求，利用UG軟件計(jì)算分析犁體的設(shè)計(jì)參數(shù)，并構(gòu)建模型測試后找出問題，通過解決問題不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；再次，應(yīng)用FEA技術(shù)評(píng)估犁體的強(qiáng)度與剛度，以幫助設(shè)計(jì)師確定犁體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，為生產(chǎn)犁體合理選擇制造材料提供參考[7]；最后，應(yīng)用UG技術(shù)的CAM幫助犁體生產(chǎn)商大量生產(chǎn)犁體，以確保生產(chǎn)過程的高效性與經(jīng)濟(jì)性。

2.3 在旋耕機(jī)中的應(yīng)用

旋耕機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中或耕地時(shí)的寬度、深度與速度等，因此，在旋耕機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)能大大提高旋耕機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的精準(zhǔn)度，保證旋耕機(jī)的機(jī)體強(qiáng)度與耐用性[8]。在旋耕機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)旋耕機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)，用最輕的質(zhì)量打造出最耐用且強(qiáng)度極高的旋耕機(jī)機(jī)體是設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)要達(dá)到的最終目標(biāo)。為更好地提升旋耕機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的效率及精準(zhǔn)度、減少時(shí)間及成本的投入，可應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)中的UG技術(shù)。首先，利用UG軟件對(duì)旋耕機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型并分析模型參數(shù)；其次，在利用UG三維技術(shù)構(gòu)建的三維模型中，如圖2所示，仿真分析確定出旋耕機(jī)的工作原理及耕作的寬度、深度與速度參數(shù)；最后，為旋耕的機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)匹配出合適的發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)裝置，提升旋耕機(jī)機(jī)體在耕作時(shí)的穩(wěn)定性。例如，50馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)匹配1.8 m旋耕機(jī)，90馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)則可匹配2.3 m的旋耕機(jī)。因此，在進(jìn)行旋耕機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用UG技術(shù)構(gòu)建出參數(shù)化模型并對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行仿真與分析，能大大提高旋耕機(jī)機(jī)體設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度與設(shè)計(jì)效率[9]。

圖2 旋耕機(jī)三維圖紙模型

2.4 在聯(lián)合收割機(jī)中的應(yīng)用

聯(lián)合收割機(jī)是集多種功能于一體的綜合性農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，在設(shè)計(jì)聯(lián)合收割機(jī)時(shí)應(yīng)著重關(guān)注切割功能的設(shè)計(jì)，以提升聯(lián)合收割機(jī)的工作效率與設(shè)備質(zhì)量。因此，在聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備發(fā)揮正常功能、實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)作的基礎(chǔ)保障[10]。在聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)中，負(fù)責(zé)切割功能的葉片設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，首先，采用UG軟件設(shè)計(jì)出葉片的形狀并計(jì)算出葉片數(shù)量；其次，對(duì)葉片進(jìn)行強(qiáng)度與穩(wěn)定性的力學(xué)分析，提升葉片與聯(lián)合收割機(jī)其他零部件的適配度，一般葉片軸的轉(zhuǎn)速是220 r/min～280 r/min，過高或過低都會(huì)影響收割機(jī)的收割效率；最后，利用UG三維設(shè)計(jì)技術(shù)，根據(jù)聯(lián)合收割機(jī)不同的零部件特征進(jìn)行數(shù)字化建模，通過對(duì)參數(shù)的分析與計(jì)算不斷優(yōu)化聯(lián)合收割機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高聯(lián)合收割機(jī)的性能與效率。因此，UG技術(shù)在聯(lián)合收割機(jī)的設(shè)計(jì)工作中起著必不可少的輔助作用，可大大提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)效率。

3 結(jié)語

綜上所述，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程中，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)方面發(fā)揮了不可替代的作用，其可大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工作效率，減輕農(nóng)民勞動(dòng)負(fù)擔(dān)、增加勞動(dòng)收入。通過提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度與設(shè)計(jì)效率來提升其工作性能，是縮短生產(chǎn)周期、減少成本投入的必不可少的一個(gè)方法。目前，以UG技術(shù)為主的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在提高我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)水平與效率以及促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化發(fā)展方面，都發(fā)揮了重要作用。