虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計上的應用

莊偉 富淼

摘要 隨著經(jīng)濟全球化的不斷發(fā)展，在市場經(jīng)濟背景下農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的競爭日趨激烈，為了提高農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的競爭力，需要不斷研制性能高、質量好的產(chǎn)品。而隨著計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了虛擬樣機技術，將其應用到農(nóng)業(yè)機械設計中對創(chuàng)造現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品具有重要意義。因此，本文主要研究虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計上應用的意義，以及虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計上的具體應用。

關鍵詞 機械設計；農(nóng)業(yè)；虛擬樣機技術

中圖分類號 TH166；TP391.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）04-0191-01

虛擬樣機技術是指通過使用計算機技術，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計方案。將其應用到農(nóng)業(yè)機械設計中，有利于提高機械設計的效率。

1 虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計上應用的意義

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械設計中往往需要經(jīng)歷多個步驟，如再試驗、設計的改進、田間的試驗、試制樣機等。而設計師在設計的時候更多的是以自己的設計經(jīng)驗進行設計，具體的設計參數(shù)也通?？拷?jīng)驗來確定，這樣設計出來的產(chǎn)品對提高其質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)機械也應當具有針對性，結合作物的實際需求進行設計。而在試制的時候由于受季節(jié)和氣候等因素的影響，將會造成設計周期的延長。隨著社會的進步，傳統(tǒng)的設計難以滿足新時期的需求，在虛擬樣機技術應用到農(nóng)業(yè)機械設計中之后，不但能夠模擬農(nóng)業(yè)機械的功能、結構，還能夠及時發(fā)現(xiàn)設計階段出現(xiàn)的樣機缺陷，然后做出相應的改進，有效地在設計之初完善機械設計方案。另外，虛擬樣機技術還實現(xiàn)了同步進行設計工作和完善工作的目標，對優(yōu)化設計方案、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，促進機械設計成本的降低[1]。

2 虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計上的具體應用

虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結合ADAMS進行仿真分析農(nóng)業(yè)機械，以此來提高農(nóng)業(yè)機械設計的質量和效率。

2.1 ADAMS在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用

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。較為復雜的、大型的模型很難建立起來。例如在設計農(nóng)用運輸車的時候，基于原有的多體動力學模型，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)化了該模型的結構；在使用ADAMS仿真建立收割機結構的模型時，還仿真設計了割刀的運動，仿真之后得出的結果也比較合理，仿真設計的準確性較高，對機械設計具有極大的幫助[2]。

2.2 結構分析軟件結合ADAMS在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用

由于ADAMS的結構分析能力相對較弱，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合相關的結構分析軟件。如ANSYS有限元分析軟件結合ADAMS，建立了水稻缽苗模型、水稻移栽機模型，比較物理試驗的結果與仿真結果，驗證模型的可行性，從而設計出質量更優(yōu)的產(chǎn)品；這2個軟件結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)其性能設計符合農(nóng)業(yè)實際需求的耕整機；另外使用ADAMS與ANSYS結合建模，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引入數(shù)字模型，構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[3]。

2.3 控制系統(tǒng)分析軟件結合ADAMS在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用

現(xiàn)代機械設計的主要發(fā)展方向是結合控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)，能夠促進機械結構自身復雜性的降低，利用結合的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)以往不能完成的復雜運動。同時還能促進結構運動，增強可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統(tǒng)的時候使用Mat lab結合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中構件其控制模型，最終結合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 結語

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

4 參考文獻

[1] 牛犇.虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械設計上的應用和發(fā)展初探[J].科技資訊，2013（31）：58，60.

[2] 徐金蘇.虛擬樣機技術在農(nóng)業(yè)機械領域中的應用分析[J].中國科技信息，2011（8）：100.

[3] 董鏡維.工程機械領域中虛擬樣機技術的應用[J].工程技術（引文版），2015（19）：255.