淺談虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的應(yīng)用和發(fā)展

王巍 李玉柱

摘? 要：隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬樣機(jī)技術(shù)開(kāi)始被有意識(shí)地應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上，有效改善了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)施的質(zhì)量，降低了農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)資金成本，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。本文就虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的具體應(yīng)用展開(kāi)探討，并分析其未來(lái)發(fā)展前景，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè);機(jī)械設(shè)計(jì);虛擬樣機(jī)技術(shù);具體應(yīng)用;未來(lái)展望

中圖分類(lèi)號(hào)：S233? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.11974/nyyjs.20181233076

1? ? ?虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的具體應(yīng)用

1.1? ? ?ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真

就ADAMS技術(shù)本身來(lái)說(shuō)，通過(guò)在ADAMS內(nèi)構(gòu)建一個(gè)虛擬樣機(jī)模型，便可以直接進(jìn)行仿真分析，獨(dú)立完成運(yùn)動(dòng)仿真分析工作。其優(yōu)勢(shì)在于可以完成數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接，但缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)大型機(jī)械的建模。例如在農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)的機(jī)械設(shè)計(jì)方面，先針對(duì)農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)建立多體動(dòng)力學(xué)模型，再通過(guò)ADAMS來(lái)進(jìn)行農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中平順性的仿真技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)仿真。在進(jìn)行清選裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用ADAMS技術(shù)模擬風(fēng)篩清選裝置建立一個(gè)虛擬樣機(jī)模型，參照實(shí)際工作中不同機(jī)械系統(tǒng)的工作參數(shù)，掌握農(nóng)業(yè)物料在清選裝置中的基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而進(jìn)行初步的仿真試驗(yàn)。在進(jìn)行收獲機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用ADAMS系統(tǒng)模擬割刀的運(yùn)動(dòng)軌跡，建立收獲機(jī)切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，從而進(jìn)行仿真結(jié)果的對(duì)比分析。在進(jìn)行農(nóng)作物收割機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，可以針對(duì)現(xiàn)有稻麥聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行建模，結(jié)合現(xiàn)有收割機(jī)模型分析運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真及對(duì)原有結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。

1.2? ? ?與結(jié)構(gòu)分析軟件聯(lián)合仿真

由于ADAMS軟件建模能力較弱，結(jié)構(gòu)分析能力相對(duì)較差，因此需要與結(jié)構(gòu)分析軟件聯(lián)合進(jìn)行仿真，可以由從前局限在剛體分析發(fā)展為可以進(jìn)行柔體分析。例如在進(jìn)行水稻移栽方面的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)ADAMS與ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行聯(lián)合，共同進(jìn)行擺秧結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，建立缽苗的虛擬模型，從而將仿真模型與物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證模型的可行性。在進(jìn)行電磁振動(dòng)排種器的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，利用ADAMS與ANSYS建立虛擬樣機(jī)，在仿真實(shí)驗(yàn)中觀察連接彈簧的情況，分析物理參數(shù)對(duì)于機(jī)械的影響。在進(jìn)行甘蔗收獲機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，利用ANSYS直接建立數(shù)字物理模型，通過(guò)在ADAMS軟件中的設(shè)計(jì)，觀察記錄甘蔗收獲機(jī)虛擬模型在模擬工作中對(duì)于甘蔗的幾何物理性能的相互作用關(guān)系，從而更加了解甘蔗收獲機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)，進(jìn)行調(diào)節(jié)與改善。

1.3? ? ?與控制系統(tǒng)軟件聯(lián)合仿真

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向是結(jié)合控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)，能夠促進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)自身復(fù)雜性的降低，利用控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以往不能完成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，還能促進(jìn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)可靠性、精度[1]。例如在進(jìn)行收獲機(jī)輸送臂的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，可以結(jié)合其具體收獲馬鈴薯等農(nóng)作物時(shí)的工作特性，通過(guò)ADAMS軟件建立輸送臂的仿真控制模型，還應(yīng)針對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真模塊建立，與Mat lab接口聯(lián)合實(shí)現(xiàn)集成仿真，便于分析輸送臂具體工作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)原理。

1.4? ? ?與造型軟件聯(lián)合仿真

ADAMS與造型軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真主要是通過(guò)在造型軟件中建立模型，再將模型導(dǎo)入ADAMS系統(tǒng)中進(jìn)行仿真處理。其優(yōu)勢(shì)在于可以借助專業(yè)造型軟件建立復(fù)雜的機(jī)械模型，從而便于對(duì)復(fù)雜農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，但由于在將造型軟件中的模型導(dǎo)入ADAMS系統(tǒng)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)格式轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。例如在進(jìn)行馬鈴薯收獲機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)造型軟件進(jìn)行收獲機(jī)系統(tǒng)零部件的參數(shù)化造型設(shè)計(jì)，通過(guò)ADAMS針對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，從而更好地分析其運(yùn)動(dòng)性能與運(yùn)動(dòng)軌跡。

2? ? ?虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的未來(lái)展望

2.1? ? ?參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)是通過(guò)調(diào)整模型的部分尺寸參數(shù)進(jìn)行相關(guān)部位的修改，能夠在同類(lèi)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與修改中快速完成任務(wù)。其優(yōu)勢(shì)在于相比傳統(tǒng)三維造型設(shè)計(jì)法，參數(shù)化設(shè)計(jì)可以通過(guò)輸入基本模型，標(biāo)注好其中幾何元素的規(guī)范要求，通過(guò)規(guī)范約束要求的改變來(lái)自動(dòng)導(dǎo)出精確的幾何模型，更加省時(shí)省力。當(dāng)幾何模型需要修改時(shí)，可以不必修改整體，只需修改局部的參數(shù)便可以自動(dòng)完成對(duì)幾何模型的修改。參數(shù)化設(shè)計(jì)還可以直接修改相似的零件參數(shù)，生成新的零件，有效提高零件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。

2.2? ? ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合傳感交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、三維圖形技術(shù)以及顯示技術(shù)等的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬環(huán)境的創(chuàng)建與體驗(yàn)。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)建立一個(gè)包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)以及觸覺(jué)在內(nèi)的虛擬環(huán)境，人們只需戴上相應(yīng)的傳感設(shè)備，便可實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境的體驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

3? ? ?結(jié)論

虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用發(fā)揮了重要優(yōu)勢(shì)，不僅可以改善傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的種種弊端，還能夠提升機(jī)械性能，從而提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]莊偉，富淼.虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（4）：191.