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

莊偉 富淼

摘要 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)背景下農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的競(jìng)爭日趨激烈，為了提高農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的競(jìng)爭力，需要不斷研制性能高、質(zhì)量好的產(chǎn)品。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了虛擬樣機(jī)技術(shù)，將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)創(chuàng)造現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品具有重要意義。因此，本文主要研究虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上應(yīng)用的意義，以及虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 機(jī)械設(shè)計(jì)；農(nóng)業(yè)；虛擬樣機(jī)技術(shù)

中圖分類號(hào) TH166；TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）04-0191-01

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

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上應(yīng)用的意義

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中往往需要經(jīng)歷多個(gè)步驟，如再試驗(yàn)、設(shè)計(jì)的改進(jìn)、田間的試驗(yàn)、試制樣機(jī)等。而設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)候更多的是以自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)參數(shù)也通常靠經(jīng)驗(yàn)來確定，這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品對(duì)提高其質(zhì)量起到了嚴(yán)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(diǎn)，以及對(duì)機(jī)械的要求也具有差異性，所以研制的農(nóng)業(yè)機(jī)械也應(yīng)當(dāng)具有針對(duì)性，結(jié)合作物的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在試制的時(shí)候由于受季節(jié)和氣候等因素的影響，將會(huì)造成設(shè)計(jì)周期的延長。隨著社會(huì)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)難以滿足新時(shí)期的需求，在虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中之后，不但能夠模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能、結(jié)構(gòu)，還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)的樣機(jī)缺陷，然后做出相應(yīng)的改進(jìn)，有效地在設(shè)計(jì)之初完善機(jī)械設(shè)計(jì)方案。另外，虛擬樣機(jī)技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了同步進(jìn)行設(shè)計(jì)工作和完善工作的目標(biāo)，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)械原材料，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)成本的降低[1]。

2 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

虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結(jié)合ADAMS進(jìn)行仿真分析農(nóng)業(yè)機(jī)械，以此來提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

2.1 ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

這種方法主要是將虛擬樣機(jī)的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析樣機(jī)的功能等。其優(yōu)勢(shì)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(jì)農(nóng)用運(yùn)輸車的時(shí)候，基于原有的多體動(dòng)力學(xué)模型，使用ADAMS仿真分析其平順性，對(duì)完善其性能發(fā)揮了重要作用；在建造稻麥聯(lián)合收割機(jī)模型的時(shí)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(jī)結(jié)構(gòu)的模型時(shí)，還仿真設(shè)計(jì)了割刀的運(yùn)動(dòng)，仿真之后得出的結(jié)果也比較合理，仿真設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性較高，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)具有極大的幫助[2]。

2.2 結(jié)構(gòu)分析軟件結(jié)合ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

由于ADAMS的結(jié)構(gòu)分析能力相對(duì)較弱，而且剛體是ADAMS主要的分析對(duì)象。因此，為了有效地分析柔性體，在仿真的時(shí)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(jī)模型，比較物理試驗(yàn)的結(jié)果與仿真結(jié)果，驗(yàn)證模型的可行性，從而設(shè)計(jì)出質(zhì)量更優(yōu)的產(chǎn)品；這2個(gè)軟件結(jié)合還仿真建立了耕整機(jī)的樣機(jī)模型，并在實(shí)際測(cè)量具體的尺寸之后，研究耕整機(jī)的實(shí)際震動(dòng)原理，從而根據(jù)其性能設(shè)計(jì)符合農(nóng)業(yè)實(shí)際需求的耕整機(jī)；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(jī)ADAMS引入數(shù)字模型，構(gòu)建工作對(duì)象甘蔗與虛擬樣機(jī)之間的聯(lián)系，使收獲機(jī)作用于甘蔗，并對(duì)機(jī)器的具體工作過程進(jìn)行精確的描述[3]。

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

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，利用結(jié)合的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以往不能完成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。同時(shí)還能促進(jìn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統(tǒng)的時(shí)候使用Mat lab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(dòng)力學(xué)的具體特征；在研究馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的特性時(shí)，可以先仿真收獲機(jī)輸送臂的液壓模塊、機(jī)械模型，仿真的時(shí)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(shí)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(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的研究，可以了解目前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)存在的不足，將虛擬樣機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中可以有效解決其不足，還能夠滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的需求，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 牛犇.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)展初探[J].科技資訊，2013（31）：58，60.

[2] 徐金蘇.虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J].中國科技信息，2011（8）：100.

[3] 董鏡維.工程機(jī)械領(lǐng)域中虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用[J].工程技術(shù)（引文版），2015（19）：255.