虛擬樣機技術在農業機械設計上的應用

莊偉 富淼

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

關鍵詞 機械設計；農業；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字化的機械模型系統，并使用仿真分析方式，將該系統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。將其應用到農業機械設計中，有利于提高機械設計的效率。

1 虛擬樣機技術在農業機械設計上應用的意義

傳統的農業機械設計中往往需要經歷多個步驟，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驗進行設計，具體的設計參數也通常靠經驗來確定，這樣設計出來的產品對提高其質量起到了嚴重的阻礙作用。而且我國的農作物和農業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，所以研制的農業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，傳統的設計難以滿足新時期的需求，在虛擬樣機技術應用到農業機械設計中之后，不但能夠模擬農業機械的功能、結構，還能夠及時發現設計階段出現的樣機缺陷，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了同步進行設計工作和完善工作的目標，對優化設計方案、做出前瞻性的決策發揮了重要作用。另外，還有利于節約機械原材料，促進機械設計成本的降低[1]。

2 虛擬樣機技術在農業機械設計上的具體應用

虛擬樣機技術在農業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進行仿真分析農業機械，以此來提高農業機械設計的質量和效率。

2.1 ADAMS在農業機械設計中的應用

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。其優勢在于可以無縫連接數據，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，對完善其性能發揮了重要作用；在建造稻麥聯合收割機模型的時候使用ADAMS中的仿真軟件，優化了該模型的結構；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在農業機械設計中的應用

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的產品；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，從而根據其性能設計符合農業實際需求的耕整機；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將其數字模型建立起來，然后在虛擬樣機ADAMS引入數字模型，構建工作對象甘蔗與虛擬樣機之間的聯系，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 控制系統分析軟件結合ADAMS在農業機械設計中的應用

現代機械設計的主要發展方向是結合控制系統與機械系統，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可實現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，所呈現出的動力學的具體特征；在研究馬鈴薯聯合收獲機的特性時，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集成仿真系統的模型。在分析系統模型之后，就可以實現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業機械設計中的應用的研究，可以了解目前農業機械設計存在的不足，將虛擬樣機技術廣泛應用到農業機械設計中可以有效解決其不足，還能夠滿足現代化農業機械設計的需求，從而提高機械設計的質量，促進農業機械的發展。

4 參考文獻

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

[2] 徐金蘇.虛擬樣機技術在農業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.