CAD技術對農業機械設計軟件的作用及組成

賈杰，張倩茹

CAD技術對農業機械設計軟件的作用及組成

賈杰1，張倩茹2

（1.山西省機電設計研究院，山西太原030009；2.山西省農業科學院果樹研究所，果樹種質創制與利用山西省重點實驗室，山西太原030031）

隨著現代計算機技術的發展，CAD技術對于農業機械產品的設計有著巨大的促進作用。通過介紹CAD技術對農業機械設計的發展作用及其在農業機械產品設計軟件的組成，提出CAD技術對農業機械設計軟件的展望。

CAD；農業機械；ADAMS

我國是農業機械大國，傳統農業機械設計通常由手工完成，很難進行復雜的理論分析和綜合計算。隨著計算機行業的發展，CAD技術也廣泛應用于農業機械的設計當中，采用CAD技術可以提高產品的設計效率、優化設計方案、簡短設計時間，還能對產品的創新起到積極促進的作用[1-3]。運用CAD技術可以促進農業機械行業發展，使我國農業機械設計技術達到發達國家水平。

1 CAD技術對于農業機械設計的發展作用

隨著農業和農村經濟的發展、農民收入水平和工業化水平的提高，農村農業勞動力數量、素質和結構正在發生著變化，這就意味對農業機械化源源不斷地產生著新的需求，農業機械化發展迫在眉睫。近年來，農業機械化得到了飛速發展，我國已成為世界上最大的農機生產國之一，擁有強大的農機制造能力。目前我國已有11.44億kW的農機總動力，超過65%的主要農作物耕種收獲采用綜合機械化，農業機械化發展的政策體系日益完善，農村經營體制的變革，農業經濟供給側結構性改革，又為農業機械化發展提供了新的動力[4]。

隨著現代計算機技術的發展，在農業機械設計中大量采用了CAD技術，使CAD技術得到了突飛猛進的發展。CAD技術較傳統的設計工作可以大大縮短設計時間，減少重復勞動，提高設計工作的效率，增加各個農業機械產品結構的聯系，促進農業機械產品質量的提高[5]。CAD技術在農業機械產品的設計當中有著自己得天獨厚的優勢，其主要表現為：一是對農業機械的各個零部件設計提供了進行裝配的功能，傳統的設計方法可以單獨設計的部分，但卻因為各個零部件之間的配合導致經常性失敗，CAD技術在虛擬環境的總體設計部分，可以掃描周圍的零部件設計，通過動態回放的方式快速找到誤差源；二是大大縮短設計時間，CAD技術屬于先進的設計軟件，高機動性設計技術，軟件設計在農業機械創新有一個巨大的優勢，即可以保持原來農業機械產品設計的數據信息而對其零部件局部進行修改和創新，從而避免了大量重復勞動，又實現了產品的創新。

2 基于CAD技術的農業機械產品設計軟件的組成

2.1 軟件工具

現代計算機中可以選用UG，Solidworks，Pro/E等三維畫圖軟件來進行建模，這些軟件全都具有很強的零件裝配和運動模擬功能，可以構建出農業機械產品的初步三維模型。構建出三維模型后應用ADAMS運動學仿真軟件對農業機械進行運動學仿真，為接下來的工作做好準備。

2.2 軟件構建

農業機械產品軟件的結構流程需要依據軟件設計的目標、內容而確定，有效軟件流程的形成需要從CAD圖紙到Pro/E建模，再到ADAMS運動學仿真及其中間的數據分析和校核，完備的3D組件農業機械設計計算機輔助系統也是必不可少的。

2.3 軟件制作

使用數控件去實現“部件”場景，控件內的各部分內容可直接選擇，使用Direct3D技術來構建3D圖形的顯示和動畫，使得制作的軟件具有良好的實際性能和效果，另外文件系統以XML文件實現。

3 基于CAD技術的農業機械產品設計軟件的優點

3.1 模型組裝

首先要在最原始的二維平面Auto CAD圖上進行基本的三維格式轉換，轉換成可以導入三維軟件的格式，而后導入到三維軟件Pro/E中，將零部件按照設計要求的約束或連接方式裝配在一起，形成一個完整的產品。零部件的裝配過程，實際上就是一個約束條件的建立過程，根據不同的零部件及設計的需要，選擇適合的裝配約束條件，從而完成零部件模型的定位，有時候可能一個零部件需要滿足多種不同的約束條件。Pro/E提供了大量的約束類型，可以滿足農業機械產品零部件設計裝配的需要。

3.2 加載動力

將三維軟件Pro/E中建立好的物理模型導入ADAMS中，對初步設計的農業機械系統運動部件進行加載，創建一個包括運動件、運動副、柔性連接和作用力等在內的機械系統模型。根據設計所需的工作條件對其作用力進行設計。加載的運動方式可以利用運動方程進行設定，如齒輪等零部件可以通過在“運動軌跡定義”后輸入軸旋轉的運動方程來進行轉動速度的調整。

3.3 動畫仿真

通過模擬仿真模型在實際操作過程中的動作來測試所建模型，對其仿真結果進行對照比較來驗證所設計的方案；而后對仿真模型進行加載的修正和細化，使其仿真測試數據更符合實際；最后優化設計模型對其零部件進行修正，使其達到最佳的設計方案。

4 展望

在農業機械產品設計當中引用CAD技術，是對農業機械產品設計方法和觀念一次重大變革。不僅要對農業機械產品進行物理建模、裝配，還需要進一步創建三維模型，對其施加相當實際工況的載荷作用，通過仿真試驗比較、驗證模型的參數，從而優化物理模型，大大提高設計的效率和創新的能力。

CAD技術對于農業機械設計軟件的創新具有很大的推動作用，針對傳統設計試驗方法費時又費力，CAD技術既提高了工作效率，又節省了大量的資源投入。國家和企業應加強輔助設計人才的培養，特別是既能掌握農機技術，又懂計算機技術的全能型人才，實現CAD技術在農業機械設計方面的普及；CAD技術在農機方面廣泛推廣，還要向深度和廣度方向發展，提高CAD技術在設計、分析、計算農機零部件方面的使用效率，向三維造型設計、數據庫的共享等多元化方向發展，追求經濟利益最大化。

CAD技術對于農業機械設計起到了巨大的促進作用，隨著現代計算機技術的發展，相信在不久的將來可以迎來農業機械設計質的飛躍，跨入一個新的時代。

[1]王樹才，鄧在京，文友先.我國農業機械CAD的發展思路[J].農業機械學報，2004，35（1）：159-169.

[2]簡正豪，潘桂根.CAD/CAM技術在農業機械產品設計制造中的應用[J].南方農機，2012（1）：44-46.

[3]李巖，張智勇，賈宇琛.基于CAD技術的農業機械設計軟件的改進[J].研究與開發，2010（2）：32-34.

[4]崔輝，陳海琴.基于CAD技術的農業機械設計軟件[J].南京工業職業技術學院學報，2015，15（4）：20-21.

[5]李海亮，胡軍，董升濤，等.機械設計軟件在我國農業機械方面的應用[J].安徽農業科學，2014，42（21）：7 234-7 236.◇

Function and Composition of CAD to Agricultural Machinery Design Software

JIA Jie1，ZHANGQianru2
（1.ShanxiDesign and Research Institute ofMechanicaland Electrical Engineering，Taiyuan，Shanxi030009，China；2.Shanxi Key Laboratory of Germplasm Innovation and Utilization in Pomology，Pomology Institute，Shanxi Academy of Agricultural Science，Taiyuan，Shanxi030031，China）

With the development of computer technology，CAD has a huge role in promoting agriculturalmachinery product design.This paper introduces the function and composition of CAD to agriculturalmachinery design software and put forward the outlook of CAD in agriculturalmachinery design software.

CAD；agriculturalmachinery；ADAMS

S220

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.06.040

1671-9646（2017）06b-0033-02

2017-03-24

賈杰（1985—），男，碩士，工程師，研究方向為機械工程與司法鑒定。