CAD技術在農業機械設計中的應用

張曉鷗

摘要：農業機械因其工作環境比較復雜，使用過程中極易受到農作物、土壤等因素的影響。CAD技術用于農業機械設計中，有利于降低設計難度，從而提升農業機械產品質量。下文在闡述CAD技術基礎上，以液壓懸掛裝置為對象，詳細分析CAD技術的應用，在此基礎上，由全過程優化、綠色設計等方面入手，指出這種技術的應用方向，以期為類似研究提供一定的參考。

關鍵詞：CAD技術;設計;農業機械;液壓懸掛裝置

中國是世界上的農業大國，只有重視普及農業機械，方可帶動我國農業的發展及其產量的提高。當前，傳統的農業機械已經無法滿足新型農業發展的需求，必須向更高質量和全自動化方向發展，信息化的快速發展給農業機械發展提供了強有力的支撐和發展空間[1]。CAD技術在農業機械設計中應用主要有：傳統的手工繪圖存在速度慢、精度差等問題，無法支撐農業機械設計的需求，而CAD技術是一種現代化的設計技術[2]，其用于農業機械產品設計中，能有效提高所設計產品的質量及工作效率[3]。CAD技術能由整體上對農業機械實施創新，提高所設計農業機械的便捷性，縮短產品設計周期，對于推進現代農業機械設計自動化發揮著重要的作用[4]。杜岳峰[5]研究了農業機械智能化設計技術發展現狀，構建了農業機械智能化設計技術體系，該體系中包括農機裝備設計要求、功能結構設計要求、整機/部件設計、標準化、通用化設計方法、關鍵零部件模型庫、整機模型庫、CAX工具集（CAD、CAE、CAM）、CAX二次開發、虛擬實現技術。農業機械模塊化設計中包括模塊劃分方法、模塊化方案優化與評價。高金燕[6]研究了智能CAD技術在農業機械設計中應用，主要從概念設計、變形設計的理論與方法、農業機械領域設計特點等進行分析，得到農業機械設計領域特點包括：結構類型多、型號多、功能結構比較穩定、農業機械設計試驗受到季節性影響比較大增加了研發周期。CAD技術應用解決了概念設計模型與結構設計模型兼容問題，使用智能CAD技術能夠提高產品設計效率。

1 CAD技術優點和農業機械工程設計特點

1.1 CAD技術優點

為有效提升農業產量，廣大設計人員開始把CAD技術用于農業機械設計領域，期望采用數字化技術與工業化完美結合為中國農業發展開創新的路徑[7]。農業機械設計是農業機械產品制造的重要一環，受到廣大專業人士及農民的關注及重視。在上述背景下，多數設計人員考慮把現代化技術引入設計內，從而提升農業機械產品的設計效果及質量。CAD是一款計算機輔助軟件，其具有繪圖功能、編輯功能等，促使設計人員設計出滿意的農業機械產品。此外，設計人員可通過CAD技術繪制相應的農業機械產品圖紙后，把文件修改為任意格式，確保圖紙能夠根據格式轉換導入到其他軟件內。合理使用CAD技術有利于提升所設計農業機械的精準性，達到新時期農業機械發展的實際需求。采用CAD技術能夠把零件合理用于裝配環境內，設計人員開展設計時可參考其他零件大小，確保各零件之間相互銜接，提高農業機械產品設計質量。利用三維模型對農業機械零件實施分解，特別是比較復雜的零件，通過CAD計數逐步優化零件構造，達到設計裝配原理需求，促使農業機械產品實現便捷化設計[8]。使用CAD技術對農業機械展開設計，有利于提升農業機械產品質量及其性能。質量作為檢驗一種產品的重要標準，開展設計時，依托CAD技術能充分擴展設計人員的思路，靈活使用先進的理念，提高所設計零件的立體性，優化產品的性能。靈活使用CAD技術有利于縮短農業機械產品設計時間，充分發揮其優勢，提升農業產品設計效率，縮短所用設計周期。

1.2 農業機械工程設計特點

農業機械種類繁多，據統計目前已經有20多種，設計的范圍多種多樣。根據農業機械的使用價值，可以將其種類分為農業動力機械、家禽機械和農田作業機械三大類。其中農業動力機械包括拖拉機、農田基建機械等。家禽機械包括牧草收割、飼料加工機械等。農田作業機械包括水稻種植、播種、深耕深翻、聯合收割機等。農業機械的內部結構包含多個子系統，涉及的范圍比較廣，包括驅動系統、農機動力系統等。以農業拖拉機為例，其動力系統是直接安裝到農機結構上，包括動力輸出軸、拖掛裝置和牽引裝置等。液壓懸掛裝置則是包括懸掛、控制、液壓三個系統等。因此，要想研發出高質量、效率高的農業機械，必須要有較強的設計能力和專業知識能力等。

2 CAD技術應用實例分析

2.1 拖拉機液壓懸掛裝置原理

對農業機械產品進行設計時，要嚴格根據農業機械設計內容展開操作。如：拖拉機想要開展各項作業，需要與之配套的農具連接起來，依據配套農具與拖拉機連接方法的差異，通常劃分為牽引式、半懸掛及懸掛式。懸掛農具依托拖拉機液壓系統得到拖動，對農具進行上升、降落操作，農具則利用懸掛裝置與拖拉機有效 連接起來。因此，拖拉機懸掛裝置、農具及液壓系統構成一個整體，即：液壓懸掛裝置。液壓懸掛裝置作為拖拉機的掛機與升降工具，支持對作業機具進行傳遞牽引。為改善所合集液壓懸掛裝置的性能，實際設計時，先要確保連桿位置達到國家規定各項標準，實際運行中，牽引裝置與各類農具接口發揮良好的互換性[9]。除此以外，還應保障所設計的裝置顯示出強大的牽引力。在這種設計模式下，方可使農機充分發揮出入土功能。必須注意，液壓懸掛裝置擺動時期，相關人員應將擺動幅度控制在恰當的范圍之內，因此，對限位機構實施合理的設計。

2.2 結構及CAD繪圖設計

對液壓懸掛裝置結構進行設計時，要依據原理圖展開，通過設計者對機械設備材料、尺寸等展開分析及調整。因液壓懸掛裝置控制農具提升、下降等操作主要借助控制分配器的主控制閥時間，為盡可能使用原拖拉機的液壓元件，如：液壓泵、濾清器等，見圖1。

具體設計時，依據約翰—迪爾天拖1204拖拉機系統流量、工作壓力及其功率等要求選擇回路，達到以上要求。1204拖拉機各項參數見表1。

為確保安全經濟節能效果，拖拉機所用液壓懸掛裝置設計上下懸掛裝置，與拖拉機間進行嚴格的控制，確保裝置展現出良好的動力輸出效率。通過簡單的三位四通電磁換向閥（見圖2）構成液壓油路控制小油缸這一設計方案，依托小油缸活塞桿與主控制閥固定連接及移動對位置進行控制，合理控制農機具的提升、中立等過程。對其高度進行設計時，要重視提高設計的合理性。除此以外，工作人員開展水平距離分析，確保能夠達到當下設計需求，在一定程度上提高設計的合理性。采用CAD技術必須構建模型圖，開展三維建模分析，借助計算機高強的計算能力，及時了解那些潛在的故障問題。加之，農業機械產品設計時充分按照結構剛度矩陣方法，實施組集分集及處理。尤其實施邊界條件處理時，對農機機架及其機接頭部位開展針對性分析，確保所設計產品并未出現一系列缺陷。

3 CAD技術應用方向分析

3.1 全過程優化

對農業機械產品進行設計時，必須把不同方面的問題考慮在內，由備選方案內挑選最佳的方案，盡量達到農機設計的具體要求[10]。通常狀況下，要注意依據農業機械產品設計理論、規范要求等進行設計，依托創建的數學模型采用計算機計算完成求解。傳統設計中也有優化設計的內容，但其使用范圍有所局限，難以達到新時期市場對于農業機械產品提出的各項要求。利用CAD的全過程優化功能，支持開展前后處理，獲得滿意的優化結果，從而為農業機械產品設計提供諸多技術支持。例如：某農業機械實際使用中，對所用機械設備展開設計，查找器能夠自動列出并找到零件有待識別的命令指令，通過鼠標點擊相應的命令即可彈出具體的說明。整個制作過程可借助動畫形式進行演示，當零件必須進行修改，點擊命令指令即可進入相應的編輯環境。

3.2 系統設計

如今，農業機械產品種類較多，且結構復雜，必須借助全方位的控制系統對農機進行精準的控制。所用農機設備中，執行、傳動等系統均是不可缺少的內容。借助CAD技術，支持對影響農機水深運行因素展開分析，進一步明確存在的問題及其與影響因素的相關性，挑選恰當的方式對CAD模型實施求解，借助預測評價系統，對產品展開評價與修正處理，進一步完善所設計的系統。如：基礎CAD模型包含方體、球體等形狀，進行設計時可以對其開展模擬仿真處理，促使所設計的方案更可靠、穩定[11]。

3.3 綠色設計

開展綠色設計時，應將所設計產品的環境屬性考慮在內，不但要滿足目標實際需求，也應設法降低設備運行階段的能源消耗。這種情況下，對綠色產品開展設計應以環境指標為依據，挑選恰當的生產產品原材料，盡可能減少能源消耗，降低其產生的毒副作用。在農業機械設備使用時，要重視所用材料的回收及重復利用，或采用經過拆卸可使材料重新再利用，不僅可以節約能源，也能提升機械工作效率。如：某農機生產企業使用CAD技術進行設計時，軟件具備成本控制能力，可以在較短時間引導用戶掌握恰當的設計方式。這種情況下，能夠設計出便于拆卸的連接設備，拆卸部件的緊固件數量能夠控制在較小范圍之內。

3.4 智能化

智能化技術在CAD中應用一致是熱點。以往智能算法在運行效率、運行質量方面需要提升。近年來大數據技術發展讓智能算法性能得到提升。農業機械設計中可將智能算法與CAD技術結合構建新的農業CAD知識庫。圖3為智能技術在農業機械CAD設計中應用。

首先需要精準了解到用戶需求，只有了解到用戶需求才能設計出好的產品。其次將用戶參數上傳到CAD智能云平臺中，可使用分布式傳輸方式上傳。大數據算法包括遺傳算法、神經網絡算法、K-means算法等進行數據挖掘。智能設計是利用大數據算法進行產品設計，找出最佳的設計參數。產品實現是根據CAD設計結果結合機械加工制備出產品。產品驗證是將設計產品應用到實際中。

4 結語

分析了CAD技術在農業機械設計中應用，CAD技術在農業機械設計包括全過程優化、系統設計、綠色設計、智能化。CAD技術應用到農業機械設計中能夠提高產品設計效率和質量。總之，CAD技術用于農業機械設計時，能有效解決多數制造商存在的難題，達到優化傳統機械工程設計的效果，真正意義上提升農業機械產品設計效率。

參考文獻

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[10] 朱浩然.CAD技術在農業機械工程設計中的應用分析[J].南方農機，2020，51（22）：46-47.

[11] 王晚英.CAD技術在機械制造中的應用[J].南方農機，2021，52（2）：106-107.