計算機輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用研究

崔 彥

（昆山工貿(mào)技工學(xué)校，江蘇 蘇州 215300）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，計算機輔助技術(shù)成為具有不受環(huán)境影響且能提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計效率的自動化技術(shù)之一。計算機輔助技術(shù)主要指能為產(chǎn)品設(shè)計及加工提供數(shù)字化建模和驗證手段的UG技術(shù)，而UG軟件是一個功能強大，能滿足用戶各種虛擬產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計及工業(yè)化需求的CAD及CAM交互式系統(tǒng)[1]。由于農(nóng)業(yè)機械在設(shè)計生產(chǎn)過程中需要的零配件精細(xì)度要求極高，為提升農(nóng)業(yè)機械的產(chǎn)品質(zhì)量與精細(xì)度，可應(yīng)用計算機輔助技術(shù)中的UG軟件將農(nóng)業(yè)機械設(shè)計相關(guān)參數(shù)利用三維設(shè)計技術(shù)更直觀地呈現(xiàn)出來。此外，發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用還能減輕農(nóng)民的勞動壓力，提升其勞動效率并增加勞動收入。因此，在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)，對提升農(nóng)業(yè)機械品質(zhì)、促進農(nóng)業(yè)發(fā)展具有不可替代的重要作用[2]。

1 計算機輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計效率

將計算機輔助技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中時，可應(yīng)用計算機輔助技術(shù)中的UG技術(shù)提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中數(shù)據(jù)及零部件的精準(zhǔn)度，大幅縮短農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計周期，減少誤差，提高農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計效率與產(chǎn)品質(zhì)量。還可應(yīng)用計算機輔助技術(shù)中的三維設(shè)計對農(nóng)業(yè)機械零部件進行分解及建模，可保證零部件尺寸，形狀結(jié)構(gòu)也滿足農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的要求，同時可為后期機械的維修打下基礎(chǔ)。因此，在農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計中合理應(yīng)用計算機輔助技術(shù)有利于提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的效率[3]。

1.2 提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中零部件精準(zhǔn)度

在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)中的UG技術(shù)能更好把握農(nóng)機零部件的尺寸及結(jié)構(gòu)，通過減小零部件的誤差提高設(shè)計精準(zhǔn)度。還可通過3D建模的形式更直觀地體現(xiàn)零部件在農(nóng)業(yè)機械中的具體結(jié)構(gòu)與功能，使設(shè)計者可直接看到零件型號及規(guī)格等因素對農(nóng)業(yè)機械整體性能的影響，便于后期對農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的修改[4]。為更好地滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的農(nóng)業(yè)機械需求，體現(xiàn)計算機輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械的零部件與整體設(shè)計中起到的支撐作用，可通過提高設(shè)計的精準(zhǔn)度實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的功能，以達到提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的目的。

1.3 提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量

在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中應(yīng)用UG三維技術(shù)，可以將整個設(shè)計應(yīng)用三維模型形式更直觀地顯示出各個零部件在農(nóng)業(yè)機械中的結(jié)構(gòu)與位置，減少裝配過程中產(chǎn)生的誤差。在進行農(nóng)業(yè)機械零部件設(shè)計時，通過三維設(shè)計技術(shù)構(gòu)建零部件模型，對機械中每個零部件進行分析與計算，提升零部件與農(nóng)業(yè)機械整體的適配度，以此設(shè)計出精準(zhǔn)度更高、適配度更廣的零部件，提升農(nóng)業(yè)機械的整體產(chǎn)品質(zhì)量[5]。

1.4 提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的創(chuàng)新性

在對農(nóng)業(yè)機械進行設(shè)計時，有效結(jié)合計算機輔助技術(shù)，保障機械的實用性與創(chuàng)新性，有助于消費者在農(nóng)業(yè)機械選購時獲得更多的參考，同時在對農(nóng)業(yè)機械進行創(chuàng)新設(shè)計時，還能夠更好地結(jié)合其性質(zhì)與作用，更有效地發(fā)揮產(chǎn)品產(chǎn)能。此外，計算機輔助技術(shù)還有助于對實際使用農(nóng)業(yè)機械的過程中出現(xiàn)頻率較高的故障進行科學(xué)、系統(tǒng)的分析，并在后期予以解決與改進，不斷完善農(nóng)業(yè)機械的性能，有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，為農(nóng)業(yè)機械的消費市場發(fā)展提供充足保障。在農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)過程中，涉及企業(yè)繁多，而唯有不斷對產(chǎn)品進行改進與創(chuàng)新，才能在日益激烈的經(jīng)濟市場競爭中獲得優(yōu)勢，而對產(chǎn)品進行創(chuàng)新，需要有效地收集與整合相關(guān)數(shù)據(jù)，并對相關(guān)的知識進行發(fā)現(xiàn)、組織、表達與運用以及技術(shù)方面的選擇與確定等，這部分的工作若借助相應(yīng)的計算機輔助技術(shù)，則能夠極大提升其效率。不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，提升農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的創(chuàng)新性，使之更加契合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展實際情況，不僅能夠使現(xiàn)代化農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)更加適應(yīng)當(dāng)下的市場發(fā)展情況，也有助于我國農(nóng)業(yè)機械設(shè)計水平與生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展質(zhì)量得以提升。

2 計算機輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1 在農(nóng)業(yè)機械模型構(gòu)造中的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機械模型構(gòu)造設(shè)計是整個農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的重要組成部分，也是順利完成農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的基礎(chǔ)工作之一。為更好地在農(nóng)業(yè)機械模型構(gòu)造設(shè)計中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)中參數(shù)化建模技術(shù)的優(yōu)勢，首先，必須將農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的零部件進行結(jié)構(gòu)、功能分析并分類，通過零部件的具體特征構(gòu)建零部件特征庫；其次，為每個零部件特征庫中的零部件進行賦值并確定其在農(nóng)業(yè)機械中的位置；最后，在參考數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建出農(nóng)業(yè)機械零部件模型并將農(nóng)業(yè)機械各部分的具體功能直觀顯示出來。此外，在農(nóng)業(yè)機械模型構(gòu)造設(shè)計時，還需對模型進行簡易直白的參數(shù)命名，通過對參數(shù)的計算確定零部件的尺寸與大小，便于后期設(shè)計中合理調(diào)整零部件的設(shè)計[6]。因此，在農(nóng)業(yè)機械模型構(gòu)造設(shè)計中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)，不僅能提升農(nóng)機在設(shè)計時的視覺效果及農(nóng)機設(shè)計的效率，還能有效提升設(shè)計的精準(zhǔn)度以保證農(nóng)業(yè)機械的產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 在犁中的應(yīng)用

犁是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的農(nóng)業(yè)機械，其犁體的設(shè)計過程極為復(fù)雜，而在犁體設(shè)計中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)能大大提高犁體設(shè)計的效率及質(zhì)量。首先，在進行犁體設(shè)計前，可應(yīng)用UG技術(shù)設(shè)計出犁體的大致結(jié)構(gòu)與外形并形成草圖，然后再生成效果圖，如圖1所示，此時便可以直觀地了解該“犁”設(shè)計的不足之處，以方便后期針對犁的具體功能與消費者需求對其進行修改；其次，針對犁的不同工作環(huán)境或地形要求，利用UG軟件計算分析犁體的設(shè)計參數(shù)，并構(gòu)建模型測試后找出問題，通過解決問題不斷優(yōu)化設(shè)計方案；再次，應(yīng)用FEA技術(shù)評估犁體的強度與剛度，以幫助設(shè)計師確定犁體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，為生產(chǎn)犁體合理選擇制造材料提供參考[7]；最后，應(yīng)用UG技術(shù)的CAM幫助犁體生產(chǎn)商大量生產(chǎn)犁體，以確保生產(chǎn)過程的高效性與經(jīng)濟性。

2.3 在旋耕機中的應(yīng)用

旋耕機設(shè)計時需考慮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中或耕地時的寬度、深度與速度等，因此，在旋耕機設(shè)計中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)能大大提高旋耕機設(shè)計參數(shù)的精準(zhǔn)度，保證旋耕機的機體強度與耐用性[8]。在旋耕機設(shè)計時應(yīng)重點設(shè)計旋耕機的機體結(jié)構(gòu)，用最輕的質(zhì)量打造出最耐用且強度極高的旋耕機機體是設(shè)計師在設(shè)計時要達到的最終目標(biāo)。為更好地提升旋耕機設(shè)計時的效率及精準(zhǔn)度、減少時間及成本的投入，可應(yīng)用計算機輔助技術(shù)中的UG技術(shù)。首先，利用UG軟件對旋耕機的機體結(jié)構(gòu)構(gòu)建模型并分析模型參數(shù)；其次，在利用UG三維技術(shù)構(gòu)建的三維模型中，如圖2所示，仿真分析確定出旋耕機的工作原理及耕作的寬度、深度與速度參數(shù)；最后，為旋耕的機動力系統(tǒng)匹配出合適的發(fā)動機與傳動裝置，提升旋耕機機體在耕作時的穩(wěn)定性。例如，50馬力的發(fā)動機匹配1.8 m旋耕機，90馬力的發(fā)動機則可匹配2.3 m的旋耕機。因此，在進行旋耕機設(shè)計時應(yīng)用UG技術(shù)構(gòu)建出參數(shù)化模型并對相關(guān)參數(shù)進行仿真與分析，能大大提高旋耕機機體設(shè)計的精準(zhǔn)度與設(shè)計效率[9]。

圖2 旋耕機三維圖紙模型

2.4 在聯(lián)合收割機中的應(yīng)用

聯(lián)合收割機是集多種功能于一體的綜合性農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，在設(shè)計聯(lián)合收割機時應(yīng)著重關(guān)注切割功能的設(shè)計，以提升聯(lián)合收割機的工作效率與設(shè)備質(zhì)量。因此，在聯(lián)合收割機設(shè)計中應(yīng)用計算機輔助技術(shù)是農(nóng)業(yè)機械設(shè)備發(fā)揮正常功能、實現(xiàn)高效運作的基礎(chǔ)保障[10]。在聯(lián)合收割機設(shè)計中，負(fù)責(zé)切割功能的葉片設(shè)計是整個設(shè)計中的重點，首先，采用UG軟件設(shè)計出葉片的形狀并計算出葉片數(shù)量；其次，對葉片進行強度與穩(wěn)定性的力學(xué)分析，提升葉片與聯(lián)合收割機其他零部件的適配度，一般葉片軸的轉(zhuǎn)速是220 r/min～280 r/min，過高或過低都會影響收割機的收割效率；最后，利用UG三維設(shè)計技術(shù)，根據(jù)聯(lián)合收割機不同的零部件特征進行數(shù)字化建模，通過對參數(shù)的分析與計算不斷優(yōu)化聯(lián)合收割機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高聯(lián)合收割機的性能與效率。因此，UG技術(shù)在聯(lián)合收割機的設(shè)計工作中起著必不可少的輔助作用，可大大提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)備的設(shè)計效率。

3 結(jié)語

綜上所述，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進程中，計算機輔助技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計方面發(fā)揮了不可替代的作用，其可大大提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工作效率，減輕農(nóng)民勞動負(fù)擔(dān)、增加勞動收入。通過提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的精準(zhǔn)度與設(shè)計效率來提升其工作性能，是縮短生產(chǎn)周期、減少成本投入的必不可少的一個方法。目前，以UG技術(shù)為主的計算機輔助技術(shù)在提高我國農(nóng)業(yè)機械設(shè)計水平與效率以及促進我國農(nóng)業(yè)智能化、數(shù)字化、自動化發(fā)展方面，都發(fā)揮了重要作用。