賈杰，張倩茹

CAD技術對農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)科學院果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點實驗室，山西太原030031）

隨著現(xiàn)代計算機技術的發(fā)展，CAD技術對于農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的設計有著巨大的促進作用。通過介紹CAD技術對農(nóng)業(yè)機械設計的發(fā)展作用及其在農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計軟件的組成，提出CAD技術對農(nóng)業(yè)機械設計軟件的展望。

CAD；農(nóng)業(yè)機械；ADAMS

我國是農(nóng)業(yè)機械大國，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)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(yè)的發(fā)展，CAD技術也廣泛應用于農(nóng)業(yè)機械的設計當中，采用CAD技術可以提高產(chǎn)品的設計效率、優(yōu)化設計方案、簡短設計時間，還能對產(chǎn)品的創(chuàng)新起到積極促進的作用[1-3]。運用CAD技術可以促進農(nóng)業(yè)機械行業(yè)發(fā)展，使我國農(nóng)業(yè)機械設計技術達到發(fā)達國家水平。

1 CAD技術對于農(nóng)業(yè)機械設計的發(fā)展作用

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

隨著現(xiàn)代計算機技術的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)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(fā)展。CAD技術較傳統(tǒng)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(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品結構的聯(lián)系，促進農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品質(zhì)量的提高[5]。CAD技術在農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的設計當中有著自己得天獨厚的優(yōu)勢，其主要表現(xiàn)為：一是對農(nóng)業(yè)機械的各個零部件設計提供了進行裝配的功能，傳統(tǒng)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(jīng)常性失敗，CAD技術在虛擬環(huán)境的總體設計部分，可以掃描周圍的零部件設計，通過動態(tài)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(nóng)業(yè)機械創(chuàng)新有一個巨大的優(yōu)勢，即可以保持原來農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計的數(shù)據(jù)信息而對其零部件局部進行修改和創(chuàng)新，從而避免了大量重復勞動，又實現(xiàn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新。

2 基于CAD技術的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計軟件的組成

2.1 軟件工具

現(xiàn)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(nóng)業(yè)機械產(chǎn)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(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品軟件的結構流程需要依據(jù)軟件設計的目標、內(nèi)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(shù)據(jù)分析和校核，完備的3D組件農(nóng)業(yè)機械設計計算機輔助系統(tǒng)也是必不可少的。

2.3 軟件制作

使用數(shù)控件去實現(xiàn)“部件”場景，控件內(nèi)的各部分內(nèi)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(tǒng)以XML文件實現(xiàn)。

3 基于CAD技術的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計軟件的優(yōu)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(chǎn)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(jù)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(nóng)業(yè)機械產(chǎn)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(nóng)業(yè)機械系統(tǒng)運動部件進行加載，創(chuàng)建一個包括運動件、運動副、柔性連接和作用力等在內(nèi)的機械系統(tǒng)模型。根據(jù)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(diào)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(shù)據(jù)更符合實際；最后優(yōu)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(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計當中引用CAD技術，是對農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計方法和觀念一次重大變革。不僅要對農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品進行物理建模、裝配，還需要進一步創(chuàng)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(shù)，從而優(yōu)化物理模型，大大提高設計的效率和創(chuàng)新的能力。

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

CAD技術對于農(nóng)業(yè)機械設計起到了巨大的促進作用，隨著現(xiàn)代計算機技術的發(fā)展，相信在不久的將來可以迎來農(nóng)業(yè)機械設計質(zhì)的飛躍，跨入一個新的時代。

[1]王樹才，鄧在京，文友先.我國農(nóng)業(yè)機械CAD的發(fā)展思路[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2004，35（1）：159-169.

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

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

[4]崔輝，陳海琴.基于CAD技術的農(nóng)業(yè)機械設計軟件[J].南京工業(yè)職業(yè)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(nóng)業(yè)機械方面的應用[J].安徽農(nóng)業(yè)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。