潘新 李遠(yuǎn)權(quán)

【摘?要】隨著我國(guó)科技的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械變得越發(fā)復(fù)雜與精密，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)變得越來(lái)越困難，往往需要投入大量的財(cái)力與人力，這無(wú)疑會(huì)消耗大量的資源。因此，如何提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度與精密度對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言是非常重要的。虛擬樣機(jī)的出現(xiàn)很好地解決了這一問(wèn)題，使用虛擬樣機(jī)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械不僅可以大大地減少設(shè)計(jì)的時(shí)間，而且在設(shè)計(jì)時(shí)能夠及時(shí)地修改設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，這在很大程度上節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。本文將通過(guò)研究虛擬樣機(jī)技術(shù)的相關(guān)概念，使虛擬樣機(jī)技術(shù)能夠更好地運(yùn)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上。

【關(guān)鍵詞】虛擬樣機(jī);技術(shù)發(fā)展;農(nóng)業(yè);機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用

虛擬樣機(jī)技術(shù)是指通過(guò)使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在沒(méi)有建造物理樣機(jī)的時(shí)候建立數(shù)字化的機(jī)械模型系統(tǒng)，并使用仿真分析方式，將該系統(tǒng)模型在實(shí)際運(yùn)作中的特性以圖形的形式顯示出來(lái)，從而尋找出最佳的機(jī)械設(shè)計(jì)方案。將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，有利于提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率。

1虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上應(yīng)用的意義

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中往往需要經(jīng)歷多個(gè)步驟，如再試驗(yàn)、設(shè)計(jì)的改進(jìn)、田間的試驗(yàn)、試制樣機(jī)等。而設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的時(shí)侯更多的是以自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體的設(shè)計(jì)參數(shù)也通常靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品對(duì)提高其質(zhì)量起到了嚴(yán)重的阻礙作用。而且我國(guó)的農(nóng)作物和農(nóng)業(yè)用地的地形也具有多樣性的特點(diǎn)，以及對(duì)機(jī)械的要求也具有差異性，所以研制的農(nóng)業(yè)機(jī)械也應(yīng)當(dāng)具有針對(duì)性，結(jié)合作物的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在試制的時(shí)候由于受季節(jié)和氣候等因素的影響，將會(huì)造成設(shè)計(jì)周期的延長(zhǎng)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)難以滿(mǎn)足新時(shí)期的需求，在虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中之后，不但能夠模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能、結(jié)構(gòu)，還能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)的樣機(jī)缺陷，然后做出相應(yīng)的改進(jìn)，有效地在設(shè)計(jì)之初完善機(jī)械設(shè)計(jì)方案。另外，虛擬樣機(jī)技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了同步進(jìn)行設(shè)計(jì)工作和完善工作的目標(biāo)，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、做出前瞻性的決策發(fā)揮了重要作用。另外，還有利于節(jié)約機(jī)械原材料，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)成本的降低。

通常設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，大多數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)參數(shù)也通常用設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，這非常不利于企業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。并且由于我國(guó)農(nóng)業(yè)用地地理形勢(shì)、農(nóng)作物適應(yīng)形勢(shì)等方面具有廣泛的多樣性，由此導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)也存在差異性。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)后，虛擬樣機(jī)技術(shù)不但能夠?qū)τ跈C(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、外形與功能進(jìn)行模擬，其還能將設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與初始方案做出相應(yīng)的完善。另外，虛擬樣機(jī)技術(shù)還做到了有效地降低機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品重量，從而降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

2虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的具體應(yīng)用

虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結(jié)合ADAMS進(jìn)行仿真分析農(nóng)業(yè)機(jī)械，以此來(lái)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種在計(jì)算機(jī)上操作的技術(shù)，在物理樣機(jī)還沒(méi)有建立之前，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立一個(gè)虛擬的數(shù)字化機(jī)械模型。之后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用，分析虛擬模型，最后通過(guò)圖形的形式將虛擬系統(tǒng)模型在軟件上顯示出來(lái)。并將其應(yīng)用在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，做到降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)設(shè)計(jì)效率的作用。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，虛擬樣機(jī)技術(shù)主要是利用ADAMS軟件進(jìn)行仿真技術(shù)?；蛘邔⑵渑c其他軟件進(jìn)行結(jié)合利用的方式進(jìn)行分析。做到強(qiáng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，節(jié)約企業(yè)設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)效率。

2.1ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

這種方法主要是將虛擬樣機(jī)的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析樣機(jī)的功能等。其優(yōu)勢(shì)在于可以無(wú)縫連接數(shù)據(jù)，但也存在較弱的建模功能的不足之處。較為復(fù)雜的、大型的模型很難建立起來(lái)。例如在設(shè)計(jì)農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)的時(shí)候，基于原有的多體動(dòng)力學(xué)模型，使用ADAMS仿真分析其平順性，對(duì)完善其性能發(fā)揮了重要作用;在建造稻麥聯(lián)合收割機(jī)模型的時(shí)候使用ADAMS中的仿真軟件，優(yōu)化了該模型的結(jié)構(gòu);在使用ADAMS仿真建立收割機(jī)結(jié)構(gòu)的模型時(shí)，還仿真設(shè)計(jì)了割刀的運(yùn)動(dòng)，仿真之后得出的結(jié)果也比較合理，仿真設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性較高，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)具有極大的幫助。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)通常是在設(shè)計(jì)人員將圖樣設(shè)計(jì)出來(lái)之后，而將虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)之中，可在物理樣機(jī)建立之前，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，建立農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并從具體的農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及客戶(hù)相關(guān)要求與需求出發(fā)，對(duì)這一數(shù)學(xué)模型進(jìn)行方針?lè)治?，并進(jìn)行不斷的修改與完善設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)效果的最佳化。

2.2結(jié)構(gòu)分析軟件結(jié)合ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

由于ADAMS的結(jié)構(gòu)分析能力相對(duì)較弱，而且剛體是ADAMS主要的分析對(duì)象。因此，為了有效地分析柔性體，在仿真的時(shí)候就需要結(jié)合相關(guān)的結(jié)構(gòu)分析軟件。如ANSYS有限元分析軟件結(jié)合ADAMS，建立了水稻缽苗模型、水稻移栽機(jī)模型，比較物理試驗(yàn)的結(jié)果與仿真結(jié)果，驗(yàn)證模型的可行性，從而設(shè)計(jì)出質(zhì)量更優(yōu)的產(chǎn)品;這2個(gè)軟件結(jié)合還仿真建立了耕整機(jī)的樣機(jī)模型，并在實(shí)際測(cè)量具體的尺寸之后，研究耕整機(jī)的實(shí)際震動(dòng)原理，從而根據(jù)其性能設(shè)計(jì)符合農(nóng)業(yè)實(shí)際需求的耕整機(jī);另外使用ADAMS與ANSYS結(jié)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(shù)字模型建立起來(lái)，然后在虛擬樣機(jī)ADAMS引人數(shù)字模型，構(gòu)建工作對(duì)象甘蔗與虛擬樣機(jī)之間的聯(lián)系，使收獲機(jī)作用于甘蔗，并對(duì)機(jī)器的具體工作過(guò)程進(jìn)行精確的描述。

2.3控制系統(tǒng)分析軟件結(jié)合ADAMS在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向是結(jié)合控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)，能夠促進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)自身復(fù)雜性的降低，利用結(jié)合的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以往不能完成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。同時(shí)還能促進(jìn)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統(tǒng)的時(shí)候使用Matlab結(jié)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(xiàn)出的動(dòng)力學(xué)的具體特征;在研究馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)的特性時(shí)，可以先仿真收獲機(jī)輸送臂的液壓模塊、機(jī)械模型，仿真的時(shí)候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中構(gòu)件其控制模型，最終結(jié)合Mat lab與ADAMS集成仿真系統(tǒng)的模型。在分析系統(tǒng)模型之后，就可以實(shí)現(xiàn)仿真分析輸送臂工作原理的目的。

3結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的研究，可以了解目前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)存在的不足，將虛擬樣機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中可以有效解決其不足，還能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的需求，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛犇.虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的應(yīng)用和發(fā)展初探[J].科技資訊，2013（31）：58，60.

[2]徐金蘇，虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)科技信息，2011（8）：100.

[3]董鏡維.工程機(jī)械領(lǐng)域中虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用[J].工程技術(shù)（引文版），2015（19）：255.

作者簡(jiǎn)介：

潘新，男，廣西省北海市，本科在讀，研究方向：機(jī)械。

李遠(yuǎn)權(quán)，男，貴州省遵義市，本科在讀，研究方向：機(jī)械。

（作者單位：遼東學(xué)院化工與機(jī)械學(xué)院）