張曉鷗

摘要：農(nóng)業(yè)機(jī)械因其工作環(huán)境比較復(fù)雜，使用過(guò)程中極易受到農(nóng)作物、土壤等因素的影響。CAD技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，有利于降低設(shè)計(jì)難度，從而提升農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量。下文在闡述CAD技術(shù)基礎(chǔ)上，以液壓懸掛裝置為對(duì)象，詳細(xì)分析CAD技術(shù)的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，由全過(guò)程優(yōu)化、綠色設(shè)計(jì)等方面入手，指出這種技術(shù)的應(yīng)用方向，以期為類似研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù);設(shè)計(jì);農(nóng)業(yè)機(jī)械;液壓懸掛裝置

中國(guó)是世界上的農(nóng)業(yè)大國(guó)，只有重視普及農(nóng)業(yè)機(jī)械，方可帶動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展及其產(chǎn)量的提高。當(dāng)前，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械已經(jīng)無(wú)法滿足新型農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，必須向更高質(zhì)量和全自動(dòng)化方向發(fā)展，信息化的快速發(fā)展給農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐和發(fā)展空間[1]。CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用主要有：傳統(tǒng)的手工繪圖存在速度慢、精度差等問(wèn)題，無(wú)法支撐農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的需求，而CAD技術(shù)是一種現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)技術(shù)[2]，其用于農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，能有效提高所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量及工作效率[3]。CAD技術(shù)能由整體上對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)施創(chuàng)新，提高所設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的便捷性，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，對(duì)于推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)揮著重要的作用[4]。杜岳峰[5]研究了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)技術(shù)體系，該體系中包括農(nóng)機(jī)裝備設(shè)計(jì)要求、功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求、整機(jī)/部件設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì)方法、關(guān)鍵零部件模型庫(kù)、整機(jī)模型庫(kù)、CAX工具集（CAD、CAE、CAM）、CAX二次開(kāi)發(fā)、虛擬實(shí)現(xiàn)技術(shù)。農(nóng)業(yè)機(jī)械模塊化設(shè)計(jì)中包括模塊劃分方法、模塊化方案優(yōu)化與評(píng)價(jià)。高金燕[6]研究了智能CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用，主要從概念設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)的理論與方法、農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域設(shè)計(jì)特點(diǎn)等進(jìn)行分析，得到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域特點(diǎn)包括：結(jié)構(gòu)類型多、型號(hào)多、功能結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)試驗(yàn)受到季節(jié)性影響比較大增加了研發(fā)周期。CAD技術(shù)應(yīng)用解決了概念設(shè)計(jì)模型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型兼容問(wèn)題，使用智能CAD技術(shù)能夠提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。

1 CAD技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和農(nóng)業(yè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1.1 CAD技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

為有效提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，廣大設(shè)計(jì)人員開(kāi)始把CAD技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，期望采用數(shù)字化技術(shù)與工業(yè)化完美結(jié)合為中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展開(kāi)創(chuàng)新的路徑[7]。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)是農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品制造的重要一環(huán)，受到廣大專業(yè)人士及農(nóng)民的關(guān)注及重視。在上述背景下，多數(shù)設(shè)計(jì)人員考慮把現(xiàn)代化技術(shù)引入設(shè)計(jì)內(nèi)，從而提升農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效果及質(zhì)量。CAD是一款計(jì)算機(jī)輔助軟件，其具有繪圖功能、編輯功能等，促使設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出滿意的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品。此外，設(shè)計(jì)人員可通過(guò)CAD技術(shù)繪制相應(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品圖紙后，把文件修改為任意格式，確保圖紙能夠根據(jù)格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入到其他軟件內(nèi)。合理使用CAD技術(shù)有利于提升所設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的精準(zhǔn)性，達(dá)到新時(shí)期農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的實(shí)際需求。采用CAD技術(shù)能夠把零件合理用于裝配環(huán)境內(nèi)，設(shè)計(jì)人員開(kāi)展設(shè)計(jì)時(shí)可參考其他零件大小，確保各零件之間相互銜接，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。利用三維模型對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械零件實(shí)施分解，特別是比較復(fù)雜的零件，通過(guò)CAD計(jì)數(shù)逐步優(yōu)化零件構(gòu)造，達(dá)到設(shè)計(jì)裝配原理需求，促使農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)便捷化設(shè)計(jì)[8]。使用CAD技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械展開(kāi)設(shè)計(jì)，有利于提升農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量及其性能。質(zhì)量作為檢驗(yàn)一種產(chǎn)品的重要標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展設(shè)計(jì)時(shí)，依托CAD技術(shù)能充分?jǐn)U展設(shè)計(jì)人員的思路，靈活使用先進(jìn)的理念，提高所設(shè)計(jì)零件的立體性，優(yōu)化產(chǎn)品的性能。靈活使用CAD技術(shù)有利于縮短農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，縮短所用設(shè)計(jì)周期。

1.2 農(nóng)業(yè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)特點(diǎn)

農(nóng)業(yè)機(jī)械種類繁多，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前已經(jīng)有20多種，設(shè)計(jì)的范圍多種多樣。根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用價(jià)值，可以將其種類分為農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械、家禽機(jī)械和農(nóng)田作業(yè)機(jī)械三大類。其中農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械包括拖拉機(jī)、農(nóng)田基建機(jī)械等。家禽機(jī)械包括牧草收割、飼料加工機(jī)械等。農(nóng)田作業(yè)機(jī)械包括水稻種植、播種、深耕深翻、聯(lián)合收割機(jī)等。農(nóng)業(yè)機(jī)械的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含多個(gè)子系統(tǒng)，涉及的范圍比較廣，包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、農(nóng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)等。以農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)為例，其動(dòng)力系統(tǒng)是直接安裝到農(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)上，包括動(dòng)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(gè)系統(tǒng)等。因此，要想研發(fā)出高質(zhì)量、效率高的農(nóng)業(yè)機(jī)械，必須要有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力和專業(yè)知識(shí)能力等。

2 CAD技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 拖拉機(jī)液壓懸掛裝置原理

對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容展開(kāi)操作。如：拖拉機(jī)想要開(kāi)展各項(xiàng)作業(yè)，需要與之配套的農(nóng)具連接起來(lái)，依據(jù)配套農(nóng)具與拖拉機(jī)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(nóng)具依托拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)得到拖動(dòng)，對(duì)農(nóng)具進(jìn)行上升、降落操作，農(nóng)具則利用懸掛裝置與拖拉機(jī)有效 連接起來(lái)。因此，拖拉機(jī)懸掛裝置、農(nóng)具及液壓系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)整體，即：液壓懸掛裝置。液壓懸掛裝置作為拖拉機(jī)的掛機(jī)與升降工具，支持對(duì)作業(yè)機(jī)具進(jìn)行傳遞牽引。為改善所合集液壓懸掛裝置的性能，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，先要確保連桿位置達(dá)到國(guó)家規(guī)定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際運(yùn)行中，牽引裝置與各類農(nóng)具接口發(fā)揮良好的互換性[9]。除此以外，還應(yīng)保障所設(shè)計(jì)的裝置顯示出強(qiáng)大的牽引力。在這種設(shè)計(jì)模式下，方可使農(nóng)機(jī)充分發(fā)揮出入土功能。必須注意，液壓懸掛裝置擺動(dòng)時(shí)期，相關(guān)人員應(yīng)將擺動(dòng)幅度控制在恰當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，因此，對(duì)限位機(jī)構(gòu)實(shí)施合理的設(shè)計(jì)。

2.2 結(jié)構(gòu)及CAD繪圖設(shè)計(jì)

對(duì)液壓懸掛裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要依據(jù)原理圖展開(kāi)，通過(guò)設(shè)計(jì)者對(duì)機(jī)械設(shè)備材料、尺寸等展開(kāi)分析及調(diào)整。因液壓懸掛裝置控制農(nóng)具提升、下降等操作主要借助控制分配器的主控制閥時(shí)間，為盡可能使用原拖拉機(jī)的液壓元件，如：液壓泵、濾清器等，見(jiàn)圖1。

具體設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)約翰—迪爾天拖1204拖拉機(jī)系統(tǒng)流量、工作壓力及其功率等要求選擇回路，達(dá)到以上要求。1204拖拉機(jī)各項(xiàng)參數(shù)見(jiàn)表1。

為確保安全經(jīng)濟(jì)節(jié)能效果，拖拉機(jī)所用液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)上下懸掛裝置，與拖拉機(jī)間進(jìn)行嚴(yán)格的控制，確保裝置展現(xiàn)出良好的動(dòng)力輸出效率。通過(guò)簡(jiǎn)單的三位四通電磁換向閥（見(jiàn)圖2）構(gòu)成液壓油路控制小油缸這一設(shè)計(jì)方案，依托小油缸活塞桿與主控制閥固定連接及移動(dòng)對(duì)位置進(jìn)行控制，合理控制農(nóng)機(jī)具的提升、中立等過(guò)程。對(duì)其高度進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要重視提高設(shè)計(jì)的合理性。除此以外，工作人員開(kāi)展水平距離分析，確保能夠達(dá)到當(dāng)下設(shè)計(jì)需求，在一定程度上提高設(shè)計(jì)的合理性。采用CAD技術(shù)必須構(gòu)建模型圖，開(kāi)展三維建模分析，借助計(jì)算機(jī)高強(qiáng)的計(jì)算能力，及時(shí)了解那些潛在的故障問(wèn)題。加之，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)充分按照結(jié)構(gòu)剛度矩陣方法，實(shí)施組集分集及處理。尤其實(shí)施邊界條件處理時(shí)，對(duì)農(nóng)機(jī)機(jī)架及其機(jī)接頭部位開(kāi)展針對(duì)性分析，確保所設(shè)計(jì)產(chǎn)品并未出現(xiàn)一系列缺陷。

3 CAD技術(shù)應(yīng)用方向分析

3.1 全過(guò)程優(yōu)化

對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須把不同方面的問(wèn)題考慮在內(nèi)，由備選方案內(nèi)挑選最佳的方案，盡量達(dá)到農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的具體要求[10]。通常狀況下，要注意依據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論、規(guī)范要求等進(jìn)行設(shè)計(jì)，依托創(chuàng)建的數(shù)學(xué)模型采用計(jì)算機(jī)計(jì)算完成求解。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中也有優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容，但其使用范圍有所局限，難以達(dá)到新時(shí)期市場(chǎng)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品提出的各項(xiàng)要求。利用CAD的全過(guò)程優(yōu)化功能，支持開(kāi)展前后處理，獲得滿意的優(yōu)化結(jié)果，從而為農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供諸多技術(shù)支持。例如：某農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)際使用中，對(duì)所用機(jī)械設(shè)備展開(kāi)設(shè)計(jì)，查找器能夠自動(dòng)列出并找到零件有待識(shí)別的命令指令，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的命令即可彈出具體的說(shuō)明。整個(gè)制作過(guò)程可借助動(dòng)畫(huà)形式進(jìn)行演示，當(dāng)零件必須進(jìn)行修改，點(diǎn)擊命令指令即可進(jìn)入相應(yīng)的編輯環(huán)境。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如今，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品種類較多，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，必須借助全方位的控制系統(tǒng)對(duì)農(nóng)機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)的控制。所用農(nóng)機(jī)設(shè)備中，執(zhí)行、傳動(dòng)等系統(tǒng)均是不可缺少的內(nèi)容。借助CAD技術(shù)，支持對(duì)影響農(nóng)機(jī)水深運(yùn)行因素展開(kāi)分析，進(jìn)一步明確存在的問(wèn)題及其與影響因素的相關(guān)性，挑選恰當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)CAD模型實(shí)施求解，借助預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)產(chǎn)品展開(kāi)評(píng)價(jià)與修正處理，進(jìn)一步完善所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。如：基礎(chǔ)CAD模型包含方體、球體等形狀，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)其開(kāi)展模擬仿真處理，促使所設(shè)計(jì)的方案更可靠、穩(wěn)定[11]。

3.3 綠色設(shè)計(jì)

開(kāi)展綠色設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的環(huán)境屬性考慮在內(nèi)，不但要滿足目標(biāo)實(shí)際需求，也應(yīng)設(shè)法降低設(shè)備運(yùn)行階段的能源消耗。這種情況下，對(duì)綠色產(chǎn)品開(kāi)展設(shè)計(jì)應(yīng)以環(huán)境指標(biāo)為依據(jù)，挑選恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)產(chǎn)品原材料，盡可能減少能源消耗，降低其產(chǎn)生的毒副作用。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備使用時(shí)，要重視所用材料的回收及重復(fù)利用，或采用經(jīng)過(guò)拆卸可使材料重新再利用，不僅可以節(jié)約能源，也能提升機(jī)械工作效率。如：某農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)使用CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，軟件具備成本控制能力，可以在較短時(shí)間引導(dǎo)用戶掌握恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方式。這種情況下，能夠設(shè)計(jì)出便于拆卸的連接設(shè)備，拆卸部件的緊固件數(shù)量能夠控制在較小范圍之內(nèi)。

3.4 智能化

智能化技術(shù)在CAD中應(yīng)用一致是熱點(diǎn)。以往智能算法在運(yùn)行效率、運(yùn)行質(zhì)量方面需要提升。近年來(lái)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展讓智能算法性能得到提升。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中可將智能算法與CAD技術(shù)結(jié)合構(gòu)建新的農(nóng)業(yè)CAD知識(shí)庫(kù)。圖3為智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械CAD設(shè)計(jì)中應(yīng)用。

首先需要精準(zhǔn)了解到用戶需求，只有了解到用戶需求才能設(shè)計(jì)出好的產(chǎn)品。其次將用戶參數(shù)上傳到CAD智能云平臺(tái)中，可使用分布式傳輸方式上傳。大數(shù)據(jù)算法包括遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、K-means算法等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。智能設(shè)計(jì)是利用大數(shù)據(jù)算法進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，找出最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)。產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)是根據(jù)CAD設(shè)計(jì)結(jié)果結(jié)合機(jī)械加工制備出產(chǎn)品。產(chǎn)品驗(yàn)證是將設(shè)計(jì)產(chǎn)品應(yīng)用到實(shí)際中。

4 結(jié)語(yǔ)

分析了CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用，CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)包括全過(guò)程優(yōu)化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、智能化。CAD技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中能夠提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量?？傊珻AD技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，能有效解決多數(shù)制造商存在的難題，達(dá)到優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計(jì)的效果，真正意義上提升農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。

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