淺談虛擬樣機技術在農業機械設計上的應用和發展

王巍 李玉柱

摘? 要：隨著現代計算機科學技術的發展，虛擬樣機技術開始被有意識地應用在農業機械設計上，有效改善了農業機械設施的質量，降低了農業機械研發資金成本，在農業生產中發揮了重要作用。本文就虛擬樣機技術在農業機械設計上的具體應用展開探討，并分析其未來發展前景，以供借鑒。

關鍵詞：農業;機械設計;虛擬樣機技術;具體應用;未來展望

中圖分類號：S233? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.11974/nyyjs.20181233076

1? ? ?虛擬樣機技術在農業機械設計上的具體應用

1.1? ? ?ADAMS運動仿真

就ADAMS技術本身來說，通過在ADAMS內構建一個虛擬樣機模型，便可以直接進行仿真分析，獨立完成運動仿真分析工作。其優勢在于可以完成數據的無縫連接，但缺點是無法實現大型機械的建模。例如在農用運輸車的機械設計方面，先針對農用運輸車建立多體動力學模型，再通過ADAMS來進行農用運輸車實際運行過程中平順性的仿真技術，從而實現其運動仿真。在進行清選裝置的機械設計時，可以利用ADAMS技術模擬風篩清選裝置建立一個虛擬樣機模型，參照實際工作中不同機械系統的工作參數，掌握農業物料在清選裝置中的基本運動規律，從而進行初步的仿真試驗。在進行收獲機機械設計時，可以利用ADAMS系統模擬割刀的運動軌跡，建立收獲機切割系統的結構模型，從而進行仿真結果的對比分析。在進行農作物收割機的機械設計時，可以針對現有稻麥聯合收割機進行建模，結合現有收割機模型分析運動軌跡，實現運動仿真及對原有結構的優化升級。

1.2? ? ?與結構分析軟件聯合仿真

由于ADAMS軟件建模能力較弱，結構分析能力相對較差，因此需要與結構分析軟件聯合進行仿真，可以由從前局限在剛體分析發展為可以進行柔體分析。例如在進行水稻移栽方面的農業機械設計時，通過ADAMS與ANSYS有限元分析軟件進行聯合，共同進行擺秧結構的參數化設計，建立缽苗的虛擬模型，從而將仿真模型與物理實驗進行對比分析，驗證模型的可行性。在進行電磁振動排種器的機械設計時，利用ADAMS與ANSYS建立虛擬樣機，在仿真實驗中觀察連接彈簧的情況，分析物理參數對于機械的影響。在進行甘蔗收獲機的機械設計時，利用ANSYS直接建立數字物理模型，通過在ADAMS軟件中的設計，觀察記錄甘蔗收獲機虛擬模型在模擬工作中對于甘蔗的幾何物理性能的相互作用關系，從而更加了解甘蔗收獲機實際工作狀態，進行調節與改善。

1.3? ? ?與控制系統軟件聯合仿真

現代機械設計的主要發展方向是結合控制系統與機械系統，能夠促進機械結構自身復雜性的降低，利用控制系統可實現以往不能完成的復雜運動，還能促進結構運動，增強可靠性、精度[1]。例如在進行收獲機輸送臂的機械設計時，可以結合其具體收獲馬鈴薯等農作物時的工作特性，通過ADAMS軟件建立輸送臂的仿真控制模型，還應針對液壓系統進行仿真模塊建立，與Mat lab接口聯合實現集成仿真，便于分析輸送臂具體工作過程中的運動原理。

1.4? ? ?與造型軟件聯合仿真

ADAMS與造型軟件進行聯合仿真主要是通過在造型軟件中建立模型，再將模型導入ADAMS系統中進行仿真處理。其優勢在于可以借助專業造型軟件建立復雜的機械模型，從而便于對復雜農業機械結構進行仿真分析，但由于在將造型軟件中的模型導入ADAMS系統時可能會出現格式轉換錯誤，導致數據丟失。例如在進行馬鈴薯收獲機的機械設計時，可以通過造型軟件進行收獲機系統零部件的參數化造型設計，通過ADAMS針對振動篩進行運動仿真，從而更好地分析其運動性能與運動軌跡。

2? ? ?虛擬樣機技術在農業機械設計上的未來展望

2.1? ? ?參數化設計技術

參數化設計技術是通過調整模型的部分尺寸參數進行相關部位的修改，能夠在同類結構產品的設計與修改中快速完成任務。其優勢在于相比傳統三維造型設計法，參數化設計可以通過輸入基本模型，標注好其中幾何元素的規范要求，通過規范約束要求的改變來自動導出精確的幾何模型，更加省時省力。當幾何模型需要修改時，可以不必修改整體，只需修改局部的參數便可以自動完成對幾何模型的修改。參數化設計還可以直接修改相似的零件參數，生成新的零件，有效提高零件的設計生產效率。

2.2? ? ?虛擬現實技術

虛擬現實技術是一種綜合傳感交互技術、網絡技術、計算機仿真技術、三維圖形技術以及顯示技術等的計算機仿真系統，能夠實現虛擬環境的創建與體驗。運用虛擬現實技術，可以通過計算機建立一個包括視覺、聽覺、嗅覺以及觸覺在內的虛擬環境，人們只需戴上相應的傳感設備，便可實現虛擬環境的體驗，進行實時交互。

3? ? ?結論

虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用發揮了重要優勢，不僅可以改善傳統農業機械設計中存在的種種弊端，還能夠提升機械性能，從而提高農業產值，對于我國農業的發展起到重要的推動作用。

參考文獻

[1]莊偉，富淼.虛擬樣機技術在農業機械設計上的應用[J].現代農業科技，2016（4）：191.