種子加工機械設計仿真技術ADAMS的應用

王蓮中，胡靖明

（甘肅農業大學機電工程學院 甘肅 蘭州 730074）

在使用種子加工機械的過程中，時常會有轉子不平衡、潤滑不順暢、振動不穩定、噪音大等故障的產生。通常情況下，設備故障的出現是因為生產作業發生中斷或難以正常進行，喪失或降低設計功能，經短時間調整或修理，當設備停止后也可以恢復正常運行[1]。種子加工時包衣、丸粒化、干燥、清選等處理技術，指種子收獲后到播種前實施的。經加工之后，可將受病蟲害影響、成熟的、破碎的種子去除，達到水分適當，防霉防凍，改善其物理及生物特性，提升種子的整齊度，便于機械化播種。除此之外，加工處理種子，是關鍵的實現種子產業及商品化環節，同時是必備的實現農業高產優質高效技術。種子的播種質量及生物特性，會因不同加工手段的選擇之后產生不同影響，種子加工機械工作性能，關系到農業生產效率。

1 種子加工機械設備現狀及ADAMS仿真技術

1.1 機械設備現狀

20世紀70年代，是我國種子加工機械設計制造起始階段，經過引進、消化、吸收等，如今我國已經擁有成套種子加工設備制造及設計能力。總體上其生產和保有量，已經將水弱旱強局面呈現出來。蔬菜、牧草以及玉米、小麥是主要生產的種子加工機械，還包含水稻。對于我國的種子加工行業科研和生產而言，盡管近些年發展較快，可由于起步較晚，與國外種子加工業發達國家相比仍然存在較大的差距，此外，還存在關鍵零件制造工藝不過關、設計配套性差等問題[2]。

1.2 ADAMS仿真技術

ADAMS軟件是美國一家公司開發的，是機械系統動力學自動分析的虛擬樣機分析軟件。現在全世界有數百家各行各業主要制造商，ADAMS已經被廣泛采用。通過對這一軟件的應用，用戶可以創建機械系統幾何模型，是快速、方便、參數化的。此模型可以是造型逼真的幾何化，經從其他CAD軟件傳過來，也可以是軟件中直接建造的。ADAMS軟件創建出的機械系統幾何模型，是完全機械化的，使用的零件庫、約束庫、力庫，以及圖形環境是交互式的。其求解器選擇的是拉格郎日方程方法，基于多剛體系統動力學理論，運動、動力、靜力學分析虛擬機械系統，建立系統動力學方程，將加速度、反作用力、位移、速度輸出。計算有限元的輸入載荷，預測機械系統的碰撞檢測、峰值載荷、性能、運動范圍等，可通過ADAMS軟件的仿真實現。DAMS軟件經5類模塊組成，包含接口、專業領域、基本、擴展模塊及工具箱。用戶可快速有效建模、仿真分析特定專業領域的問題，通過選擇專用模塊之后，同時能夠實現對一般的機械系統進行仿真，經選擇通用模塊之后有針對性的開展。基本上存在的這些模塊，可以滿足設計時對軟件的要求，同時涵蓋種子加工機械各個方面。

2 需要注意的ADAMS仿真問題

MECHANISM／PRO接口，指的是ADAMS這一機械系統動力學仿真分析和PRO、ENGINEER的連接三維實體建模軟件接口模塊，是MDI公司開發的，在數據轉換過程中為了防止丟失掉，二者需選擇無縫連接方式。假設在分析單個零部件的時候，通常情況下，*．SETP、*．SET、*.IGES等格式，是二維實體模型保存的文件形式；Parasolid Xmt-txt這一文件格式，是通用的，基于仿真分析一個機構式[3]。

通常情況下對于模型的創建，選擇的是三維設計軟件，像SOLIDWORKS、PR0／E、UG等，均為專門的參數化造型軟件，因ADAMS沒有很強的三維設計功能。之后進行仿真分析，需導入ADAMS中。通常設置數據轉換的格式，按照仿真要求的不同展開，ADAMS和參數造型軟件存在較多的數據轉換類型。

在ADAMS中導入經三維模型造型軟件或者是自身所創建模型，彼此間仍然存在一定區別。通常情況下，創建時所給的是steel，系統默認為加上材料屬性，各個部件和整機的marker坐標點及質量重心，經系統會自動給出。在ADAMS中，經三維實體設計軟件導入其中，坐標點及質量信息均不存在，所以創建marker坐標點、添加質量信息，是在作仿真前第一應該做的事情，之后加載載荷、添加約束，并進行仿真分析[4]。

3 基本的ADAMS仿真步驟

基于三維實體設計基礎之上，呈現出ADAMS／View仿真功能這樣一種技術。其能夠仿真、優化、建模機械系統模型，作為一個強大仿真環境。一般情況下對于物理模型創建的步驟，于ADAMS／View中對模型創建的步驟是一致的。關鍵部位小部件模型的創建，對于一個復雜仿真系統來說，應實現二者間的聯系，并測試及確定它們的運動，通過應用簡單的仿真。由此，添加更復雜的模型，并確保模型正確。進展緩慢是起初的狀態，但能確保每一子系統工作正常，并于開始下一步之前，真正做好充足的準備，用于整個系統的仿真。建模及仿真分析的步驟大致上分為以下幾步。一是創建一個機械系統模型，包含柔性連接、作用力、運動件、運動副等在內；二是創建所需仿真分析的模型；三是經對照物理樣機試驗數據和模擬仿真結果，用于驗證所設計的方案；四是在實際操作過程中，通過模擬仿真模型動作，用于實現對所建模型的測試[5]；五是針對不同的靈敏度及設計變量，深化設計，評估系統模型；六是細化模型，使得物理樣機試驗數據和自身仿真測試數據吻合；七是找出最優化設計組合，其是可以獲得最佳性能的，并積極的優化設計方案。

4 結語

仿真技術有廣闊的發展前景及市場，加速了開發、研制與使用新技術向產品轉化的過程，其是一種全新的現代設計手法。想要縮短研制周期、降低成本及技術風險、增強企業競爭力、提高產品質量，通過仿真技術來實現非常關鍵。目前，相較于工業和其他方面的應用，農業機械化層面的仿真設計有更廣泛的價值。然而，基于農業機械設計開發上，隨著極大程度上推進的農業機械化進程，今后會得到應用的幅度會更大，同時帶來極大的推動力，用于增強我國農業機械產品開發能力。

種子加工機械和其他機械不一樣，其可以在完成工作過程中保證種子的生命特征，同時可以實現種子計量包裝、存儲、分級、干燥、藥物處理等工作，從收獲后到播種前，使其可以健康茁壯地生長。所以對于各工作部件受力及運動情況分析，基于種子加工機械設計中，可用于實現是否于安全受力范圍內進行檢驗，并測算種子的受力情況。仿真軟件ADAMS可以將工作部件及種子間運動和受力情況準確測出，同時實現對種子加工過程的真實再現。總之，在種子加工機械設計中，仿真技術前景廣闊。