淺談虛擬樣機技術在農業機械設計上的應用

潘新 李遠權

【摘?要】隨著我國科技的飛速發展，農業機械變得越發復雜與精密，導致農業機械設計變得越來越困難，往往需要投入大量的財力與人力，這無疑會消耗大量的資源。因此，如何提高農業機械設計的準確度與精密度對于設計人員而言是非常重要的。虛擬樣機的出現很好地解決了這一問題，使用虛擬樣機技術來設計農業機械不僅可以大大地減少設計的時間，而且在設計時能夠及時地修改設計中的錯誤，這在很大程度上節約了設計成本。本文將通過研究虛擬樣機技術的相關概念，使虛擬樣機技術能夠更好地運用在農業機械設計上。

【關鍵詞】虛擬樣機;技術發展;農業;機械設計;應用

虛擬樣機技術是指通過使用計算機技術，在沒有建造物理樣機的時候建立數字化的機械模型系統，并使用仿真分析方式，將該系統模型在實際運作中的特性以圖形的形式顯示出來，從而尋找出最佳的機械設計方案。將其應用到農業機械設計中，有利于提高機械設計的效率。

1虛擬樣機技術在農業機械設計上應用的意義

傳統的農業機械設計中往往需要經歷多個步驟，如再試驗、設計的改進、田間的試驗、試制樣機等。而設計師在設計的時侯更多的是以自己的設計經驗進行設計，具體的設計參數也通常靠經驗來確定，這樣設計出來的產品對提高其質量起到了嚴重的阻礙作用。而且我國的農作物和農業用地的地形也具有多樣性的特點，以及對機械的要求也具有差異性，所以研制的農業機械也應當具有針對性，結合作物的實際需求進行設計。而在試制的時候由于受季節和氣候等因素的影響，將會造成設計周期的延長。隨著社會的進步，傳統的設計難以滿足新時期的需求，在虛擬樣機技術應用到農業機械設計中之后，不但能夠模擬農業機械的功能、結構，還能夠及時發現設計階段出現的樣機缺陷，然后做出相應的改進，有效地在設計之初完善機械設計方案。另外，虛擬樣機技術還實現了同步進行設計工作和完善工作的目標，對優化設計方案、做出前瞻性的決策發揮了重要作用。另外，還有利于節約機械原材料，促進機械設計成本的降低。

通常設計農業機械產品時，大多數根據經驗來設計，確定設計參數也通常用設計經驗，這非常不利于企業的發展與創新。并且由于我國農業用地地理形勢、農作物適應形勢等方面具有廣泛的多樣性，由此導致機械設計也存在差異性。在農業機械設計中應用虛擬樣機技術后，虛擬樣機技術不但能夠對于機械產品的結構、外形與功能進行模擬，其還能將設備的基礎設計與初始方案做出相應的完善。另外，虛擬樣機技術還做到了有效地降低機械設計產品重量，從而降低企業生產成本。

2虛擬樣機技術在農業機械設計上的具體應用

虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結合ADAMS進行仿真分析農業機械，以此來提高農業機械設計的質量和效率。虛擬樣機技術是一種在計算機上操作的技術，在物理樣機還沒有建立之前，通過計算機技術，建立一個虛擬的數字化機械模型。之后，再通過計算機仿真技術的應用，分析虛擬模型，最后通過圖形的形式將虛擬系統模型在軟件上顯示出來。并將其應用在機械產品設計中，做到降低企業生產成本，提高企業設計效率的作用。在農業機械設計中，虛擬樣機技術主要是利用ADAMS軟件進行仿真技術。或者將其與其他軟件進行結合利用的方式進行分析。做到強化農業機械產品設計，節約企業設計成本，提高設計效率。

2.1ADAMS在農業機械設計中的應用

這種方法主要是將虛擬樣機的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析樣機的功能等。其優勢在于可以無縫連接數據，但也存在較弱的建模功能的不足之處。較為復雜的、大型的模型很難建立起來。例如在設計農用運輸車的時候，基于原有的多體動力學模型，使用ADAMS仿真分析其平順性，對完善其性能發揮了重要作用;在建造稻麥聯合收割機模型的時候使用ADAMS中的仿真軟件，優化了該模型的結構;在使用ADAMS仿真建立收割機結構的模型時，還仿真設計了割刀的運動，仿真之后得出的結果也比較合理，仿真設計的準確性較高，對機械設計具有極大的幫助。傳統的農業機械設計通常是在設計人員將圖樣設計出來之后，而將虛擬樣機技術應用于農業機械設計之中，可在物理樣機建立之前，通過計算機技術的運用，建立農業機械系統相關的數學模型，并從具體的農業活動以及客戶相關要求與需求出發，對這一數學模型進行方針分析，并進行不斷的修改與完善設計，從而實現農業機械設計效果的最佳化。

2.2結構分析軟件結合ADAMS在農業機械設計中的應用

由于ADAMS的結構分析能力相對較弱，而且剛體是ADAMS主要的分析對象。因此，為了有效地分析柔性體，在仿真的時候就需要結合相關的結構分析軟件。如ANSYS有限元分析軟件結合ADAMS，建立了水稻缽苗模型、水稻移栽機模型，比較物理試驗的結果與仿真結果，驗證模型的可行性，從而設計出質量更優的產品;這2個軟件結合還仿真建立了耕整機的樣機模型，并在實際測量具體的尺寸之后，研究耕整機的實際震動原理，從而根據其性能設計符合農業實際需求的耕整機;另外使用ADAMS與ANSYS結合建模，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將其數字模型建立起來，然后在虛擬樣機ADAMS引人數字模型，構建工作對象甘蔗與虛擬樣機之間的聯系，使收獲機作用于甘蔗，并對機器的具體工作過程進行精確的描述。

2.3控制系統分析軟件結合ADAMS在農業機械設計中的應用

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，利用結合的控制系統可實現以往不能完成的復雜運動。同時還能促進結構運動，增強可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統的時候使用Matlab結合ADAMS的方法，仿真分析其受到徑向正弦載荷作用之后，所呈現出的動力學的具體特征;在研究馬鈴薯聯合收獲機的特性時，可以先仿真收獲機輸送臂的液壓模塊、機械模型，仿真的時候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中構件其控制模型，最終結合Mat lab與ADAMS集成仿真系統的模型。在分析系統模型之后，就可以實現仿真分析輸送臂工作原理的目的。

3結語

總之，通過對虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用的研究，可以了解目前農業機械設計存在的不足，將虛擬樣機技術廣泛應用到農業機械設計中可以有效解決其不足，還能夠滿足現代化農業機械設計的需求，從而提高機械設計的質量，促進農業機械的發展。

參考文獻：

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[3]董鏡維.工程機械領域中虛擬樣機技術的應用[J].工程技術（引文版），2015（19）：255.

作者簡介：

潘新，男，廣西省北海市，本科在讀，研究方向：機械。

李遠權，男，貴州省遵義市，本科在讀，研究方向：機械。

（作者單位：遼東學院化工與機械學院）