浅谈虚拟样机技术在农业机械设计上的应用

潘新 李远权

【摘 要】随着我国科技的飞速发展，农业机械变得越发复杂与精密，导致农业机械设计变得越来越困难，往往需要投入大量的财力与人力，这无疑会消耗大量的资源。因此，如何提高农业机械设计的准确度与精密度对于设计人员而言是非常重要的。虚拟样机的出现很好地解决了这一问题，使用虚拟样机技术来设计农业机械不仅可以大大地减少设计的时间，而且在设计时能够及时地修改设计中的错误，这在很大程度上节约了设计成本。本文将通过研究虚拟样机技术的相关概念，使虚拟样机技术能够更好地运用在农业机械设计上。

【关键词】虚拟样机;技术发展;农业;机械设计;应用

虚拟样机技术是指通过使用计算机技术，在没有建造物理样机的时候建立数字化的机械模型系统，并使用仿真分析方式，将该系统模型在实际运作中的特性以图形的形式显示出来，从而寻找出最佳的机械设计方案。将其应用到农业机械设计中，有利于提高机械设计的效率。

1虚拟样机技术在农业机械设计上应用的意义

传统的农业机械设计中往往需要经历多个步骤，如再试验、设计的改进、田间的試验、试制样机等。而设计师在设计的时侯更多的是以自己的设计经验进行设计，具体的设计参数也通常靠经验来确定，这样设计出来的产品对提高其质量起到了严重的阻碍作用。而且我国的农作物和农业用地的地形也具有多样性的特点，以及对机械的要求也具有差异性，所以研制的农业机械也应当具有针对性，结合作物的实际需求进行设计。而在试制的时候由于受季节和气候等因素的影响，将会造成设计周期的延长。随着社会的进步，传统的设计难以满足新时期的需求，在虚拟样机技术应用到农业机械设计中之后，不但能够模拟农业机械的功能、结构，还能够及时发现设计阶段出现的样机缺陷，然后做出相应的改进，有效地在设计之初完善机械设计方案。另外，虚拟样机技术还实现了同步进行设计工作和完善工作的目标，对优化设计方案、做出前瞻性的决策发挥了重要作用。另外，还有利于节约机械原材料，促进机械设计成本的降低。

通常设计农业机械产品时，大多数根据经验来设计，确定设计参数也通常用设计经验，这非常不利于企业的发展与创新。并且由于我国农业用地地理形势、农作物适应形势等方面具有广泛的多样性，由此导致机械设计也存在差异性。在农业机械设计中应用虚拟样机技术后，虚拟样机技术不但能够对于机械产品的结构、外形与功能进行模拟，其还能将设备的基础设计与初始方案做出相应的完善。另外，虚拟样机技术还做到了有效地降低机械设计产品重量，从而降低企业生产成本。

2虚拟样机技术在农业机械设计上的具体应用

虚拟样机技术在农业机械设计中的应用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他软件结合ADAMS进行仿真分析农业机械，以此来提高农业机械设计的质量和效率。虚拟样机技术是一种在计算机上操作的技术，在物理样机还没有建立之前，通过计算机技术，建立一个虚拟的数字化机械模型。之后，再通过计算机仿真技术的应用，分析虚拟模型，最后通过图形的形式将虚拟系统模型在软件上显示出来。并将其应用在机械产品设计中，做到降低企业生产成本，提高企业设计效率的作用。在农业机械设计中，虚拟样机技术主要是利用ADAMS软件进行仿真技术。或者将其与其他软件进行结合利用的方式进行分析。做到强化农业机械产品设计，节约企业设计成本，提高设计效率。

2.1ADAMS在农业机械设计中的应用

这种方法主要是将虚拟样机的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析样机的功能等。其优势在于可以无缝连接数据，但也存在较弱的建模功能的不足之处。较为复杂的、大型的模型很难建立起来。例如在设计农用运输车的时候，基于原有的多体动力学模型，使用ADAMS仿真分析其平顺性，对完善其性能发挥了重要作用;在建造稻麦联合收割机模型的时候使用ADAMS中的仿真软件，优化了该模型的结构;在使用ADAMS仿真建立收割机结构的模型时，还仿真设计了割刀的运动，仿真之后得出的结果也比较合理，仿真设计的准确性较高，对机械设计具有极大的帮助。传统的农业机械设计通常是在设计人员将图样设计出来之后，而将虚拟样机技术应用于农业机械设计之中，可在物理样机建立之前，通过计算机技术的运用，建立农业机械系统相关的数学模型，并从具体的农业活动以及客户相关要求与需求出发，对这一数学模型进行方针分析，并进行不断的修改与完善设计，从而实现农业机械设计效果的最佳化。

2.2结构分析软件结合ADAMS在农业机械设计中的应用

由于ADAMS的结构分析能力相对较弱，而且刚体是ADAMS主要的分析对象。因此，为了有效地分析柔性体，在仿真的时候就需要结合相关的结构分析软件。如ANSYS有限元分析软件结合ADAMS，建立了水稻钵苗模型、水稻移栽机模型，比较物理试验的结果与仿真结果，验证模型的可行性，从而设计出质量更优的产品;这2个软件结合还仿真建立了耕整机的样机模型，并在实际测量具体的尺寸之后，研究耕整机的实际震动原理，从而根据其性能设计符合农业实际需求的耕整机;另外使用ADAMS与ANSYS结合建模，还需要分析具体的作物特性，如基于了解了甘蔗的物理性能之后，先使用ANSYS将其数字模型建立起来，然后在虚拟样机ADAMS引人数字模型，构建工作对象甘蔗与虚拟样机之间的联系，使收获机作用于甘蔗，并对机器的具体工作过程进行精确的描述。

2.3控制系统分析软件结合ADAMS在农业机械设计中的应用

现代机械设计的主要发展方向是结合控制系统与机械系统，能够促进机械结构自身复杂性的降低，利用结合的控制系统可实现以往不能完成的复杂运动。同时还能促进结构运动，增强可靠性、精度。如在研究弹性轴轴承系统的时候使用Matlab结合ADAMS的方法，仿真分析其受到径向正弦载荷作用之后，所呈现出的动力学的具体特征;在研究马铃薯联合收获机的特性时，可以先仿真收获机输送臂的液压模块、机械模型，仿真的时候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中构件其控制模型，最终结合Mat lab与ADAMS集成仿真系统的模型。在分析系统模型之后，就可以实现仿真分析输送臂工作原理的目的。

3结语

总之，通过对虚拟样机技术在农业机械设计中的应用的研究，可以了解目前农业机械设计存在的不足，将虚拟样机技术广泛应用到农业机械设计中可以有效解决其不足，还能够满足现代化农业机械设计的需求，从而提高机械设计的质量，促进农业机械的发展。

参考文献：

[1]牛犇.虚拟样机技术在农业机械设计上的应用和发展初探[J].科技资讯，2013（31）：58，60.

[2]徐金苏，虚拟样机技术在农业机械领域中的应用分析[J].中国科技信息，2011（8）：100.

[3]董镜维.工程机械领域中虚拟样机技术的应用[J].工程技术（引文版），2015（19）：255.

作者简介：

潘新，男，广西省北海市，本科在读，研究方向：机械。

李远权，男，贵州省遵义市，本科在读，研究方向：机械。

（作者单位：辽东学院化工与机械学院）