虚拟样机技术在农业机械设计中的运用

摘要：近年来，随着科技的发展和时代的进步，计算机技术中的虚拟样机技术被合理地引入和应用到农业机械设计中，取得了很好的效果。文章首先介绍了什么是虚拟样机技术，之后分析了农业机械设计应用虚拟样机技术的重要性以及虚拟样机技术在农业机械设计中应用的有利条件，并探讨了应用的具体方式，希望能够为相关的工作提供借鉴和参考。

关键词：虚拟样机技术；农业；机械设计；ADAMS；仿真

以往传统的农业机械设计存在诸如成本过高、周期过长等问题，而在农业机械设计中应用虚拟样机技术，极大地提高了机械研发的效率，并且促进了农业的发展。

1虚拟样机技术概述

虚拟样机技术是21世纪新兴的数字化仿真技术，简称VPT技术，这种技术充分融合了建模、机械、仿真、网络等元素，和过去的技术相比，仿真效果更好，并且能够实现对所设计的产品进行分析和测评。在特定的机械设计中，相关的技术人员可以借助相关软件完成一系列的操作，目前常用的软件是美国的ADAMS软件。实际上，虚拟样机技术是借助于网络通信以及多媒体技术，对机械进行设计，形成机型，同时评价机型的特点和性能，这种样机模型是虚拟的，可以在很大程度上代替物理样机，并且能够极大地缩短产品的开发周期，显著提升开发效率，而且虚拟样机技术的应用范围十分广泛。

2农业机械设计应用虚拟样机技术的重要性

农业机械设计应用虚拟样机技术，能够给保证和提高农业机械的质量和性能，这对于中国农业的发展具有战略意义，因为中国是农业大国，每年需要使用大量的农业设备，这些机械设备的质量好坏直接关系着农业的发展水平。由于以往在对农业机械进行设计时，设计人员只是根据已有的经验和一些常识来进行设计，但是这种方法极易出现问题。一旦样机与事先的设计存在出入，就需要重新进行设计，这样比较浪费时间，并且耽误生产，无形中延长了机械设备投入市场的时间，可能会失去使用价值，同时浪费了成本，降低了企业的利益，也不利于行业的发展和稳定。通过应用虚拟样机技术，将机械设备的设计、方案的选择、零件的装配以及性能的优化等操作和工艺都在计算机形成的虚拟环境中进行，这样有效避免了出现重复的可能，并且发挥了计算机技术的优势，提高了准确性，也使得农业机械产品更早和更快地投放到市场中，帮助企业抢占先机。

3虚拟样机技术在农业机械设计中应用的优势

整体而言，虚拟样机技术在农业机械设计中应用的优势表现在以下两方面。第一方面，升级了机械设计的理念。通过将原本复杂繁琐的设计工序变得简单直观，使得老旧的设计理念问题凸显，从而顺理成章地进行升级和创新。而且在设计之初就能够直接通过计算机完成虚拟样机的创建工作，并保证机械的整体结构和功能都与实际模型相吻合，从而客观、准确和真实地反映设计产品的各项指标[1]。第二方面，借助虚拟样机技术，能够第一时间找到产品存在的缺陷和问题，并且省去后期检测和分析的时间以及成本，并且这些缺陷发现的越早，改进工作展开地越快，越有利于机械产品的研发和投入使用。过去对机械设计的产品进行分析时，需要综合比对大量数据且容易出错，这为后续的工作制造了不小的困难，而通过虚拟样机技术，简化流程，科学分析，精确处理，能够避免上述问题。

4虚拟样机技术在农业机械设计中应用的具体方式

4.1仿真技术

简而言之，这种应用方法指的是通过ADAMS软件，建立虚拟样机的相关模型，之后继续仿真。这种应用特点明显，可以实现数据的无缝连接，完全能够满足中小型建模的功能需求，但是一旦涉及到大型的模型，建立时比较困难。举个简单的例子，在进行农业运输车，主要是四轮拖拉机的设计时，完全可以根据固定的动力学模型，使用ADAMS软件进行仿真，测试性能。对于一些大型的收割机，比如玉米收割机，就需要不断地优化模型的结构，尤其是要注意切割的动作，争取做到仿真结构的逼真和合理，提高准确性，完善设计要求。值得一提的是，仿真也可以联合进行，比如先建立农业机械的模型，之后导入ADAMS软件里，再进行虚拟样机的构建，这样就能够使得后期的分析更加准确，仿真更加灵活[2]。

4.2分析软件

因为ADAMS软件的仿真能力比较强，相对的结构分析能力不是十分出众，而且ADAMS软件主要分析刚性的设计，如果涉及到柔性的机械，那么就需要结合和使用必要的结构分析软件，常见的ANSYS软件，它能够与ADAMS软件配合工作。比如建立水稻移栽机模型，根据现场的实验，结合仿真结果，分析模型的特点和优势，并不断进行优化，从而研发出更高效的产品。对农田耕整机的设计，也可以发挥这两个软件的优势，进行实际测量的同时，根据震动的物理原理，结合具体的应用场景和使用需求，进行分析和调整。值得一提的是，对于农作物不同的特性，分析软件也有很好的用武之地，比如根据大豆的物理特性，使用ANSYS软件建立数字模型，之后找到虚拟样机与大豆植株的联系，从而更好地进行收割工作。

4.3控制系统

现代机械设计的发展目标是不断降低机械结构的复杂性，并且利用控制系统实现一系列的复杂操作，保证人员安全。要想做到这点，需要将控制系统与机械系统相结合，提高结构的稳定性和可靠性。举个常见的例子，在进行弹性轴承系统的设计时，可以借助Matlab这种软件，之后使用ADAMS进行仿真，对载荷能力进行分析，并与动力学特征进行比对。在设计收割机时，需要对输送臂以及相关的液压模块进行仿真，形成系统模型，之后在对整个控制系统进行分析，明确收割机输送臂的作用原理。而且对农业机械设计进行控制系统方面的仿真，能够保证机械运动的科学性和连贯性，并且为后期的设计打好基础，如果出现问题，也能根据分析结果找到故障原因，从而进行针对性调整[3]。

4.4运动造型

因为在农业生产中，相关的设备日益复杂，种类也变得多样，那么这些设备的运动效率以及造型特点，就成为了目前研发和应用的难题。传统的产品设计方法在对产品运动效果的分析上显得爱莫能助，而通过虚拟样机技术能够准确地构建机械产品的运动轨迹以及响应模型，能够为后期的生产提供可靠的依据，避免了设计出的产品不符合实际情况的问题。至于农业机械的造型设计，以往只是使用CAD软件进行一些静态图像处理，无法显示出复杂设备的立体结构以及内部轮廓，所以应用虚拟样机技术，能够完成三维模型并且准确显示各个数据和尺寸，并且可以自动优化，使得造型更加科学，达到令人满意的效果。由于中国机械设计中基础的技术是数控机床技术，而这些技术受到国外制约，对一些机械的零件，国内在进行造型工作时，就要充分发挥计算机技术的优势，通过CIMS系统，使用科学的方法，加快机械制作的集成化建设工作。

4.5参数设计

至于参数设计，尤其是农业机械这种十分重要的集合参数，想要进行快速的构造和修改，需要不断调整模型，而虚拟样机技术，可以自动完成参数的匹配和修改工作，这对于同一类型的产品而言，能够减轻很大的工作量。通过虚拟样机技术，能够完成模型参数的分析和归类，并且找出最准确的几何模型，在进行输入的过程中，可以对各个元素进行标注，方便参数的确定和更改。同时在修改参数时，对几何模型的设计进行调整，可以选择相近或者是类似的零件，之后再生产新参数的零件，这样不耽误设计的进度，同时还能够提高零件的使用效率。虚拟样机技术在具体的应用中，由于其综合性较强，使用的技术较多，能够实现虚拟化的环境，并且为人们提供真实的环境体验，让人们通过视觉和触觉感受机械的特点和性能，这样能够提高设计的准确性，并且不同的参数也能够很好地使用不同的使用环境以及相关的配套设备[4]。

5结束语

综上所述，通过将虚拟样机技术应用到农业机械设计中，能够满足市场的需求，并且推动行业的发展，具有很广阔的应用前景，而且随着虚拟样机技术的不断成熟，其应用的范围也日益扩大，这对于对于中国农业机械设计的发展是十分有利的。

参考文献：

[1]卢建湘.虚拟样机技术在机械设计过程中的应用[J].赤峰学院学报(自然科学版),2015,31(17):45-47.

[2]李宗宝.虚拟样机技术在农业机械设计上的应用和发展[J].同行,2016(9):69.

[3]高鹏,韩英强,马涛.虚拟样机技术在装载机设计及制造中的应用研究[J].内燃机与配件,2018(11):201.

[4]宋月鹏,张韬,樊桂菊,等.基于虚拟样机技术圆盘式果园生草刈割机工作过程仿真与验证[J].草业科学,2018,35(7):1805-1810.

作者：罗卓杰 单位：荆楚理工学院 通用航空学院