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摘要：近年來，隨著科技的發展和時代的進步，計算機技術中的虛擬樣機技術被合理地引入和應用到農業機械設計中，取得了很好的效果。文章首先介紹了什么是虛擬樣機技術，之后分析了農業機械設計應用虛擬樣機技術的重要性以及虛擬樣機技術在農業機械設計中應用的有利條件，并探討了應用的具體方式，希望能夠為相關的工作提供借鑒和參考。

關鍵詞：虛擬樣機技術；農業；機械設計；ADAMS；仿真

以往傳統的農業機械設計存在諸如成本過高、周期過長等問題，而在農業機械設計中應用虛擬樣機技術，極大地提高了機械研發的效率，并且促進了農業的發展。

1虛擬樣機技術概述

虛擬樣機技術是21世紀新興的數字化仿真技術，簡稱VPT技術，這種技術充分融合了建模、機械、仿真、網絡等元素，和過去的技術相比，仿真效果更好，并且能夠實現對所設計的產品進行分析和測評。在特定的機械設計中，相關的技術人員可以借助相關軟件完成一系列的操作，目前常用的軟件是美國的ADAMS軟件。實際上，虛擬樣機技術是借助于網絡通信以及多媒體技術，對機械進行設計，形成機型，同時評價機型的特點和性能，這種樣機模型是虛擬的，可以在很大程度上代替物理樣機，并且能夠極大地縮短產品的開發周期，顯著提升開發效率，而且虛擬樣機技術的應用范圍十分廣泛。

2農業機械設計應用虛擬樣機技術的重要性

農業機械設計應用虛擬樣機技術，能夠給保證和提高農業機械的質量和性能，這對于中國農業的發展具有戰略意義，因為中國是農業大國，每年需要使用大量的農業設備，這些機械設備的質量好壞直接關系著農業的發展水平。由于以往在對農業機械進行設計時，設計人員只是根據已有的經驗和一些常識來進行設計，但是這種方法極易出現問題。一旦樣機與事先的設計存在出入，就需要重新進行設計，這樣比較浪費時間，并且耽誤生產，無形中延長了機械設備投入市場的時間，可能會失去使用價值，同時浪費了成本，降低了企業的利益，也不利于行業的發展和穩定。通過應用虛擬樣機技術，將機械設備的設計、方案的選擇、零件的裝配以及性能的優化等操作和工藝都在計算機形成的虛擬環境中進行，這樣有效避免了出現重復的可能，并且發揮了計算機技術的優勢，提高了準確性，也使得農業機械產品更早和更快地投放到市場中，幫助企業搶占先機。

3虛擬樣機技術在農業機械設計中應用的優勢

整體而言，虛擬樣機技術在農業機械設計中應用的優勢表現在以下兩方面。第一方面，升級了機械設計的理念。通過將原本復雜繁瑣的設計工序變得簡單直觀，使得老舊的設計理念問題凸顯，從而順理成章地進行升級和創新。而且在設計之初就能夠直接通過計算機完成虛擬樣機的創建工作，并保證機械的整體結構和功能都與實際模型相吻合，從而客觀、準確和真實地反映設計產品的各項指標[1]。第二方面，借助虛擬樣機技術，能夠第一時間找到產品存在的缺陷和問題，并且省去后期檢測和分析的時間以及成本，并且這些缺陷發現的越早，改進工作展開地越快，越有利于機械產品的研發和投入使用。過去對機械設計的產品進行分析時，需要綜合比對大量數據且容易出錯，這為后續的工作制造了不小的困難，而通過虛擬樣機技術，簡化流程，科學分析，精確處理，能夠避免上述問題。

4虛擬樣機技術在農業機械設計中應用的具體方式

4.1仿真技術

簡而言之，這種應用方法指的是通過ADAMS軟件，建立虛擬樣機的相關模型，之后繼續仿真。這種應用特點明顯，可以實現數據的無縫連接，完全能夠滿足中小型建模的功能需求，但是一旦涉及到大型的模型，建立時比較困難。舉個簡單的例子，在進行農業運輸車，主要是四輪拖拉機的設計時，完全可以根據固定的動力學模型，使用ADAMS軟件進行仿真，測試性能。對于一些大型的收割機，比如玉米收割機，就需要不斷地優化模型的結構，尤其是要注意切割的動作，爭取做到仿真結構的逼真和合理，提高準確性，完善設計要求。值得一提的是，仿真也可以聯合進行，比如先建立農業機械的模型，之后導入ADAMS軟件里，再進行虛擬樣機的構建，這樣就能夠使得后期的分析更加準確，仿真更加靈活[2]。

4.2分析軟件

因為ADAMS軟件的仿真能力比較強，相對的結構分析能力不是十分出眾，而且ADAMS軟件主要分析剛性的設計，如果涉及到柔性的機械，那么就需要結合和使用必要的結構分析軟件，常見的ANSYS軟件，它能夠與ADAMS軟件配合工作。比如建立水稻移栽機模型，根據現場的實驗，結合仿真結果，分析模型的特點和優勢，并不斷進行優化，從而研發出更高效的產品。對農田耕整機的設計，也可以發揮這兩個軟件的優勢，進行實際測量的同時，根據震動的物理原理，結合具體的應用場景和使用需求，進行分析和調整。值得一提的是，對于農作物不同的特性，分析軟件也有很好的用武之地，比如根據大豆的物理特性，使用ANSYS軟件建立數字模型，之后找到虛擬樣機與大豆植株的聯系，從而更好地進行收割工作。

4.3控制系統

現代機械設計的發展目標是不斷降低機械結構的復雜性，并且利用控制系統實現一系列的復雜操作，保證人員安全。要想做到這點，需要將控制系統與機械系統相結合，提高結構的穩定性和可靠性。舉個常見的例子，在進行彈性軸承系統的設計時，可以借助Matlab這種軟件，之后使用ADAMS進行仿真，對載荷能力進行分析，并與動力學特征進行比對。在設計收割機時，需要對輸送臂以及相關的液壓模塊進行仿真，形成系統模型，之后在對整個控制系統進行分析，明確收割機輸送臂的作用原理。而且對農業機械設計進行控制系統方面的仿真，能夠保證機械運動的科學性和連貫性，并且為后期的設計打好基礎，如果出現問題，也能根據分析結果找到故障原因，從而進行針對性調整[3]。

4.4運動造型

因為在農業生產中，相關的設備日益復雜，種類也變得多樣，那么這些設備的運動效率以及造型特點，就成為了目前研發和應用的難題。傳統的產品設計方法在對產品運動效果的分析上顯得愛莫能助，而通過虛擬樣機技術能夠準確地構建機械產品的運動軌跡以及響應模型，能夠為后期的生產提供可靠的依據，避免了設計出的產品不符合實際情況的問題。至于農業機械的造型設計，以往只是使用CAD軟件進行一些靜態圖像處理，無法顯示出復雜設備的立體結構以及內部輪廓，所以應用虛擬樣機技術，能夠完成三維模型并且準確顯示各個數據和尺寸，并且可以自動優化，使得造型更加科學，達到令人滿意的效果。由于中國機械設計中基礎的技術是數控機床技術，而這些技術受到國外制約，對一些機械的零件，國內在進行造型工作時，就要充分發揮計算機技術的優勢，通過CIMS系統，使用科學的方法，加快機械制作的集成化建設工作。

4.5參數設計

至于參數設計，尤其是農業機械這種十分重要的集合參數，想要進行快速的構造和修改，需要不斷調整模型，而虛擬樣機技術，可以自動完成參數的匹配和修改工作，這對于同一類型的產品而言，能夠減輕很大的工作量。通過虛擬樣機技術，能夠完成模型參數的分析和歸類，并且找出最準確的幾何模型，在進行輸入的過程中，可以對各個元素進行標注，方便參數的確定和更改。同時在修改參數時，對幾何模型的設計進行調整，可以選擇相近或者是類似的零件，之后再生產新參數的零件，這樣不耽誤設計的進度，同時還能夠提高零件的使用效率。虛擬樣機技術在具體的應用中，由于其綜合性較強，使用的技術較多，能夠實現虛擬化的環境，并且為人們提供真實的環境體驗，讓人們通過視覺和觸覺感受機械的特點和性能，這樣能夠提高設計的準確性，并且不同的參數也能夠很好地使用不同的使用環境以及相關的配套設備[4]。

5結束語

綜上所述，通過將虛擬樣機技術應用到農業機械設計中，能夠滿足市場的需求，并且推動行業的發展，具有很廣闊的應用前景，而且隨著虛擬樣機技術的不斷成熟，其應用的范圍也日益擴大，這對于對于中國農業機械設計的發展是十分有利的。

參考文獻：

[1]盧建湘.虛擬樣機技術在機械設計過程中的應用[J].赤峰學院學報(自然科學版),2015,31(17):45-47.

[2]李宗寶.虛擬樣機技術在農業機械設計上的應用和發展[J].同行,2016(9):69.

[3]高鵬,韓英強,馬濤.虛擬樣機技術在裝載機設計及制造中的應用研究[J].內燃機與配件,2018(11):201.

[4]宋月鵬,張韜,樊桂菊,等.基于虛擬樣機技術圓盤式果園生草刈割機工作過程仿真與驗證[J].草業科學,2018,35(7):1805-1810.

作者：羅卓杰 單位：荊楚理工學院 通用航空學院