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农业机械设计中虚拟样机技术的应用分析

时间:18-10-03 来源:www.xsjlunwen.net 作者:Admin
摘要:虚拟样机技术是农业机械设计中的发展亮点,逐渐被应用在现代农业机械产品的辅助设计制造中。本文对虚拟样机技术进行了全面概述,采用理论结合实例的方法探究了虚拟样机技术软件ADAMS在农业机械设计中的应用策略,并对农业机械设计中虚拟样机技术应用的发展趋势进行了展望,以期为同类研究提供借鉴。
关键词:虚拟样机技术;ADAMS;农业机械设计
1虚拟样机技术概述
虚拟样机技术(virtualprototypingtechnology),简称VPT技术,是兴起于21世纪的虚拟数字化设计仿真技术,它是CAX/DFX技术的延伸发展,融合了数字化建模、机械运动、虚拟仿真、网络信息等多元化元素。与传统的数字化设计技术相比,虚拟样机技术的设计仿真功能更强,且支持对设计产品的系统化测评及协同分析能力。在具体的工程设计中,技术人员主要通过虚拟样机软件实现操作,而较常用的软件有美国动力机械生产公司研发的ADAMS及德国航天局研发的SIMPACK等,本文在论述中将以ADAMS软件为例分析虚拟样机技术在农业机械设计中的应用策略。
2虚拟样机技术在农业机械设计中的应用策略
2.1机械控制系统仿真应用
对农业机械产品进行控制系统仿真,也是虚拟样机技术在农业机械设计中的应用策略之一。具体来说,应用基于ADAMS软件的虚拟样机技术能够整合农业机械产品设计的系统控制特性,降低系统机构结构的复杂性,最终提升机构运动的基准度和稳定性,相较于传统的机械设计软件有着突出的优势。目前已有相关的研究成果推出,例如,李文豪(2016)应用ADAMS软件建立了稻谷收割机机械臂的系统控制模型[3],并将ADAMS仿真模型导入到Matlab环境下进行了集成仿真,对稻谷收割机机械臂的运动过程进行了精准仿真分析,为后期的一体化设计应用提供了详尽的参考数据。
2.2机械产品造型设计应用
现代农业机械设备的造型设计,也是产品研发阶段的关键环节,传统的CAD软件大多仅能建立起机械产品的静态二维或三维造型模型,但对于复杂动态机械产品造型的设计和仿真却无能为力,这种设计功能限制了农业机械产品造型设计的立体性。基于ADAMS软件的虚拟样机技术则能够实现对农业机械设备三维造型的设计,并实现对复杂机构的仿真分析,得出精准的造型设计优化数据。相应的研究也逐渐推出,例如,贾毕清等人(2017)]应用特殊该功能造型软件Inventor设计了马铃薯采摘机零部件外形[2],并将该外形导入至ADAMS软件进行造型优化仿真,应用软件中的虚拟造型振动筛仿真功能对马铃薯采摘机关键零部件进行了造型优化设计,达成了理想的设计效果。
2.3机械产品运动设计应用
现代农业生产中复杂机械设备的类型越来越多,在这类设备设计中,如何有效提升运动响应效率及精度一直是研发的重难点。传统的机械产品设计模型及软件仅能解决农业机械设备运动的视觉效果仿真问题,不能够对产品的运动响应性进行有效分析,而应用虚拟样机技术则能够较好的解决这一问题。具体来说,可应用ADAMS软件中的虚拟模型仿真分析功能,构建农业机械产品设计的运动响应模型,模拟待研发产品在实际农业生产中的运动轨迹及响应时间,以为后期的批量设计及生产提供依据。国内相关学者已经展开了一些研究,例如,李金风(2018)探究了应用ADAMS软件建立农业深耕犁机的运动模型及仿真方法[1],通过仿真设计得出了农业深耕犁机最优化运动响应时间,并在进一步的实践应用中验证了设计的有效性。
3虚拟样机技术在农业机械设计中的发展趋势
近年来,随着农业机械设计技术的日益成熟,探究一种农业机械产品综合性虚拟样机设计技术体系已成为该技术应用研究的发展新方向。其中,将虚拟现实技术(VR)与虚拟样机技术结合起来对农业机械产品进行设计研发,是这一研究领域的主要发展方向。众所周知,VR技术具有很强的沉浸性和交互性,却很难构建起农业机械产品的仿真模型,而虚拟样机技术的功能恰好能够与之形成完美互补,具体实践中可应用VR技术建立农业机械产品的三维模型,再应用虚拟样机技术构建模型的仿真情境,实现综合系统性的产品设计过程[4],当然,上述设计发展的细节问题仍在探索中。
4结语
总而言之,随着虚拟样机技术的发展成熟,将之应用在农业机械设计中的范畴也将越来越广,本文仅粗浅地探究了一些简单应用策略,希望能够为农业机械产品设计者提供虚拟样机技术应用的新思路,在今后的产品设计研发中探索出更多更好的虚拟样机技术设计方法。

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