CAD技术在农业机械设计中的应用

张晓鸥

摘要：农业机械因其工作环境比较复杂，使用过程中极易受到农作物、土壤等因素的影响。CAD技术用于农业机械设计中，有利于降低设计难度，从而提升农业机械产品质量。下文在阐述CAD技术基础上，以液压悬挂装置为对象，详细分析CAD技术的应用，在此基础上，由全过程优化、绿色设计等方面入手，指出这种技术的应用方向，以期为类似研究提供一定的参考。

关键词：CAD技术;设计;农业机械;液压悬挂装置

中国是世界上的农业大国，只有重视普及农业机械，方可带动我国农业的发展及其产量的提高。当前，传统的农业机械已经无法满足新型农业发展的需求，必须向更高质量和全自动化方向发展，信息化的快速发展给农业机械发展提供了强有力的支撑和发展空间[1]。CAD技术在农业机械设计中应用主要有：传统的手工绘图存在速度慢、精度差等问题，无法支撑农业机械设计的需求，而CAD技术是一种现代化的设计技术[2]，其用于农业机械产品设计中，能有效提高所设计产品的质量及工作效率[3]。CAD技术能由整体上对农业机械实施创新，提高所设计农业机械的便捷性，缩短产品设计周期，对于推进现代农业机械设计自动化发挥着重要的作用[4]。杜岳峰[5]研究了农业机械智能化设计技术发展现状，构建了农业机械智能化设计技术体系，该体系中包括农机装备设计要求、功能结构设计要求、整机/部件设计、标准化、通用化设计方法、关键零部件模型库、整机模型库、CAX工具集（CAD、CAE、CAM）、CAX二次开发、虚拟实现技术。农业机械模块化设计中包括模块划分方法、模块化方案优化与评价。高金燕[6]研究了智能CAD技术在农业机械设计中应用，主要从概念设计、变形设计的理论与方法、农业机械领域设计特点等进行分析，得到农业机械设计领域特点包括：结构类型多、型号多、功能结构比较稳定、农业机械设计试验受到季节性影响比较大增加了研发周期。CAD技术应用解决了概念设计模型与结构设计模型兼容问题，使用智能CAD技术能够提高产品设计效率。

1 CAD技术优点和农业机械工程设计特点

1.1 CAD技术优点

为有效提升农业产量，广大设计人员开始把CAD技术用于农业机械设计领域，期望采用数字化技术与工业化完美结合为中国农業发展开创新的路径[7]。农业机械设计是农业机械产品制造的重要一环，受到广大专业人士及农民的关注及重视。在上述背景下，多数设计人员考虑把现代化技术引入设计内，从而提升农业机械产品的设计效果及质量。CAD是一款计算机辅助软件，其具有绘图功能、编辑功能等，促使设计人员设计出满意的农业机械产品。此外，设计人员可通过CAD技术绘制相应的农业机械产品图纸后，把文件修改为任意格式，确保图纸能够根据格式转换导入到其他软件内。合理使用CAD技术有利于提升所设计农业机械的精准性，达到新时期农业机械发展的实际需求。采用CAD技术能够把零件合理用于装配环境内，设计人员开展设计时可参考其他零件大小，确保各零件之间相互衔接，提高农业机械产品设计质量。利用三维模型对农业机械零件实施分解，特别是比较复杂的零件，通过CAD计数逐步优化零件构造，达到设计装配原理需求，促使农业机械产品实现便捷化设计[8]。使用CAD技术对农业机械展开设计，有利于提升农业机械产品质量及其性能。质量作为检验一种产品的重要标准，开展设计时，依托CAD技术能充分扩展设计人员的思路，灵活使用先进的理念，提高所设计零件的立体性，优化产品的性能。灵活使用CAD技术有利于缩短农业机械产品设计时间，充分发挥其优势，提升农业产品设计效率，缩短所用设计周期。

1.2 农业机械工程设计特点

农业机械种类繁多，据统计目前已经有20多种，设计的范围多种多样。根据农业机械的使用价值，可以将其种类分为农业动力机械、家禽机械和农田作业机械三大类。其中农业动力机械包括拖拉机、农田基建机械等。家禽机械包括牧草收割、饲料加工机械等。农田作业机械包括水稻种植、播种、深耕深翻、联合收割机等。农业机械的内部结构包含多个子系统，涉及的范围比较广，包括驱动系统、农机动力系统等。以农业拖拉机为例，其动力系统是直接安装到农机结构上，包括动力输出轴、拖挂装置和牵引装置等。液压悬挂装置则是包括悬挂、控制、液压三个系统等。因此，要想研发出高质量、效率高的农业机械，必须要有较强的设计能力和专业知识能力等。

2 CAD技术应用实例分析

2.1 拖拉机液压悬挂装置原理

对农业机械产品进行设计时，要严格根据农业机械设计内容展开操作。如：拖拉机想要开展各项作业，需要与之配套的农具连接起来，依据配套农具与拖拉机连接方法的差异，通常划分为牵引式、半悬挂及悬挂式。悬挂农具依托拖拉机液压系统得到拖动，对农具进行上升、降落操作，农具则利用悬挂装置与拖拉机有效 连接起来。因此，拖拉机悬挂装置、农具及液压系统构成一个整体，即：液压悬挂装置。液压悬挂装置作为拖拉机的挂机与升降工具，支持对作业机具进行传递牵引。为改善所合集液压悬挂装置的性能，实际设计时，先要确保连杆位置达到国家规定各项标准，实际运行中，牵引装置与各类农具接口发挥良好的互换性[9]。除此以外，还应保障所设计的装置显示出强大的牵引力。在这种设计模式下，方可使农机充分发挥出入土功能。必须注意，液压悬挂装置摆动时期，相关人员应将摆动幅度控制在恰当的范围之内，因此，对限位机构实施合理的设计。

2.2 结构及CAD绘图设计

对液压悬挂装置结构进行设计时，要依据原理图展开，通过设计者对机械设备材料、尺寸等展开分析及调整。因液压悬挂装置控制农具提升、下降等操作主要借助控制分配器的主控制阀时间，为尽可能使用原拖拉机的液压元件，如：液压泵、滤清器等，见图1。

具体设计时，依据约翰—迪尔天拖1204拖拉机系统流量、工作压力及其功率等要求选择回路，达到以上要求。1204拖拉机各项参数见表1。

为确保安全经济节能效果，拖拉机所用液压悬挂装置设计上下悬挂装置，与拖拉机间进行严格的控制，确保装置展现出良好的动力输出效率。通过简单的三位四通电磁换向阀（见图2）构成液压油路控制小油缸这一设计方案，依托小油缸活塞杆与主控制阀固定连接及移动对位置进行控制，合理控制农机具的提升、中立等过程。对其高度进行设计时，要重视提高设计的合理性。除此以外，工作人员开展水平距离分析，确保能够达到当下设计需求，在一定程度上提高设计的合理性。采用CAD技术必须构建模型图，开展三维建模分析，借助计算机高强的计算能力，及时了解那些潜在的故障问题。加之，农业机械产品设计时充分按照结构刚度矩阵方法，实施组集分集及处理。尤其实施边界条件处理时，对农机机架及其机接头部位开展针对性分析，确保所设计产品并未出现一系列缺陷。

3 CAD技术应用方向分析

3.1 全过程优化

对农业机械产品进行设计时，必须把不同方面的问题考虑在内，由备选方案内挑选最佳的方案，尽量达到农机设计的具体要求[10]。通常状况下，要注意依据农业机械产品设计理论、规范要求等进行设计，依托创建的数学模型采用计算机计算完成求解。传统设计中也有优化设计的内容，但其使用范围有所局限，难以达到新时期市场对于农业机械产品提出的各项要求。利用CAD的全过程优化功能，支持開展前后处理，获得满意的优化结果，从而为农业机械产品设计提供诸多技术支持。例如：某农业机械实际使用中，对所用机械设备展开设计，查找器能够自动列出并找到零件有待识别的命令指令，通过鼠标点击相应的命令即可弹出具体的说明。整个制作过程可借助动画形式进行演示，当零件必须进行修改，点击命令指令即可进入相应的编辑环境。

3.2 系统设计

如今，农业机械产品种类较多，且结构复杂，必须借助全方位的控制系统对农机进行精准的控制。所用农机设备中，执行、传动等系统均是不可缺少的内容。借助CAD技术，支持对影响农机水深运行因素展开分析，进一步明确存在的问题及其与影响因素的相关性，挑选恰当的方式对CAD模型实施求解，借助预测评价系统，对产品展开评价与修正处理，进一步完善所设计的系统。如：基础CAD模型包含方体、球体等形状，进行设计时可以对其开展模拟仿真处理，促使所设计的方案更可靠、稳定[11]。

3.3 绿色设计

开展绿色设计时，应将所设计产品的环境属性考虑在内，不但要满足目标实际需求，也应设法降低设备运行阶段的能源消耗。这种情况下，对绿色产品开展设计应以环境指标为依据，挑选恰当的生产产品原材料，尽可能减少能源消耗，降低其产生的毒副作用。在农业机械设备使用时，要重视所用材料的回收及重复利用，或采用经过拆卸可使材料重新再利用，不仅可以节约能源，也能提升机械工作效率。如：某农机生产企业使用CAD技术进行设计时，软件具备成本控制能力，可以在较短时间引导用户掌握恰当的设计方式。这种情况下，能够设计出便于拆卸的连接设备，拆卸部件的紧固件数量能够控制在较小范围之内。

3.4 智能化

智能化技术在CAD中应用一致是热点。以往智能算法在运行效率、运行质量方面需要提升。近年来大数据技术发展让智能算法性能得到提升。农业机械设计中可将智能算法与CAD技术结合构建新的农业CAD知识库。图3为智能技术在农业机械CAD设计中应用。

首先需要精准了解到用户需求，只有了解到用户需求才能设计出好的产品。其次将用户参数上传到CAD智能云平台中，可使用分布式传输方式上传。大数据算法包括遗传算法、神经网络算法、K-means算法等进行数据挖掘。智能设计是利用大数据算法进行产品设计，找出最佳的设计参数。产品实现是根据CAD设计结果结合机械加工制备出产品。产品验证是将设计产品应用到实际中。

4 结语

分析了CAD技术在农业机械设计中应用，CAD技术在农业机械设计包括全过程优化、系统设计、绿色设计、智能化。CAD技术应用到农业机械设计中能够提高产品设计效率和质量。总之，CAD技术用于农业机械设计时，能有效解决多数制造商存在的难题，达到优化传统机械工程设计的效果，真正意义上提升农业机械产品设计效率。

参考文献

[1] 何彩霞.CAD技术在农业机械工程设计中的应用研究[J].现代物业：新建设，2020（11）：1.

[2] 杜德来.CAD技术对于农业机械设计中的应用与实践[J].南方农机，2018，49（4）：1.

[3] 李昊源.计算机技术在农业机械中的管理与运用[J].南方农机，2018，49（4）：1.

[4] Modular load-bearing structures for the study of interactions between the soil and working parts of agricultural machines[J].Journal of Physics：Conference Series，2021，1781（1）：012063（10pp）.

[5] 杜岳峰，傅生辉，毛恩荣，等.农业机械智能化设计技术发展现状与展望[J].农业机械学报，2019，50（9）：1-17.

[6] 高金燕，王彦辉，李秀娜.智能CAD技术在农业机械设计中的应用[J].农机化研究，2007（9）：179-181.

[7] 沈硕，张喜文，龚宇童.农业机械中智能化技术的运用[J].广东蚕业，2020，54（12）：99-100.

[8] 刘馥，刘健.基于CAD技术的农业机械设计软件改进[J].南方农机，2021，52（2）：49-50.

[9] 陈坤.CAD技术在农业机械设计中的运用[J].广东蚕业，2019，53（8）：35-36.

[10] 朱浩然.CAD技术在农业机械工程设计中的应用分析[J].南方农机，2020，51（22）：46-47.

[11] 王晚英.CAD技术在机械制造中的应用[J].南方农机，2021，52（2）：106-107.