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优化设计在农业机械设计中的应用

2020-02-21 11:49 来源:农业机械论文 人参与在线咨询

摘要:优化技术在农村地区普及应用的成本太高,其在农业机械设计发展方面的阻力巨大。不过农业科研人员在农业机械优化技术创新上已取得多项成果,并已投入实际应用,比如数字化、动态优化等设计方法。由于地区差异性,所运用的方法也有所不同。本文对此展开探讨,仅供参考。

关键词:优化设计;农业机械设计;数字化;动态优化

优化技术是指通过一定的方法提高农业机械的性能,从而提高农业生产效率的技术。而数字化设计和动态优化方法,对农业机械工程设计有很好的借鉴和促进作用。其中数字化设计提供现代化建模分析,而动态优化方法提供数值分析。因此,笔者分别通过分析每种设计的现状、作用、方法等,来说明其对农业机械工程设计中的应用价值。

1数字化设计在农业机械工程设计中的运用

1.1数字化设计对于农业机械设计的作用

1.1.1缩短农业机械设计时间

在传统的农业设计技术中,往往要分为众多不同的阶段,而且在每个不同的阶段都有一个特定的模型设计,那么看来过多设计的模型,必定会导致在最终阶段时候难做选择,从而降低设计效率,甚至出现设计数据不足等情况。而反观数字化设计模式,在设计方式上并没有若干阶段性建模操作,只需在设计初始时,通过详细分析判定将来设计的情况,进而只建立一种恒定的模型。这样不仅使得农业机械工程设计时间得到了有效利用,而且还避免造成设计数据缺失的情况。

1.1.2将并行设计运用到农业机械设计中

并行设计是一种三合一产品设计方式,是从宏观上来看待农业机械的整个生命周期,通过并行计算机、现代通信、管理三种技术,来设计某一机械、工程或建筑等模型。由此可看出,并行设计不仅设计目标较为长远,而且在计算机技术的数据保障下,可实时分析到农业机械工程设计的每一环节,并且提高其智能化程度,最终使得农业机械工程设计的向前创新发展[1]。

1.1.3有利于提高农业机械建模的准确性

对比传统的设计方式,从开始到最终都需要在每一个环节,设置参与的人及需要的物料等。那么从整个设计过程来看,传统设计消耗了大量的人、财、物力,而且设计方法还不一定符合实际需求。而反观数字化设计,通过现代计算技术先模拟出一个与实物相近的数据模型,在对其进行各方面的调试匹配,可以在较短的时间内完成正确数据的组装,再将最后组装的模型数据应用到实物投产当中。因此,数字化设计一方面降低了大量的生产成本,另一方面也提高了农业机械建模的准确性。

1.2数字化设计应用

1.2.1应用在农业机械设计创新上

技术人员在进行农业机械工程设计时,要从用户主体出发思考其的多用性,即从农民出发,在购买农业机械设备后,为其带来的实际效果是否值得购买的价格价值。而在农村种田劳作过程中,普通的机械难免会发生种种问题,如因爬坡力不强导致机械爬不上坡,或因轴承带承受不了压力崩断等问题。如果利用数字化设计的全面性,就可在机械设计时预知这些问题,并通过改善设计解决这些问题。由此可见,数字化设计一方面提高了农业机械的重复利用率,另一方面也提高了产品设计的创新能力。

1.2.2将虚拟现实技术应用于农业机械设计

在建造与实物同比的3D模型时,可通过虚拟现实技术进行反映,使得建模具有极高的仿真性。一方面,在农户进行购买时可将其用于展示展览,因为既可以让农户了解产品的全部性能,又可以提高农户对于产品的体验程度。另一方面,对于农业机械的研发人员,虚拟现实技术可以让其更好地投入到农业机械开发的工作当中,从而提高农业机械的实用程度[2]。

2动态优化方法在农业机械设计中的应用

2.1动态优化方法现状

目前,主流的动态优化方法是指通过农业机械本身具有物理性质,分析得出的具体数值作为安全、实用效果的验证标准,并且将这些数值作为农业机械生产的设置指标。但随着农业经济的不断发展,人民日益对于粮食的需求量逐渐增长,导致农业机械的性能要求也日渐增大。因此传统农机已很难适应现代农业发展,需要使用动态优化方法来为农机设计提供更为精确的数值。而动态优化方法中主要包括两个步骤,一是根据实物的实际情况建模,二是分析数据后,选取合适数据进行建模[3]。

2.2动态优化方法的数学模型方法

2.2.1有限元法

该方法主要是利用弹性力学的原理,根据农业机械的物理特征,将其分为若干个可计算的模块,分别导入相应求值公式推导算出数值,最终将这些数值与实物分析比对,如果出现差值那么就是找出问题所在,然后再进行研究分析。但不足之处是,物理公式一般是在恒定的条件下计算,而农业机械作业的环境总是不恒定的,那么计算出的数值是带有偏差的。因此,对于有限元法的数值需要进行多次比对改正,才可以确定最终数值。

2.2.2实验模态分析法

在农业机械结构中,其中有种物质叫做模态,通过对模态的固定频率等数值分析,会对农业机械出现的故障、辐射噪声等都有一定的诊断、控制或其他作用。另外,如果将模态分析法与有限元法综合并用,那么得出的数值将更为准确,因此建造的农业机械结构就更为科学合理。

2.3动态优化方法在农业机械设计上的应用

2.3.1利用农业机械的约束条件求出抗振值

每个农业机械设计都有一个总的设计思路及程序,而动态优化方法就是要保证在总设计思路内,并且使其不得跳出总设计程序外。比如,在不受其他条件的影响下,可有三种关于农业机械设计动态优化方法,分别为基于变分原理、基于极小值、基于模态柔度及能量平衡三种方法,同时三种方法又分别通过分析泛函数、形状函数、质量、刚度等条件进行分析,最终求出一个最为稳定的抗振值,并以此值作为建造农业机械工程设计的参考值。如果求出的值是正确的,那么会大大提高农业机械的工作效率[4]。

2.3.2通过农业机械规格找寻数字变量

通常而言,设计农业机械结构的人们会依据以往的经验判断其规格,比如农业机械的中耕机比一般的规格小,那么设计师们会根据经验及市场行规分析评判,并得出一些基本的数据信息。通过这种多次的检查评估,才能最终确定适合该农业机械工程设计的动态优化方法。而这些数据信息都被称作为数字变量,因此通过对这些数字变量的反复分析,才能提高农业机械工程设计的完整平衡性。

3结束语

综上所述,数字化设计和动态优化方法都对农业机械设计有着重要作用,但数字化设计更偏向于使用现代科技手段去完成设计,一方面对于购买者更具有吸引力,另一方面可以降低农业机械工程设计的成本。而动态优化方法是用数值分析的方法来完成设计,一方面具有很强的数据说服力,另一方面还可以丰富农业机械工程的设计理论依据。

参考文献:

[1]邓岭,李程.优化设计在农业机械设计中的应用研究[J].南方农机,2019,50(17):63+65.

[2]李薇.数字化设计在农业机械设计中的应用[J].农机使用与维修,2019(7):33.

[3]李玉芹.动态优化方法在农业机械设计中的应用研究[J].山东农业工程学院学报,2019,36(6):13-14.

[4]刘强.自动控制技术在农业机械中的应用[J].农机使用与维修,2017(3):1-2.

作者:邵仁杰 高刚毅 单位:荆楚理工学院

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