CAD技术在农业机械工程设计中的应用

　　摘要：文章以机械制图和CAD计算机辅助设计基础为切入点，分析了农业机械工程设计的特征，以拖拉机液压悬挂装置为例,阐述了CAD在农业机械设计中的应用实践，对CAD技术在农业机械工程设计中的应用提出了相关建议,仅供参考。

　　关键词：CAD；农业机械；机械工程设计

　　随着农业机械化的高速发展，农业机械在促进农业产业发展中起着越来越重要的作用。农业机械面临着快速投入市场、高质量、高效率、自动化、精密化的巨大挑战，传统手工制图存在制图速度慢、改型困难、精度差、设计还原度差等许多方面的不足，研究计算机辅助设计CAD技术在农业机械工程设计中的应用，具有重要实践意义。

　　1机械制图和计算机辅助设计CAD

　　1.1机械制图

　　机械制图是用图样表示结构尺寸、工作原理和技术要求的学科，机械制图的工作产品是图样（图纸），是表达设计意图和制造要求的重要技术文件。符合工程设计要求的机械制图至少应包含如下两个方面的内容：1）遵守标准[1]。在我国，标准对机械图样有严格的规定，图纸幅面、标题栏、比例、字体、图线、尺寸标注等具有明确标准规范。严格执行规范，图样才具有普适性和可读性，才能做到尽可能减少制造环节的理解歧义。2）严格执行正投影法和三视图要求[2]。正投影法是绘制和识读图样的理论基础，三视图是机械设计的制图技术基础。正投影法投影线垂直与投影面，能够表达物体的真实形状和比例。主视图、俯视图、左视图将立体器物用三个方向的投影平面视图绘制出来，构成实物结构、尺寸的完整表达。

　　1.2计算机辅助设计CAD

　　CAD让机械设计从铅笔、直尺画图的繁琐劳动中解脱出来，让设计人员真正做到关注设计与构思。CAD绘图软件构建并保存大量的标准件库、零件库、部件库、常用件库等，且担负计算、信息存储等工作，极大提高了工程设计制图的效率。CAD技术在设计中的主要应用如下：1）丰富的图形及符号库。机械设计中，标准的图形符号会经常用到，一方面，CAD绘图软件提供大量的标准件库；另一方面，工程设计中可以不断积累行业所用的图形符号，形成自制件库。这些图形符号可以随用随调，通过图形符号的组合，“搭积木”式的构造工程设计构思和图样。2）高效的制图效率。制图是设计中将设计构思转化为制造图纸的途径，是机械设计中最为关键的步骤。传统基于纸媒介的手工绘制，任何一次设计或设计改型，必须一笔一划从头做起，耗时、工作效率低下。CAD软件提供了丰富的基础库，存储了应用模板等强大功能，使制图工作变得高效，准确并规范。对于设计改型类工作，更是可以调出原有图样，进行适应性修改即可得到新的图样，极大提高了新型改良机械设计效率。

　　2农业机械工程设计的特点

　　2.1农业机械种类繁多

　　农业机械设计手册根据我国农业机械发展现状，收录了二十五类农业机械[2]。其中包括以下几个方面：1）农业动力机械。包含拖拉机、农船挂桨挂机、农田基建机械。2）农田作业机械。包含耕地机械、整地机械、播种机械、水稻种植机械、中耕施肥机械、植保机械、喷灌微灌设备、潜水电泵、谷物棉花等多种类植物收获机械。3）畜禽机械。包含牧草青饲收储机械、饲料加工机械、畜禽饲养机械。以播种机械为例，又可细分为谷物条播机、精密播种机、旋耕播种机、铺膜播种机、免耕播种机、小区播种机等。仅谷物条播排种器就可分为外槽轮式、内槽轮式、滚齿式、摆杆式、纹盘式、离心式等多种类型。

　　2.2涉及机械工程设计所有子系统

　　农业机械几乎包含机械工程设计所涉及的全部子系统，如动力系统、传动系统、执行系统、操纵和控制系统等。以农业机械拖拉机机组为例，拖拉机将动力传递到农机具，构成拖拉机—农机作业机组，这个系统包含了液压悬挂装置、牵引和拖挂装置、动力输出轴以及动力输出带轮等复杂子系统，而其中的液压悬挂装置就由悬挂装置、液压系统、操作和耕深控制机构组成。由此可知，农业机械工程设计需要具有较高的系统构建能力、系统分解能力和工程设计水平。

　　3拖拉机液压悬挂装置CAD工程设计实践

　　CAD辅助工程设计，分为三大主要步骤，一是原理分析和方案设计，二是结构总体设计，三是绘图试制和分析。

　　3.1原理分析

　　以农业机械设计手册为参考，液压悬挂装置是挂接和升降机具，并向作业机具传递牵引力。液压悬挂装置设计要求包括：1）连杆位置和尺寸应符合标准，以保证牵引装置和不同农机具接口的互换性；2）应产生足够的牵引力，保证农机具具有良好的入土动能，能在较短摆动距离达到所需力量要求，并且保持稳定的牵引力；3）摆动不能超过一定范围，应设计限位机构；4）机具静态固定位置应满足运输要求。

　　3.2拖拉机悬挂装置组成图——方案设计

　　通常采用三点悬挂（有三个铰链），在履带式拖拉机中也有采用两点悬挂的，装置构成图如图1所示[2]。各装置部件的作用如下：下拉杆提升农具、传递牵引力；上拉杆调节农具纵向平面的俯仰；提升臂带动提升杆和下拉杆上升（下降是靠农具的重力）；提升杆传递提升牵引力的中间部件。

　　4CAD技术在农业机械工程设计中应用建议

　　4.1加强标准件、通用件的使用

　　农业机械使用的铰链以及组装接口部件要求选用标准件、通用件。尽量采用符合标准规范的连接部件，有保证农业机械组装灵活、适应性强、操作简便、获取和使用成本低等优势。若采用特殊规范自制件，接口普适性差，加工周期难以保证，制作成本高，且质量难以保证[3]。

　　4.2关注性能成本设计要素

　　农业机械要求功能合用，性能合理，结构紧凑，强度配比科学。设计中应注意评估农机具性能和安全余量，避免功能性能过剩引起不必要的使用成本浪费[4]。成本控制是一个综合因素，它体现在材料选用、结构用料、制作工艺、使用效率、保养维护等各个环节，关注设计中的成本控制，良好的设计成本控制是设计者知识和技能的充分体现。

　　结束语

　　在农业科技高速发展的今天，CAD计算机辅助设计在农业机械工程设计中已经普及，CAD技术给机械设计带来极大方便，但作为一名高职院机械专业的教师，仍需要不断跟踪新标准新规范要求，深入农业应用实践，借助计算机辅助设计CAD软件，综合实施功能性能、结构工艺、成本等设计技术手段，推动农业机械设计向先进性、工艺性、实用性、高性价比等方向不断发展进步。

　　参考文献：

　　[1]黄春永.机械制图[M].北京：人民邮电出版社，2012.

　　[2]农业机械设计手册（上，下）[M].北京：中国农业科学技术出版社，2007.

　　[3]刘欢.智能CAD技术在农业机械设计中的应用[J/OL].

　　[4]孙裕晶，马成林，杨建丽.智能CAD技术在农业机械设计中的应用[C]//农业机械化与全面建设小康社会：农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集.2003.

　　宋玲

《CAD技术在农业机械工程设计中的应用》

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