基于Pro／E的优化设计在农业机械设计中的应用

基于Pro／E软件的装载机虚拟设计制造研究文章运用Pro/E软件对装载机进行了三维建模设计，对其进行虚拟装配和仿真运动，完成了装载机的虚拟设计制造。

通过虚拟设计制造，缩短了产品的设计开发制造周期，提高了装载机的设计制造效率、节约了开发成本。

關键词：装载机；Pro/E虚拟设计；制造研究引言进入新世纪，科技发展突飞猛进。

人们对个性化产品的需求越来越迫切，对产品性能的要求也越来越高。

传统的机械设计在产品的创新开发中，存在开发设计周期长、制造成本高、产品的品质等方面已越来越不能满足人们需求，虚拟设计制造技术正是在这一背景的驱动下产生的。

装载机主要用来铲、装、卸、运土和石料一类散状物料，也可以对岩石、硬土进行轻度铲掘作业。

运用Pro/E软件，设计人员可以在制造真实装载机之前建立整个机构的虚拟样机，然后模拟装载机的运动过程，就可以在装载机的设计开发过程中发现设计存在的不足、缺陷，从而实现设计的优化。

1 虚拟设计及装配流程装载机的虚拟设计主要是用大型参数化建模软件Pro/E对机械结构进行三维实体建模，然后进行装配并各种模拟动作。

为能够方便的解决在装载机产品的设计阶段中各个机械构件在运动过程中的机械运动协调关系及运动范围的设计、可能的部件运动干涉检查等问题找到切实可行的解决问题的方法。

装载机虚拟样机的设计步骤、装配流程如图1 所示。

2 装载机的三维建模2.1 动臂的建模动臂建模设计主要采用拉伸命令，首先进入草绘平面，绘出动臂二维图形，然后给出尺寸值进行拉伸生成动臂三维实体图，再在动臂上进行其上打孔，要注意保证尺寸的准确性。

对另一个动臂采用镜像的方法得到。

如图2 所示。

2.2 铲斗的建模铲斗实体采用拉伸命令建立基本体，再用抽壳命令形成基本的壳体。

在基本体上添加加厚板以及铲齿特征。

添加铲耳特征时还需要建立铲耳特征的二维平面图形特征，后采用工具中的镜像复制命令完成铲斗肋板设计。

如图3所示。

2.3 底座的建模先建立底盘二维平面框架，然后采用拉伸命令，再采用拉伸裁剪命令生成底座结构，最后在框架上生成其他特征。

Pro e 软件在机械设计与制造中的应用摘要：本文主要介绍了Pro/e 软件的功能以及在机械设计与制造中的应用，并且简要的以该软件在模具设计和模具制造中的应用为例说明Pro/e 软件的重要性。

关键词：Pro/e 软件；机械设计与制造；模具设计与制造前言伴随着市场激烈的竞争，机械设计和制造也发生了巨大变化。

机械设计和制造的主导地位已经从卖方市场转向买方市场，现在的机械设计和制造应满足客户的需求，这样才能使用市场需求。

这种转化在某种程度上增加了设计工作量，是生产制造周期延长。

按照传统的设计模式，设计人员往往要在某些问题上花费很多精力却效率很低，并且有的错误设计由于其隐蔽性通常不能及时发现，这样就为生产造成不必要的损失。

尤其在诸如推土机、农业机械以及大型挖掘机等产品零部件的设计中，这些运动构件的空间干预问题通常是设计人员的难题，如果我们可以运用计算机三维设计，就可以很有效地解决这些在传统设计模式中不易解决的问题。

目前，市面上应用比较广泛的三维设计软件有很多，主要包括MDT、AutoCAD、以及Pro/e等软件。

计算机设计CAD软件的开发，在一定程度上使机械在设计和制造上节约了时间，减少了设计人员的工作量。

虽然CAD软件的开发应用已经成为一些企业在产品设计、开发等领域的必备工具，但是，AutoCAD软件在机械设计方面要求设计人员具有较好的空间想象空间，以及结构各方面的尺寸计算能力等等。

基于CAD软件的不足，开发人员研发的三维软件Pro/e软件为设计师提供了一个三维设计实体平台。

该软件不同于传统的二维软件的设计的枯燥性、空间感以及实体感不足的缺点，用高参数化的设计理念、形象的交互界面以及比较智能化的分析能力，一改传统设计理念，使高效高质开发成为可能，使我们设计更加直观、有效、快捷[1]。

因此，Pro/e软件在机械设计以及制造领域的广泛应用可以有效地提高产品的设计质量和效率，并使设计人员的劳动强度降低，1. Pro/e软件的介绍Pro/e软件是上世纪美国参数技术公司研发的一种三维工程设计软件，由于三维软件的功能强大，参数化特征成型，使得Pro/e软件在产品零件设计、装配、模具开发产品加工及制造、工业设计、汽车设计制造、玩具等行业得到广泛应用。

基于Pro/E的喷雾机械的虚拟样机设计*张建瓴 可欣荣 陈树军 洪添胜(华南农业大学工程学院,广州510642)摘要 基于P ro/E的实体造型技术,按照果树仿形喷雾的原理,实现了一种果树仿形喷雾装置虚拟样机的设计,并利用P ro/E的三维虚拟环境对仿形机构和喷雾作业过程进行了虚拟仿真。

关键词:P ro/E 仿形 喷雾 虚拟样机中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671 3133(2005)12 0001 03传统的果树喷雾技术由于喷头和果树间的喷雾距离的调节随意性很大,会造成雾滴在果树内的分布很不均匀,特别是对于枝叶密集的作物和果树,由此而产生的农药超量使用等问题特别突出[1,2]。

仿形喷雾技术是近年来提出的一种新的果树精确喷雾方法[3,4,5],通过检测果树的实际形状,自动控制喷头(组)在理想的喷雾距离下作业,能有效提高雾滴在果树内的分布均匀性。

但国内有关仿形喷雾的研究仍停留在实验室阶段,缺乏实际的仿形喷雾装置和系统。

目前较为流行的Pro/E软件不仅能创建三维实体模型,还可以利用设计的三维实体模型进行装配和静态干涉检查、机构运动分析及仿真、动力分析及强度分析等。

本文从果树仿形喷雾的角度出发,基于Pro/E 的参数化建模和实体造型技术,完成了一种仿形喷药机械系统的虚拟样机设计。

并利用Pr o/E的软件环境对该仿形喷雾装置的运动过程和喷雾过程进行了初步的虚拟仿真。

1 Pro/E软件Pro/E是美国Para m etric Technology Corporation公司(PTC公司)开发的功能较全的C AD/CAM软件,它以基于特征的参数化设计、单一数据库下的全相关性等概念而闻名于世,集实体设计、曲面设计、零件装配、二维工程图制作、制造加工、机构仿真及有限元分析、自动测量等于一体。

它的每个模块都有独立的功能,但相互之间又动态关联,因此,设计者无论是在2D或3D环境下修改任何尺寸,其相关的2D或3D实体模型及装配制造等也自动修改,并可随时对特征实现重新定义、顺序调整、删除和插入等修改工作[6]。

科技信息1.前言Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ（简称Ｐｒｏ／Ｅ）是美国参数技术公司（ＰＴＣ）推出的一套ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ集成软件，它具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型、单一数据库和便于移植设计思想的特点，是目前进行产品研制开发最为有效的工具之一，最近几年Ｐｒｏ／Ｅ已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件。

它的参数化特征和相关性是区别于其它软件的最大特点。

在基于Ｐｒｏ／Ｅ的虚拟设计中，设计者可以在计算机上仿真产品的实际造型、装配和运动过程，进行生动直观的产品预装配、干涉检测以及产品运动协调性的验证。

在不需要实际制造样机的情况下，解决了大部分装配问题。

这就使得新产品开发的周期大为缩短，使新的产品能尽早占领市场，为企业赢得最佳效益。

2.Pro/E在机械设计中的应用Ｐｒｏ／Ｅ软件作为机械工程设计中最具活力的工具，它主要应用于机械设计的以下诸方面：三维实体造型、工程分析（如应力应变、动态特性、热传导特性分析等）、设计审查与评价（如公差分配审查、干涉检查、运动仿真等）、结构优化、工程图的制作、工程数据库的建立及其操作、工程设计信息的处理、检索和交换等。

在机械设计中使用Ｐｒｏ／Ｅ软件具有更高效率、更高质量、更低成本的优势。

具体表现在以下几方面：（１）可使机械设计更加直观、方便机械是三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。

传统的机械设计是用正投影法形式的二维视图来表达设计人员的三维设想。

经过实践表明，虽然这种方法能准确表达无限的信息，但却存在着一些弊端。

因为无论是设计人员还是加工人员都要经过专门训练才能在大脑中将二维视图转化成三维实体。

设计及绘图过程中稍有不慎，就容易出现错误。

使用Ｐｒｏ／Ｅ软件可以直接在计算机中呈现出设计者的设计概念最真实的三维模型，随时计算出产品的体积、面积、质心、重心、转动惯量等，其最大的好处是三维设计形象直观，设计结构的合理性让人一目了然。

也可以在装配环境中设计新零件，利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，可保证新零件与相邻零件的精确配合，避免了单独设计零件出现错误而导致装配的失败。

ＯＣＣＵＰＡＴＩＯＮ 2010 10 1 教学探索编辑︱姜菁︱E-mail:zhiyezazhi@1 实践与探索TEACHING EXPLORE 机械专业的人才培养目标是在德、智、体、美全面发展的基础上，培养面向生产第一线，从事机械加工、机械设备安装与调试和机械加工技术管理的应用型的机电一体化应用人才。

在以前的职业教育中，专业课的教学重理论、轻实践，重知识的传授、轻能力的培养和知识的应用。

这并不符合职业教育的培养目标，应改革传统的“示范型”教学为“开发型”教学。

一、Pro／E应用于机械类专业课程教学的必然性ＣＡＤ技术的发展及普及为设计师提供了先进的设计手段。

然而，传统的加工技术及工具已不能适应设计技术的发展。

ＣＡＭ越来越成为加工需求的热点，ＣＡＭ软件的选择和应用，也正成为企业在计算机辅助技术应用方面的一个焦点。

Ｐｒｏ／Ｅ软件是美国ＰＴＣ公司开发的３Ｄ　ＣＡＤ／ＣＡＭ系统，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出、生产加工成产品的全过程，广泛应用于机械、电子、模具等行业，集合了零件设计、产品组合、模具开发、数控加工等多种功能，是目前应用非常广泛的三维软件。

随着现代多媒体技术在教学过程中的广泛应用，教学方法尤其是教学手段的改革势在必行，这也是现代教育发展的必然趋势。

机械类课程实践性很强，内容又比较枯燥，而传统的教学方法往往很单一，收效甚微。

特别是在讲解各类机械部件组成、结构特点及工作原理时，为了让学生看懂教材中的装配图、原理图，经常需要花费大量的时间和精力进行讲解。

笔者认为，如果运用好Ｐｒｏ／Ｅ强大的三维功能，可以把抽象的视图转化为直观的三维实体，将对机械类课程教学有很大的帮助，于是将机械部件的三维造型用　Ｐｒｏ／Ｅ软件制作出来，在教学中运用多媒体把机械部件的结构直观地展示在学生面前，学生对教学内容更容易领会和掌握，大大提高了学习效率。

同时，也可以将Ｐｒｏ／Ｅ应用在实训课程中。

ＲＭ＆ＣＭ２００７年５期０引言Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ三维实体建模设计系统是美国参数化技术公司（ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，简称ＰＴＣ公司）的产品。

ＰＴＣ公司提出的单一数据库、参数化、基于特征和完全关联的概念从根本上改变了机械ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ的传统概念，这种全新的设计理念已经成为当今世界机械ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ领域的新标准［１］。

Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ系统的主要特性体现在３个方面：（１）三维实体造型（３ＤＳｏｌｉｄＭｏｄｅｌｉｎｇ）将三维实体模型用于机械产品的ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ过程，用户可以随时计算出产品的质量、体积、惯性矩等相关的物理量、几何量，迅速了解产品的结构，方便掌握产品的信息，减少了人为计算时间。

（２）完全相关性（ＦｕｌｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｖｉｔｙ）相关性是指所有的Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ的功能都相互关联。

用户在产品开发过程的任一环节进行的修改，都将被传送到整个设计中，同时自动地将模型装配、平面工程图、模型加工数据等工程文档进行更新。

全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改却没有任何损失，并且使并行工程成为可能。

（３）基于特征的参数化建模（Ｆｅａｔｕｒｅ－ｂａｓｅｄＰａｒａ－ｍｅｔｒｉｃＭｏｄｅｌｉｎｇ）特征造型被公认为是几何造型的发展趋势。

在Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ系统中，实体模型都是由一些工程特征组合而成的。

该系统的Ｐｒｏ／Ｆｅａｔｕｒｅ模块，提供了拉伸、旋转、孔、轴壳和变截面扫描等众多特征和特征构造方法，这些都为用户提供了设计复杂零件或实Ｐｒｏ／Ｅ技术在工程机械仿真设计中的应用林通，叶智彪，申宝成（长安大学工程机械学院，陕西西安７１００６４）摘要：为提高现有工程机械制造企业的产品设计水平，进行了新的工程机械设计理论方法的探索与研究。

充分运用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ的三维实体造型与参数化设计技术，并结合实际零部件尺寸，完成了工程机械传动机构与行走机构中齿轮零件的参数化仿真设计及轮边减速系统的虚拟装配设计。

基于Ｐｒｏ/Ｅ的农耕机优化设计徐㊀珂１ꎬ叶㊀娟２ꎬ朱绘丽１ꎬ杨㊀捷１(１.河南工学院ꎬ河南新乡㊀４５３００３ꎻ２.河南师范大学新联学院ꎬ河南新乡㊀４５３００７)摘㊀要:为了提高农耕机零部件的设计效率ꎬ实现农机的数字化设计ꎬ将Ｐｒｏ/Ｅ软件引入到农机设计过程中ꎬ通过零部件的有限元分析ꎬ实现了零部件的优化设计ꎮ以耕种播种一体机的播种装置设计为例ꎬ建立了装置的三维模型ꎬ并利用有限元分析模块对装置进行了仿真分析ꎬ得到了装置的应力分布情况ꎮ在进行农耕机零部件机械设计和优化时ꎬ可以参考得到的最大应力分布数据对装置的结构进一步优化ꎬ从而设计出性能更好的农机产品ꎮ关键词:农耕播种机ꎻ有限元分析ꎻＰｒｏＥ软件ꎻ三维建模ꎻ装配分析中图分类号:Ｓ２２２ꎻＳ２２０.２㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ文章编号:１００３－１８８Ｘ(２０２１)０４－０２２５－０５０㊀引言ＣＡＤ/ＣＡＭ作为制造核心和关键技术ꎬ从根本上改变了机械设计人员的工作方式ꎬ使零件设计更加方便ꎬ零件装配更加直观ꎬ大大提高了设计质量和工作效率ꎬ缩短了产品更新换代的周期ꎬ在机械设计领域有着相当大的作用ꎮＰｒｏ/Ｅ作为一款集ＣＡＤ/ＣＡＭ/ＣＡＥ一体的绘图软件ꎬ其三维实体造型是以构建实体特征㊁曲面特征和基准特征为基础的实体造型ꎮ将Ｐｒｏ/Ｅ软件引入到农机零部件的设计过程中ꎬ不仅可以构建农机的零部件三维模型ꎬ还可以对零件进行装配或者有限元分析ꎬ从而实现农机零部件的优化设计ꎮ１㊀Ｐｒｏ/Ｅ建模在农机零部件设计中的应用Ｐｒｏ/Ｅ是一个强大的设计制造辅助软件ꎬ除了普通建模之外ꎬＰｒｏ/Ｅ还可以建立曲面和边界混合等高级模型ꎮ在农机设计过程中ꎬ可以利用Ｐｒｏ/Ｅ软件构建农机的零部件ꎬ然后将零部件进行组装ꎬ通过装配体的设计ꎬ来检查农机各零部件之间是否存在干涉现象ꎬ还可以对零部件进行有限元仿真分析ꎬ进一步实现零部件的优化设计ꎬ其流程如图１所示ꎮ采用Ｐｒｏ/Ｅ建模之前ꎬ首先需要对零部件的模型进行分析ꎬ如果零件非常复杂ꎬ还可以通过逆向工程对零部件收稿日期:２０１９－０７－１８基金项目:河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目(２０１７ＧＧＪＳ１７０)作者简介:徐㊀珂(１９７４－)ꎬ男ꎬ河南新乡人ꎬ高级工程师ꎬ高级实验师ꎬ硕士ꎬ(Ｅ－ｍａｉｌ)ｘｋ１２６ｓｕｎ＠１２６.ｃｏｍꎮ的关键尺寸进行扫描后ꎬ通过生成模型导入到Ｐｒｏ/Ｅ中ꎮ在Ｐｒｏ/Ｅ软件中可以创建任意的三维几何模型ꎬ创建几何模型后ꎬ如对模型进行优化ꎬ还可以通过机械仿真模拟对模型进行装配分析或者有限元分析ꎬ充分地了解农机装置的运动情况和受力分布情况ꎬ从而对装置进行校核和结构优化ꎮ图１㊀基于ＰｒｏＥ的建模和有限元分析流程Ｆｉｇ.１㊀ＴｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｆｌｏｗｂａｓｅｄｏｎＰｒｏＥ２㊀农机零部件Ｐｒｏ/Ｅ建模和有限元仿真采用Ｐｒｏ/Ｅ软件ꎬ可以实现农机简单及复杂零部件的建模功能ꎮ除了二维建模和三维建模以外ꎬ还可以实现对农机零部件的有限元仿真ꎬ对于农机零部件的优化设计具有重要的意义ꎮＰｒｏ/Ｅ软件主要分为６个模块ꎬ包括工业设计模块㊁ＣＡＤ设计模块㊁ＣＡＥ设计模块㊁ＣＡＭ设计模块㊁数据管理模块及数据交换模块ꎮ１)工业设计模块ꎮ该模块可以对产品的三维几何模型进行设计ꎬ还可以实现产品的动画模拟㊁概念设计㊁网络合成和图片艺术效果渲染等ꎬ实现全方位的工业设计功能ꎮ２)ＣＡＤ设计模块ꎮＣＡＤ建模是Ｐｒｏ/Ｅ软件的基本功能ꎬ建模效率非常高ꎬ可以绘制复杂的农机零部件ꎬ还可以进行三维模型的装配㊁电路设计及管路铺设等ꎬ将应用数据可视化的显示出来ꎮ３)ＣＡＥ设计模块ꎮＰｒｏ/Ｅ的ＣＡＥ功能主要是可以对农机零部件进行有限元仿真分析ꎬ通过分析可以得到机械零部件内部的受力情况ꎬ在分析时可以自定义输入载荷或者连接第三方的仿真软件等ꎮ４)ＣＡＭ设计模块ꎮＰｒｏ/Ｅ的ＣＡＭ功能可以用于数控加工技术ꎬ包括模具设计㊁ＮＣ仿真和ＣＮＣ程序的设计等ꎬ采用ＣＡＭ模块可以对机械零部件的加工过程进行模拟ꎬ以优化数控加工程序ꎬ提高加工精度ꎮ５)数据管理模块ꎮＰｒｏ/Ｅ软件可以对农机零部件产品进行测试仿真ꎬ从而找出零部件的设计缺陷ꎬ更好地优化设计零部件ꎬ并可以对缺陷的改进和优化设计数据进行保存管理ꎬ更好地评估数据ꎮ６)数据交换模块ꎮ在农机零部件建模时可能还会用到其他的软件(如ＵＧⅡ㊁ＣＡＴＩＡ等)ꎬ通过数据交换模块才能接收这些系统的数据ꎮ数据交换模块提供良好的兼容性数据接口ꎬ可以导入其他软件的一些建模和数据等ꎮ农耕机的部分零部件存在较为复杂的曲面形状(如犁片)ꎬ而采用Ｐｒｏ/Ｅ软件可以直接实现复杂的曲面建模ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀复杂模型建模示例Ｆｉｇ.２㊀Ｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｏｆｃｏｍｐｌｅｘｍｏｄｅｌｍｏｄｅｌｉｎｇ采用Ｐｒｏ/Ｅ软件可以对犁片等复杂模型进行建模ꎮ首先构建曲线ꎬ然后通过曲面造型利用扫描等功能形成曲面形状ꎬ完成建模后可以导入到分析模块进行有限元分析ꎮ其功能模块如图３所示ꎮ图３㊀有限元分析模块Ｆｉｇ.３㊀ＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｕｌｅＰｒｏ/Ｅ软件自带机械模拟应用功能ꎬ可以对机械零部件进行有限元仿真分析ꎮ分析之前ꎬ需要对模型进行网格划分操作ꎮ犁片结构属于复杂的农机零部件ꎬ为了实现复杂零部件的网格划分ꎬ可以采用分块划分的形式ꎮ在有限元划分过程中网格节点的位移都是未知的量ꎬ因此可以假设节点位移为δ{}ｅ＝[ｕｉꎬｖｉꎬｗｉ]Ｔꎬ网格单元内１点位移为{ｆ}＝[ｕꎬｖꎬｗ]Ｔꎬ采用场变量函数Ｎ(ＸꎬＹꎬＺ)对网格的变化进行描述ꎬ得到网格单元的总位移方程为{ｆ}＝[Ｎ]δ{}ｅ(１)假设计算节点的坐标是单位矩阵ꎬ其坐标为(ξꎬηꎬζ)ꎬ假定整体坐标(ｘꎬｙꎬｚ)ꎮ其中ꎬ(ｕｉꎬｖｉꎬｗｉ)表示节点ｉ在整体坐标下的位移值ꎮ其中ꎬ{ε}＝{εｘꎬεｙꎬεｚꎬｙｘｚꎬｙｙｚꎬｙｚｘ}为{ε}＝[Ｂ]δ{}ｅ(２)对于小变形线性弹性问题ꎬ单元内的应力矩阵为{σ}＝[Ｄ]{ε}＝[Ｄ][Ｂ]{δ}ｅ(３)其中ꎬ[Ｄ]表示弹性矩阵ꎮ假设[Ｓ]表示应力矩阵ꎬ则[Ｓ]＝[Ｄ][Ｂ](４)假设节点力为{Ｆ}ｅꎬ根据虚功原理可得Ｆ{}ｅ＝[ｋ]{δ}ｅ(５)其中ꎬ[ｋ]表示单元的劲度矩阵ꎬ即[ｋ]＝ʏʏʏｅ[Ｂ]Ｔ[Ｄ][Ｂ]ｄｘｄｘｄｚ(６)对于整体结构上的任一点建立平衡方程为ðｅ{Ｆｉ}＝{Ｒｉ}(７)根据上述有限元计算的基本方法ꎬ可以将复杂零件拆分成几个区域ꎬ然后对每个区域进行子区域的有限元网格划分ꎮ农机零部件建模和有限元分析流程如图４所示ꎮ图４㊀有限元分析流程Ｆｉｇ.４㊀Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｆｌｏｗｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ复杂零部件的三维模型创建可以直接使用Ｐｒｏ/Ｅ软件ꎬ也可以采用其他软件建模后导入到Ｐｒｏ/Ｅ软件中ꎮ建模完成后ꎬ需要进行网格的划分ꎬ对于复杂的零部件还要对网格进行分块划分操作ꎮ网格划分完成后ꎬ对零部件进行载荷和约束等参数设置ꎬ通过迭代计算便可以实现零部件的有限元分析ꎬ并输出分析结果ꎮ３㊀基于Ｐｒｏ/Ｅ的农耕机零部件优化设计随着农业现代化技术的不断进步ꎬ耕作播种一体化机械被大量应用到农田作业上ꎬ加快了耕种作业速度ꎮ耕种一体机械在作业时受到的载荷较大ꎬ其作业过程如图５所示ꎮ图５㊀农耕播种一体化机械Ｆｉｇ.５㊀Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅｍａｃｈｉｎｅｒｙｆｏｒｆａｒｍｉｎｇａｎｄｓｏｗｉｎｇ由于集耕地和播种于一体ꎬ在播种之前没有进行松土ꎬ所以农耕播种机一体化机械在作业过程中会产生较大的阻力ꎬ要求播种装置具有较高的强度ꎮ为了验证农耕机播种部分装置的强度ꎬ采用Ｐｒｏ/Ｅ软件建立了播种装置的三维模型ꎬ然后利用Ｐｒｏ/Ｅ的机械仿真部分对模型进行有限元仿真ꎮ播种装置夹子部分的模型如图６所示ꎮ图６㊀夹子三维模型图Ｆｉｇ.６㊀Ｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｌａｍｐ夹子是播种机播种种子和施用化肥的最后执行部分ꎬ共有两个一样的夹子ꎮ它们需要一定的长度以便插进土里ꎬ在土里打开播下种子ꎬ放出化肥ꎮ整个装置的三维模型如图７所示ꎮ图７㊀播种装置三维模型示意图Ｆｉｇ.７㊀Ｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｄｉａｇｒａｍｏｆｓｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ图７中ꎬ播种装置上边是衔接肥料箱的部分ꎬ下边是两个分别出种子和肥料的出口ꎮ为了使有限元仿真更容易完成ꎬ取播种装置上边部分的圆形作为有限元仿真分析的对象ꎬ对其进行了有限元分析计算ꎬ得到了如图８所示的计算结果ꎮ根据有限元仿真分析结果ꎬ可以直观得到在作业过程中装置的最大应力位置ꎮ在进行农耕机机械优化设计时ꎬ可以参考最大应力数据使装置具有足够的强度ꎬ以满足正常的作业需求ꎮ图８㊀农耕机零部件有限元分析图Ｆｉｇ.８㊀Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｄｉａｇｒａｍｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｍａｃｈｉｎｅｐａｒｔｓａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ４㊀结论为了提高农耕机零部件的设计效率ꎬ将Ｐｒｏ/Ｅ软件应用在农耕机的零部件设计和机械分析过程中ꎬ通过对零部件的装配分析和有限元仿真ꎬ实现了零部件结构的优化设计ꎮ以播种装置部分设计为例ꎬ建立了装置的三维模型ꎬ并对装置应力分布情况进行了有限元分析ꎬ得到了最大应力的力学分布数据ꎬ对于零部件结构的优化具有重要意义ꎮ参考文献:[１]㊀吴宇燕ꎬ彭志牛ꎬ王宇晗.ＮＵＲＢＳ曲线数控插补方法及误差控制[Ｊ].机械设计与研究ꎬ２００６ꎬ２２(４):７５－７８. [２]㊀徐志明ꎬ王宇晗.五轴联动ＮＵＲＢＳ曲线插补方法的研究[Ｊ].上海电机学院学报ꎬ２００８ꎬ１１(１):７６－８０. [３]㊀姚哲ꎬ冯景春ꎬ王宇晗.面向五轴加工的双ＮＵＲＢＳ曲线插补算法[Ｊ].上海交通大学学报ꎬ２００８ꎬ４２(２):２３５－２３８. [４]㊀陈良骥ꎬ王永章ꎬ富宏亚.五轴联动双ＮＵＲＢＳ曲线的生成与插补方法研究[Ｊ].机械制造ꎬ２００６ꎬ４４(７):６７－７０. [５]㊀刘宇ꎬ戴丽ꎬ刘杰ꎬ等.泰勒展开ＮＵＲＢＳ曲线插补算法[Ｊ].东北大学学报(自然科学版)ꎬ２００９ꎬ３０(１):１１７－１２０. [７]㊀刘宏ꎬ罗丽丽ꎬ樊永强.三轴椭球精密曲面的数控双指令铣削加工技术[Ｊ].制造业自动化ꎬ２０１５ꎬ３７(１０):２１－２３. [８]㊀丁汉ꎬ毕庆贞ꎬ朱利民ꎬ等.五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真[Ｊ].科学通报ꎬ２０１０(２５):２５１０－２５１９. [９]㊀王晶ꎬ张定华ꎬ罗明ꎬ等.复杂曲面零件五轴加工刀轴整体优化方法[Ｊ].航空学报ꎬ２０１３(６):１４５２－１４６２.[１０]㊀陈良骥ꎬ程俊伟ꎬ王永章.环形刀五轴数控加工刀具路径生成算法[Ｊ].机械工程学报ꎬ２００８ꎬ４４(３):２０５－２１２. [１１]㊀严思杰ꎬ周云飞ꎬ陈学东.五轴ＮＣ加工中刀具运动包络面的计算[Ｊ].中国机械工程ꎬ２００５ꎬ１６(２３):２０２０－２１２４. [１２]㊀罗明ꎬ吴宝海ꎬ李山ꎬ等.自由曲面五轴加工刀轴矢量的运动学优化方法[Ｊ].机械工程学报ꎬ２００９(９):１５８－１６３[１３]㊀章永年ꎬ赵东标ꎬ陆永华ꎬ等.平底刀最优刀轴矢量规划算法[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１２(５):１８０－１８６.[１４]㊀徐中华ꎬ王建华.有限元法分析土壤切削问题的研究进展[Ｊ].农业机械学报ꎬ２００５ꎬ３６(１):１３４－１３７.[１５]㊀杜巧连.拖拉机液压悬挂耕深电液控制系统设计与试验[Ｊ].农业机械学报ꎬ２００８(８):６２－６５.[１６]㊀鲁植雄ꎬ郭兵ꎬ高强.拖拉机耕深模糊自动控制方法与试验研究[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１３(２３):２３－２９.[１７]㊀张腾ꎬ崔志琴ꎬ王晓华ꎬ等.基于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ的发动机气门机构参数化设计[Ｊ].机械工程与自动化ꎬ２０１１(５):１５－１７.[１８]㊀谢峰ꎬ汪洋.基于ＡＰＩ技术的ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ标准件库的开发[Ｊ].机械工程师ꎬ２００８(１１):６３－６５.[１９]㊀刘建元.ＵＧ－ＣＡＭ铣削编程与数控加工仿真软件的综合应用[Ｊ].中国制造业信息化ꎬ２０１１(１３):２８－３０ꎬ３４. [２０]㊀李艳霞.基于ＵＧ的型腔铣削数控编程的应用技巧[Ｊ].机床与液压ꎬ２０１０(２０):１２７－１２９.[２１]㊀席光ꎬ王志恒ꎬ王尚锦.叶轮机械气动优化设计中的近似模型方法及其应用[Ｊ].西安交通大学学报ꎬ２００７ꎬ４１(２):１２５－１３５.[２２]㊀常玉连ꎬ边城ꎬ赵明泉.基于ＶＢ的ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ标准件库的二次开发[Ｊ].大庆石油学报ꎬ２００６(４):６６－９４. [２３]㊀张信群.基于ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ冲模标准件参数化设计研究[Ｊ].宜春学院学报ꎬ２０１５(１２):３６－３９.[２４]㊀秦国成ꎬ秦贵ꎬ张艳红.设施农业装备技术现状及发展趋势[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１２ꎬ３４(３):８１－８２.[２５]㊀冯秀军ꎬ杨立东.２ＢＤＹ－８型２垄密型高速气吹式精密播种机简析[Ｊ].农业机械ꎬ２００７(８):８５－８６.ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙＯｐｔｉｍｕｍＤｅｓｉｇｎＢａｓｅｄｏｎＰｒｏ/ＥＸｕＫｅ１ꎬＹｅＪｕａｎ２ꎬＺｈｕＨｕｉｌｉ１ꎬＹａｎｇＪｉｅ１(１.ＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＸｉｎｘｉａｎｇ４５３００３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＸｉｎｌｉａｎＣｏｌｌｅｇｅｏｆＨｅｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉｎｘｉａｎｇ４５３００７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｍａｃｈｉｎｅｒｙｐａｒｔｓａｎｄｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｄｅｓｉｇｎｏｆａｇｒｉ￣ｃｕｌｔｕｒａｌｍａｃｈｉｎｅｒｙꎬｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄＰｒｏＥｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｔｏｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｍａｃｈｉｎｅｒｙ.Ｔｈｅｎｉｔ２０２１年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀农机化研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４期ｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐａｒｔｓａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓꎬｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｐａｒｔｓａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ.Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｄｅ￣ｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｅｅｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｔｉｌｌａｇｅａｎｄｓｅｅｄｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅꎬｉｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎ￣ｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅꎬａｎｄｔｈｅｄｅｖｉｃｅｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｕｌｅꎬａｎｄｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅ.Ｗｈｅｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｐａｒｔｓａｎｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｆａｒｍｉｎｇｍａｃｈｉｎ￣ｅｒｙꎬｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄａｔａｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅꎬｓｏａｓｔｏｄｅｓｉｇｎａｇｒｉ￣ｃｕｌｔｕｒａｌｍａｃｈｉｎｅｒｙｐｒｏｄｕｃｔｓｗｉｔｈｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆａｒｍｉｎｇｓｅｅｄｅｒꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓꎻＰｒｏＥｓｏｆｔｗａｒｅꎻｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇꎻａｓｓｅｍｂｌｙａｎａｌｙｓｉｓ(上接第２２０页)ＡｂｓｔｒａｃｔＩＤ:１００３－１８８Ｘ(２０２１)０４－０２１７－ＥＡＤｅｓｉｇｎｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＢａｌｅｒＢａｓｅｄｏｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＣａｏＪｉｑｉｎｇ(ＳｕｚｈｏｕＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＰａｒｋＳｅｒｖｉｃｅＯｕｔｓｏｕｒｃｉｎｇｖｏｃａｔｉｏｎａｌｃｏｌｌｅｇｅꎬＳｕｚｈｏｕ２１２１２３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｗｈｅａｔａｎｄｃｏｒｎｓｔｒａｗａｕｔｏｍａｔｉｃｂａｌｅｒｉｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ.Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗａｕｔｏｍａｔｉｏｎａｎｄｌｏｗｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｒａｗｂａｌｅｒꎬｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｓｔｒａｗａｕｔｏｍａｔｉｃｂａｌｅｒｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｄｉｓ￣ｔｒｉｂｕｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎬａｎｄａｎｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｇｅａｒｂｏｘｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｅｘｅｃｕｔｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｂａｌｅｒ.Ａｆｔｅｒｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｂａｌｅｒꎬｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔꎬａｎｄｔｈｅｃａｒｒｙｉｎｇｔｅｓｔｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａꎬｉｔｃａｎｂｅｓｅｅｎｔｈａｔｔｈｅｓｔｒａｗａｕｔｏｍａｔｉｃｂａｌｅｒｂｕｉｌｔｂｙｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓ￣ｔｅｍｈａｓｌｏｗｂａｌｅｌｏｓｓｒａｔｅꎬｈｉｇｈｂａｌｅｒａｔｅａｎｄｈｉｇｈｂａｌｅｄｅｎｓｉｔｙꎬａｎｄａｌｌｔｈｅｉｎｄｅｘｅｓｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｉｎｔｈｅｔｅｓｔｐｒｏｃｅｓｓꎬｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｌｅｒｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｓｔａｂｌｅ.Ｉｔｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｓｔｒａｗｂｉｎｄｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ.Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｓｔｒａｗｂａｌｅａｕｔｏ￣ｍａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｕｔｏｍａｔｉｃｂａｌｅｒꎻｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎻｂａｌｉｎｇｌｏｓｓｒａｔｅꎻｂａｌｉｎｇｒａｔｅꎻｂａｌｉｎｇｄｅｎｓｉｔｙ(上接第２２４页)ＡｂｓｔｒａｃｔＩＤ:１００３－１８８Ｘ(２０２１)０４－０２２１－ＥＡＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｘｃａｖａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＰＬＣＬｉＪｉｎｇ１ꎬＬｉａｎｇＷｅｎｂｏ２(１.ＸｉｎｘｉａｎｇＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅꎬＸｉｎｘｉａｎｇ４５３０００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｃｏｎｏｍｉｃｓａｎｄＴｒａｄｅＴｅｃｈｎｉｃｉａｎｓꎬＸｉｎｘｉａｎｇ４５３７００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｘｃａｖａｔｏｒꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄａｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｘｃａｖａｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｓ７－２００ＰＬＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒꎬａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｓｙｓｔｅｍｆｒａｍｅｗｏｒｋａｎｄａｃｔｕａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓꎬａｎｄｇｉｖｅｓｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＰＬＣｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎ￣ｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｘｃａｖａｔｏｒｃａｎｒｅａｌｉｚｅｅｎｇｉｎｅｓｔａｒｔａｎｄｓｔｏｐｃｏｎｔｒｏｌꎬｓｐｅｅｄｓｗｉｔｃｈｃｏｎｔｒｏｌꎬｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎａｎｄｗａｌｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌꎬｗｈｉｃｈｈａｓｃｅｒｔａｉｎｐｏｓｉｔｉｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｘｃａｖａｔｏｒꎻｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌꎻＰＬＣꎻＳ７－２００。