种子加工机械设计仿真技术ADAMS的应用

王莲中，胡靖明

（甘肃农业大学机电工程学院 甘肃 兰州 730074）

在使用种子加工机械的过程中，时常会有转子不平衡、润滑不顺畅、振动不稳定、噪音大等故障的产生。通常情况下，设备故障的出现是因为生产作业发生中断或难以正常进行，丧失或降低设计功能，经短时间调整或修理，当设备停止后也可以恢复正常运行[1]。种子加工时包衣、丸粒化、干燥、清选等处理技术，指种子收获后到播种前实施的。经加工之后，可将受病虫害影响、成熟的、破碎的种子去除，达到水分适当，防霉防冻，改善其物理及生物特性，提升种子的整齐度，便于机械化播种。除此之外，加工处理种子，是关键的实现种子产业及商品化环节，同时是必备的实现农业高产优质高效技术。种子的播种质量及生物特性，会因不同加工手段的选择之后产生不同影响，种子加工机械工作性能，关系到农业生产效率。

1 种子加工机械设备现状及ADAMS仿真技术

1.1 机械设备现状

20世纪70年代，是我国种子加工机械设计制造起始阶段，经过引进、消化、吸收等，如今我国已经拥有成套种子加工设备制造及设计能力。总体上其生产和保有量，已经将水弱旱强局面呈现出来。蔬菜、牧草以及玉米、小麦是主要生产的种子加工机械，还包含水稻。对于我国的种子加工行业科研和生产而言，尽管近些年发展较快，可由于起步较晚，与国外种子加工业发达国家相比仍然存在较大的差距，此外，还存在关键零件制造工艺不过关、设计配套性差等问题[2]。

1.2 ADAMS仿真技术

ADAMS软件是美国一家公司开发的，是机械系统动力学自动分析的虚拟样机分析软件。现在全世界有数百家各行各业主要制造商，ADAMS已经被广泛采用。通过对这一软件的应用，用户可以创建机械系统几何模型，是快速、方便、参数化的。此模型可以是造型逼真的几何化，经从其他CAD软件传过来，也可以是软件中直接建造的。ADAMS软件创建出的机械系统几何模型，是完全机械化的，使用的零件库、约束库、力库，以及图形环境是交互式的。其求解器选择的是拉格郎日方程方法，基于多刚体系统动力学理论，运动、动力、静力学分析虚拟机械系统，建立系统动力学方程，将加速度、反作用力、位移、速度输出。计算有限元的输入载荷，预测机械系统的碰撞检测、峰值载荷、性能、运动范围等，可通过ADAMS软件的仿真实现。DAMS软件经5类模块组成，包含接口、专业领域、基本、扩展模块及工具箱。用户可快速有效建模、仿真分析特定专业领域的问题，通过选择专用模块之后，同时能够实现对一般的机械系统进行仿真，经选择通用模块之后有针对性的开展。基本上存在的这些模块，可以满足设计时对软件的要求，同时涵盖种子加工机械各个方面。

2 需要注意的ADAMS仿真问题

MECHANISM／PRO接口，指的是ADAMS这一机械系统动力学仿真分析和PRO、ENGINEER的连接三维实体建模软件接口模块，是MDI公司开发的，在数据转换过程中为了防止丢失掉，二者需选择无缝连接方式。假设在分析单个零部件的时候，通常情况下，*．SETP、*．SET、*.IGES等格式，是二维实体模型保存的文件形式；Parasolid Xmt-txt这一文件格式，是通用的，基于仿真分析一个机构式[3]。

通常情况下对于模型的创建，选择的是三维设计软件，像SOLIDWORKS、PR0／E、UG等，均为专门的参数化造型软件，因ADAMS没有很强的三维设计功能。之后进行仿真分析，需导入ADAMS中。通常设置数据转换的格式，按照仿真要求的不同展开，ADAMS和参数造型软件存在较多的数据转换类型。

在ADAMS中导入经三维模型造型软件或者是自身所创建模型，彼此间仍然存在一定区别。通常情况下，创建时所给的是steel，系统默认为加上材料属性，各个部件和整机的marker坐标点及质量重心，经系统会自动给出。在ADAMS中，经三维实体设计软件导入其中，坐标点及质量信息均不存在，所以创建marker坐标点、添加质量信息，是在作仿真前第一应该做的事情，之后加载载荷、添加约束，并进行仿真分析[4]。

3 基本的ADAMS仿真步骤

基于三维实体设计基础之上，呈现出ADAMS／View仿真功能这样一种技术。其能够仿真、优化、建模机械系统模型，作为一个强大仿真环境。一般情况下对于物理模型创建的步骤，于ADAMS／View中对模型创建的步骤是一致的。关键部位小部件模型的创建，对于一个复杂仿真系统来说，应实现二者间的联系，并测试及确定它们的运动，通过应用简单的仿真。由此，添加更复杂的模型，并确保模型正确。进展缓慢是起初的状态，但能确保每一子系统工作正常，并于开始下一步之前，真正做好充足的准备，用于整个系统的仿真。建模及仿真分析的步骤大致上分为以下几步。一是创建一个机械系统模型，包含柔性连接、作用力、运动件、运动副等在内；二是创建所需仿真分析的模型；三是经对照物理样机试验数据和模拟仿真结果，用于验证所设计的方案；四是在实际操作过程中，通过模拟仿真模型动作，用于实现对所建模型的测试[5]；五是针对不同的灵敏度及设计变量，深化设计，评估系统模型；六是细化模型，使得物理样机试验数据和自身仿真测试数据吻合；七是找出最优化设计组合，其是可以获得最佳性能的，并积极的优化设计方案。

4 结语

仿真技术有广阔的发展前景及市场，加速了开发、研制与使用新技术向产品转化的过程，其是一种全新的现代设计手法。想要缩短研制周期、降低成本及技术风险、增强企业竞争力、提高产品质量，通过仿真技术来实现非常关键。目前，相较于工业和其他方面的应用，农业机械化层面的仿真设计有更广泛的价值。然而，基于农业机械设计开发上，随着极大程度上推进的农业机械化进程，今后会得到应用的幅度会更大，同时带来极大的推动力，用于增强我国农业机械产品开发能力。

种子加工机械和其他机械不一样，其可以在完成工作过程中保证种子的生命特征，同时可以实现种子计量包装、存储、分级、干燥、药物处理等工作，从收获后到播种前，使其可以健康茁壮地生长。所以对于各工作部件受力及运动情况分析，基于种子加工机械设计中，可用于实现是否于安全受力范围内进行检验，并测算种子的受力情况。仿真软件ADAMS可以将工作部件及种子间运动和受力情况准确测出，同时实现对种子加工过程的真实再现。总之，在种子加工机械设计中，仿真技术前景广阔。