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动态优化方法在农业机械设计中的重要性

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【摘要】随着农业机械化进程的不断深入,人们对农业机械的依赖性水平变得越来越高。这种变化对农业机械设计提出了较高的要求。为了提升农作物的耕种效率,实现增产目的,可以利用动态优化方法取代传统的设计方法,使得所设计出的农业机械成品更加符合农民的实际使用要求。本文从动态优化方法的概念入手,对动态优化方法在农业机械设计中的应用进行分析和研究。

【关键词】动态优化方法;农业机械设计;应用

1前言

农业是我国的支柱性产业。结合我国实际情况可知,虽然相关政策及城市改造等措施提升了农民的就业率,但仍然存在许多以农业为主要经济来源的农民。为了促进我国农业的良性发展,帮助农民获得更多的经济利润,可以应用动态优化方法提升农业机械设计的质量。

2动态优化方法

2.1动态优化方法的概念

动态优化方法建立在优化遗传算法、计算机辅助技术等相关技术或技能的基础上[1]。这种方法是指,根据设计要求确定相应的参数或模型之后,通过动力学建模的方式,对所得参数或模型进行动态分析,将参数或模型中存在的不合理问题识别出来,进而提升参数或模型的设计质量。

2.2动态优化方法的应用优势

就农业机械设计而言,动态优化方法的应用优势主要包含以下几种:第一,可修正优势。在基于动态优化方法的农业机械设计工作中,设计人员可以通过遗传算法、动态控制等技术,将农业机械模型中存在的问题找出来,并通过修正措施的利用,提升农业机械的设计质量。第二,使用优势。动态优化方法以农业生产对农业机械产品的实际使用要求为参考依据。相对于其他设计方法而言,基于动态优化法的农业机械产品性能更加完美。

2.3动态优化方法的应用流程

就农业机械设计工作而言,动态优化方法的应用流程主要包含以下几个步骤:第一,项目确立步骤。根据农民的实际要求或相关部门的指示等依据,将农业机械设计项目确定下来。第二,建模步骤。当项目确立之后,设计人员需要结合自身的设计经验和相关数据信息,构建出符合实际农业生产要求的农业机械设计模型。第三,优化步骤。在该步骤中,设计师需要根据实际的农业机械模型特点或性能,利用适宜的动态优化方法(如优化遗传算法或计算机辅助技术等),对第二步骤中所得模型进行优化设计。第四,农业机械数字虚拟样机建模步骤。在解决原始数字模型中存在的不合理问题之后,需要以优化后的农业机械模型为参考依据,建立农业机械的数字虚拟样机模型[2]。第五,动态控制步骤。在该步骤中,设计师需要利用模糊控制和动态控制对所得农业机械数字虚拟样机模型进行检验。第六,实物模型。农业数字虚拟样机模型经过动态控制、模糊控制检验合格(或已对不合格部分进行调整)后,应该利用其得出农业机械的实物模型。

3动态优化方法在农业机械设计中的应用

这里主要从以下几方面入手,对动态优化方法在农业机械设计中的应用进行分析和研究:

3.1数字变量方面

就数字变量方面而言,利用动态优化方法进行设计的过程将会受到相关标准的要求、农业机械产品的规格参数、强度系数等因素的影响。通过对农业机械的实际农业生产应用过程可知,在所有的农业机械中,处于连续振动状态的农业机械占比约为83%左右[3]。这种特点为农业机械的设计工作带来了一定的困难:设计人员既要分析有害振动对农业机械设备性能产生的损害作用,同时还应该利用有利振动,提升农业机械的设计质量。在数字变量确定环节中,动态优化方法的应用流程主要包含以下几个步骤:第一,根据相关要求设计数字变量参数;第二,以上述参数为参考依据,进行动力学建模;第三,利用农业机械的动力学模型进行动态分析,将模型中存在的不合理数字变量识别出来[4];第四,通过修改问题数字变量的方式,提升农业机械动力学模型数字变量设计的合理性。

3.2约束条件方面

就约束条件方面而言,基于动态优化方法的优化方式主要包含以下几种:第一,能量平衡及模态柔度优化方式。这种优化方式的约束条件为农业机械本身的刚度参数和质量参数。由于大多数农业机械都需要在连续振动状态下完成农业生产任务,因此,这里以农业机械的抗振化设计为例,对能量平衡与模态柔度优化方式进行分析:从本质角度来讲,农业机械的抗震性能是基于各类组成零件产生的。为了防止连续振动损害农业机械的零件,应该通过增加模态阻尼参数、降低各阶模态柔度的方式,避免2个或2个以上零件在使用过程中出现共振现象。第二,变分方式。这种优化方式以泛函数作为农业机械约束条件优化的目标函数。约束条件的优化原理为:在符合约束条件的范围内,将农业机械所对应泛函数的极值参数计算出来。第三,极小值方式。这种约束方式是指,根据以往的农业机械使用经验或设计经验,从众多能够影响农业机械结构动态性能的因素,将该因素的形状函数确定出来。然后以形状函数为依据,将满足约束条件要求的,农业机械的最佳形状计算出来。

3.3农业机械模型确定方面

当数字变量及约束条件等基础工作完成之后,设计人员可以利用几何定位点法将农业机械模型的相关参数确定出来。结合以往的农业机械建模经验可知,建模的难点问题在于农业机械的转动惯量和运动质心。为了保证农业机械模型的可靠性,设计人员可以将UG软件作为该过程的辅助工具,在保证农业机械充分契合农业生产要求的基础上,利用UG软件将农业机械转动惯量、运动质心的相关参数准确确定下来。

3.4农业机械模型检验方面

农业机械模型的检验可以利用View或者ADAMS等工具完成。在试验台的检验过程中,上述工具可以利用性能检测模块及数据采集卡发挥检测功能,判断基于动态优化法的农业机械模型是否存在不合理问题。当发现存在问题之后,设计人员需要根据具体的问题,再次利用动态优化法对农业机械模型进行优化处理,最终获得性能符合实际农业生产要求的农业机械模型产品。

4结论

为了提升农业生产效率,促进农民增收,可以将动态优化方法应用在农业机械设计中,利用数字变量计算、约束条件确定、模型确定、模型检验等步骤,设计出符合实际农业生产要求的农业机械设计产品。

参考文献:

[1]佟童,赵宇,王丽娟,孙鹏,陈武东.动态优化方法在农业机械设计中的应用[J].农机使用与维修,2014(12):70~73.

[2]孙岐,杨文斌.以液压缸为执行元件机构优化设计在农业机械中的应用与分析[J].农村牧区机械化,2016(02):20~22.

[3]王玮,张卫波,韩云芳.混合离散变量优化方法在机械设计中的应用[J].吉林工学院学报(自然科学版),2015(02):22~24.

[4]缪贇,靳玉佳,邱阳.改进的遗传算法在机械系统动态优化设计中的应用[J].浙江海洋学院学报(自然科学版),2000(02):114~117.

作者:田鑫一 单位:国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心

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