虚拟样机技术在林业机械上的应用

摘要：随着林业机械的不断发展，虚拟样机技术近来越来越受到重视。本文阐述了虚拟样机技术的应用原理，分析了虚拟样机技术应用于林业机械的必要性，并介绍了虚拟样机技术，在林业机械上的发展趋势。

关键词：虚拟样机技术 林业机械 应用

林业机械在不断的发展过程中衍生出了各式各样的专业设备 ，以适应不同的作业环境。 我国的林业设备自改革开放以来也取得了长足的发展进步。但是与世界发达国家相比仍然存在差距。广义的林业机械还包括木材加工机械、 人造板机械和林产化工设备等综合利用机械。 林业机械大多是在移动情况下进行，露天作业因受自然条件的影响而具有一定的区域性。林业机械主要指用于营林、木材切削和林业起重输送等的机械，也包含林业机械产品开发等，随着林业发展的要求，虚拟样机技术在林林业机械呈现多样化的发展趋势，产品设计过程要经过样机设计、样机试制、样机试验、样机改进、再试制、再试验，虚拟样机技术研发模式周期长、成本高、效率低，虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，随着计算机技术发展而迅速发展短产品开发周期、节约成本、提高设计效率和计算机辅助工程技术。新形势下虚拟样机技术已广泛用于不同领域，研究不断发展深入。

一、虚拟样机在林业机械中的应用原理。

1技术方案的设计。机械工程领域一般认为虚拟样机技术是在设计制造第一台物理样机之前，设计人员利用计算机技术建立机械系统的数字化模型，进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。

2虚拟样机技术系统构成 。虚拟样机技术着重于样机的物理特性的仿真，如外观、空问关系以及运动学、动力学等方面，它以虚拟样机为核心，由一系列相关技术组成。通过实体造型、数学建模、运动学、动力学、虚拟样机技术设计过程结构和其它性能分析，快速建立包括控制系统、VP压系统、气动系统在内的复杂机械系统虚拟样机， 基于虚拟样机技术的设计过程是一种全新的研并对其进行深入的仿真分析与研究，以达到优化设 发模式，可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟计和正确评估的目的试验，从而无需制造及试验物理样机就可以获得最优方案，相对于传统的产品设计过程具有设计成本 低、周期短、产品质量高、设计效率高等特点。

3虚拟样机技术在工程中的应用。虚拟技术是通过界面友好、功能强大、性能稳定的商业化虚拟样机软件来实现的。目前，应用比较广泛的是美的lS软件。这中软件创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的方程方法，建立系统动力学方程，

4虚拟样机技术设计过程的动力学分析。虚拟样机技术的核心是利用计算机辅助分析开发工具，进行机械系统的运动学和动力学仿真。虚拟样机来代替物理样机来进行产品的反复设计、仿真和测试，通过修改虚拟样机并进行仿真，获得样机最佳设计方案，虚拟样机技术在林业机械上的应用了对物理样机的反复改进与测试，节省了大量的人力。

二、虚拟样机技术在林业机械上应用的必要性。

1既有节时、省力的功效。传统的林业机械设计开发模式下，反复设计、制造和测试浪费大量的人力、财力，导致产品生产周期长、成本高、效率低。运用虚拟样机技术可省去物理样机制造测试环节，缩短设计周期、降低设计成本。

2范围很广。优化设计主要包括设计变量影响度研究、试验发展，不同作业过程。其设计分析和优化设计分析，相对于求解结果的影响度分析，并通过优化设计最化发展态势，传统的林业机械设计模式已不能满足这一要求。虚拟样机技术可在节省成本、保证设计周期的前提下有效解决这一问题。

三、虚拟样机在我国林业机械中的应用。

虚拟样机技术在我国林业机械设计中的应用相对发达闺家还比较落后，应用不够广泛，相关应用案例的报道较少。大型林业机械都由国外引进，凭借经验进行类比设计。将虚拟样机技术应用于联合采伐机的技术中，一般只进行静态分析而不注重动态特征的分析。 设计中直接建立联合采伐机以及结构优化等，运用虚拟样机技术有助于更好地简化几何模型，对联合采伐机静态纵向分析，吸收国外先进林业机械设计结构，并对设计中的向稳定性和静态性横向稳定性进行了仿真分析，与适合我国林业生产现状的相关机械进行了比较，验证了虚拟样机技术在联合设计流程中应用的可靠性，并为动态特性的虚拟样机技术设计和仿真研究奠定了基础。分析得出，模拟林业机械在实际工作环境中的运动学流程是：在载荷作用下，利用工作装置的大臂和小臂力学特性，反复修改设计，从而得到最优方案。质心纵向位置的变化曲线，并根据整机稳定性要求设计流程，主要包括创建模型、检验验证模型、完善对设计变量进行反复调整，最后确定设计变量的最模型、仿真测试、优化设计等步骤。

虚拟样机技术作为一种全新的产品研发技术，对于简单的几何模型一般直接可以大大简化复杂机械系统设计，缩短新产品研发周期；对于较复杂模型，一般遵循的原则是提高产品的设计质量，降低研发成本。林业机械向着复杂大型联合化以及多样化方向发展，以提高我国林业机械产品的研发能力，使虚拟样机技术在林业机械中起到主导作用。

参考文献：

1王长春.基于ADAMS的虚拟样机技术及其在农业机械上的 仿真测试是虚拟样机分析的关键环节，通过应用〔J〕.农机化研究，2007（9）：184一186.置位移、速度、加速度、力等测量输出分析仿真结

2陈立平，张云清，任卫群，机械系统动力学分析及果，可以通过动画回放仿真效果，也可以绘制仿真 ADAMS应用教程〔M〕.北京：清华大学出版社，2005.结果曲线以便进一步分析。

3王猛猛，鲍际平，刘晋浩.基于虚拟样机技术的联合采伐上的应用和发展〔J〕.中国农机化，2008，（4）：62—66. 机静态稳定性分析〔J〕.湖南农业科学，2009，48（6）：

4陆林，李耀明.虚拟样机技术及其在农业机械设计中的 】485—1487. 应用〔J〕.中国农机化，2004，（4）：59—60. 中国林业机械协会