【正文】 布置的挑膜齒數(shù)為： ??RLLn mp 20 ?? （ 32） 彈性挑膜齒齒間距的選定及實際配齒法 殘膜回收機工作性能的優(yōu)劣不僅與彈齒的形狀有關(guān)，而且與彈齒間的距離有著密切的關(guān)系。這個過程越長，則混雜物越多。 圓弧型撿膜齒滾筒工作時 ,滾筒的旋轉(zhuǎn)方向與拖拉機驅(qū)動輪的運動方向相反 ,滾筒由驅(qū)動輪經(jīng) 齒輪機構(gòu)驅(qū)動 ,繞著機架固聯(lián)的心軸轉(zhuǎn)動 ,經(jīng)滾筒上的鉸鏈帶動弧形挑膜齒桿組，圓弧型撿膜齒桿組隨滾輪沿固定凸輪槽周期性轉(zhuǎn)動。經(jīng)過 5輪修改后試驗，該機構(gòu)撿膜性能較好，殘膜回收率達 84%。通過現(xiàn)有的各種殘膜回收機不難看出，其撿拾機構(gòu)大都采用直齒型挑膜齒滾筒式撿膜機構(gòu)，雖然具備連續(xù)撿膜的功能，但是撿膜特性較差，動力消耗大 [12]。 經(jīng)歷了 30多年的發(fā)展，一方面，有限元法已成為一種能夠有效地求解各類工程和科學(xué)計算問題的通用數(shù)值分析方法，它求解問題的基本過程主要包括：分析對象的離散化，有限元求解，計算結(jié)果的處理三部分；另一方面，計算機硬件運算能力的不斷提高也容許人們對工程和科學(xué)計算的規(guī)模、復(fù)雜度、效率、精度等方面提出更高的要求。當(dāng)模型中存在質(zhì)量很差的網(wǎng)格(稱為畸形網(wǎng)格 )時，計算過程將無法進行。 網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何形狀的合理性。小圓孔附近存在應(yīng)力集中，采用了比較密的網(wǎng)格。同樣在響應(yīng)計算中，計算應(yīng)力響應(yīng)所取的網(wǎng)格數(shù)應(yīng)比計算位移響應(yīng)多。 圖 21 中的曲線 1 表示結(jié)構(gòu)中的位移隨網(wǎng)格數(shù)量收斂的一 般曲線，曲線 2 代表計算時間隨網(wǎng)格數(shù)量的變化。當(dāng)連續(xù)體受到外力作用發(fā)生變形時，組成它的各個單元也將發(fā)生變形，因而各個結(jié)點要產(chǎn)生不同程度的位移，這種位移稱為結(jié)點位移。目前，有限元法在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)和電磁學(xué)等許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。另外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模擬結(jié)構(gòu)的流體繞 流并包括對流換熱效應(yīng)。 ⑤ 熱分析 ： 程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。 ANSYS 程序中的靜力分 析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾部分，然后 選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。 ANS YS 程序提供了完整的布爾運算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重 疊。目前版本為 版，其微機版本要求的操作系統(tǒng)為 Windows 95 或 Windows NT,也可運行于 UNIX 系統(tǒng)下。30 余年來， ANSYS 公司一直致力于設(shè)計軟件的開發(fā)，不斷吸取新的計算方法和計算技術(shù)，領(lǐng)導(dǎo)著世界有限元技術(shù)的發(fā)展 [12]。其次它還可以在設(shè)計階段模擬產(chǎn)品裝配過程，檢查所用零 部件是否合適和正確。應(yīng)運而生的虛擬設(shè)計、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應(yīng)用。 Pentium 處理器和 NT 環(huán)境已經(jīng)或者正在成為 CAD/CAM 軟件運行和應(yīng)用的主 流平臺 。在 機械 設(shè)計中， 許多繁重的工作，例如非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)和力學(xué)計算，多種設(shè)計方案的提出、綜合分析比較與優(yōu)化，工程圖樣及生產(chǎn)管理信息的輸出等，均可由計算機完成。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 13 2 軟件介紹 CAD 技術(shù)的發(fā)展 隨著信息技術(shù)在個領(lǐng)域的迅速滲透， CAD/CAM/CAE 技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從根本上改變傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、組織模式，對推動現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改革、發(fā)展新興技術(shù)、促進經(jīng)濟增長都具有十分重要的意義。相對于傳統(tǒng)農(nóng)機具如犁耙以及播種機等來講殘膜回收機理論上幾乎還處于空白，實際機型還處于初步研究探索試驗階段。一個作業(yè)行程可同時回收四幅地膜；但這一機型不能用于回收作物收獲以后的殘膜，尤其是對于我國的農(nóng)膜偏薄，作物收獲后的地膜極易破碎，收卷時容易斷裂，影響機器的連續(xù)工作，無法得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)棉花 株高超過 500mm時，枝冠封垅會導(dǎo)致其作業(yè)速度大大降低。以色列是研究殘膜回收機起步較早的國家之一，主要用收卷機來回收殘膜，效果較好；因為以色列所用地膜較厚 ()，強度高，而且對于大田作物，鋪膜主要用于幫助種子發(fā)芽出苗期的保墑保溫，作物出苗后即開始收膜，地膜在田間停留時間較短 ，有足夠強度保證收卷時不會破碎 [7]，易于整膜回收再利用。 經(jīng)過多年的努力，我國的農(nóng)業(yè)機械化已經(jīng)取得了長足的進展， 主要體現(xiàn)在：適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展機制已經(jīng)基本形成；農(nóng)業(yè)機械擁有量快速增長，農(nóng)業(yè)機械化水平持續(xù)提高，結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化；農(nóng)業(yè)機械化適用新技術(shù)推廣面積迅速擴大，加快了農(nóng)業(yè)技術(shù)進步和高效優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的步伐；農(nóng)業(yè)機械化服務(wù)體系不斷完善和壯大，有力地支撐了農(nóng)業(yè)機械化快速健康發(fā)展；雖然我國農(nóng)機化水平已經(jīng)有了較大提高，但與國外發(fā)達國家相比，仍然有較大差距。當(dāng)然我今天所做的工作不是并不是進行研發(fā)，而是對殘墨機結(jié)構(gòu)的建模、強度分析及參數(shù)優(yōu)化。由于新疆現(xiàn)已普遍應(yīng)用寬膜植棉技術(shù)，每年都將新產(chǎn)生約 68萬噸殘膜。據(jù)調(diào)查，廢膜主要殘留在農(nóng)田的 0～ 20cm的淺 耕層內(nèi)，約占總殘留量的 80% 。 新疆是地膜覆蓋栽培技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的省區(qū)。在這些污染物中，還加入了增塑劑，發(fā)泡劑，熱穩(wěn)定劑，抗氧化劑等。其中玉米、棉花應(yīng)用地膜面積都超過 100萬 km2 。 intensity calculation。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確 的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。以 ANSYS 軟件為技術(shù)平臺，主要對挑膜齒組及凸輪軸進行了三維建模、強度分析及參數(shù)優(yōu)化。日本的地膜覆蓋栽培技術(shù)研究早，普及快，應(yīng)用作物種類多，栽培水平高，增產(chǎn)增收效果顯著。 二十多年來，農(nóng)用地膜的大面積應(yīng)用，對新疆農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)以及農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展起到了巨大的推動作用。 采用地膜覆蓋種植技術(shù)雖可提高作物產(chǎn)量，但若不能將田地里的殘膜及時回收，不僅會導(dǎo)致環(huán)境污染，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身也將構(gòu)成嚴重危害 [3]。 據(jù)估計，迄今為止，全國耕地中的殘膜已超過 100 萬 噸 。種子播在殘膜上會因吸收不到養(yǎng)分和水分而不能發(fā)芽，造成爛種，或發(fā)芽后因吸收不到水分而枯死。 自地膜覆蓋技術(shù)使用后不久我國農(nóng)機科研人員就開始針對殘膜回收技術(shù)和機具展開研究，經(jīng)過十幾年的努力我國已研制出二十多種 殘膜回收機，其中有幾種較為成功，但目前從總體上看殘膜回收機具的推廣應(yīng)用并不盡人意。況且人工撿拾地膜存在勞動生產(chǎn)率低、勞動強度大、耗工、費時等缺點，因此推 廣殘膜回收機械化生產(chǎn)技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實意義。這種狀況是導(dǎo)致企業(yè)、科研部門自主開發(fā)能力不強，技術(shù)創(chuàng)新能力不足，缺乏市場有力競爭的原因之一。 我國一些鋪膜地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w條件研制了不同形式的殘膜回收機。該機動力消耗大，殘膜回收率低 。日本對舊農(nóng)膜的回收處理 相對好一些，主要原因一是日本覆蓋地膜新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 12 的土壤主要是火山灰土，土壤疏松易揭膜；二是地膜較厚強度大、覆蓋期相對較短，清除時可保持較大片塊；還有一種地膜縫合機鋪地膜，不用土壓膜以利于收膜，收膜時纏繞扎在地膜兩邊的繩索將地膜卷起 [9]。耕層內(nèi)殘膜回收機和播前耕整地殘膜回收機雖然結(jié)構(gòu)簡單成本低，但殘膜回收率不高，只能作為輔助方式輔助殘膜回收。 作為當(dāng)代杰出的工程技術(shù)成就 ,已廣泛地應(yīng)用于工程設(shè)計的各個領(lǐng)域。目前，在我國正受到企業(yè)的歡迎和重視，逐步獲得推廣應(yīng)用。 CAD 發(fā)展趨勢 標(biāo)準化 ： CAD 軟件一般應(yīng)集成在一個異構(gòu)的工作平臺之上，只有依靠標(biāo)準化技術(shù)才能解決 CAD 系統(tǒng)支持異構(gòu)跨平臺的環(huán)境問題。從人類認識和思維的模型來看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)模擬人類的思維活動明顯不足。更加逼真地感知到正在和自己交互的 ?體成員的存在和相互間的活動。由世界上最大的有限元分析軟件公司之 一的美國 ANSYS 開發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－ DEAS, AutoCAD 等 [13]， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級 CAD 工具之一。這個模塊主要有兩部分內(nèi)容：實體建模和網(wǎng)格劃分。附加的功能還包括 圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動相交運算、自動倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點的建立、移動、拷貝和 刪除。 求解模塊 （ SOLUTION） ： 前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。 ANSYS 可進行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機振動響應(yīng)分析。 ⑥ 電磁場分析 ： 主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布 、磁力線分布、力、運動效應(yīng)、電路和能量損失等。 ⑨ 壓電分析 ： 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對 AC（交流）、 DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應(yīng)。這些單元僅在頂角處相互聯(lián)接，稱這些聯(lián)接點為結(jié)點。然后利用插值函數(shù)確定單元集合體上的場函數(shù)。所以應(yīng)注意增加網(wǎng)格的經(jīng)濟性。 網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格 ，這是為了適應(yīng)計算數(shù)據(jù)的分布特點。由此可見，采用疏密不同的網(wǎng)格劃分，既可以保持相當(dāng)?shù)挠嬎憔?，又可使網(wǎng)格數(shù)量減小。直觀上看，網(wǎng)格各邊或各個內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過分扭曲、邊節(jié)點位于邊界等份點附近的網(wǎng)格質(zhì)量較好。 圖 23 幾種常見的畸形網(wǎng)格 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 20 有限元的發(fā)展 有 限元網(wǎng)格生成是 工程科學(xué)與計算科學(xué)相交叉的一個重要研究領(lǐng)域。 它們的研究解決對計算幾何與計算數(shù)學(xué)都具有重要的理論價值。 為了使殘膜機的撿膜性能得到改善，將挑膜齒形狀的形狀由直齒型改為圓弧型，改變挑膜齒與滾筒間的運動傳遞方式。凸輪盤與凸輪軸通過普通平鍵聯(lián)接并固定在機架上，滾筒通過滾筒軸承 繞著與機架固聯(lián)的凸輪軸轉(zhuǎn)動；而 挑膜齒桿組 經(jīng)滾筒上的鉸鏈由滾筒帶動 ,其支點在帶有凹弧的固定凸輪槽 上，其滾輪沿凸輪槽作滑動，從而實現(xiàn)往復(fù)式旋轉(zhuǎn)運動。凸輪槽凹弧的存在 ,使圓弧型挑膜齒縮回滾筒內(nèi)的區(qū)域增大 ,有利于脫膜。 ③回抽脫膜過程 回抽過程是把接進箱門的殘膜送入箱內(nèi)，待下排挑膜齒轉(zhuǎn)到接近箱門處時，前排挑膜齒完成 回抽脫膜過程。 滾筒直徑和轉(zhuǎn)速的確定 機具作業(yè)時 ,機組前進的距離就是需要回收的殘膜的長度 ， 因此挑膜滾筒的直徑和轉(zhuǎn)速與機組的工作速度有關(guān)。實際作業(yè)時，可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐姆N植模式和地塊作業(yè)條件確定工作速度，進行選擇安裝，以獲得最佳工作效果。對于比較復(fù)雜的裝配件的繪制更實現(xiàn)的麻煩，那是因為它沒有裝配功能及智能驅(qū)動功能。 圖 42 Element Types 對話框 3單擊 Element Types 對話框上的 [Close]按鈕，關(guān)閉該對話框。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 28 圖 43 Hollow Cylinder 對話框 4選擇 Utility Menu / work plane /offset Wp by Increments 命令 ,打開offset Wp 對話框 ,在 Snaps 下的對話框中輸入 0,0,17。出現(xiàn)另一 Subtract Volumes 對話框，拾取 12 個圓柱體，單擊 [OK]關(guān)閉對話框，生成挑膜齒橫梁，（如圖 48）。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 29 圖 45 Solid Cylinder 對話框 7選擇 Utility Menu / work plane /offset Wp by Increments 命令 ,出現(xiàn) offset Wp 對話框，在 Snaps 下的對話框中輸入 64， 0， 0，單擊 [OK]關(guān)閉對話框 。 Wp y=0。 挑膜齒組的建模過程 定義工作文件的目錄、文件名和工作標(biāo)題 1選擇 Utility Menu / File / Change Directory 命令，出現(xiàn) Change Working Directory 對話框，選擇工作目錄為 E:/part，單擊確定按鈕關(guān)閉對話框。 ④經(jīng)過田間試驗，滾筒直徑為 600mm左右時，膜土分離效果較為理想 [14]。但是滾筒的直徑不能過大，過大將大幅度增加滾筒自身的重量，從而使整機結(jié)構(gòu)龐大，動力消耗大 [21]。 為了確保撿膜的連續(xù)性 ,兩相鄰挑膜齒軌跡曲線位于土內(nèi)部分應(yīng)有一重迭量2? (圖 32),這樣 ,挑膜齒的有效劃土長度為 ??? mmp LL 。在該過程中殘膜在挑膜齒齒端堆積，并且混有一些土壤和植株。由于凸輪上的半徑為 的弧 GF的存在，使彈齒位于筒內(nèi)的區(qū)域增大，便于脫膜及集膜機構(gòu)的配置。其挑膜齒形狀為圓孤型，挑膜齒與滾筒以鉸鏈相連，并由滾筒拖動 [9]。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 21 3 殘膜回收機滾筒的工作原理及結(jié)構(gòu)分析 針對我國的實際耕地情況，已研制出多種類型的殘膜回收機。這種數(shù)值方法非常重要的一個部分就是實現(xiàn)對求解區(qū)域的網(wǎng)格剖分。而在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低。同樣，在結(jié)構(gòu)溫度場計算中也趨于采用均勻網(wǎng)格。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 19 圖 22是中心帶圓孔方板的四分之一模型，其網(wǎng)格反映了疏密不同的劃分原則。如果需要計算應(yīng)力，則在精度要求相同的情況下應(yīng)取相對較多的網(wǎng)格。 劃分網(wǎng)格注意事項