【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 長(zhǎng)而風(fēng)吹日曬老化較碎、破損大，因此新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）12殘膜回收是世界各國(guó)都面臨的一個(gè)棘手問(wèn)題。英國(guó)和前蘇聯(lián)采用懸掛式收膜機(jī)工作時(shí)松土鏟將壓膜土耕松，然后將薄膜收卷到羊皮網(wǎng)或金屬網(wǎng)上，收下的膜清洗干凈卷好備用。日本對(duì)舊農(nóng)膜的回收處理相對(duì)好一些，主要原因一是日本覆蓋地膜的土壤主要是火山灰土，土壤疏松易揭膜；二是地膜較厚強(qiáng)度大、覆蓋期相對(duì)較短，清除時(shí)可保持較大片塊；還有一種地膜縫合機(jī)鋪地膜，不用土壓膜以利于收膜，收膜時(shí)纏繞扎在地膜兩邊的繩索將地膜卷起 [9]。從總體來(lái)看歐美及日本，以色列等國(guó)家為防止殘膜造成的危害、便于回收，一方面推廣使用高強(qiáng)度、耐老化地膜；另一方面積極開(kāi)發(fā)研制新型地膜，如可降解地膜殘膜，使殘膜經(jīng)一定時(shí)期自動(dòng)分解形成無(wú)害物質(zhì)而混入土壤中；但其價(jià)格偏高，目前還不能推廣用于大田作物，僅對(duì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的蔬菜等作物應(yīng)用較好。國(guó)內(nèi)在研制殘膜回收機(jī)的同時(shí)，也研制出一些新型降解農(nóng)膜如生物降解膜、光降解膜和雙降解膜等但因其成本過(guò)高或其它原因均未大面積推廣使用。國(guó)內(nèi)殘膜回收技術(shù)及機(jī)具按照農(nóng)藝要求和殘膜回收的時(shí)間分為苗期揭膜機(jī)械、秋后回收機(jī)械、耕層內(nèi)清撿機(jī)械和播前回收機(jī)械，以及利用常規(guī)機(jī)具改裝附加回收殘膜裝置等類(lèi)型。經(jīng)過(guò)十幾年的研究我國(guó)雖已研制出二十多種殘膜回收機(jī)并且有幾種效果較好，但還沒(méi)有一種為農(nóng)民所廣泛接受。相對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)具如犁耙以及播種機(jī)等來(lái)講殘膜回收機(jī)理論上幾乎還處于空白，實(shí)際機(jī)型還處于初步研究探索試驗(yàn)階段。從我國(guó)已有機(jī)型來(lái)看苗期揭膜已取得了一定成果，苗期揭膜只適用于水源較充足地區(qū)的部分作物。而我國(guó)北方的大部分地區(qū)為干旱少雨區(qū)，近年來(lái)推廣的滴灌管道布置在地膜下面，因此苗期揭膜不可能在我國(guó)大面積推廣開(kāi)來(lái)使用。耕層內(nèi)殘膜回收機(jī)和播前耕整地殘膜回收機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。利用常規(guī)機(jī)具改裝回收殘膜，成本低但需要的輔助人員過(guò)多、回收率低，工作環(huán)境惡劣，工作強(qiáng)度大，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看不是殘膜回收的長(zhǎng)久之計(jì) [10]。 課題來(lái)源、研究方法及目的該課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資（項(xiàng)目編號(hào)：50375131） （“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目）——弧形挑膜齒殘膜清理滾筒的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理及工藝結(jié)構(gòu)研究。該項(xiàng)目由新疆農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所、新疆大學(xué)機(jī)械學(xué)院及新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)三家聯(lián)合承接。本課題是在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)機(jī)化研究所研制的 4JSM1800 棉秸桿切碎及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)基礎(chǔ)上，針對(duì)機(jī)具的核心部件——滾筒部件進(jìn)行研究分析，結(jié)合對(duì)弧形挑膜齒滾筒機(jī)構(gòu)的工作原理及結(jié)構(gòu)的理論分析，利用 ANSYS 軟件對(duì)凸輪軸及凸輪的強(qiáng)度分析，從而為滾筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及參數(shù)優(yōu)化提供必要的有利數(shù)據(jù)。新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）132 軟件介紹 CAD 技術(shù)的發(fā)展隨著信息技術(shù)在個(gè)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(jì)、生產(chǎn)、組織模式，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改革、發(fā)展新興技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)都具有十分重要的意義。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，簡(jiǎn)稱(chēng) CAD）技術(shù)產(chǎn)生于 19 世紀(jì) 50 年代后期。CAD 技術(shù)是以計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備及其系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，包括二維繪圖設(shè)計(jì)、三維幾何造型設(shè)計(jì)、有限元分析（FEA）及優(yōu)化設(shè)計(jì)、數(shù)控加工編程（NCP） 、仿真模擬及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）等內(nèi)容，是一種設(shè)計(jì)人員借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法 [10]。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(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。CAD 在機(jī)械制造行業(yè)的應(yīng)用最早，使用也最為廣泛。目前其主要的應(yīng)用涉及到機(jī)械、電子、建筑等工程領(lǐng)域。世界各大航空、航天及汽車(chē)等制造巨頭不但廣泛采用 CAD/CAM/CAE 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且投入大量的人力、物力及資金進(jìn)行 CAD/CAM/CAE 軟件的開(kāi)發(fā)，以保持自己在技術(shù)上的領(lǐng)先地位和國(guó)際市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)。CAD 技術(shù)將人的創(chuàng)造能力和計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，巨大存儲(chǔ)能力和邏輯判斷能力很好地結(jié)合起來(lái)。在機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算，多種設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)完成。設(shè)計(jì)人員則可對(duì)計(jì)算、處理的中間結(jié)果作出判斷、修改，以便更有效地完成設(shè)計(jì)工作。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能極大地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)，縮短設(shè)計(jì)周期，降低產(chǎn)品成本，為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和新工藝創(chuàng)造了有利條件。目前，在我國(guó)正受到企業(yè)的歡迎和重視，逐步獲得推廣應(yīng)用。大幅度地提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,將設(shè)計(jì)人員的精力從繁瑣的繪圖,查手冊(cè)等重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來(lái),成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的主要技術(shù)手段。從 60 年代的二維平面圖形設(shè)計(jì)開(kāi)始,CAD 經(jīng)歷了 70 年代的交互式圖形技術(shù)、三維線框系統(tǒng)及繪圖系統(tǒng),80 年代的三維實(shí)體造型、自由曲面設(shè)計(jì)、有限元分析、機(jī)構(gòu)及機(jī)器人分析和仿真,90 年代的參數(shù)化設(shè)計(jì)、特征造型、CNC 代碼生成及刀具軌跡仿真等發(fā)展過(guò)程 [11]。隨著 Pentium 芯片和 Windows NT 操作系統(tǒng)的出現(xiàn)并流行，以前只能運(yùn)行在工作站上的 CAD/CAM 軟件現(xiàn)在也可以運(yùn)行在微機(jī)上。微機(jī)平臺(tái)為普及 CAD 應(yīng)用創(chuàng)造了絕好的條件。Pentium 處理器和 NT 環(huán)境已經(jīng)或者正在成為 CAD/CAM 軟件運(yùn)行和應(yīng)用的主流平臺(tái) 。在 2D 市場(chǎng)上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的是 Autodesk 公司的 AutoCAD 軟件。3D 市場(chǎng)的主流軟件Unigraphics、Pro/Engineer、AutoCAD、Solid Edge、SolidWorks、IDEAS 及CimatronCAD 等。新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）14 CAD 發(fā)展趨勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)化：CAD 軟件一般應(yīng)集成在一個(gè)異構(gòu)的工作平臺(tái)之上，只有依靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)才能解決 CAD 系統(tǒng)支持異構(gòu)跨平臺(tái)的環(huán)境問(wèn)題。目前，除了 CAD 支撐軟件逐步實(shí)現(xiàn) ISO 標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)零部件庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法已成為 CAD 系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向　合理化工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向發(fā)展。 開(kāi)放性 ：CAD 系統(tǒng)目前廣泛建立在開(kāi)放式操作系統(tǒng)視窗 95/98/2022/NT 和UNIX 平臺(tái)上，為最終用戶(hù)提供二次開(kāi)發(fā)環(huán)境，甚至這類(lèi)環(huán)境可開(kāi)發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶(hù)可定制自己的 CAD 系統(tǒng)。 集成化 ：CAD 技術(shù)的集成化將體現(xiàn)在三個(gè)層次上∶其一是廣義 CAD 功能，CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP 經(jīng)過(guò)多種集成形式，成為企業(yè)一體化解決方案。新產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力與現(xiàn)代企業(yè)管理能力的集成，將成為企業(yè)信息化的重點(diǎn)；其二是將 CAD 技術(shù)采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)，做成專(zhuān)用芯片，以提高 CAD系統(tǒng)的使用效率；其三是 CAD 基於計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)現(xiàn)異地、異構(gòu)系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。應(yīng)運(yùn)而生的虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應(yīng)用。例如，在美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)過(guò)程，大量的零部件生產(chǎn)、裝配都通過(guò)“虛擬工廠”、“動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟”的方式完成，本企業(yè)只負(fù)責(zé)產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)和生產(chǎn)少數(shù)零部件，并最終完成產(chǎn)品的裝配。 智能化 ：設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高度智能的人類(lèi)創(chuàng)造性活動(dòng)領(lǐng)域，智能 CAD 是CAD 發(fā)展的必然方向。從人類(lèi)認(rèn)識(shí)和思維的模型來(lái)看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)模擬人類(lèi)的思維活動(dòng)明顯不足。因此，智能 CAD 不僅是簡(jiǎn)單地將現(xiàn)有的智能技術(shù)與 CAD 技術(shù)相結(jié)合，更重要的是深入研究人類(lèi)設(shè)計(jì)的思維模型，最終用信息技術(shù)來(lái)表達(dá)和模擬它，才會(huì)產(chǎn)生高效的 CAD 系統(tǒng)，為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD 的這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，將對(duì)信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。 虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)與 CAD 集成 ：VR 技術(shù)在 CAD 中的應(yīng)用面很廣，首先可以進(jìn)行各類(lèi)具有沉浸感的可視化模擬，用以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性和可行性 [11]。例如用這種模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，可以清楚地看到物體的變形過(guò)程和應(yīng)力分布情況。其次它還可以在設(shè)計(jì)階段模擬產(chǎn)品裝配過(guò)程，檢查所用零部件是否合適和正確。在概念設(shè)計(jì)階段，它可用於方案優(yōu)化。特別是利用 VR 的交互能力，支援概念設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)，檢驗(yàn)操作時(shí)是否舒適、方便，這對(duì)摩托車(chē)、汽車(chē)、飛機(jī)等的設(shè)計(jì)作用尤其顯著，在協(xié)同設(shè)計(jì)中，利用 VR 技術(shù)，設(shè)計(jì)群體可直接對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行交互。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(dòng)。盡管 VR 技術(shù)在 CAD 中的應(yīng)用前景誘人，不過(guò)離廣泛推廣應(yīng)用還有一定距離。 隨著 Inter/Intra 網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能計(jì)算及事務(wù)處理的普及，虛擬設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)仿真也得到廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計(jì)效果、設(shè)計(jì)人員可直接參與操作模擬，移動(dòng)部件和進(jìn)行各種試驗(yàn)，以確保設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，這種技術(shù)的特點(diǎn)是：及早看到新產(chǎn)品的新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）15外形，以便從多方面觀察和評(píng)審所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品；可以使用不同的虛擬工具來(lái)扭曲、擠壓和拉伸物體；可以虛擬地切削或擠壓材料，無(wú)需耗費(fèi)材料或占用寶貴的加工設(shè)備；及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞等問(wèn)題；直接觀察數(shù)控加工中刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡是否正確。 ANSYS 的發(fā)展歷史ANSYS 公司成立于 1970 年，是由美國(guó)匹茲堡大學(xué)的 John Swanson 博士創(chuàng)建的，其總部位于美國(guó)賓夕法尼亞洲的匹茲堡，目前是世界 CAE 行業(yè)最大的公司。30 余年來(lái)，ANSYS 公司一直致力于設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)，不斷吸取新的計(jì)算方法和計(jì)算技術(shù)，領(lǐng)導(dǎo)著世界有限元技術(shù)的發(fā)展 [12]。ANSYS 可以與多種先進(jìn)的 CAD（如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD）軟件共享數(shù)據(jù)，利用 ANSYS 的數(shù)據(jù)，利用 ANSYS 的數(shù)據(jù)接口，可以精確地將在 CAD 系統(tǒng)下生成的幾何數(shù)據(jù)傳輸?shù)?ANSYS，并通過(guò)必要的修補(bǔ)可以精確地在該模型上劃分網(wǎng)格并進(jìn)行求解，這樣就可以節(jié)省用戶(hù)在創(chuàng)建模型的過(guò)程中所花費(fèi)的大量時(shí)間，使用戶(hù)的工作效率大幅度提高。 ANSYS 軟件概述ANSYS 軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之 一的美國(guó) ANSYS 開(kāi)發(fā)，它能與多數(shù) CAD 軟件接口，實(shí)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(jì)中的高級(jí) CAD 工具之一。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng) 大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶(hù)可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線 性分析） 、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度 分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明 顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出 [13]。軟件提供了100 種以上的單元類(lèi)型，用 來(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上，如PC，SGI，HP， SUN，DEC ，IBM，CRAY 等。目前版本為 版，其微機(jī)版本要求的操作系統(tǒng)為 Windows 95 或 Windows NT,也可運(yùn)行于 UNIX 系統(tǒng)下。微機(jī)版的基本硬件要求為：顯示分辨率為 1024768，顯示內(nèi)存為 2M 以上，硬盤(pán)大于 350 M，推薦使用 17 英寸顯示器。新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）16 ANSYS 軟件的模塊介紹前處理模塊 PREP7：雙擊實(shí)用菜單中的“Preprocessor” ，進(jìn)入 ANSYS 的前處理模塊。這個(gè)模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。ANSYS 程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶(hù)定義一個(gè)模型的最高級(jí)圖元，如球 、棱柱，稱(chēng)為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶(hù)利用這些高級(jí)圖元直接構(gòu)造幾何模型，如二維的圓和矩形以及三維的塊 、球、錐和柱。無(wú)論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶(hù)均能使用布爾運(yùn)算來(lái)組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個(gè)實(shí)體模型。ANS YS 程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對(duì)線、面、體、基元的布爾操作 能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。ANSYS 程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、延伸和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。附加的功能還包括 圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過(guò)拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動(dòng)相交運(yùn)算、自動(dòng)倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點(diǎn)的建立、移動(dòng)、拷貝和 刪除。自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶(hù)從最低級(jí)的圖元向上構(gòu)造模型，即：用戶(hù)首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。ANSYS 程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對(duì) CAD 模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由 劃分和自適應(yīng)劃分 [14]。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶(hù)將幾何模型分解成簡(jiǎn)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。ANSYS 程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強(qiáng)大的，可對(duì)復(fù)雜模型直接劃分，避免了 用戶(hù)對(duì)各個(gè)部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時(shí)各部分網(wǎng)格不匹配帶來(lái)的麻煩。自適應(yīng)網(wǎng)格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶(hù) 指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的