【文章內容簡介】 疆農墾總局研制的這種機型，作業(yè)幅寬5m，前后雙排彈齒 100根，由小四輪拖拉機懸掛作業(yè)，用于播種前對土層內的殘膜回收。它只能回收大塊殘膜，對碎膜則無能為力 。 ② SMJ2型地膜回機： 工作時先切斷作物粗根，松動地膜，四組摟齒盤將棉稈和地膜摟集成條后，用特制的大耙將集成條的殘膜人工摟成堆，再裝車拉出地外。 ③ JM1型廢膜回收機： 適用于中耕與揭膜聯(lián)合作業(yè)，是一種收卷式工作機械。當棉花 株高超過 500mm時，枝冠封垅會導致其作業(yè)速度大大降低。另外，它還要求鋪膜機作業(yè)時在種行處打兩排孔，揭膜時又常不能沿孔將膜揭開，影響回收效果。 ④ IMS800型滾筒式收膜機 [8]: 由山西省農機研究所和山陰縣農機局研制，主要用于大根茬地 (如玉米地 )殘膜的回收。該機動力消耗大，殘膜回收率低 。 這些機具存在的主要問題是不能有效地將小塊碎膜回收，回收效果差。有的機具結構復雜，工作可靠性差，也有的需要過多的輔助人工，勞動效率低。 以色列的 JM1型的收卷式回收機 。 該機工作時，液壓馬達驅動收卷工作部件，同時控翩收卷部件的轉速與拖拉機行進速度相適應。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，無法得到廣泛的應用。 由于殘膜在土壤覆蓋的時間相對較長而風吹日曬老化較碎、破損大，因此殘膜回收是世界各國都面臨的一個棘手問題。英國和前蘇聯(lián)采用懸掛式收膜機工作時松土鏟將壓膜土耕松，然后將薄膜收卷到羊皮網或金屬網上，收下的膜清洗干凈卷好備用。日本對舊農膜的回收處理 相對好一些，主要原因一是日本覆蓋地膜新疆大學畢業(yè)設計（設 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]。 從總體來看歐美及日本，以色列等國家為防止殘膜造成的危害、便于回收，一方面推廣使用高強度、耐老化地膜；另一方面積極開發(fā)研制新型地膜，如可降解地膜殘膜，使殘膜經一定時期自動分解形成無害物質而混入土壤中；但其價格偏高，目前還不能推廣用于大田作物，僅對經濟價值較高的蔬菜等作物應用較好。 國內 在研制殘膜回收機的同時，也研制出一些新型降解農膜如生物降解膜、光降解膜和雙降解膜等但因其成本過高或其它原因均未大面積推廣使用。國內殘膜回收技術及機具按照農藝要求和殘膜回收的時間分為苗期揭膜機械、秋后回收機械、耕層內清撿機械和播前回收機械，以及利用常規(guī)機具改裝附加回收殘膜裝置等類型。 經過十幾年的研究我國雖已研制出二十多種殘膜回收機并且有幾種效果較好，但還沒有一種為農民所廣泛接受。相對于傳統(tǒng)農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。從我國已有機型來看苗期揭 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。而我國北方的大部分地區(qū)為干旱少雨區(qū)，近年來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大面積推廣開來使用。耕層內殘膜回收機和播前耕整地殘膜回收機雖然結構簡單成本低，但殘膜回收率不高，只能作為輔助方式輔助殘膜回收。利用常規(guī)機具改裝回收殘膜，成本低但需要的輔助人員過多、回收率低，工作環(huán)境惡劣，工作強度大，從長遠來看不是殘膜回收的長久之計 [10]。 課題來源、研究方法及目的 該課題來源于國家自然科學基金項目資（項目編號： 50375131） （ “ 九五 ”國家重點科技攻關計劃項目 ） —— 弧形挑膜齒殘膜清理滾筒的運動學原理及工藝結構研究。該項目由新疆農科院農業(yè)機械化研究所、新疆大學機械學院及新疆農業(yè)大學三家聯(lián)合承接。 本課題是在新疆農業(yè)科學院農機化研究所研制的 4JSM1800 棉秸桿切碎及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機基礎上，針對機具的核心部件 —— 滾筒部件進行研究分析，結合對弧形挑膜齒滾筒機構的工作原理及結構的理論分析，利用 ANSYS 軟件對凸輪軸及凸輪的強度分析，從而為滾筒結構簡化及參數(shù)優(yōu)化提供必要的有利數(shù)據(jù)。 新疆大學畢業(yè)設計（設 計） 13 2 軟件介紹 CAD 技術的發(fā)展 隨著信息技術在個領域的迅速滲透， CAD/CAM/CAE 技術已經得到了廣泛的應用，從根本上改變傳統(tǒng)的設計、生產、組織模式，對推動現(xiàn)有企業(yè)的技術改造、帶動整個產業(yè)結構的改革、發(fā)展新興技術、促進經濟增長都具有十分重要的意義。 計算機輔助設計（ Computer Aided Design，簡稱 CAD）技術產生于 19 世紀50 年代后期。 CAD 技術是以計算機、外圍設備及其系統(tǒng)軟件為基礎，包括二維繪圖設計、三維幾何造型設計、有限元分析（ FEA）及優(yōu)化設計、數(shù)控加工編程（ NCP）、仿真模擬及產品數(shù)據(jù)管理 （ PDM）等內容 ， 是一種 設計人員借助于計算 機 進行設計的方法 [10]。 作為當代杰出的工程技術成就 ,已廣泛地應用于工程設計的各個領域。 CAD 在機械制造行業(yè)的應用最早，使用也最為廣泛。目前其主要的應用涉及到機械、電子、建筑等工程領域。世界各大航空、航天及汽車等制造巨頭不但廣泛采用 CAD/CAM/CAE 技術進行產品設計，而且投入大量的人力、物力及資金進行CAD/CAM/CAE軟件的開發(fā)，以保持自己在技術上的領先地位和國際市場上的優(yōu)勢。 CAD 技術 將人的創(chuàng)造能力和計算機的高速運算能力，巨大存儲能力和邏輯判斷能力很好地結合起來。在 機械 設計中， 許多繁重的工作，例如非常復雜的數(shù)學和力學計算，多種設計方案的提出、綜合分析比較與優(yōu)化，工程圖樣及生產管理信息的輸出等，均可由計算機完成。設計人員則可對計算、處理的中間結果作出判斷、修改，以便更有效地完成設計工作。計算機輔助設計能極大地提高設計質量，減輕設計人員的勞動，縮短設計周期，降低產品成本，為開發(fā)新產品和新工藝創(chuàng)造了有利條件。目前，在我國正受到企業(yè)的歡迎和重視，逐步獲得推廣應用。大幅度地提高了產品的設計效率和質量 ,將設計人員的精力從繁瑣的繪圖 ,查手冊等重復性勞動中解放出來 ,成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的主要技 術手段。 從 60 年代的二維平面圖形設計開始 ,CAD 經歷了 70 年代的交互式圖形技術、三維線框系統(tǒng)及繪圖系統(tǒng) ,80 年代的三維實體造型、自由曲面設計、有限元分析、機構及機器人分析和仿真 ,90 年代的參數(shù)化設計、特征造型、 CNC 代碼生成及刀具軌跡仿真等發(fā)展過程 [11]。 隨著 Pentium 芯片和 Windows NT 操作系統(tǒng)的出現(xiàn)并流行，以前只能運行在工作站上的 CAD/CAM 軟件現(xiàn)在也可以運行在微機上。微機平臺為普及 CAD 應用創(chuàng)造了絕好的條件。 Pentium 處理器和 NT 環(huán)境已經或者正在成為 CAD/CAM 軟件運行和應用的主 流平臺 。在 2D 市場上占絕對優(yōu)勢的是Autodesk 公司的 AutoCAD 軟件。 3D市場的主流 軟件 Unigraphics、 Pro/Engineer、AutoCAD、 Solid Edge、 SolidWorks、 IDEAS 及 CimatronCAD 等。 CAD 發(fā)展趨勢 標準化 ： CAD 軟件一般應集成在一個異構的工作平臺之上，只有依靠標準化技術才能解決 CAD 系統(tǒng)支持異構跨平臺的環(huán)境問題。目前，除了 CAD 支撐軟件逐新疆大學畢業(yè)設計（設 計） 14 步實現(xiàn) ISO 標準和工業(yè)標準外，面向應用的標準零部件庫、標準化設計方法已成為 CAD 系統(tǒng)中的必備內容 ，且向 合理化工程設計的應用方向發(fā)展。 開放性 ： CAD 系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)視窗 95/98/20xx/NT 和UNIX 平臺上，為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內核源碼，使用戶可定制自己的 CAD 系統(tǒng)。 集成化 ： CAD 技術的集成化將體現(xiàn)在三個層次上 ∶ 其一是廣義 CAD 功能，CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP 經過多種集成形式，成為企業(yè)一體化解決方案。新產品設計能力與現(xiàn)代企業(yè)管理能力的集成，將成為企業(yè)信息化的重點；其二是將 CAD 技術采用的算法，甚至功能模塊或系統(tǒng)， 做成專用芯片，以提高 CAD 系統(tǒng)的使用效率；其三是 CAD 基於計算機網絡環(huán)境實現(xiàn)異地、異構系統(tǒng)在企業(yè)間的集成。應運而生的虛擬設計、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應用。例如，在美國通用汽車公司的生產過程，大量的零部件生產、裝配都通過 “ 虛擬工廠 ” 、“ 動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟 ” 的方式完成，本企業(yè)只負責產品總體設計和生產少數(shù)零部件，并最終完成產品的裝配。 智能化 ： 設計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動領域，智能 CAD 是 CAD發(fā)展的必然方向。從人類認識和思維的模型來看，現(xiàn)有的人工智能技術模擬人類的思維活動明顯不足。因此，智 能 CAD 不僅是簡單地將現(xiàn)有的智能技術與 CAD 技術相結合，更重要的是深入研究人類設計的思維模型，最終用信息技術來表達和模擬它，才會產生高效的 CAD 系統(tǒng)，為人工智能領域提供新的理論和方法。 CAD的這個發(fā)展趨勢，將對信息科學的發(fā)展產生深刻的影響。 虛擬現(xiàn)實 (VR)與 CAD 集成 ： VR 技術在 CAD 中的應用面很廣，首先可以進行各類具有沉浸感的可視化模擬，用以驗證設計的正確性和可行性 [11]。例如用這種模擬技術進行設計分析，可以清楚地看到物體的變形過程和應力分布情況。其次它還可以在設計階段模擬產品裝配過程，檢查所用零 部件是否合適和正確。在概念設計階段，它可用於方案優(yōu)化。特別是利用 VR的交互能力，支援概念設計中的人機工程學，檢驗操作時是否舒適、方便，這對摩托車、汽車、飛機等的設計作用尤其顯著，在協(xié)同設計中，利用 VR 技術，設計群體可直接對所設計的產品進行交互。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。盡管 VR 技術在 CAD 中的應用前景誘人，不過離廣泛推廣應用還有一定距離。 隨著 Inter/Intra 網絡和并行、高性能計算及事務處理的普及，虛擬設計及實時仿真也得到廣泛應用 。 設計人員在虛擬世界中 創(chuàng)造新產品，可以從人機工程學角度檢查設計效果、設計人員可直接參與操作模擬，移動部件和進行各種試驗，以確保設計的準確性，這種技術的特點是：及早看到新產品的外形，以便從多方面觀察和評審所設計的產品；可以使用不同的虛擬工具來扭曲、擠壓和拉伸物體；可以虛擬地切削或擠壓材料，無需耗費材料或占用寶貴的加工設備；及早發(fā)現(xiàn)產品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題；直接觀察數(shù)控加工中刀具的運動軌跡是否正確 。 新疆大學畢業(yè)設計（設 計） 15 ANSYS 的發(fā)展歷史 ANSYS 公司成立于 1970 年，是由美國匹茲堡大學的 John Swanson 博士創(chuàng)建的，其總部位于美國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， ANSYS 公司一直致力于設計軟件的開發(fā)，不斷吸取新的計算方法和計算技術，領導著世界有限元技術的發(fā)展 [12]。 ANSYS可以與多種先進的 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，并通過必要的修補可以精確地在該模型上劃分網格并進行求解，這樣 就可以節(jié)省用戶在創(chuàng)建模型的過程中所花費的大量時間，使用戶的工作效率大幅度提高。 ANSYS 軟件概述 ANSYS 軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場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 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)代產品設計中的高級 CAD 工具之一。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前 處理模塊提供了一個強 大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線 性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度 分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結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（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出 [13]。軟件提供了 100 種以上的單元類型 ，用 來模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等。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。微機版的基本硬件要求為：顯示分辨率為1024768 ，顯示內存為 2M 以上，硬盤大于 350 M，推薦使用 17英寸顯示器。 ANSYS 軟件的模塊介紹 前處理模塊 PREP7： 雙擊實用菜單中的 “Preprocess or” ，進入 ANSYS 的前處理模塊。這個模塊主要有兩部分內容：實體建模和網格