【文章內(nèi)容簡介】 疆農(nóng)墾總局研制的這種機(jī)型，作業(yè)幅寬5m，前后雙排彈齒 100根，由小四輪拖拉機(jī)懸掛作業(yè)，用于播種前對土層內(nèi)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(jī)： 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?yán)龅赝狻? ③ JM1型廢膜回收機(jī)： 適用于中耕與揭膜聯(lián)合作業(yè)，是一種收卷式工作機(jī)械。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。另外，它還要求鋪膜機(jī)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(jī) [8]: 由山西省農(nóng)機(jī)研究所和山陰縣農(nóng)機(jī)局研制，主要用于大根茬地 (如玉米地 )殘膜的回收。該機(jī)動力消耗大，殘膜回收率低 。 這些機(jī)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(jī)具結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī) 。 該機(jī)工作時，液壓馬達(dá)驅(qū)動收卷工作部件，同時控翩收卷部件的轉(zhuǎn)速與拖拉機(jī)行進(jìn)速度相適應(yīng)。一個作業(yè)行程可同時回收四幅地膜；但這一機(jī)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(jī)器的連續(xù)工作，無法得到廣泛的應(yīng)用。 由于殘膜在土壤覆蓋的時間相對較長而風(fēng)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(jī)工作時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(qiáng)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(jī)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(qiáng)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(jīng)一定時期自動分解形成無害物質(zhì)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(jīng)濟(jì)價值較高的蔬菜等作物應(yīng)用較好。 國內(nèi) 在研制殘膜回收機(jī)的同時，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高或其它原因均未大面積推廣使用。國內(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型。 經(jīng)過十幾年的研究我國雖已研制出二十多種殘膜回收機(jī)并且有幾種效果較好，但還沒有一種為農(nóng)民所廣泛接受。相對于傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)具如犁耙以及播種機(jī)等來講殘膜回收機(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。從我國已有機(jī)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(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多、回收率低，工作環(huán)境惡劣，工作強(qiáng)度大，從長遠(yuǎn)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(xué)基金項(xiàng)目資（項(xiàng)目編號： 50375131） （ “ 九五 ”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)計劃項(xiàng)目 ） —— 弧形挑膜齒殘膜清理滾筒的運(yùn)動學(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，針對機(jī)具的核心部件 —— 滾筒部件進(jìn)行研究分析，結(jié)合對弧形挑膜齒滾筒機(jī)構(gòu)的工作原理及結(jié)構(gòu)的理論分析，利用 ANSYS 軟件對凸輪軸及凸輪的強(qiáng)度分析，從而為滾筒結(jié)構(gòu)簡化及參數(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（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(jìn)經(jīng)濟(jì)增長都具有十分重要的意義。 計算機(jī)輔助設(shè)計（ Computer Aided Design，簡稱 CAD）技術(shù)產(chǎn)生于 19 世紀(jì)50 年代后期。 CAD 技術(shù)是以計算機(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、三維幾何造型設(shè)計、有限元分析（ FEA）及優(yōu)化設(shè)計、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)計人員借助于計算 機(jī) 進(jìn)行設(shè)計的方法 [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)計的各個領(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，而且投入大量的人力、物力及資金進(jìn)行CAD/CAM/CAE軟件的開發(fā)，以保持自己在技術(shù)上的領(lǐng)先地位和國際市場上的優(yōu)勢。 CAD 技術(shù) 將人的創(chuàng)造能力和計算機(jī)的高速運(yùn)算能力，巨大存儲能力和邏輯判斷能力很好地結(jié)合起來。在 機(jī)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(jī)完成。設(shè)計人員則可對計算、處理的中間結(jié)果作出判斷、修改，以便更有效地完成設(shè)計工作。計算機(jī)輔助設(shè)計能極大地提高設(shè)計質(zhì)量，減輕設(shè)計人員的勞動，縮短設(shè)計周期，降低產(chǎn)品成本，為開發(fā)新產(chǎn)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(yīng)用。大幅度地提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率和質(zhì)量 ,將設(shè)計人員的精力從繁瑣的繪圖 ,查手冊等重復(fù)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(shù)手段。 從 60 年代的二維平面圖形設(shè)計開始 ,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、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、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(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 。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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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。目前，除了 CAD 支撐軟件逐新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 計） 14 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、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法已成為 CAD 系統(tǒng)中的必備內(nèi)容 ，且向 合理化工程設(shè)計的應(yīng)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(nèi)核源碼，使用戶可定制自己的 CAD 系統(tǒng)。 集成化 ： CAD 技術(shù)的集成化將體現(xiàn)在三個層次上 ∶ 其一是廣義 CAD 功能，CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP 經(jīng)過多種集成形式，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)， 做成專用芯片，以提高 CAD 系統(tǒng)的使用效率；其三是 CAD 基於計算機(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、虛擬制造、虛擬企業(yè)就是該集成層次上的應(yīng)用。例如，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)過程，大量的零部件生產(chǎn)、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(fù)責(zé)產(chǎn)品總體設(shè)計和生產(chǎn)少數(shù)零部件，并最終完成產(chǎn)品的裝配。 智能化 ： 設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動領(lǐng)域，智能 CAD 是 CAD發(fā)展的必然方向。從人類認(rèn)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。因此，智 能 CAD 不僅是簡單地將現(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設(shè)計的思維模型，最終用信息技術(shù)來表達(dá)和模擬它，才會產(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的這個發(fā)展趨勢，將對信息科學(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)行各類具有沉浸感的可視化模擬，用以驗(yàn)證設(shè)計的正確性和可行性 [11]。例如用這種模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計分析，可以清楚地看到物體的變形過程和應(yīng)力分布情況。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。在概念設(shè)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(shè)計中的人機(jī)工程學(xué)，檢驗(yàn)操作時是否舒適、方便，這對摩托車、汽車、飛機(jī)等的設(shè)計作用尤其顯著，在協(xié)同設(shè)計中，利用 VR 技術(shù)，設(shè)計群體可直接對所設(shè)計的產(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。盡管 VR 技術(shù)在 CAD 中的應(yīng)用前景誘人，不過離廣泛推廣應(yīng)用還有一定距離。 隨著 Inter/Intra 網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能計算及事務(wù)處理的普及，虛擬設(shè)計及實(shí)時仿真也得到廣泛應(yīng)用 。 設(shè)計人員在虛擬世界中 創(chuàng)造新產(chǎn)品，可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計效果、設(shè)計人員可直接參與操作模擬，移動部件和進(jìn)行各種試驗(yàn)，以確保設(shè)計的準(zhǔn)確性，這種技術(shù)的特點(diǎn)是：及早看到新產(chǎn)品的外形，以便從多方面觀察和評審所設(shè)計的產(chǎn)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(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)動機(jī)構(gòu)的碰撞等問題；直接觀察數(shù)控加工中刀具的運(yùn)動軌跡是否正確 。 新疆大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（設(shè) 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(xué)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(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]。 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)省用戶在創(chuàng)建模型的過程中所花費(fèi)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(jié)構(gòu)、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(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(qiáng) 大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊包括結(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）、流體動力學(xué)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(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，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出 [13]。軟件提供了 100 種以上的單元類型 ，用 來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)行在從個人機(jī)到大型機(jī)的多種計算機(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(shí)用菜單中的 “Preprocess or” ，進(jìn)入 ANSYS 的前處理模塊。這個模塊主要有兩部分內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格