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挑战杯研究报告范文 序号：编码： 可快速拆装小型船用式水草收割机 研究报告 院（系）全称：工程学院 申报者姓名 （集体名称）：王向春、潘海 类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类科技发明制作B类 可快速拆装小型船用式水草收割机 研究报告 王向春，潘海 （上海海洋大学工程学院，上海xx06） 摘要：国内生态景观及人工养殖区域面积广阔，分散程度高。通过研究显示，市场对于小型灵活作业的 水草收割设备需求量大，国内外现有小型水草收割设备存在成本高、结构复杂等不足。结合小型分块水域水草生长特点，设计出一种可快速拆装小型船用式水草收割机。产品通过建模，仿真分析，优化设计，产品样机生产，调试实验等环节。本产品呈现结构简单、操作方便、动力传递效率高，价格低廉等特点，为小型水草收割机技术的发展提供了重要参考。 关键词：小型水草收割机；快速拆装；仿真分析；试验测试 1研究背景及目的 随着人民生活水平的提高，水域生态景观旅游开发将成为今后城市环境建设的重中之重。拿上海来说，根据规划，上海市xx年的理想水域覆盖率不低于8.4%，到xx年增至9%。另外，到2020年，我国将建成300多家大型高尔夫球场 14 ，每家都在都用生态的方 法进行治理，其中种植水草是必不可少的，为了有效维护水域的生态平衡，收割机是不可缺少的。中国淡水总面积约2010平方公里，养殖总产量居世界首位，占全国水产品总产量的36.7%，有很多养殖水域需要种植水草并使水草维持在一定高度。但是这些水域生态景观和人工养殖水域大部分面积小，分散度较大，造型不规则，有的地方非常狭小，不利于大型收割机械的行进和转弯。当前市场上的大型水草收割机械，满足大型湖泊水草的收割，但不适合小型河道和湖泊等小水面水域中水草的收割。 目前市场存在的小型水草收割设备多，结构较复杂，用户在购买机器的同时还要购买专用的船只，成本较高。但是无论是景观水域还是养殖池塘中都存在小型船只，为此研究成本低、小型、便捷、模块化以及可拆卸的水草收割设备，通过与普通船只安装组合实现水草收割，这样可以降低成本，增加割草机的灵活性和使用率。 所研制的小型可快速拆卸组合的水草切割装置，可以有效取代在中小型水域的人工收割，有效减轻了劳动强度，大大提高了切割效率，符合水草收割机械小型化与智能化的发展方向 35 4 。可快速拆卸组合的水草切割装置将通过固定装置与任意种类的船只相结合。当 用户需要割草时，可以实现快速安装；当不需要割草时，可以快速拆卸，以免切割装置在 露天环境中被侵蚀破坏，延长使用寿命。这样不仅降低了成本，还能减少体积占用，更能在机器损坏时方便维修更换。因此，可快速拆卸组合将是水草切割机械方面很好的发展方向。 2国内外研究现状 2.1国内外产品技术现状 由于水草的疯狂蔓延造成水域生态环境的恶化，自水中作业的水草收割机产生以来，引起了越来越多的生产厂家和研究机构的重视。根据现有资料可知，国外研究水草收割机的比较有影响的厂家有美国advancedacquatics公司 30 7 ，目前该公司已经开发出来的产品有H 系列，H4、H7、H8、H10四种型号数十种产品，典型产品长7.77m，宽3.05m，高2.2m，重2.1t，主机功率14.92kW，适于收割各类水草，需要拖船、传送带等辅助作业；美国USAJamesR.Meclure公司 30 ，该公司研制有EH、H、HM三大系列产品，船体稳性比较差，不适合 小船体作业，适合大面积水草治理；USAJamesl.Hawk公司生产的液压往复式单体水草收割船，采用滚筒式拔草装置，割收分开作业，需辅助设备，漏收率较高；USAjoshua.Britton.公司生产的液压往复式单体水草收割船，割收分开作业，漏收率高，切割器安装密封要求高；OTOOLECB公司生产的液压旋转式单体水草收割船，在吸引力的作用下，吸收割下的水草，主要为蓝藻等浮水植物；CharlesB.Bryant公司生产的液压旋转式单体水草收割船，整机功率大，船体振动大，水草漏收率低，无二次污染 30 。荷兰IHCCOKONIJIN机械厂和HEEDER 公司，英国的ROLBE公司和JOHNWILDER(工程)公司，澳大利亚、日本、俄罗斯、德国也有相类似的产品。 1992年北京市水利局为了清除京密运河上的各类水草，加快水的流速，减少沿路水的损耗，特邀请了水利系统几家设计和生产单位联合开发水中割草机 26 ，SGY-2.5型水中割草机 即是其开发的产品之一。机器长5m，宽2m，高2m，重4.4t，主机功率26.47kW，需辅助作业。该机与国内其它型号的割草机相比，具有不缠草、割草效果好、有避让保护系统等诸多优点。 国内也有一些相关的企业及研究机构进入该领域，并且取得了一定的研究成果，如宁波农业机械研究所、象山农机厂、绍兴县农林管理总部联合研制的WH1800型河道清草机 8-9 ， 长6.1m，宽2.5m，高0.75m，重5.5t，功率14.71kW，需辅助作业；上海电器集团现代化农业装备有限公司新液压厂开发的GC2230型河道割草保洁船以及GC2000型小型河道割草作业机械，长14.3m，宽4.25m，高2.54m，重9t，适合大型水域 10 ；内蒙古农业大学机电工程学 院设计的9GSCC-1.4型水生植物收割机船队和北京劳模亚洲环保设备有限公司设计生产的LW5000多功能劳模水草收割船，割收一体作业，需要辅助设备协同工作，切割器受冲击，损伤比较大 11 ；中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室和唐山市绿浩源科技发 展有限公司研制了小型电动可遥控水草收割机，目前还在研究实验阶段 37 ；山东青州拓新机 械有限公司专业生产的小型割草保洁船，集水草收割、水面垃圾清理于一体的水面保洁设备，割刀割幅1.4米，配有长4.2米，宽1.3米，型高0.6米的保洁船，还有超小型浅水区专用电动水草收割机，动力低，需人工背负工作，适合池塘沟渠角落等水草切割作业。 2.2国内外产品优缺点 市场上这些产品外型大，长度都大于5m，需要多人及辅助机械协同作业，适用于大型水域水草的收割。而小型养殖区域及景观水域的设计通常都采用自然造型，有各种不同的曲线，且水面较为狭小，不利于大型机械作业。 2.3本产品优势 可拆卸式水草切割装置简单、廉价、可靠，适合于养殖户普通船只上，当池塘需要割草时，可以实现快速安装；当不需要割草时，可以快速拆卸，以免切割装置在露天环境中被侵蚀破坏，延长使用寿命。 在可以快速拆卸组合的基础上，通过调节刀架的高度，实现不同高度水草切割收获。由养殖户的资金有限，这种收割装置廉价实用，绝大多数养殖户可以接受并推广。 （1）价格低廉 速力(SPEED)小型水草切割机的组成简单，其材料基本为型钢，原料充足，价格低廉，一台机器所需型钢仅500元，汽油机和割刀均可直接向厂家订购，制造成本共计需3000元，加工简单，成本较低。 （2）结构简单 机器的结构非常简单，汽油机和割刀之间，靠可拉伸传动轴直接传递动力，这在切割机市场上是独创的。整台所需螺栓螺母等全部统一型号，装配简便。 （3）轻便 产品主要支撑部件为型材、刀架为铝合金，机器部件少，所需汽油机排量仅49，总重量仅有30公斤，整个结构轻量化。 （4）便携可拆卸 除了重量小，速力(SPEED)小型水草切割机可以快速拆卸组装，所以携带机器有专门的便携装备，机器的部件都以最小空间放置，占用空间只有1m。根据不同船只，调整链接部件，快速组装，立即用于作业。 （5）多功能性 本款机器除了切割水草,也可以切割水里的水葫芦、藻类等破坏生态环境的水生植物。机器同时可以在陆地上进行切割一般草类，具有水陆两用多功能性。 2 3装置的原理及结构 3.1装置的工作原理 直接传动小型船用式水草切割机作业时，船体在水中行进，汽油机输出轴通过伸缩花键轴直接带动偏心轮旋转，支架与船体通过夹子连接，夹子与支架、支架与汽油机、支架与圆 第五届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 大尺寸煤样渗透性双向加载试验装置 研究报告 学院： 个人申报者姓名 （集体名称）： 类别： 自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作 目录 一、 (一) (二) (三)研究背景：.2采煤工作面瓦斯安全及防治介绍.2采煤工作面顶板周期性来压对煤矿安全生产影响的介绍.2研究价值及意义：.2 1、矿井安全：.2 2、煤、煤层气的双采：.3二、 (一) (二) (三) 三、 (一) (二) (三) 四、 (一) (二) 五、国内外同类研究状况.4目前国内外同类技术研究状况.4同类产品的优缺点介绍.4与本产品相比较、分析.4本实验装置的原理结构.5原理：.5试验系统各单元介绍：.6试验流程.9技术关键及创新点.10主要核心技术.10技术创新点.11产品试验数据：.12 一、研究背景： (一)采煤工作面瓦斯安全及防治介绍 煤矿瓦斯事故是造成矿山伤亡最为严重的事故之一，防治瓦斯事故的发 生是煤炭企业生产过程中的重中之重，而工作面是瓦斯事故经常发生的场所。在一般情况下，预防瓦斯事故的方法是加大工作面通风和对瓦斯的浓度进行监测，发现瓦斯超标情况，及时报告，做好调度。另一种方法时提前抽采来降低瓦斯的浓度。但在采掘过程中经常会发生瓦斯突出事故，有一些不明显的预兆，常常被忽略，所以很难防治的。如果能提前预测瓦斯的涌出量就可以提前做好防止工作。 (二)采煤工作面顶板周期性来压对煤矿安全生产影响的介绍老顶就相应地出现断裂与下沉，支架压力增大，工作面地压显现明 显增剧，并呈周期性，称周期来压。工作面顶板周期来压是矿井灾害之 一。工作面顶板周期来压是矿井生产过程中周期出现的现象，属于矿井灾害，掌握它的规律对矿井安全生产来说是极其重要的目前，工作面顶板周期来压预测的重要性已被普遍认识但经常要做的工作是根据工作面顶板周期来压的规律和实际观测的数据对工作面顶板周期来压的未来情况进行预测，从而可以在周期来压前采取适当的措施，避免灾害发生，保证安全生产。 (三)研究价值及意义： 1、矿井安全： 煤炭行业是我国国民经济的重要支柱产业之一，为我国经济建设提供了 主要能源保证。十几年来，我国在煤矿工业领域发展迅速，随着采煤工艺的不断地高，煤矿的产量也是突飞猛进。然而煤炭行业的安全指数并没有随着采煤的速度加快而升高，相反瓦斯事故的发生变得越来越频繁，死亡人数也在不断增加，xx年至xx年11月，有煤矿安监局公布数据显示，煤矿事 故共死亡966人，瓦斯事故死亡人数659人。（图1），煤矿行业所面临的严峻形势不容乐观，提前预测瓦斯已经成为当前煤矿研究领域的重要课题。瓦斯的突出与矿山的压力以及煤岩的裂隙发育息息相关，如果找出矿山压力与裂隙发育及瓦斯渗透性之间的关系，根据矿山的周期性来压，预测瓦斯的涌出量，从而预防瓦斯事故的发生。 图1 2、煤、煤层气的双采： 我国有着极为丰富的煤层气资源，据估算，埋深2000m以浅的煤层气资 源量达3035万亿立方米，以可采系数50%折算，其可采资源量为1517.5万亿立方米，相当于131.9153.9亿t原油，按现有原油开采速度，可供我国开采100年以上。因此，我国煤层气开发前景巨大。 目前，制约我国煤层气开发的主要问题是技术问题，煤层渗透性与透气性是评价瓦斯抽放及煤层气开发的重要参数之一，研究煤层渗透性影响因素对于提高煤层透气性、提高瓦斯抽放效率、提高煤层气采收率以及促进我国煤层气工业的技术进步都有积极的意义。 通过该实验能更好的描述采煤动应力作用下煤岩应力、裂隙与煤气的对 应关系，掌握应力场、裂隙场与渗流性能之间的变化特征，在充分利用煤层开采过程中岩层移动对瓦斯卸压作用的基础上根据岩层移动规律来优化抽放方案、提高抽出率，从而在煤层开采时形成采煤和采煤层气两个完整的开采系统，即形成“双能源开采”技术，实现煤、气互利共赢。 二、国内外同类研究状况 (一)目前国内外同类技术研究状况 随着煤岩体与瓦斯这一课题在煤矿行业重要性日益突出。国内外学者也在不懈的努力，他们通过一系列实验室物理试验方法对煤岩的应力与瓦斯流体渗流系数的关系进行了大量试验研究。 如缪协兴教授等深入研究了采动岩体的渗流理论，设计了峰后岩石和碎石渗流试验，取得了重要成果1，李树刚博士2采用尺寸5470mm左右的试件，进行煤了渗透性试验，另外一些学者用小试样进行了三轴应力作用下的渗透系数试验，以讨论侧压对渗透系数的影响3-7。徐涛博士8-12等采用数值模拟方法，进行了煤岩渗透率的模拟实验研究。虽然经过多年的研究与实践,但到目前为止仍然没有一种有效的方法能较好地预测生产过程中瓦斯突出的危险性。常用的几种预测方法由于在不同的地域预报的临界值变化较大,难于掌握。 (二)同类产品的优缺点介绍 国内大多数研究者在室内研究过程中煤样尺度较小，边界效应较大与煤矿井下采煤工作面煤体的实际情况相符度低，所得数据说明采煤工作面煤岩体特性在试样尺度和受力边界条件方面还存在较大不同等众多缺陷。 另外，从采煤工作面瓦斯流动物理过程看，在煤壁处的煤岩单元体处于五面约束状态，瓦斯气体主要从煤壁内部涌出，且在采掘工作面中，煤（岩）体的破坏一般发生在自由面及其一定深度范围内，越靠近自由面，破裂面越密，自由面的位移量逐渐增大，岩体从自由面挤出，有时表现为煤（岩）的大变形或突出，然而小试样试验和采掘工程围岩的瓦斯流动过程存在较大差异，造成试验结果与实际的偏差 (三)与本产品相比较、分析 我们目前采用煤岩试样尺寸为表面平整，相邻侧面相互垂直，端面的平行度小于0.1mm，150mm150mm150mm立方体。这与国内大多数研究者在室内对尺寸较小，含裂隙少，完整性要求不高的标准煤样如50mm100标准煤样所 序号：编号： 云南墨江县哈尼族节能型土掌房设计初探 研究报告 云南墨江县哈尼族节能型土掌房设计初探 研究报告 摘要：本作品设计的目的是从小康型的可持续发展住宅设计方面出发，结合哈 尼土掌房民居特点，运用新型节能技术，创造出保有民族特色，运用新能源，节能环保、具有新时代气息的新型土掌房型制，用于指导墨江县哈尼特色村寨今后民居建设的发展方向。 关键词：哈尼土掌房节能生态小康型 一、项目背景及简介 中国传统民居是一种内涵极为丰富的文化形态，反映了当地居民的传统文化习 俗，并融汇于地方性的自然生态环境之中。它分布在全国各地，由于民族的历史传统、生活习俗、人文条件、审美观念的不同，也由于各地的自然条件和地理环境不同，因而，民居的平面布局、结构方法、造型和细部特征也就不同，呈现出淳朴自然、而又有着各自的特色。 本课题所研究的土掌房系哈尼族四大建筑(土掌房、蘑菇房、杆栏式房、封合式瓦房)之一，深得古羌系族群的碉房建筑法的精髓，“屋顶皆设有晒房，以为暴晒粮食之用”。土掌房之所以能够如此经久不衰，并在某些地区已然蔚为壮观，是因为其对自然环境，对社会环境以及对存在于哈尼人精神世界的各种“观念”都具有广泛的适应性。 墨江县金厂河流域的土掌房一般选择在半山向阳、开阔的山梁上建寨立业，最大的村寨不过200多户，小的则数户，其中以数十户的村寨居多。以大村小村相互交错，相隔一两里或三五里路程为其村落分布特点，并以崎岖山路和林中小径相通连，呈现星罗棋布的村落格局。哈尼民居家家户户相连，冬暖夏凉，但房屋低矮、黑暗、人畜不分。 在现阶段，一方面是改善农民的居住条件和生活质量的问题，另一方面又不想使传统建筑遭到破坏，传统与发展发生了激烈的碰撞。保留土掌