矿井日光浴光导装置设计

湖南省宁乡县第一高级中学

作者：唐贝茜

辅导教师：罗定庚  刘科中  喻中权

项目简介

项目摘要：矿工健康状态值得关注，矿工日照不足，维生素D最为缺乏。对矿工进行天然日光浴康复，是保证矿工身心健康的重要举措。本项目提出了研发矿井日光浴的课题，设计出构建矿井日光浴小环境需要的核心部件---光导装置。实验和测试结果表明，新设计的光导装置能够将地面的太阳光导入矿井，并能保证进入井底的日光所具有的照度和紫外线强度满足日光浴的需要。在矿井适当的地方安装该装置后，可为矿工提供一定程度日光浴的保健服务。

选题：本项目来源于社会调查和创新思考。

目的和基本思路；目的：为矿山井底提供一种类似日光浴的小环境，促进矿工的身心健康。提高本人的科研素养。思路：为构建矿井日光浴小环境而设计的。　

研究过程：①选定课题。②查找资料，找理论论据并确认“三性”。③进行原理性实验。④方案设计并试制。⑤装置使用效果测试。（6）撰写论文。

该项目应用了哪些科学方法、科学原理；应用了调查法、文献法、实验法、观察法等方法。应用了日光浴健身原理，光纤原理。

主要贡献：从关注矿工身心健康的愿望出发提出了在矿井中形成日光浴小环境的创意，并设计出相应的矿井日光浴光导装置。主要创新点在于：①通过实验研究发现太阳光经过聚光、光纤传导、散射等物理过程后，仍具有日光的物理特征，为设计矿井日光浴装置提供了客观依据。②确保进入井底的日光所具有物理保健功效。采取了两方面的技术措施：其一，采用正反组合型抛物聚光面，以提升聚光效果，增加日光输入量；其二，采用二次聚光设计，以校正光导方向，使光线射入光纤的入射角大于其临界角。③对其他封闭空间应用日光照明的研究有借鉴。

他人同类研究的情况调查：经教育部科技查新工作站（Z11）查新，具有新颖性。

进一步完善的设想：①增加向日葵式太阳能跟踪平台，更好地自动调节聚光效果。②试验用多组透镜，多组光纤组成的导光装置，增加散射面。

火炮转角自动识别数字显示装置

湖南省株洲市第二中学

作者：周子惟  徐瑞晨  曾思佳

辅导教师：张天如  刘鑫灿

项目简介

1.项目摘要：本项目就是以我国传统的高射炮为研究对象，发现其在射击角度调节时的测量与读数都是通过刻度盘实现，精度与效率不高，且夜间或能见度不良条件下很易出错，针对这些缺点，设计出了一种通过旋转编码器与数字显示屏相结合来读取火炮转角的方式，并进行了相应的实验与试验。

2.课题选定：该项目具有以下意义：a.促进国防意识。b.培养团队协作能力。c.促进国防军事科技创新。

3.研究目的与思路：针对传统的65式高射火炮在转角测量、读数时采用刻度盘的方式所存在的问题，设计出一种能提高转角测量精度，提高转角读数效率，并且能较好适应夜间与光线条件不良的条件下作战的火炮转角读数方式。研究从以下几个问题入手：a.刻度盘的大小有限，所以其标刻的精度也比较有限b.读数效率不高，读数容易出错。c.在夜间或者是光线不良的条件下作战时，读数将显得比较困难。

4.研究过程：研究目的及思路的确定、方案的确定、方案有效性验证试验、装置制作、试验。

5.原理：a.转角测量方式：光电编码器原理。b.测量结果读取方式：数字显示器原理。

6.创新部分：a.采用旋转编码器来进行角度测量，从而使射击转角的测量精度得到提升。b.将旋转编码器所测得的火炮转角直接传输到数字显示器上，操作者：读数一目了然。c.在夜间或能见度不良的条件下作战时，使操作者：读数更方便快捷。

7.同类研究的情况调查：根据查新过程中各类搜索到的结果来看，没有查到能够覆盖本项目技术特征的非专利文献或专利文献报道。因此，本项目具有新颖性。

8.进一步完善构想;进一步考虑实现转角调节的自动化，操作者：只需将要调节的角度值输入到设备中，则火炮能根据输入值自动的调节到我们所需的角度，这样就能大大提高操作的效率，真正实现自动化操作。

9.分工：周子惟负责项目的整体设计、研究报告的撰写、设备的调试。徐瑞晨、曾思佳负责设备的机加工以及设备的验证试验、查找相关资料。

间段性U型污渍带清除机理研究及其装置设计

湖南省长沙市长郡中学

作者：龚岸榕  姜泰羽  曾天与

辅导教师：彭世文

项目简介

1、城市环境卫生问题备受全社会的关注。几乎所有的大中城市都投入了大量人力和机械设备，但是道路上的卫生死角依然存在，其中位处主干道中央隔离栏座之间的间段性U型污渍带就是突出的卫生死角之一。本项目从解决城市道路卫生死角以及关心环卫工人安全作业的愿望出发，对U型污渍带特征及其清除机理进行了研究，在此基础上应用机械设计和自动控制技术，设计了一种新型的机械清除装置。该装置主要由污渍带清除头、运动实现机构、位置探测系统以及动力部件等组成。将该装置安装在通用环卫车辆底盘上，当车辆连续行驶时，装置进行路径选择并对道路间段性U型污渍带进行物理分离，实现高效和安全除污作业。

2、从环卫工人交通事故引发我们对隔离栏座之间的卫生死角--U型污渍带的关注，发现是目前清扫设备的清扫盲区，于是在调查的基础上确定了本选题。

3、本项目从解决城市道路卫生死角以及关心环卫工人安全作业的愿望出发，对城市主干道隔离栏座之间的U型污渍带特征及其清除机理进行了研究并设计了一种新型的机械清除装置。基本思路：先对U型污渍带特征及其清除机理进行了研究，然后按功能设计法进行整体方案构思并设计和制作样机。

4、发现问题--调查--讨论和实地考察--专题研究--设计方案--制作样机--试验--完善。

5、调查法、实地考察法、实验法、功能设计法等；能量叠加、运动合成、自动控制等原理。

6、①首次针对城市主干道中间隔离栏座之间的环卫死角进行了专门研究；②用“滚擦+热胀”的复合型除污方式取代传统的单一滚扫或擦搓方式，并通过调节工作执行件的移动速度来调控清除污渍能量的投放；③利用运动合成原理，解决了驮载车辆连续纵向前行与清扫装置横向间段性运动协调问题。

7、经查新，未发现国内有相同研究的报道。

8、①增加意外避让功能的设计；②采用液压传动。

9、龚岸榕：资料收集整理和方案设计；曾天与：清除机理研究和实验；姜泰羽：装置制作与调试。

阀门限位开关凸轮调整装置

重庆市西南大学附属中

作者：周川琦

辅导教师：黄仕友  罗键

项目简介

当前阀门限位开关调试时，定位精度及准确性难以保证，我在分析、论证的基础上发明了一种操作简便、定位精确、转动灵活、锁紧效果好的调整装置。在过去半年多时间，我在老师的指导下确定方案、设计图纸、制作实物、安装调试、反复检验，最后发明了“阀门限位开关凸轮调整装置”。该装置把支架、调整小齿轮、弹簧和带有扇形内齿轮的凸轮等部件集成于一个装置中，将限位凸轮中心固定在支架上，凸轮内设计扇形内齿轮，调整小齿轮与凸轮通过扇形内齿轮实现内啮合，利用调整小齿轮的转动，带动凸轮旋转，通过凸轮旋转触碰微动开关实现限位。同时在上下凸轮端面之间采用圆轴配合，并在上下凸轮间装入弹簧，减少凸轮配合面的摩擦力，增加了装置的预紧力。该装置通过调整小齿轮调节定位，通过锁紧调整小齿轮的齿轮端面来间接对凸轮进行锁紧。通过测试，该装置解决了传统阀门限位开关凸轮需用手感和经验定位的难题，体积小，占用空间小，操作简便，调节时转动灵活，定位精确，锁紧效果好，基本能满足现有阀门结构配套需求。

下一步我将尝试研究采用多级齿轮传动，以降低凸轮旋转速度，并探索使用刺爪机构使定位更准、操作更方便的装置，同时我将进一步考虑用户提出的意见以及阀门限位开关凸轮调整装置的成本和使用寿命，并申请专利，争取早日投产。

主要贡献：1．提出齿轮啮合结构解决阀门限位开关凸轮定位问题。这使得该装置能单方位（从上向下）调节凸轮，占用空间小，成本较低。2．提出凸轮端面之间通过圆轴配合，并装入一根弹簧，减少凸轮间摩擦力，增加凸轮转动的灵活性。这减小了凸轮之间的受力面，同时靠弹簧的张力减少凸轮之间配合面的摩擦力，并增加了凸轮的预紧力，在触碰到微动开关时使凸轮受力平衡，便于操作者：装配和调试，还能克服装配时因尺寸间隙导致的凸轮不稳定性，使凸轮定位更精确。3．提出间接锁紧法锁紧凸轮。通过锁紧调整小齿轮间接锁紧凸轮，使凸轮之间调试不相互影响，转动灵活，定位精确。