最终申报(省内用)

序号： 编码： “挑战杯”2009 河北省大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称： 多功能警示塔 学校全称： 北华航天工业学院 申报者姓名（集体名称）： 肖航、连智超、秦锋、李放 李松、张兴华、 闫磊 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2A2 申报者情况（集体项目）姓名 肖航 性别 男 出生年月 1988 年 5 月学校 北华航天工业学院 系 别 、专业 、年 级 机械工程系、机械 设计 制造及其自动化专 业、三年级学历 本科 学制 四年 入学时间 2006 年 9 月作品名称 多功能警示塔毕业论文题目邮政编码 065000通 讯地址 廊坊市爱民东道 133 号 130 信箱08 分箱 办公电话政编码 065000申报者代表情况常住地通 讯地址廊坊市爱民东道 133 号 130 信箱08 分箱 住宅电话 名 性 别 年 龄 学 历 所在单位连 智超 男 22 本科 北华航天工业学院机械工程系秦锋 男 20 本科 北华航天工业学院机械工程系李放 男 22 本科 北华航天工业学院机械工程系李松 男 21 本科 北华航天工业学院机械工程系张兴华 女 22 专 科 北华航天工业学院机械工程系其他作者情况 闫磊 男 22 专 科 北华航天工业学院电子工程系学校学籍管理部 门意见以上作者是否为 2009 年 7 月 1 日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生。是否 （部门签章）年 月 日资格认定 院、系负责人或导师 意 见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是否负责人签名：年 月 日3B3申报作品情况（科技发明制作）作品全称 多功能警示塔作品分类（ A ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标目的：改善现行交通，降低交通事故数量；改良公路交通环境，为 施工警示提供有力条件，保障财产和生命安全。基本思路：本作品的设计想法是建立在对现有产品的分析基础上，以 实现多功能化、人性化为标准展开的，具体制作是通过大量试验进行总结、验证来确定。首先根据运用场所和运用环境及对大量的实际情况进行调查研究后进行多功能的实现、整体尺寸的设计；然后根据整体尺寸、按照国家标准进行选材、制作并对其进行组合从而修改完善；最后进行实地现场试验，通过对现场情况的分析及考证确定最佳设计模型，以达到最佳的多功能警示效果。创新点：1.多功能，集智能警示、隔离、 临时交通灯、 临时应急电源等于一体，应用于车辆事故、施工现场的警示戒严隔离，实现 多功能的同时避免类似功能产品重复生产造成社会资源人力财力的浪费；2.安全可靠，12V 电源通过拼接良好的外壳与外界完全隔离，不会产生漏电现象，并防雨雾；3.可伸缩与自动升降结构设计，与同类产品相比，体积更4小，重量更轻，方便携带与使用，可 实现自动升降，并可手动调节支脚长度，保证其在大风等恶劣天气下正常工作，在外型上比较已问世产品更加美观；4.加入主动警示部件（语音、图形、烁光区）， 较 以前产品更加醒目，提高了在实际工作中对象的安全性；5.节能环保，变电设备采用新型节能高效变压器，低压变电采用电容器自动补偿，使用 Y 型节能电机设备，采用高效节能照明电路。技术关键：结构设计 电路设计 语音功能实现 自身防盗 应急电源外接口 技术指标：闭合外形尺寸为 220mm60mm，展开高为700mm，顶 径为 160mm。被动警示距离不低于 500m，主动警示距离不低于 300mm，6 级风仍具稳定性， 发光强度不低于 5000mcd，闪烁频率不低于 70 次/min，电池充满电连续使用发光时间不低于 10h。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）多功能性：集智能警示、隔离、警报功能、 临时交通灯、临时应急电源等于一体，应用于车辆事故、施工现场的警示，特种车辆或特大活动的戒严隔离，自身防盗的报警，语音喊话维持秩序等。与现用产品相比，更加人性化，在外形上更加美观，其新增功能更好的满足了使用需要。便携性：本作品采用伸缩式结构，节约空间，重量轻，方便携带。安全稳定性：外部密封性好，电路部分不会产生漏电现象，具防雨功能；底盘支架长度可伸缩调节，增加了抗风稳定性，较好地克服了三角警示架刮风就倒需临时找重物配重的不足。参考文献：GB 19151-2003Q/LTBK01-20065作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果2009 年 4 月 20 日，在北华航天工业学院科技处、校团委共同举办的第二届“ 挑战杯” 大学生课外学 术作品竞赛中获二等奖，同 时获得推荐参加省挑战杯的资格。作品所处阶 段（ A ）A 实验室阶段 B 中试阶段 C 生产阶段D （自填）技术转让方式作品可展示的形 式实 物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测使用说明：使用时可选择手动或自动伸出“塔身” ，搬出三脚支架，根据需要调整伸缩支架长度；通过开关控制灯光和声音的开启，以便于在夜间大雾或其他紧急情况下加装模块实现主动报警、自动喊话、临时交通指挥、应急用电等功能。技术特点和优势：采用伸缩式结构，方便携带，功能齐全，结构严 密，防 风防雨，增加了 发光区和声音的主动报警功能，警示距离较远、效果明显。适用范围：车辆事故、施工现场的警示，特种车辆或特大活动的戒严隔离，公路、 铁道口等的交通管理等。推广前景：该作品在现有产品基础上，做了结构、功能上的改进，采用智能化、人性化设计，使用更加方便、安全可靠，在新交通法的实施过程中，利用此装置代替多种类似6产品也将成为可能，在购车群体中必将会有很大的需求量，所以该产品能够在实际生活中广泛应用和推广。市场分析和经济效益预测：在经济高速发展的今天，交通运输、建筑建设等基础型产业仍需大力发展，城市道路交通、道路施工、公路收费站、 铁路无人职守道口等警示标志牌仍将会有很大空缺，尤其是智能多功能产品的需求，所以此作品一旦投产必将有很大市场。本项目产品具有较高的技术含量， 较之以往的产品、技术有很大的改善，投入生产后会产生较大的经济效益和社会效益。专利申报情况提出专利申报申报号 申报日期 年 月 日已 获专 利权批准批准号 批准日期 年 月 日 未提出 专 利申请科研管理部门签 章年 月 日7C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写；2.填写此栏有助于评审。目前，国内外同类产品有三角警示牌、红色路锥，但它们都存在不足，而“ 多功能警示塔 ”较为 完善，对现行同类产 品做了很大的补充和改善。其一，三角警示架使用时必须放置在故障车后的 50 米以外，警示效果差在夜间的警示距离不足 150 米；另外，其抗风能力不足，固定需要重物的辅助，而“多功能警示塔” 以 360 度回射反光多 视觉警示的优势，弥补了三角警示架的单面反光的缺陷，有很好的警示效果，正常天气警示距离不低于500 米，即使在雨雾天也能正常工作，警示距离不低于 300 米；“多功能警示塔” 的底重和伸 缩的三个支撑脚具 备了极 强的抗风能力，可抗 6 级大风。其二，红色路锥本身是一个实体，实体在运输的时候占用空间位置较大，存放时整体暴露，风吹日晒作用下导致寿命衰减。经过恶劣的天气条件作用自身则会产生变形，脱色等一系列问题，从而影响其使用和功能。而“多功能警示塔 ”使用 方便，拉一下提手就可以用，伸 缩式设计节省了大量空间；其红、白、黄色与现用的警示信号相一致，与从事的当时工作相和谐，伸缩式结构有效保护塔身，使其不变形、不脱色，使用寿命较长。其三， “多功能警示塔” 功能齐全，集智能警示、隔离、警 报功能、语音功能、临时 交通灯、临时应急电源等于一体，应用于车辆事故、施工现场的警示，特种车辆或特大活动的戒严隔离，公路、铁道口等的管理等；从实际出发启用人性化设计，在外型上更加美观，增加了自动喊话、自身防盗报警和语音功能；并且其独特的主动警示灯，在夜间警示距离非常远，在大雾，暴雨等恶劣天气环境下依然发挥着很大的作用，这是其他产品所不具有的，所以该作品有着不可替代的优势。8D.推荐者情况及对作品的说明姓 名 杜 韧 性 别 男 年 龄 49 职 称 教授工作单位 北华航天工业学院机械工程系通讯地址河北省廊坊市 130 信箱 8分箱邮政编码 065000推荐者情况单位电话住宅电话 03162083118推荐者所在单位签章 （签章） 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述多功能警示塔系北华航天工业学院在校生肖航同学等同学自主研究制作。请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价本品具有很高的实用价值，克服了现有产品的不足，添加多种功能的模块，可以在不同工况下实现其功能。该装置具有良好的应用前景，使用于紧急情况的道路隔离与警示。9其它说明姓 名 王春海 性别 男 年龄 46 职称 教授工作单位 北华航天工业学院机械工程系通讯地址 河北省廊坊市 130 信箱 8 分箱 邮政编码 065000推荐者情况单位电话住宅电话推荐者所在单位签章签章日期 年 月 日请对申报者申报情况的真实性作出阐述该作品确为肖航等同学利用课余时间完成，申报情况真实可靠。10请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景作出您的评价多功能警示塔功能齐全，警示距离较现有产品有很大改进。适用于各种交通事故和警示隔离的现场。技术先进，在国内外同类产品中有非常强的竞争力。其它说明学校组织协调机构确认并盖章（团委代章） 年 月 日校主管领导或校主管部门确认盖章 年 月 日11各省（区、市）评审委员会初评意见 评委签名： 年 月 日各省（区、市）组织协调委员会审定意见团 委 科 协 教 育 厅 学 联（签章） （签章） （签章） （签章）年 月 日12E 省级组织委员会秘书处资格和形式审查意见组委会秘书处资格审查意见审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处形式审查意见审查人（签名） 年 月 日组委会秘书处审查结果合格 不合格负责人（签名） 年 月 日13F参赛作品打印处研究报告1 研究背景及意义：我国汽车和道路工业的飞速发展，为人民的出行、国家的经济建设都提供了有利条件。但是，越来越多的交通事故又为人民的生命安全、和谐社会的构建提出了挑战。警示物作为警示隔离的产物，应运而生，作为一种分割道路和设置临时停车信号的标志，有利于分道行驶，各行其道，确保安全畅通，保障道路交通安全问题。目前国际通用了 60 多年的三角警示架和红色路锥是高速公路上主要的警示物。但在使用过程中，却存在稳定性差、寿命短等很多问题。例如：功能单一，抗风稳定性差，警示效果不好，运输不方便。同时国内外在改善警示产品的研究上几乎没有，而随着科技和生活的不断发展多功能化和智能化必将成为产品设计和制作的主导理念。基于以上事实，我们设计并制作了“多功能警示塔” ，该作品通过一系列改进措施完全弥补现有产品的不足，成功解决了这一系列的问题，增加警示强度的同时实现了多功能化和智能化，使应用范围更广，警示效果更佳，同时实现了自动升起的人性化设计等，如果作品能得以投产，相信一定能与新交通法形成强有力的纽带，两者的和谐结合必将对今后保证交通行车安全，提高道路建设效率，降低交通事故，改善交通环境等方面起到巨大作用。2 研究内容与研究方法：我们通过分析讨论现有三脚警示架和红色路锥产品的弊端，以多功能化、智能化、人性化为指导思想，并最终实现单一装置代替多种产品的想法。这样可以在实现多功能的同时避免类似功能产品重复生产造成社会资源人力财力的浪费，也更容易被使用者接受。具体制作是通过大量试验进行总结、验证来确定。首先根据运用场所和运用环境及对大量的实际情况进行调查研究等要求进行多功能的实现、整体尺寸的设计；然后根据整体尺寸、按照国家标准进行选材、设计并对其进行大致组合继而修改完善；最后进行实地现场试验，通过对实际情况的分析及考证确定最佳设计模型，以达到多功能警示效果。3 研究结果及分析：3.1 结构研究和设计作品主要包括主动警示区域（烁灯区） ，被动警示区域（回复反射区 、荧光区） ，支撑架。 （实物照片、结构示意图和作品示意图及其说明见下页）14实物照片3.1.1 外部结构：该作品主要由底座和功能区组成，底座有三个可伸缩的支脚组成，功能区一共有五节(最上面一节即第一节可拆装模块)，其他分别是：第二节为黄色烁灯区；第三、第四、第五节为回复反射区，自上而下依次为白色、红色、白色；底座为红色荧光区。3.1.2 内部结构：五节灯筒用胶漆密封，各层之间有荧光筒、灯片、底层有电池与电池卡（扩展电池）顶层的烁灯发光由发光二极管以及灯衬组成。具体构成：交通灯模块（可拆装） 、灯片 1、灯片 2、灯片 3、灯片 4、灯筒1、灯筒 2、灯筒 3、灯筒 4、灯筒 5、胶滚、上圈 3（1、2、4） 、灯盖、灯杯、灯衬、发光二极管、拉电线、蓄电池、电路板、电池卡、底座支架组成。它的具体形状尺寸和结构。15结构示意图和作品示意图 交通灯模块：模块化设计（可拆装）由电路控制 LED显示屏（红绿黄三种颜色） ，实现交通指挥功能；另外LED 显示屏也可显示多种交通标志，实现智能路标功能。 主动警示区：由特殊的发光二极管，保证在大雾，雨天，夜晚等能见度较差时的正常使用； 被动警示区：由两种颜色（白红白）的反射区组成， 与现用的警示信号相一致，实现反光警示功能。 底座：为红色荧光筒，内置电池卡、蓄电池、电路板等电路装置。 支脚：三个可伸缩支脚（见 交通灯模块（可拆装）主动警示区被动警示区（共 3 环）交通灯模块灯 衬灯杯灯片 4灯筒 5永磁铁灯片3灯筒 4上圈 3（1，2，4）灯片 2灯筒 3灯片 1灯筒 2荧光筒灯筒 1蓄电池电池卡底座支脚（3 个）舵机柔性线拉电线发光二极管底座支撑架可选图形区16页详细说明） 。 环的内部有柔性绳连接，用以实现可自动升起功能。3.1.3 形状和尺寸：（1）此物品为便携式，可伸缩，闭合外形尺寸为 220mm200mm，伸展外形尺寸为；底径为 220mm，顶径为 160mm，高为 700mm5mm。（2）3 节反射区尺寸自上而下分别为 156mm130mm、172mm130mm和 188mm130mm。3.2 功能和设计(1)交通灯模块的设计说明：这部分设计为可拆装设计，置于“标塔”顶端，外型为一四方体， （图形参照作品示意图） 。外部四面有三面为电路控制 LED 显示屏（红绿黄三种颜色） ，实现交通指挥功能；另外一面为 LED 显示屏可显示多种交通标志，实现智能路标功能。我们另行设计了一支架以提高作品的空间高度，以满足不同场所的使用要求。(2)圆环间磁铁吸附原理实意图：此部分用于环与环之间锁死的实现；内环底部镶嵌一块永磁铁一，外环顶部镶嵌一块永磁铁二。向上拉升时，两块磁铁不接触，无吸附力，两圆环可以轻松滑动，当外环拉升到最高点，两磁铁恰好接触吻合，进而产生向上的摩擦力，可以支撑起外环重量；磁铁的磁力大小说明及计算磁力计算和磁铁选用：参考行业标准，由所承受的重量 G，通过摩擦力 F=F1*f（F1为正压力即磁铁间吸力）;G=F 计算出 F1 从而选出合适的磁铁；永磁铁一永磁铁二外环内环支撑脚（3 个）荧光区（红色）17(3)圆环自动升降装置原理示意图：自动升起功能实现原理升降装置的原动力来自大扭力，通过收拉，逐渐将每一层圆环拉起。柔性绳索全部通过圆环壁上的槽上装有的滑轮连接。两个平行舵机，拉着三根绳，通过缩短环与环之间的距离实现自动升起功能。舵机型号 S9102体积 44.7*22.6*26 扭力：3.6Kg自重：46g额定电压：6V使用说明：外接三根线，两根接电源正负极，一根控制线与单片机（ATEM89C52）相连。（4）滑槽示意图：每一层圆环均匀分布六个的滑槽，其中不相邻的滑槽分两组，每组的三个滑槽分别用于自动升降的柔性绳索的安放槽和滑轮的安置空间，另一组用于永磁铁的安放。整体全部滑槽共同起到稳定圆环之间的轴向偏移。滑槽部分已经考虑摩擦影响和摩擦磨损,经实验实践证明使用可靠,符合使用要求。滑槽尺寸大小 610mm舵 机柔性绳索小滑轮18（4）底座支脚全伸和回缩状态对比示意图：两图对比说明展示了底座支脚的两种形态，依据地面情况通过调节达到较好的稳定性。（全伸状态） （回缩状态）（5）语音模块：内置录音设备，可存入诸如警笛等常用的警示声音，也可录制人声，代替警务工作人员喊话或者播放通告。（6）基于雷达技术的智能警示模块的设计说明：加装雷达模块，判断来车方位、距离、速度，将通过判断来车是否感知到示警信号，如果来车作出正确的措施后，将解除警示作用；如果来车未对警示信号有正确应对措施，在经计算分析后，本装置会立即启动无线电向车主示警。由于时间与资金的限制，此功能暂时无法做出实体，但我们认为这个想法，在未来仍具很大的应用前景。以上各个模块，应用机、电、光、声等技术，实现了多功能、高效果、人性化。3.3 性能和设计3.3.1 反射器和荧光器组成：回复反射器由 5 组弧形反光片立式组合而成，反射器的非连续区域与反光片颜色一致，其宽度不超过 5mm。荧光器应延伸到反射器，荧光器尺寸为 220mm150mm，其有效面积为440cm2，在反射器和荧光器之间的边沿不大于 5mm。3.3.2 发光强度系数的确定：对于一定的观察角 和照射角 ，发射器每组的 CIL 值应不小于表 1 中的数值。表 1图一：全伸19照射角 观察角 垂直角（V） 1水平角（H） 20 度0 度或5度20 度0 度0 度30 度0 度40 度201 度 30 CIL880066044002201930110660553.3.3 反射器色度的确定：（1）反射器自上而下由白色、红色和白色两种颜色的材料组成。3.2.2 当观察角为 20，照射角 V=H=0 度，或 V=5 度，H=0 度条件下，使用符合 GB/T3978 规定的标准光源 A 分别照射红色反射器和白色反射器时，红色反射器的色度坐标应位于如下范围内：趋黄极限 y0.335、趋紫极限 z0.008；白色反射光的色度坐标范围见表 2。表 2坐标点 1 2 3 4 5 6x 0.285 0.453 0.500 0.500 0.440 0.285y 0.332 0.440 0.440 0.382 0.382 0.2643.3.4 荧光器的色度：（1）荧光器为红色，可以整体带色，也可以表面带色。（2）当荧光器使用 GB/T3978 规定的标准光源 C 照射照射角为 45 度，在与样品成 90 度角的方向上观察（45 度/0 度测量几何条件） 时，反射光的色坐标应位于表 3 中四点所围成的四边形区域内。表 3坐标点 1 2 3 4x 0.690 0.595 0.569 0.655y 0.310 0.315 0.341 0.3453.3.5 本作品与交通警示标志产品性能的对比：交通警示标志作产 品性能对比表参数类别项目 多功能警示塔 三角警示塔 红色路锥警示功能 主动警示、被动警示 被动警示 被动警示警示距离 800 米 300 米 100 米反射强度 15000MCD/LX 12000MCD/LX 无警示角度 360 度 180 度 360 度20警示色调 多色( 黄、红、白) 单色(红) 单色(红)抗风能力 6 级 4 级 5 级抗震能力 强 弱 强主动报警 夜间 2000 米 无 无雨雾报警 300 米 无 无频闪示警 有 无 无车辆配置 可以 可以 不可以自动伸缩 可以 不可以 不可以修筑路用 可以 不可以 可以智能性 智能（雷达技术实现） 非智能 非智能维护现场 可以 不可以 可以使用寿命 长 长 短从上表的性能标志数据对比上，我们可以得出结论：我们设计的作品在警示性能上远远大于三角警示塔和红色路锥的同时，它独具智能化和多功能化，而且在外形上更加美观，尤其是能见度差的情况下的使用，更具优越性。 功能和性能上的优越性预示着其一旦投产必将会有很大的市场前景，将会带来较大的经济效益和社会效益。4 问题与讨论：在研究设计过程中，我们从中发现了一些新的问题，在小组讨论分析后，我们得到一些新的想法，比如：利用此装置实现车辆的自动防盗、自动记录和语音识别等功能由于时间原因我们无法实现，但我们在理论上已经验证了其的可行性，我们会继续我们的研究和设计，使其功能更完善，设计更人性，更好的满足使用需要。同时，研究设计过程中尤其在实验数据的测量过程中，由于工具和实验条件的限制，我们无法保证一些直接数据的完整性，但我们本着实事求是，灵活变通的工作态度，采用间接测量或估值法等方法，最终较完整地完成了设计所需的实验数据。当然，我们希望我们的设计能得到有关部门的关注，也坚信我们的研究成果（设计方案和实验数据等）一定能为未来交通警示和安全问题提供技术支持和理论依据等资料。同时我们也仍在分析研究我们的课题，我们也在尝试通过与交通研究和交通管理人员联系，通过理论联系实践的方法继续我们的研究。5 结论：我们的课题已经基本实现