DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 1. 引言 鼓形齿是一种齿形修行方法，能够补偿载荷作用下的齿轮的各种弹性变形量和齿轮的制造误差。这种弹性变形主要是稳定载荷作用下小齿轮的扭转变形和齿轮轴的弯曲变形。鼓形齿是应用较早的一种齿轮修形工艺，但是至今在设计和应用上并未达到完善、合理以及统一。
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user: 2. 鼓形齿的鼓形设计 鼓形齿 [ 1 ] 的鼓形设计，是按照一定的规律去研究齿轮在齿宽方向的齿形。 目前关于鼓形齿的设计仅仅是给出鼓形量的要求，有的仅仅就是有设计图纸但是并没有齿形轨迹方程，这样的绘图在加工上和控制生产质量方面很难做到统一。 本文鼓形就是在这种仅仅给出加工图纸无法找到准确鼓形轨迹的情况下利用理论计算来分析鼓形轨迹。其中容易发现问题与控制产品质量的方案是按照等半径圆弧来设计，设计方式如图1所示。 R c 2 = b c 2 + ( R c − C c ) 2 = b c 2 + R c 2 − 2 R c ⋅ C c + C c 2 (1) 因为鼓形量的单位是μm，且一般都很小，这里一般将 C c 2 省略，则由式(1)变形得： R c = b c 2 2 C c .(2) 同理可得任一点的鼓形半径： R c i = b c i 2 2 C c i . (3) 因为此鼓形设计为等半径设计，所以由式(2)、(3)得任意一点的鼓形量为： C c i = C c ( b c i b c ) 2 . (4) 利用式(3)对实验数据如图2进行检验，验证这种鼓形齿是否是按照等半径圆弧进行设计的，验算过程如下： 如图2所示，三角形偏转最大值为： f H β max = 0.014 利用相似三角形的知识，可以求出对应各点的公差值(命名规则依据图2图标号取其下标进行区分)： 图1. 等半径圆弧设计的鼓形齿 图2. 试验加工鼓形数据分析 f H β 1 = 0 f H β 2 = f H β max ⋅ 1.6875 × 2 1.6875 × 8 = 0.014 × 0.25 = 0.0035 f H β 3 = f H β max ⋅ 1.6875 × 4 1.6875 × 8 = 0.014 × 0.5 = 0.007 f H β 4 = f H β max ⋅ 1.6875 × 6 1.6875 × 8 = 0.014 × 0.75 = 0.0105 f H β 5 = f H β max ⋅ 1.6875 × 7 1.6875 × 8 = 0.014 × 0.875 = 0.01225 利用图2(a)所示总鼓形量分别对应减去上述所得各值，得到： C b 3 = 0.01273 − f H β 3 = 0.01273 − 0.007 = 0.00573 C b 2 = 0.00774 − f H β 2 = 0.00774 − 0.0035 = 0.00424 C b 4 = 0.01489 − f H β 4 = 0.01489 − 0.0105 = 0.00423 C b 5 = 0.01508 − f H β 5 = 0.01491 − 0.01225 = 0.00266 每点所对应的鼓形半径为： R c 2 = b c 2 2 2 C c 2 = ( 1.6875 × 2 ) 2 2 ( 0.00573 − 0.00424 ) = 3822.4   mm R c 3 = b c 2 2 C c 3 = ( 1.6875 × 4 ) 2 2 × 0.00573 = 3975.8   mm R c 4 = b c 4 2 2 C c 4 = ( 1.6875 × 2 ) 2 2 ( 0.00573 − 0.00433 ) = 4024.8   mm R c 5 = b c 5 2 2 C c 5 = ( 1.6875 × 3 ) 2 2 ( 0.00573 − 0.00266 ) = 4174.1   mm 相对误差计算如下： δ 1 = R c 3 − R c 2 R c 3 × 100 % = 3978.5 − 3822.4 3978.5 × 100 % = 3.92 % δ 2 = R c 4 − R c 3 R c 4 × 100 % = 4024.8 − 3975.8 4024.8 × 100 % = 1.22 % δ 3 = R c 5 − R c 3 R c 5 × 100 % = 4174.1 − 3975.8 4174.1 × 100 % = 4.75 %
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user: 3. ANSYS应力仿真来验证 由计算结果可以看出，最大相对误差只有4.75%，基本可以判定该Gleason机床加工的鼓形是以等半径形式进行加工的，此鼓形是由等半径圆弧进行设计的。 为了ANSYS软件进行齿轮接触应力 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 仿真验证方便，选定两齿轮材料相同(均为结构钢)，弹性模E 1 = E 2 = 2 × 10 11 Pa，泊松比u 1 = u 2 = 0.3，屈服极限σ = 2.5 × 10 8 Pa 图3为标准渐开线齿轮应力分布图，齿轮齿数分别取41与55，齿轮模数均为1.64，其中齿轮1齿宽为15 mm做固定处理，齿轮2齿宽为16.5 mm，施加55 N·m的转矩(其余对比组实验均采用此参数)，ANSYS静力学接触应力分析结果表明齿轮接触存在应力集中现象，最大应力为363.1 MPa。 对齿轮进行鼓形加工，依据前面所得的等半径加工方式，依据图4可以得到接触应力相对于正常渐开线齿轮副已经有了明显改善，由363.1 MPa减少为214.45 MPa，并且齿轮表面应力分布较均匀(图5)，至于齿面端点处的应力集中现象主要是由于该齿轮未做倒角处理，若端部不接触则不存在应力集中现象，可见鼓形齿设计能够明显改善齿轮的接触应力。主要理论依据是：齿轮受力发生弹性变形，当进行鼓形加工能够依靠齿轮弹性变形将齿轮点受力转变为齿轮面受力，大大减少了齿轮的应力集中。 图3. 标准渐开线齿轮应力分布图 图4. 鼓形加工后齿轮应力分布图 图5. 鼓形加工后齿轮单个齿面应力分布图
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user: 4. 结束语 通过理论计算与实际产品进行对比，能够知道鼓形按照等半径进行设计的，这样在加工过程中更容易控制产品质量，保证产品加工精度与技术要求，同时鼓形量能够减少齿轮的接触应力，值得大力推广。
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user: 摘 要 讨论了一种新型卡盘式带轮无级变速器，介绍了该无级变速器的设计思路，分析了该无级变速器的工作原理和主要结构特点。首次提出一种可变径分体带轮传动无级变速方式，设计和分析结果表明，该变速器的结构合理。 关键词 :无级变速器，卡盘，变径带轮 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 无级变速器是一种传动装置，以满足机器或生产系统在运转过程中各种不同工况的要求 [ 1 ] 。传统带式无级变速器主要包括主动轮组、从动轮组、传动带和液压泵调速控制装置等基本部件。变速部分由主动带轮、V型传动带和被动带轮所组成。每个带轮都由带斜面的半个带轮组成一体，其中一个半轮固定，另一半轮通过液压伺服油缸来控制其轴向移动。半轮间的轴向相对位移可以通过控制机构来改变；两个带轮轴间的距离是固定的，传动带的周长不变，通过控制两活动盘的轴向位移，使主动轮和被动轮半径的相应连续变化，从而实现无级变速。传统带式无级变速器被广泛应用，在工业上具有大规模的经济效益。但是其在变速过程中传动带与轮盘之间的驱动摩擦力小，二者之间会发生打滑，变速的效果受到影响，传递扭矩小，并且发热、磨损严重，减少了传动带与带轮的使用寿命 [ 2 ] 。另外，带轮变径使传动带径向位置变化的同时，还使其有轴向变化，这进一步恶化了传动的稳定性，缩短了传动带寿命。为了解决目前传统无级变速器传递扭矩小，传动带磨损严重，寿命短等问题，本文提出一种新型卡盘式带轮无级变速器。
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user: 2. 卡盘式带轮无级变速器设计思路 传统的皮带轮传动结构简单、制造成本低、使用维护方便，并且传动带具有良好的挠性和弹性能缓冲运行过程中产生的冲击、噪声小 [ 3 ] 。虽然带传动具有很多优点，但由于输入带轮与输出带轮直径恒定并不能实现可变化的传动比。为了实现带传动的传动比可变化，就需要一对传动带轮的直径可以变化。根据这个思路提出变径带轮结构形式无级变速机构，即在传动过程中连续不断的改变输入带轮与输出带轮的直径，实现传动比的改变。为了实现带轮直径的变化，本文提出一种卡盘式带轮无级变速器结构形式。
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user: 3. 卡盘式带轮无级变速器基本原理分析 卡盘式带轮无级变速器的基本原理是通过调整带传动的两个传动带轮的工作直径比来实现速比的变化，带轮是组合式分体带轮，即每个带轮都是由若干个相同的分体带轮块组成。如图1和图2所示，三爪卡盘的工作原理是通过转动小锥齿轮带动大锥齿轮旋转，带有螺旋槽的大锥齿轮盘的转动实现卡爪的径向移动来实现卡爪的直径变化 [ 4 ] 。通过改变传动机构，增加卡爪的个数，并且把卡爪换成带轮块，实现了离散带轮块的组合带轮。由于在正常工作条件下带轮与锥齿轮盘都是高速转动的，所以若想使带轮分体径向运动需要给锥齿轮盘附加一个相对的转动，通过附加在锥齿轮盘上的转动使锥齿轮盘与带轮整体之间产生可正向或负向的转速差，螺旋槽带动带轮分体径向扩张或者收缩，带轮工作直径变大或者变小，实现传动比的改变。
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user: 4. 卡盘式带轮无级变速器整体结构与工作原理 卡盘式带轮无级变速器的结构简图如图3所示。 卡盘式带轮无级变速器包括传动机构、调速机构、离散带轮。传动机构包括输入轴(8)和输出轴(4)、传动带(6)；离散带轮包括输入轴离散带轮、输出轴离散带轮，输入轴离散带轮包括若干个输入带轮块(7)，输出轴离散带轮包括若干个输出带轮块(5)，输出轴离散带轮与输入轴离散带轮通过传动带(6)连接。 输入轴(8)上固定联接输入导向壳体(9)，输入带轮块(7)均匀分布在输入导向壳体(9)的径向滑槽内并可沿着滑槽径向移动，输入导向壳体(9)与输入支撑法兰(11)固定并轴承连接于箱体(12)；每个输入带轮块(7) 背面均具有盘形螺纹段，输入带轮块(7)的盘形螺纹段与输入锥齿螺纹盘(10)一端的盘形螺纹相配合，输入锥齿螺纹盘(10)另一端的锥形齿轮与双联齿轮(13)大端的锥齿啮合，双联齿轮(13)小端的直齿圆柱小齿轮通过支撑架(14)与输入轴(8)上的齿条(15)啮合，输入锥齿螺纹盘(10)通过轴承配合在输入轴(8)上。 输出结构与输入机构主要不同点在于：输出带轮块背面的盘型螺纹段和输出的锥型螺纹盘上盘型螺纹的旋转方向相反，其余结构一样。 调速机构包括伺服电机(18)、拨叉(17)、U型套(16)；输入轴(8)、输出轴(4)上分别空套有U型套(16)，输入轴(8)上的U型套与输入轴(8)上的齿条固定，输出轴(4)上的U型套与输出轴(4)上的齿条固定；拨叉(17)的两端插在输入轴(8)与输出轴(4)的U型套的U型槽内；伺服电机(18)与拨叉(17)通过传动丝杆(19)连接传动，使拨叉沿着传动丝杆进行轴向移动，经U型套(16)使输入、输出轴上的齿条能够实现同时、同速、同向的轴向移动，最终驱动两个变径带轮组的传动直径均匀变化，实现无级变速。
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user: 5. 卡盘式带轮无级变速器具体结构设计 5.1. 离散带轮块设计 本设计将输入、输出带轮分别离散为八个分体带轮块，每个带轮块的形状如图4所示，前面是多楔 图1. 三爪卡盘整体结构图 图2. 三爪卡盘实现变径结构 图3. 卡盘式带轮无级变速器结构示意简图 图4. 分体带轮结构简图 带轮，背面是盘型螺纹段。通过模拟三爪卡盘进行有序的组合，如图5所示，同时通过调速机构实现螺纹盘正反转带动八个带轮块同时扩张与收缩，使得输入与输出组合带轮的径向尺寸发生改变，使两个组合带轮的直径连续的变化以达到无级变速的目的。 5.2. 传动螺旋盘结构设计 卡盘上卡爪的径向调节是通过转动小锥齿轮，然后经过大锥齿盘实现的，而且必须在卡盘停止转动 的情况下调节，卡盘式带轮无级变速器要求带轮在高速转动的工况下能够方便快捷的进行调速，因此对卡盘中的大锥齿轮进行改进，如图6所示，把大锥齿轮做成工型式的，如图6(b)所示左边的大锥齿轮，右边是螺纹盘。为了实现输入、输出带轮的径向尺寸在调速时一个变大而另一个变小，又考虑到螺旋盘是通过锥齿轮带动转动，即两个螺旋盘转向相同而实现带轮块径向尺寸变化不同，因此需要将两个螺旋盘的螺纹旋向设计为相反(如图6(a)所示)。为实现螺旋盘与输入输出轴的相对转动需要附加一个传动，设计思路仍模拟三爪卡盘锥齿轮传动实现螺旋盘的旋转。 5.3. 齿轮齿条调速机构设计 如图7所示，此次设计的无级变速器通过伺服电机带动丝杆转动，伺服电机根据命令可以精确的控制传动丝杆的运动，传动丝杆控制着被拉杆连接的输入、输出轴上的齿条进行轴向移动，再通过齿轮齿条啮合带动双联齿轮转动，双联齿轮的另一头的锥齿轮与螺纹盘一头的锥齿轮啮合锥齿轮配合带动螺旋盘转动。双联齿轮通过支撑架固定在在输入、输出轴上，如图8所示，正常工作时，双联齿轮和轴一同旋转，当进行调速时，齿条带动双联齿轮转动，实现传动螺纹盘相对于轴有转速差，实现变径。
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user: 6. 卡盘式带轮无级变速器总体结构三维图 根据二维的结构简图，对每个两件进行详细的设计和优化，装配如图9所示的整体结构图，为了增大调速范围，在输入处增加一级减速级 [ 5 ] 。并对三维结构进行相关的运动学仿真，初步证明了机构的可行性。 图5. 分体带轮与螺旋盘的配合 图6. 锥齿螺纹盘的结构示意图；(a) 锥齿螺纹盘的螺纹旋向；(b) 锥齿螺纹盘结构 图7. 丝杆螺母传动推动齿条示意图 图8. 双联齿轮结构图 图9. 卡盘式带轮无级变速器三维图
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user: 7. 结语 本文首先介绍了卡盘式带轮无级变速器的原理，然后对结构做了剖析，卡盘式带轮无级变速器将一体式的带轮离散为组合带轮，实现带轮直径的变化，通过模拟三爪卡盘中卡爪的工作原理完成分体带轮块的配合，实现带轮的有序组合，最后介绍了实现无级调速的具体机构。在保证承载能力的同时兼顾变速传动的平稳性实现大跨度传动比无级变速机构。 该新型无级变速器采用了多楔带与带轮的传动，与传统无级变速器相比增大了传动摩擦力，并提升了带轮传动动力，可以作为一种新型高效率的汽车无级变速器。 与传统带式无级变速器相比，卡盘式带轮无级变速器减少了带轮对传动带的侧向挤压力，减少了传动带的磨损，从而延长了传动带的使用寿命。 卡盘式带轮无级变速器特点： ① 实现一种新型大扭矩，高效率无级变速器，且与传统无级变速器相比结构简单、运行平稳、设计美观、造价经济； ② 将一体式的传统带轮离散为组合带轮，从而实现带轮直径的变化； ③ 通过传动螺纹盘与分体带轮块的配合模拟三爪卡盘的工作原理，实现带轮的有序组合； ④ 采用多楔槽带轮与分体带轮块的配合，增大了传动摩擦力，因此与传统无级变速器相比没有明显打滑与发热，并提升了带轮传动动力； ⑤ 提出一种新型高效率的汽车无级变速器，可以减少能源的消耗并且提升了汽车行驶的平稳性。
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user: 摘 要 论文基于近五年资助的247项城市地理主题的国家自然科学基金项目，在分析项目构成、研究对象(尺度)、研究要素、研究主题(核心主题)、研究视角、理论与方法及学科构成基础上，得出了初步结论；项目主要集中在青年项目和面上项目，地区项目较少，优秀青年项目及重点项目的资助空间较大。当前研究中尚存在可实现突破的领域，包括：1) 研究尺度可侧重于微观尺度的研究，实现微观、宏观相结合；2) 关注特殊群体，包括城市贫困人口、老年人、儿童、流动人口及女性等；3) 加强中西部城市、中小城市及特殊类型城市的研究，扩大研究案例范围；4) 在格局–机制研究的基础上，加强过程研究，实现自然–人文过程耦合，侧重过程模拟及预测；5) 强化多学科交叉融合，加强历史地理、医学及健康地理、犯罪地理、城市规划等学科与城市地理的交叉融合研究；6) 关注要素研究的同时强化系统研究，实现由要素研究向系统研究转变；7) 加强大小数据相结合。 关键词 :国家自然科学基金，城市地理学，研究进展，研究趋势 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 当前已有部分基于国家自然科学基金资助分析的地理学相关学科的研究进展，包括地理学一级学科、人文地理学二级学科及人文地理学的分支学科旅游地理学、文化地理学 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ，缺少城市地理学的总结性研究。此外，中国城市地理学时间最近的总结性研究可追溯到刘云刚、于涛方、薛德升等学者基于期刊论文及发展趋势的相关研究 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。城市地理学发展迅速，国家关于城市发展的政策及导向已有所变化，对城市地理学研究的最新动态及趋势分析研究具有必要性。国家自然科学基金是学科发展的重要支撑和平台，一方面体现着国家科学和技术发展的战略导向，另一方面代表着科学共同体的思想共识和研究水平 [ 1 ] ，基于国家自然科学基金分析城市地理学研究进展及趋势具有一定说服力。
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user: 2. 资助基本情况分析 2.1. 项目类型构成 利用国家自然国学基金共享服务网进行“资助项目检索”，收集近5年(2012~2016年)获批的城市地理学领域的国家自然科学基金项目基本信息，包括项目名称、关键词、立项年份、项目类别、项目资助单位等。主要针对代码为“D010203城市地理学” 进行收集，同时针对“D0102人文地理学”代码下其它以“城市”为题名的项目进行筛选收集，剔除以“会议”为主题的项目，最终项目年度分布情况见表1。 Table 1 Number and kinds of annual project 2012 2013 2014 2015 2016 合计 D010203 39 49 42 39 50 219 其它代码 5 5 12 2 4 28 合计 44 54 54 41 54 247 面上项目 15 23 13 16 19 86 青年项目 22 24 34 19 25 124 地区项目 4 4 5 4 5 22 其它 3 3 2 2 5 15 表1. 历年项目数及分类 根据项目类别划分，见图1，项目构成主要是面上项目、青年项目为主，其中青年项目比例在2012年、2014年及5年总体评价中均达到或超过50%，说明了城市地理学国家自然科学基金对青年学者的支持力度大；地区项目与优秀青年项目及重点项目较少，根据表1，地区项目每年只有4~5项，基本上都在10%以下，说明国家自然科学基金的地方倾斜力度相对较小；优秀青年项目及重点项目更少，为国家在该领域支持拔尖人才的政策倾斜方面留下了较大空间。 2.2. 资助单位构成 将资助项目数在4项以上的单位进行分析(17个单位)，见图2，北京大学、中山大学、中国科学院地理科学与资源研究所在10项以上；其次是南京大学、东北师范大学、华东师范大学、北京联合大学、香港大学深圳研究院；其余单位均为4项。项目数分布情况与各单位在城市地理学研究的学科专长与研究历史密切相关。
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user: 3. 研究热点分析 3.1. 研究对象与要素 根据收集到的关键词及项目名称，利用EXCEL 词频分析工具及Tagxed Creator进行词频分析及云图制作，得到表2与图3。研究背景中主要包括快速城市化背景、转型期等，正是中国城市发展大背景的特征；研究对象(尺度)中词频排最前面的是“城市”、“空间”，说明了城市地理研究的对象、特征与学科视角，“空间”是地理学特有的研究对象，在城市地理学国家自然科学基金资助中较显著，研究空间尺度主要在于城市与城镇，对其它空间尺度的研究亦有关注，我国10(词频数)、城市群19，地区13，区域11+京津冀5，都市或大都市8，县域3、社区7、高原城镇4，微观尺度的研究相对较少，对山地城市的研究相对较少，研究案例区主要集中在北京16、广州11、武汉7、南京6、上海5、大连3、深圳3等大城市或特大城市，总体上对中西部城市研究较少，郑州、西安、重庆、西宁、昆明等均有所涉及，案例区的选择跟各研究单位所在地存在一定的耦合，未来研究中宜扩大案例区范围，中西部城市、中小城市及特殊类型城市的研究应得到重视。研究要素包括社会、环境、生态、居民(人口)、交通及设施等大方面，亦有细分要素，如行为、污染物排放、城市用地、景观等，整体上对特殊人口群体的关注较少，如流动人口仅有3次，包括2014年“人口迁移流视角下农村流动人口市民化的时空差异研究”、2013年“城镇化过程中地方化因素对流动人口城市融入的影响研究”、2012年“北京市流动人口职住空间的选择机理及模式研究”，关于老年人、儿童、女性、贫困人口的研究较少，说明对特殊群体的关注不够。 图1. 2012~2016年城市地理学国家自然科学基金项目构成(%) Table 2 Word Frequency of different topic 研究对象(尺度) 频次 研究要素 频次 研究主题 频次 研究主题 频次 城市 143 社会 24 机制 53 布局 4 空间 128 居民 18 机理 48 策略 4 城市群 19 环境 14 格局 27 绩效 4 大城市 12 生态 13 效应 27 地区 13 交通 13 模式 26 研究视角与方法 频次 区域 11 行为 12 优化 25 时空 25 城镇 10 排放 10 空间结构 18 演化 19 我国 9 土地 10 特征 14 演变 18 社区 7 用地 8 过程 14 网络 22 京津冀 6 设施 7 调控 12 组织 13 都市区 4 景观 6 形态 9 系统 9 微观 4 水资源 4 结构 10 数据 6 流域 4 人口 4 耦合 8 比较 6 山地 3 住房 4 响应 6 动态 5 县域 3 边界 4 路径 5 测度 5 大都市 3 区位 4 关系 5 模型 5 研究背景 频次 流动人口 3 功能 5 体系 4 快速城市化 11 脆弱性 5 演进 4 转型 8 扩展 7 转型期 6 扩张 4 表2. 2012~2016年主题词频分布 图2. 资助单位与项目数分布 图3. 关键词云图 3.2. 研究主题 与“地理核心问题：格局、过程、机制”相吻合 [ 8 ] ，城市地理基金中亦可将核心主题划分为格局、过程、机制(机理)，由于标题中某些关键词语需归类到核心主题中，如扩展、扩张等需归类到“过程”中，需进行简单计算，最后统计结果为格局59、过程27(不包括城市化、城镇化、演化、演变、演进)、机制(机理)104，位于首位的是“机制”、“机理”，说明国家自然科学基金资助的重点在于探寻城市地理研究中比较深层次的原因及真实，机制主要诠释现象或结果的驱动力，机理主要解释现象或成果的影响因素等方面；“格局”、“空间结构”、“结构”、“特征”、“布局”、“形态”等表达了城市地理研究中的传统主题，传统主题仍然是城市地理学的研究重点；“过程”研究属于第三层次，相比其它两个层次，“过程”的研究应有所侧重，理应与地理学发展趋势相吻合(宋长青：“过程–机制”成为核心) (傅伯杰：地理学发展趋势：从格局研究到过程研究的转变) [ 8 ] [ 9 ] ；城市地理研究的应用层面亦有体现，如“模式”、“优化”、“调控”、“路径”、“策略”等，如“城市回族社区现代转型的空间模式及发展路径研究——以“郑汴洛呼”城市民族区为案例”。关于研究核心主题的深入探讨将在第4部分详细论述。 3.3. 研究视角、理论与方法 包括宏观微观视角、时空视角、动态视角、网络视角、系统视角，如“演化”、“演变”、“演进”、“动态”词频总和为46，纵向及动态化研究是重要趋势；总体上，系统研究相对较少，与地理学研究趋势“从要素研究转向系统研究” [ 9 ] 尚有一定距离。基于关键词对方法的解释力更强，主要包括模型模拟21 (词频数)、空间分析34、行为分析17、质性研究7、经济计量模型11、社会网络分析13、大数据3、结构方程模型2、SMAC分析模型1、预测1、地理数学建模1，总体上GIS手段在城市地理研究中应用较多，城市地理能综合应用多学科融合技术方法体系，但也存在可改进的领域，如基础数据的获得除了遥感数据、问卷调查及质性研究等，还需依靠大数据，大小数据相结合是未来发展趋势；关于结构方程模型、仿真、预测模型的应用相对较少，未来研究中可侧重于城市模拟与预测。从研究视角及方法、要素等综合，可发现多种思想、学科、方法实践的痕迹，包括实证主义、结构主义、时间地理学、政治经济分析、社会地理学、行为主义、空间生产理论等，这些思想与方法应用与发展态势与柴彦威等(2012)总结的城市地理学思想与方法体系基本吻合 [ 10 ] 。 3.4. 学科组成 从研究涉及到的分支学科来看，大部分是传统的城市地理学内容，如城市群、城市体系、城市化/城市增长、内部结构等；少部分涉及社会地理学15(词频)、经济地理学12、交通地理学12、人口地理学6、景观生态学6、城市规划5、环境与健康地理学4、犯罪地理学3、历史地理学2等，部分学科因为有专门的学科归属，如D010201经济地理学、D010202社会、文化地理学、E080201城乡规划设计理论与方法，申请人在申请代码选择时有特定选择。但城市地理学研究不局限于传统的城市地理研究内容，在学科交叉及多学科融合的大背景下，对其它学科的研究经验加以借鉴或扩展，亦是未来重点之一。
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user: 4. 研究核心主题分析 将“核心”热词“空间格局”(结构或空间结构)、“过程”、“机制”、“机理”进行共词分析(即两个词态势出现在同一个项目题名中)，得到图4。 4.1. 城市地理机制(机理)研究 近五年城市地理学自然科学基金项目关于城市地理机制(机理)的研究较多，涉及影响机制、形成机制、动力机制、互动机制、生长机制、演变机制、作用机制、适应机制、削减机制、匹配机制、驱动机制、发展机制、演化机制及自组织机制；机理研究主要包括影响机理、形成机理、响应机理、调控机理、演变(演化、演进)机理、作用机理、发生机理、耦合机理、适应机理及制约机理。机制、机理的研究，是基于过程、格局的研究现状基础上探寻深层次的核心问题，如“老工业城市就业空间结构演变及其动力机制研究——以沈阳市为例”；在机理探查基础上会寻找出路，优化调控、路径、模式选择等方面，如 图4. 核心主题共词网络 “中国‘新城运动’的格局、机制与管治研究”；此外，机理与机制同时出现在同一标题中几率几乎为零，在此说明了项目完成年限、经费及研究内容的匹配要求，即在有限的时间与经费前提下完成的项目内容不宜太多。 4.2. 城市地理格局研究 关于地理格局的研究涉及城市整体及城市要素的诸多方面，包括交通、用地、生产、生活、生态等领域；研究并不只是单纯的格局现状分析，注重探究格局的形成原因或机理，格局产生的效应，对现有格局分析的基础上提出优化调控模式；研究中注重探讨与其它格局或过程的耦合，纵向研究的实践也较多。研究案例项目如“沈阳市商业中心空间格局对交通碳排放的影响机理研究”、“快速城市化时期中国大城市”。“新移民”居住空间格局、效应与形成机理研究：基于“空间的生产与消费视角”、“健康公平视角下广州老年人就医行为空间：格局、机制及优化”等。由于研究经费与研究年限的限定，当前项目的研究内容不宜太多，在项目标题中亦有体现，大多数项目尚停留在针对某两个至多3个研究核心的探讨。 4.3. 城市地理过程研究 结合相关学者的总结 [ 11 ] 及地理学研究对象的不同，地表过程可分为自然地理过程、人文地理过程、自然–人文耦合过程。关于城市地理过程的研究，相比“机制”主题较少，涉及的过程类型单一，未来研究中需要加强对过程的广泛研究及不同类型过程的融合；当前研究中对过程模拟、优化有所涉及，如“基于微观尺度的典型大都市功能区碳排放过程模拟及优化调控研究”与“交通网络导向下城市空间结构的演变过程及模拟：以武汉市为例”，总体上项目数较少。根据傅伯杰提出的“地理学研究范式从描述、格局–过程深化到对复杂环境系统的模拟和预测” [ 9 ] ，未来城市地理研究中务必要注重城市地理过程研究及模拟预测。
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user: 5. 结论与展望 通过对近五年资助的城市地理学国家自然科学基金进行分析，得出以下结论：1) 资助项目类别侧重于青年项目及面上项目，对于地区、优秀青年及重点项目的倾斜力度较小；2) 项目研究的空间尺度包括区域、城市群、城市、城镇、县域及社区等，总体上宏观研究较多；研究要素多样化，关注城市内部结构、居民、生态环境、交通、设施等各方面，整体上对特殊人口群体的关注较少；研究案例区多集中在东部、大城市及特大城市或城市群，中西部城市的研究相对较少，研究中对特殊类型的城市研究较少；3) 研究主题集中在机制–格局–过程及其它主题，对机制(机理)的研究较多，格局依然是传统的研究主题，关于过程的研究有些不够，与当前地理学研究趋势还有一定差距；4) 研究视角包括时空、动态化及系统视角，纵向的动态化研究是当前趋势，系统研究还需做出努力；研究理论与方法多样化，与其它学科交叉融合的研究还需加强。面对未来城市地理学研究，以下几个方面可作为研究者的突破点：1) 侧重于微观尺度的研究，实现微观、宏观相结合；2) 关注特殊群体；3) 加强中西部城市、中小城市、特殊类型城市的研究，扩大案例区；4) 在格局–机制研究的基础上，加强过程的研究，实现自然–人文过程耦合，加强过程模拟与预测；5) 实现多学科交叉融合；6) 加强要素研究的同时，强化系统研究；7) 基础数据获取阶段加强大小数据相结合。
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user: 基金资助 宁夏大学科学研究基金项目(ZR16036)。
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user: 摘 要 环境管理创新是实现环境绩效提高的首要环节，对各省市进行环境管理创新绩效评价是推动政府创新环境管理的重要手段。以生态环境管理研究为基础，结合可持续发展理论，从经济、社会、生态、公众、技术五方面分析影响政府环境管理创新的重要因素，运用层次分析法(AHP)，借助ya-ahp软件为指标合理赋值，构建出环境管理创新绩效评价体系，将北京、广东等省市的政府环境管理创新绩效进行横向比较，并分析其管理创新绩效差异的重要原因，最终为改善政府生态环境管理创新绩效水平提出相关的建议。 关键词 :环境管理创新，绩效评价，指标体系 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 环境管理创新有效地改善了地区自然生态环境与人居环境的质量，能够提高环境管理的效率，降低环境管理的成本，实现人口、经济和环境相互协调可持续发展，有利于充分调动环境管理主体的积极性、主动性 [ 1 ] 。随着我国工业化、城市化的跨越式发展，社会经济环境总体呈现出一片繁荣的景象。但是，经济快速发展带来的负作用日益凸显，生态破坏、大气污染、交通拥堵和城市空间破碎等一系列环境问题严重影响了人类的可持续发展 [ 2 ] 。政府部门作为国家权力的执行者，承担着保护环境和社会管理的重要责任，因此，政府必须转变管理方式，不断探求创新性的环境管理机制和管理模式，将环境创新管理绩效作为政府绩效评价的重要组成部分，形成有效“管理–评价–反馈”的监督机制，推动环境管理工作的进展。不科学的政府环境管理创新评价体系难以全面评价政府在环境管理方面的绩效，阻碍政府环境管理的科学进行。要想有效治理环境问题，提高政府环境管理创新绩效，必须建立一套科学、客观的政府环境管理创新绩效评价体系，推动美丽中国的建设。本文在国内外研究的基础上，分析影响政府环境管理创新绩效的因素，尝试性构建了一套评价政府环境管理创新绩效的评价体系，并且选择北京、河北等省市进行实证分析，检验评价体系的科学性和实用性，为提高政府环境管理绩效和评价体系提出建设性意见。
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user: 2. 国内外研究现状 2015年政府工作报告中提出“大众创业，万众创新”的发展蓝图，创新成为中国经济提速增效的新引擎，同时“创新”也成为环境管理方式改革的新理念。有关环境管理创新绩效评价的研究，国内外学者从不同的角度进行了相关探索，并取得一定成效。在以人为本以及构建服务型政府的背景下，参与式的治理融入地方政府环境管理模式，逐渐成为政府管理创新的新路径选择。为了进一步弥补环境管理过程中政府失灵和市场失灵，在参与式的环境管理创新模式中，创新性引入社区磋商小组调动公众参与环境管理的积极性。随着环保投资逐渐加大而我国环境绩效欠佳的问题，环境管理效率问题成为学者的研究热点。陈鹏等从环境保护投资的角度详细分析了管理创新的变革，尝试性地从管理范围、投入方式、评价导向三个方面进行分析，刷选出19个关键指标，构建出效果导向型评价指标体系 [ 3 ] 。在环境管理创新的发展过程中，政府作为主导力量发挥着至关重要的作用，而企业在转型发展的同时也逐渐吸收创新元素，贯彻落实科学发展观，节约资源保护生态环境。有关科技企业管理创新绩效评价的研究成为企业改善经营环境的动力，杨洁辉等(2015)强调环境管理、创新管理和供应链管理之间的互相融合，构建具有可操作性的环境管理创新系统框架，并且对系统构成与功能进行详细介绍 [ 4 ] 。 国外学者从不同方面对环境管理创新进行了探讨，与国内研究不同之处是，国外针对环境管理创新绩效中的技术因素研究较多。国外Kondili E等学者(2010)基于环境管理技术方面的考虑提出生态优化模型，为资源型城市产业的可持续发展提供保障 [ 5 ] 。Anthony等从环境R&D与人员创新支出、知识产出水平、资源与生产效率和环境产品销售收入4个视角对环境创新绩效进行了评价，而Frenken等和Oltra等收集了不同国家众多领域中环境专利的使用状况，研究了环境技术创新绩效水平。 综上所述，国内外对于环境管理创新绩效评价的研究取得一定的成果，但是还是存在一些不足之处，研究重点集中在企业层面，对于政府部门环境管理创新绩效评价的研究较少；研究创新管理绩效评价指标体系不够全面，只是针对某一方面进行单一研究，没有形成全面科学的政府环境管理创新绩效评价指标体系。因此本文基于可持续理论和生态文明理论，全面分析影响政府层面环境管理创新绩效的关键因素，构建评价指标体系，最终运用层次分析法对指标权重进行赋值，为评价区域范围内的省市环境管理创新绩效奠定基础。
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user: 4. 政府环境管理创新绩效评价指标权重赋值 权重的确定有多种方法，常用的计算指标权重的方法主要有层次分析法(AHP)、主成分分析法、德尔菲法、网络层次分析法(ANP)等。考虑计算过程的复杂程度和实际问题的需要，因此将层次分析法(AHP)和德尔菲法相结合进行权重的计算。 4.1. 准则层权重赋值 通过上述指标的筛选和评价指标体系的构建，结合专家调查法，对各个指标进行赋值，以确定每一级指标相对于上一级层次的重要性程度(如表2)。为了是判断量化，定义1~9为判断标度。评定方式如下：假设m和n为专家所选择的两个不同评价指数，指标的重要性之比为：m/n。其比值结果为1，则代表二者同样重要，数值为3、5、7、9，分别代表稍微重要、重要、强烈重要、极端重要；数值2、4、6、8是介于以上重要性的中间值。 构建判断矩阵后，利用层次分析法软件ya-ahp进行权重计算和一致性检验，判断一致性的标准为：矩阵的随机一致性比率CR < 0.1，则该矩阵具有满意的一致性；如果CR > 0.1，说明矩阵不具有一致性，需要对相关数据进行调整，直到达到满意度的一致性为止。B1、B2、B3、B4、B5的WI分别为：0.1217，0.1763，0.3839，0.1557，0.1624，CR = 0.0872。(表3) 4.2. 指标层权重计算及一致性检验 评价一个指标的重要性，关键的一个环节即计算指标在指标体系中的权重，也就是指标层相对于目标层的重要程度。同样，利用层次分析法权重计算软件ya-ahp进行各指标权重的计算。通过计算，得出指标层相对于目标层指标和准则层指标的影响系数(具体见表4)，其指标层相对于准则层的权重计算结果进行一致性检验，经济管理创新指标矩阵CR = 0.0349，生态管理创新指标矩阵CR = 0.0970，社会管理创新指标矩阵CR = 0.0990，公众参与管理创新指标矩阵CR = 0.0806，技术管理创新指标矩阵CR = 0.0516，各个判断矩阵的一致性都小于0.1，因此，指标体系具有良好的一致性。 4.3. 绩效评价的具体过程 借鉴数学线性方程模型对政府环境管理创新绩效进行评价。由于地区差异性大，经济、社会等发展水平不同，要从实际出发，通过询问相关领域的专家进行打分，具体的流程如下： 1) 专家根据政府递交的总结报告，认真分析各个指标的深层含义，如果发现某些指标不具有代表性和针对性，考虑是否剔除相关指标。 2) 专家根据绩效指标具体特征，设定每个指标满分为10分，根据对每个指标进行打分排名。 3) 根据专家打分，计算绩效权重的总体得分，满分定位100分，计算的方法如下： Ft = ( A ∑ AiSI + B ∑ BiSi + C ∑ CmSm + D ∑ DnSn + E ∑ ExSx ) × 10 在计算公式中，Ft代表绩效评价的总成绩，A、B、C、D、E分别代表准则层的权重，政府环境管理创新绩效指标层权重分别表示为：SI，Si，Sm，Sn，Sx是各个专家的打分，i = 1~5，j = 6~10，m = 11~17，n = 18~24，x = 25~27，t代表第t名专家对政府管理创新绩效评价的得分 [ 8 ] 。 4) 将所有专家的打分进行汇总，计算方法如下：F = 1/T × ΣFt，计算公式中，T为参加打分的专家人 Table 3 Government environmental management innovation performance evaluation system standard layer judgment matri A B1 B2 B3 B4 B5 B1 B2 B3 B4 B5 1/2 1 3 2 1/2 1/3 1/3 1 1/3 1/2 1 1/2 3 1 2 1 2 2 1/2 1 2 1 1/2 2 3 表3. 政府环境管理创新绩效评价体系准则层判断矩阵 Table 4 Government environmental management innovation performance evaluation index weigh 一级指标 二级指标(%) 权重 经济创新管理指标(B1) (0.1217) (C11)人均地区GDP增长率 0.1840 (C12)生态环境支出占财政总支出的比重 0.3647 (C13)服务业产值占GDP比重增长率 0.2061 (C14)单位GDP能耗减少率 0.1311 (C15)第二产业从业人员占三大产业人数比例 0.1141 社会创新管理指标(B2) (0.1763) (C21)城乡收入差距降低率 0.0875 (C22)城市生活垃圾无害率 0.1232 (C23)人均城市道路面积增长率 0.1544 (C24)居民安全饮食率 0.0849 (C25)环保性群体性事件发生率 0.2485 (C26)环境噪声指数降低率 0.1452 (C27)机动车尾气达标率 0.0719 生态创新管理指标(B3) (0.3839) (C28)工业固体废物循环利用率 0.0845 (C31)森林覆盖率 0.1594 (C32)人均公园绿地面积增长率 0.2519 (C33)农村耕地受保护面积增长率 0.1827 (C34)空气达标率 0.1128 (C35)二氧化硫排放量降低率 0.1070 (C36)清洁能源使用率 0.1110 (C37)建成区绿化覆盖率 0.0753 公众参与创新管理指标(B4) (0.1557) (C41)环保工作者的生态管理工作效率 0.2732 (C42)环境保护效果的满意度 0.2185 (C43)政府环境保护制度完善率 0.3835 (C44)城市社区环保圆桌会议参与比例 0.1248 技术创新管理指标(B5) (C51)环保研发经费投入增长率 0.0852 (0.1624) (C52)技术成果产业化率 0.2706 (C53)技术进步对经济增长的贡献率 0.6442 表4. 政府环境管理创新绩效评价指标权重 数，Z为该省市政府环境管理创新绩效的总体得分。 5) 设定评价等级，政府环境管理创新绩效评价共分为4个等级，分别为90以上：优秀；80~89代表良好；70~79代表合格；70分以下代表不合格。
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user: 5. 政府环境管理创新绩效评价体系的实证验证 结合构建的政府环境管理创新绩效评价体系，运用重点抽样方法，选取我国各地区有代表性的省市进行评价，选取九个省市分别为北京、新疆、黑龙江、安徽、四川、广东、福建、浙江、河北。这九大省市分布在我国的东北、西北、华北、西南、东南五大地区，因此在生态环境基础不同的基础上大致可以显示出我国不同地区政府环境管理创新绩效的水平。 数据来源于根据中国统计局(https://www.stats.gov.cn/) 2016年发布的数据，《黑龙江省统计年鉴》(2016)等。为了能够反映出政府在环境创新管理过程中体现出的绩效水平，消除各省市环境基础差异对评价结果的影响，因此，评价指标采取增长比率的形式反映政府环境管理创新的绩效和生态环境的现状。由于篇幅有限部分指标数据(见表5)。 根据层次分析法计算出的权重，按照公式 Ft = ( A ∑ AiSI + B ∑ BiSi + C ∑ CmSm + D ∑ DnSn + E ∑ ExSx ) × 10 ，可以计算出九省市政府环境管理创新绩效的综合成绩，政府环境管理创新绩效的排名(见表6)。 通过以上数据我们可以看出，福建、广东省份政府环境管理创新绩效排名靠前，福建省凭借其高森林覆盖率、污染物无害化率、高空气达标率获得政府生态环境管理绩效评价第一名，广东和安徽省紧随其后，而黑龙省湿地面积大，自然保护区多，而且高森林覆盖率、城市生活垃圾高无害化率排列第五； Table 5 Government environmental management innovation performance evaluation part of the index specific valu 省市 森林覆盖率% 建成区绿化覆盖率% 自然保护区占辖区面比重% 人均GDP增长率% 城市生活垃圾无害化率% 空气达标率/年 生态环境支出占GDP比重% 人均城市道路面积增长率% 人均公园绿地面积增长率% 黑龙江 43.2 36.0 13.6 4.1 95.0 80.7 0.481 1.3 −0.08 新疆 4.2 36.8 12.0 6.8 81.9 86.3 0.490 17.6 6.5 北京 35.8 49.1 8.0 5.7 99.6 47.1 0.866 −2.2 25 河北 23.4 41.9 3.8 2.8 86.6 41.6 0.355 1.5 2.8 四川 35.2 37.5 18.6 7.7 95.4 90.8 0.346 0.6 0.5 广东 51.3 41.4 7.5 7.9 86.4 85.1 0.066 6.9 2.1 福建 66.0 42.8 3.2 9.2 97.9 94.4 0.317 1.5 1.5 安徽 27.5 41.2 3.8 7.6 99.5 88.1 0.334 3.6 5.8 浙江 59.1 41.2 1.6 6.1 100.0 75.3 0.117 3.2 3.7 表5. 政府环境管理创新绩效评价部分指标具体数值 Table 6 Performance evaluation of government environmental management innovation performanc 地区 权重综合评价得分 评价等级 等级分数 排名 黑龙江 21.338 合格 90 5 新疆 20.147 良好 81 6 北京 17.809 合格 79 8 河北 13.876 合格 75 9 四川 19.183 合格 80 7 广东 22.186 优秀 88 2 福建 24.400 优秀 92 1 安徽 21.496 良好 86 3 浙江 21.339 良好 83 4 表6. 政府环境管理创新绩效综合评价绩效 河北、新北京排名靠后，但是，值得注意的是虽然北京的生态环境支出占GDP比重很高，但是其评价绩效水平较低。分析原因一是北京人数多，空间狭小造成的生态活力不足，另一方面，北京环境工作开展较早，生态环境基础设施完善率较高，因而增长率相对较低。 2014年，我国发布关于生态文明的第五部绿皮书《中国省域生态文明建设评价报告(ECI)》，展示了我国生态文明建设评价的最新研究成果。其中GECI2014更加偏重考察生态环境和资源状况，在排行榜中海南省(80.54)分位居第一名，而河北(55.71)分排在最后一名。江西、黑龙江等省份跃入前十，而北京、广东等经济大省跌出绿色生态文明建设指数榜单前十。通过参照2014年国家公布的各省市生态文明建设情况，与层次分析模型计算出的政府环境管理创新绩效评价相比，排名顺序基本一致，但是一些省份排名存在差距。其中北京排名与GECI2014相比较更加落后，其原因是政府环境管理创新绩效评价中数据采用的相对值，采用比率的方式消除了指标单位之间的不一致性。
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user: 6. 提高政府环境管理创新绩效措施 6.1. 合理运用环境管理创新绩效评价结果 组织绩效管理理论提出，绩效评价结果的应用尤为重要，只有正确运用评价结果才能达到激励管理能力和提高管理绩效的目标。在服务型社会的背景下，政府环境管理创新绩效评价是构成政府绩效的重要组成部分，将评价结果作为提高政府环境管理能力和增强环境管理意识的重要内容，使之成为行政问责和政府环境管理预算安排的依据，从而推动我国政府绩效评价结果的有效运用。因此，合理评价政府环境管理创新绩效，最大程度利用评价结果的有效性对于提高各级政府环境管理能力，提升政府绩效管理水平，推进我国生态文明建设发展，构建美丽中国具有重要意义。另一方面，认真分析政府环境管理的结果，研究政府环境管理的规律，能够为改善政府环境管理提供科学指导。 6.2. 科学调整评价指标权重 科学的评价指标体系对于评价结果发挥至关重要的作用，只有设计一套科学全面的评价指标体系才能提高评价结果的公平性。在以往的评价指标体系中，经济相关评价指标占据一大部分，而对于不同的省市而言，这方面存在很大差距，如果将经济类指标权重设定太高不仅影响政府环境管理创新的水平，还会导致政府环境管理积极性的下降。同时，提高改善类指标的权重，改善类指标的权重主要包括公众、企业、政府为生态环境的发展而采取的措施，涉及节能减排、人文发展和生态环境教育等指标。由于改善类指标在政府、企业和个人的努力下能够在一定程度上改善地区的生态环境现状，因此，在评价过程中添加更多的改善类指标，提高其指标的权重能够提高政府和企业环境管理创新的积极性，从而改善生态环境的现状，也更加体现了评价政府环境管理创新绩效的公平性。 6.3. 精简评价指标数量 随着社会经济的发展，一些指标已经不能正确反映生态环境管理的绩效，即指标的滞后性，滞后性是现有评价指标体系中普遍存在的问题，这是因为大部分指标都采用国家公布的权威数据，权威数据是经过一段时间收集、分析和整理合成的数据，因此本身带有一定的滞后性。滞后性虽然不能完全避免，但是可以通过精简评价指标体系中的指标数量，节约计算时间等方式缓解滞后性。但是在精简指标数量的时候也要分析筛选具有代表性和可操作性的指标，避免使用主观性太强、争议过大的指标，在构建评价指标体系的过程中要结合时代发展，与时俱进，只有这样才能做到评价指标精简而全面，评价结果才能更加科学合理。 通过分析影响政府环境管理创新的因素，从经济管理创新、社会管理创新、生态管理创新、公众参与式评价创新、技术管理创新四个维度出发，经过专家的讨论分析、结合国内外生态文明建设的经验，从而构建比较全面、合理的政府环境管理创新绩效评价体系。明确影响政府环境管理创新绩效的重要因素。政府环境管理创新是一项复杂的工程，覆盖了政府绩效管理的方方面面，为了进一步推动新形势下生态文明建设的步伐，必须优化政府环境管理创新评价模式，提高绩效评价结果的使用价值，鼓励企业转变发展方式，推进绿色创新、可持续发展。
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user: 7. 文章总结 在生态文明背景和科技创新背景下，政府作为公共服务市场主体，如何转变管理方式，提高管理效率、如何创新政府管理方式，节约成本、最大化地服务于公众，这些问题成为管理学界亟待研究和解决的问题。文章在此背景下，通过构建创新管理指标体系，比较我国不同区域政府管理的效益，以实现监督政府不断改革创新，不断解决环境问题的目标。比较发现，我国沿海地区环境管理创新效益领先其它地区，因此，要加大监督和考核力度，平衡地区之间的创新发展鸿沟，传播领先地区的制度优势和创新优势，推动我国生态文明建设发展。
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user: 项目 黑龙江省养老地产项目运营期经营模式优化，项目编号：SYD2014-03。 基于系统动力学的黑龙江省养老地产经营模式选择，项目编号：LBH-Q13103。 基于岗位分析的市场营销专业创业培养模式，哈尔滨师范大学综合教学模式改革项目X2015-1-0135 研究生学科创新(创业)竞赛活动，哈尔滨师范大学研究生学术交流项目。 管理专业研究生创新胜任力培养模式黑龙江生学位与研究生教育与教学改革研究项目黑龙江省教育厅JGXM-HLJ-2015090。 基于校企合作的大学生创新创业培养模式研究黑龙江高等教育学会“十二五”高等教育科研课题X2015-1-01。
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user: 摘 要 可溶性纤维具有良好的生物可溶性，以及低容重，低成本等优点，是我国传统硅酸铝纤维的绝佳替代材料。介绍了硅酸镁陶瓷纤维的生物可溶性，国内外研发进展，结合实际，介绍了硅酸镁陶瓷纤维的理化性能及在工程上的应用。可溶性硅酸镁纤维具有满足较高的使用温度、力学性能优良、纤维含量高、耐候性能优良等特点，由于具有创新性该材料具有良好的耐火隔热性能及环保性能，该产品在耐火隔热领域潜力巨大。 关键词 :生物可溶性，硅酸镁，陶瓷纤维，耐火隔热，防火门 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 前言 陶瓷纤维制品是多孔状材料，气孔率高达90%以上，由于纤维材料内部充满低热导率的静态空气，产品导热系数低，保温效果好。纤维材料本身具有A级不燃、低容重等特性。传统保温材料如硅铝系陶瓷纤维阻燃隔热性能优良，在许多保温隔热领域如冶炼、石油化工、外墙保温等领域应用广泛。可是由于硅酸铝陶瓷纤维及矿物粉尘为惰性无机难降解材料，且微颗粒易和人体细胞产生反应，永久破坏基体细胞，所以大量使用硅酸铝陶瓷纤维会污染环境，对人体造成危害 [ 1 ] [ 2 ] ，欧美国家已经开始限制其使用范围。 从化学成分的角度，碱土可溶性陶瓷纤维的定义如下：该材料主要由二氧化硅和氧化镁、氧化钙等碱土金属氧化物(MgO， CaO)构成，同时，氧化镁、氧化钙等碱土金属氧化物化学含量高于18%，该材料又称为生物可溶性陶瓷纤维。生物学定义如下：可溶可降解不具有致癌特性，要求在人体的半消失期越短越好，上限低于10天，溶解速度快，大于100 ng/cm 2 ·h，如图1，图2所示 [ 3 ] [ 4 ] 。由定义可以看出该生物可溶性陶瓷纤维主要含有硅酸镁、硅酸钙，且含量越高生物可溶性越好；生物可溶性陶瓷纤维具有类似硅酸铝陶瓷纤维优良的阻燃隔热性能，同时该材料可溶降解，对人体无害，环境友好。 由于硅酸钙镁碱土陶瓷纤维具有优良的阻燃隔热的耐火耐热性能，优良的力学性能，且生物降解环境友好，现在该可溶性材料已经成为领域内的研究热点，硅酸钙镁可溶性陶瓷纤维的真空产品可以在1260℃环境下耐热使用24小时，收缩率小于3.5%，所以作为柔顺型耐热材料，使用安全可靠。最重要的是该材料生物降解速度快，对人体造成的伤害极小，所以学者和专家称其为可溶性陶瓷纤维、绿色环保陶瓷纤维、生物降解陶瓷纤维。虽然使用温度稍低于硅酸铝陶瓷纤维，但是其生物讲解的环保特性使其备受关注，前景良好。硅酸钙镁可溶性陶瓷纤维主要生产方式是菱镁矿何硅灰石矿熔融–淬冷甩丝成纤维，然后制备纤维毯、纤维板等制品。钙镁硅陶瓷纤维是一种环境友好型隔热保温材料，可替代具有致癌风险的硅酸铝陶瓷纤维，应用于许多隔热保温工业领域。同时，硅酸铝耐火材料每年30万吨以上的产能，使高岭土、焦宝石、煤矸石这些硅酸铝纤维原材料逐渐枯竭，品质不能保证，致使硅酸铝纤维毯的性能逐渐降低。环保方面，对废弃的硅酸铝保温材料缺乏有限的回收和处理。即使有些处理也极为随意，缺乏有效性，由于硅酸铝陶瓷纤维化学性能稳定，讲解困难，会对环境造成长久的污染，人体吸入致癌风险极高，不符合环保的要求 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 。 目前，还没有用于450℃~700℃的工作环境下的纤维状保温材料，可溶性硅酸镁纤维保温毯是针对工业保温领域推出的一种新型的保温材料，耐火温度可达1260℃，具有导热系数低、使用温度高、憎水性能优异、容重小、使用寿命长、施工便捷等优点，广泛用于工业保温领域，显著提高热能利用率，降 图1. 硅酸镁纤维晶格网络结构示意图 图2. 纤维在酸性条件下表面蚀刻 低客户的生产耗能和成本，为客户创造更高的价值。故开发这种新型的纤维状保温材料，具有重要意义 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。
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user: 2. 国内外现状 近年来，随着环保意识的提高，欧美国家经过技术攻关相继开发出了以SiO 2 、MgO、CaO为主要成分的可溶陶瓷性纤维。目前，美国、英国、法国等国家都相继开发了此种产品，获得许多技术专利(见表1)并已经进入使用领域 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。可溶性纤维的品种有散状纤维、针刺毯、湿法真空成型制品等，由于欧美国家研究人员对可溶性陶瓷纤维的研发较早，取得了一些成果，并在制造商的努力下投入生产和使用。欧美国家申报了很多生产技术包括生产设备和工艺方法方面的专利力图抬高门槛、垄断技术进而垄断市场赚取高额商业利益。我国相对于欧美国家对硅酸钙镁可溶性陶瓷纤维研究起步较晚，研究投入也非常有限，所以我们的技术和工艺相对于他们有比较大的差距，急需科研人员集中公关。国内的公司如鲁阳公司已经着手研发SiO 2 -CaO-MgO系陶瓷纤维制品——硅酸镁纤维毯 [ 4 ] [ 5 ] 。目前，非晶质陶瓷纤维毯的制造是将矿石原料在电弧炉或电阻炉熔融，然后离心甩丝法进行纤维化，然后压制成毯状。 由于MgO，CaO等成分的引入，有利于扩大成纤的黏度范围，改善成纤条件，提高了成纤率和纤维的柔软性。但由于MgO，CaO等成分的引入，生成CaO·SiO 2 、CaO·MgO·2SiO 2 等低熔点化合物，造成纤维耐热性的降低。故一般可溶性纤维属于低档陶瓷纤维，其产品多用作工业窑炉背衬材料。为提高可溶性纤维的耐热性能，满足防火耐火要求，采用了引入ZrO 2 以提高玻璃相黏度，抑制纤维受热结晶后晶粒生长速率，实现可溶性纤维耐热性能的提高、力学性能的改善。与国外企业相比，中国菱镁矿矿产丰富在研发制造上有很多需要提高的地方，这是国内耐火纤维发展的好机会 [ 2 ] [ 3 ] [ 5 ] 。