防堵雨水井蓋的設計

肖日增

（茂名職業(yè)技術(shù)學院 機電信息系，廣東 茂名 525000）

城市內(nèi)澇是指由于強降水或連續(xù)性降水超過城市排水能力致使城市內(nèi)產(chǎn)生積水災害的現(xiàn)象，多發(fā)于立交橋下，過街的地下通道、鐵路橋、公路橋等城市低洼處。

城市內(nèi)澇是多種“城市病”集中作用的結(jié)果，其中一個最常見的原因是垃圾堵塞雨水井蓋。目前國內(nèi)外研究預防內(nèi)澇主要在城建規(guī)劃上和地下管網(wǎng)改造上，很少有自動排澇設施的研究。現(xiàn)有的雨水井蓋，亦稱排水井蓋、排水篩、雨水篩、市政井蓋，為了車輛及行人安全排水孔都做得很小，當下大雨和暴雨時，排水不及時，即引起水浸街，聚集垃圾時更易引起堵塞。

現(xiàn)應用機械設計原理設計開發(fā)當水流聚集時可自動增加排水量的防堵塞雨水井蓋，有效避免城市內(nèi)澇，達到防災減災、保護人身和財產(chǎn)安全的目的。

設計新型雙層防堵雨水井蓋的目的是提供一種當水流聚集時能擴大排水量的雨水井蓋。以解決增大排水量為中心，打破常規(guī)思維，運用機械創(chuàng)新設計的發(fā)散思維，加上計算機輔助、多學科結(jié)合等現(xiàn)代創(chuàng)新方法，根據(jù)機械設計原理設計防堵塞雨水井蓋，設計的要點有三。

（1）有效的泄洪能力。采用雙層結(jié)構(gòu)，上蓋板的排水孔口面積與現(xiàn)有的雨水井蓋相近；下蓋板的排水面積為上蓋板的排水孔口面積的1.8～3倍。當?shù)缆返挠晁奂鬏^多時，上蓋板能自動及時上升,有效擋開了覆蓋在雨水井蓋的垃圾，提供了排水面積比上蓋板排水面積大一倍的下蓋板，利用下蓋板時能加速排泄積水，有效避免水浸街道。

（2）具有足夠的強度。根據(jù)可靠性設計原理，新型的雨水井蓋應具有不低于原常用室外排水構(gòu)筑物標準的強度，不論是工作狀態(tài)還是常態(tài)。這決定了雙層板式不能用錯位式和下蓋板下降式，必須采用上蓋板上升的結(jié)構(gòu)，并且上蓋板遇人載或車載時能自動復位，與下蓋板與上蓋板相合時能上下配合起共同支承荷載的作用。

（3）雨水聚集流純機械結(jié)構(gòu)檢測裝置的設計。因為城市排水工程屬市政管理，很多雨水井口附近沒有市政用電，因此，設計純機械結(jié)構(gòu)成為關(guān)鍵技術(shù)。當?shù)缆返挠晁奂鬏^多時，上蓋板能自動及時上升；當?shù)缆返挠晁奂鬏^少時，上蓋板能自動下降復位，有效地解決了常見的市政難題。

根據(jù)不同的應用場地及結(jié)構(gòu)原理情況，本文提供了三種新型的雨水井蓋。

第一種是單向開啟式防堵塞雨水井蓋，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，雨水井蓋的上蓋板1一端和下蓋板2一端鉸接，上蓋板1靠近另一端端部位置，通過一杠桿控制機構(gòu)由下蓋板2底部接有一當集水量達到一定程度時可通過杠桿控制機構(gòu)，將上蓋板1呈銳角打開的集水桶5，其中上蓋板1、下蓋板2分別開有位置對應的上蓋板排水孔9和下蓋板排水孔10，且下蓋板排水孔的排水面積為上蓋板排水孔的2倍，集水桶5的底部和下部周邊開有泄水孔6，泄水孔為檢測與復位的關(guān)鍵。

弧形支桿3、杠桿的前臂、上蓋板與下蓋板構(gòu)成一個鉸鏈四桿機構(gòu)。鉸鏈四桿機構(gòu)是低副機構(gòu)，摩擦磨損較小，壽命長，適于傳遞較大的動力。

上蓋板1的底部有下凸肋8，下蓋板排水孔10有斜面11，下凸肋8與下蓋板排水孔的斜面11呈斜楔配合。杠桿控制機構(gòu)包括一杠桿4，杠桿的支點位于下蓋板底部，杠桿4一端與弧形支桿3鉸接，支桿3另一端與下凸肋8鉸接，杠桿4另一端與一吊桿7上端鉸接，吊桿7下端接在集水桶5上。

圖1 單向開啟式防堵塞雨水井蓋的立體示意圖

當下大雨和暴雨時，道路的雨水將聚集成流，集水桶5的集水量比集水桶的泄水孔6的排水量大時，集水桶5的水位上升。當集水桶5的重量達到臨界值以上時，通過杠桿控制機構(gòu)的作用慢慢撐起上蓋板1，這時上蓋板1擋開了原有的垃圾，露出了排水面積比上蓋板排水面積大的下蓋板，加速排泄積水。當?shù)缆返挠晁奂鬏^少時，集水桶5的集水量比集水桶的泄水孔6的排水量小時，集水桶5的水位下降。當集水桶的重量達到臨界值以下時，上蓋板1慢慢下降復位。

在本實用新型中，上蓋板排水孔9面積與現(xiàn)有的雨水井蓋相近；下蓋板排水孔10面積為上蓋板排水孔9面積的二倍，由于下凸肋8與下蓋板排水孔的斜面11呈斜楔配合，這樣使上蓋板和下蓋板變薄也具有足夠的強度和安全性。

由于上蓋板1在打開工作狀態(tài)下，明顯高于地面，安全標志明顯，即使深水狀態(tài)時也有渦流排水特征，車輛行人能自覺避開。假如車輛碾壓打開的上蓋板或行人行踏上打開的上蓋板，由于車輛或行人重量作用大于集水桶的重量作用，上蓋板會安全合上，車輛或行人過后再次打開。

這種結(jié)構(gòu)只適用于單向行駛的道路，為適應雙向行駛的道路，再設計了第二種防堵塞雨水井蓋——中間開啟式防堵塞雨水井蓋，如圖2所示，其上蓋板由兩段通過鉸軸鉸接而成，在上蓋板兩端部的兩外側(cè)分別設置有滑動銷，與下蓋板兩側(cè)導滑板里側(cè)的滑動槽配合，下蓋板兩側(cè)導滑板與下蓋板通過螺絲連接。

安裝時使上蓋板上的兩導滑板與車輛行駛方向平行，假如車輛碾壓打開的上蓋板或行人行踏上打開的上蓋板，由于車輛或行人重量作用大于集水桶的重量作用，上蓋板會安全合上，車輛或行人過后再次打開。

第二種防堵塞雨水井蓋——浮力式防堵塞雨水井蓋，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種雨水井蓋的上蓋板、下蓋板和集水桶的結(jié)構(gòu)同第二種結(jié)構(gòu)，推動的原動力由浮力產(chǎn)生。

圖2 中間開啟式防堵塞雨水井蓋

圖3 浮力式防堵塞雨水井蓋

以上提供的三種新型防堵塞雨水井蓋具諸多有益效果，具有推廣使用價值。

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