防堵雨水井盖的设计

2018-03-02肖日增

中国设备工程 2018年2期

肖日增

（茂名职业技术学院机电信息系，广东茂名 525000）

城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象，多发于立交桥下，过街的地下通道、铁路桥、公路桥等城市低洼处。

城市内涝是多种“城市病”集中作用的结果，其中一个最常见的原因是垃圾堵塞雨水井盖。目前国内外研究预防内涝主要在城建规划上和地下管网改造上，很少有自动排涝设施的研究。现有的雨水井盖，亦称排水井盖、排水筛、雨水筛、市政井盖，为了车辆及行人安全排水孔都做得很小，当下大雨和暴雨时，排水不及时，即引起水浸街，聚集垃圾时更易引起堵塞。

现应用机械设计原理设计开发当水流聚集时可自动增加排水量的防堵塞雨水井盖，有效避免城市内涝，达到防灾减灾、保护人身和财产安全的目的。

设计新型双层防堵雨水井盖的目的是提供一种当水流聚集时能扩大排水量的雨水井盖。以解决增大排水量为中心，打破常规思维，运用机械创新设计的发散思维，加上计算机辅助、多学科结合等现代创新方法，根据机械设计原理设计防堵塞雨水井盖，设计的要点有三。

（1）有效的泄洪能力。采用双层结构，上盖板的排水孔口面积与现有的雨水井盖相近；下盖板的排水面积为上盖板的排水孔口面积的1.8～3倍。当道路的雨水聚集流较多时，上盖板能自动及时上升,有效挡开了覆盖在雨水井盖的垃圾，提供了排水面积比上盖板排水面积大一倍的下盖板，利用下盖板时能加速排泄积水，有效避免水浸街道。

（2）具有足够的强度。根据可靠性设计原理，新型的雨水井盖应具有不低于原常用室外排水构筑物标准的强度，不论是工作状态还是常态。这决定了双层板式不能用错位式和下盖板下降式，必须采用上盖板上升的结构，并且上盖板遇人载或车载时能自动复位，与下盖板与上盖板相合时能上下配合起共同支承荷载的作用。

（3）雨水聚集流纯机械结构检测装置的设计。因为城市排水工程属市政管理，很多雨水井口附近没有市政用电，因此，设计纯机械结构成为关键技术。当道路的雨水聚集流较多时，上盖板能自动及时上升；当道路的雨水聚集流较少时，上盖板能自动下降复位，有效地解决了常见的市政难题。

根据不同的应用场地及结构原理情况，本文提供了三种新型的雨水井盖。

第一种是单向开启式防堵塞雨水井盖，其结构示意图如图1所示，雨水井盖的上盖板1一端和下盖板2一端铰接，上盖板1靠近另一端端部位置，通过一杠杆控制机构由下盖板2底部接有一当集水量达到一定程度时可通过杠杆控制机构，将上盖板1呈锐角打开的集水桶5，其中上盖板1、下盖板2分别开有位置对应的上盖板排水孔9和下盖板排水孔10，且下盖板排水孔的排水面积为上盖板排水孔的2倍，集水桶5的底部和下部周边开有泄水孔6，泄水孔为检测与复位的关键。

弧形支杆3、杠杆的前臂、上盖板与下盖板构成一个铰链四杆机构。铰链四杆机构是低副机构，摩擦磨损较小，寿命长，适于传递较大的动力。

上盖板1的底部有下凸肋8，下盖板排水孔10有斜面11，下凸肋8与下盖板排水孔的斜面11呈斜楔配合。杠杆控制机构包括一杠杆4，杠杆的支点位于下盖板底部，杠杆4一端与弧形支杆3铰接，支杆3另一端与下凸肋8铰接，杠杆4另一端与一吊杆7上端铰接，吊杆7下端接在集水桶5上。

图1 单向开启式防堵塞雨水井盖的立体示意图

当下大雨和暴雨时，道路的雨水将聚集成流，集水桶5的集水量比集水桶的泄水孔6的排水量大时，集水桶5的水位上升。当集水桶5的重量达到临界值以上时，通过杠杆控制机构的作用慢慢撑起上盖板1，这时上盖板1挡开了原有的垃圾，露出了排水面积比上盖板排水面积大的下盖板，加速排泄积水。当道路的雨水聚集流较少时，集水桶5的集水量比集水桶的泄水孔6的排水量小时，集水桶5的水位下降。当集水桶的重量达到临界值以下时，上盖板1慢慢下降复位。

在本实用新型中，上盖板排水孔9面积与现有的雨水井盖相近；下盖板排水孔10面积为上盖板排水孔9面积的二倍，由于下凸肋8与下盖板排水孔的斜面11呈斜楔配合，这样使上盖板和下盖板变薄也具有足够的强度和安全性。

由于上盖板1在打开工作状态下，明显高于地面，安全标志明显，即使深水状态时也有涡流排水特征，车辆行人能自觉避开。假如车辆碾压打开的上盖板或行人行踏上打开的上盖板，由于车辆或行人重量作用大于集水桶的重量作用，上盖板会安全合上，车辆或行人过后再次打开。

这种结构只适用于单向行驶的道路，为适应双向行驶的道路，再设计了第二种防堵塞雨水井盖——中间开启式防堵塞雨水井盖，如图2所示，其上盖板由两段通过铰轴铰接而成，在上盖板两端部的两外侧分别设置有滑动销，与下盖板两侧导滑板里侧的滑动槽配合，下盖板两侧导滑板与下盖板通过螺丝连接。

安装时使上盖板上的两导滑板与车辆行驶方向平行，假如车辆碾压打开的上盖板或行人行踏上打开的上盖板，由于车辆或行人重量作用大于集水桶的重量作用，上盖板会安全合上，车辆或行人过后再次打开。

第二种防堵塞雨水井盖——浮力式防堵塞雨水井盖，具体结构如图3所示。这种雨水井盖的上盖板、下盖板和集水桶的结构同第二种结构，推动的原动力由浮力产生。