自開式智能窨井蓋

端木方霖

摘 要：近年來，尤其在夏天多雨季節(jié)，不少城市出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇現(xiàn)象，面臨著一次又一次的水淹城區(qū)、坐城觀海的尷尬局面。更為嚴(yán)重的是，當(dāng)暴雨來襲，不僅城區(qū)多路段大面積積水，尤其是城市立交下穿隧道等下凹地帶，積水更為嚴(yán)重，輕者造成汽車拋錨等財產(chǎn)損失，重者造成人員傷亡?；诖耍槍Τ鞘辛⒔幌麓┧淼婪e水問題，筆者考慮設(shè)計一個“自開式智能窨井蓋”，在無雨水時自動關(guān)閉窨井蓋板，在暴雨天根據(jù)積水水位的上升自動打開窨井蓋板，清除、粉碎雜物，確保排水通暢，保護(hù)行人的人身財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：自開式 智能窨井蓋 工作原理 實施方案

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0078-02

生活環(huán)境是人類生存的最基本條件，環(huán)境的優(yōu)劣與我們每個人、每個家庭密切相關(guān)，是我們創(chuàng)造幸福家園的根本基礎(chǔ)。在暴雨天，人們?？吹江h(huán)衛(wèi)工人冒險去打開窨井蓋，以使排水暢通。通過對這類事件的觀察，不難發(fā)現(xiàn)堵塞窨井蓋、造成排水不暢的罪魁禍?zhǔn)淄且恍┧芰洗约靶渲Α淙~等雜物。政府部門對此也高度重視，汛前進(jìn)行工作巡查，強(qiáng)化對城市排水防澇薄弱環(huán)節(jié)、重點(diǎn)部位的管理，加大城市管網(wǎng)的優(yōu)化和改造，但暴雨造成的積水問題仍舊難以避免。

1 工作原理

1.1 井蓋自動調(diào)節(jié)打開

其原理為我們所熟知的阿基米德的浮力原理和杠桿原理，如圖1所示。

其中，A和B兩點(diǎn)為固定支撐點(diǎn)，R、S、T為活動點(diǎn)，P為浮球接入點(diǎn)，Q為井蓋頂升點(diǎn)；L1、L2是一根杠桿，分別為杠桿的兩個力臂；L3、L4是另一根杠桿，分別為另一根杠桿的兩個力臂。

當(dāng)P點(diǎn)的浮球在水位上升力的作用下，使R點(diǎn)上升，杠桿L1、L2使得S點(diǎn)下降，其下降的距離由L1、L2的比例所決定；S點(diǎn)下降，杠桿L3、L4使得T點(diǎn)上升，其上升的距離由L3、L4的比例所決定。T點(diǎn)上升，頂起Q點(diǎn)的井蓋，如圖2所示。

其近似計算公式：

H2≈L4×[（H1/L1×L2）/L3]

理論抬升計算值見見表1。

1.2 雜物粉碎

塑料購物袋、塑料垃圾袋以及大風(fēng)吹落的小樹枝、樹葉等是堵塞窨井蓋的主要雜物，其粉碎方法很多，如以前常用的鉸刀式，還有目前市場上出售的各式各樣的廚房垃圾處理裝置，尤其以采用多級研磨技術(shù)的處理裝置為多，這些裝置都可作為粉碎上述雜物的方法。我們只需將浮球開關(guān)的觸點(diǎn)接入立交橋泵站的水位控制系統(tǒng)，在泵站水泵工作的情況下，啟動粉碎裝置和電動推桿向下推送雜物即可，此部分在此不作為側(cè)重點(diǎn)。

2 實施方案

首先，用鐵質(zhì)材料網(wǎng)格、工程塑料材料網(wǎng)格、或不銹鋼材料網(wǎng)格（見圖3）做兩個長方體的篦水籠，重量要輕。長方體篦水籠的高度確定了立交橋下積水的深度。這里分別選擇尺寸500mm×350mm×400mm和350mm×350mm×400mm為例，如圖4所示，介紹其工作過程。

大的長方體篦水籠上端蓋板為兩塊（固定板和活動板），前后拼接，由鉸鏈連成一個整體，前半部可向上抬起。固定板下安裝有兩個支撐點(diǎn)、連接杠桿、向上頂推桿和向下的電動推桿。小的長方體篦水籠上端蓋板為固定的，內(nèi)部安裝有連桿浮球，連接杠桿的支撐點(diǎn)在大的長方體篦水籠內(nèi)（兩個篦水籠中上部相通）。

大的長方體篦水籠下端對接立交橋下泵站集水井的入口端，使雨水順利進(jìn)入集水井，由水泵抽入城市管網(wǎng)，如圖5所示。

如果考慮雜物太多，會影響水泵正常工作，需要將浮球觸點(diǎn)接入泵站電氣控制系統(tǒng)，并從氣控制系統(tǒng)啟動雜物粉碎裝置及電動推桿。在大的長方體篦水籠下端連接雜物粉碎裝置，雜物粉碎裝置的出口對接立交橋下泵站集水井的入口端，以便使雨水及粉碎后雜物進(jìn)入集水井，由水泵抽入城市管網(wǎng)。電動推桿的作用是將雜物推向雜物粉碎裝置，防止雜物浮在雜物粉碎裝置上端，如圖6所示。

小的長方體篦水籠下端為開放式，以利于立交橋下積水上升到一定水位時，浮球動作，打開大的長方體上端的活動蓋板。

浮球觸點(diǎn)及電動推桿接入的電源為直流24V，確保用電安全。

其具體工作過程：（1）立交橋下開始積水時，積水透過鐵質(zhì)網(wǎng)格經(jīng)雜物粉碎裝置，無障礙進(jìn)入立交橋泵站集水井。泵站水泵根據(jù)集水井內(nèi)部水位的高低及水位增長的速度，分別啟動單泵、雙泵或增加備用泵，使積水迅速排入城市管網(wǎng)。（2）當(dāng)立交橋下有積水，也就是篦水籠的下部被雜物堵塞，但還未達(dá)到大的長方體篦水籠上部，浮球還未動作時，其積水仍然按照上述方式排出。（3）當(dāng)立交橋下積水中的雜物完全把篦水籠堵塞時，浮球因為浮力作用使R點(diǎn)向上運(yùn)動，經(jīng)杠桿L1、L2傳遞，使得S點(diǎn)下降。S點(diǎn)下降，再經(jīng)杠桿L3、L4傳遞，使得T點(diǎn)上升，推動篦水籠活動蓋板向上打開。不論是積水還是雜物全部進(jìn)入雜物粉碎裝置（集水井）。浮球向上運(yùn)動帶動浮球開關(guān)接通信號，啟動雜物粉碎裝置和電動推桿工作，將雜物下推、粉碎，進(jìn)入立交橋泵站集水井。使立交橋下的積水不高于大長方體篦水籠的高度。

3 社會效益與環(huán)境效益

“自開式智能窨井蓋”主要是針對城市立交橋下積水而設(shè)計，其制作簡單、成本低廉、容易實施。它可以大大改善環(huán)衛(wèi)職工的工作環(huán)境，降低環(huán)衛(wèi)工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)省大量的人力和物力。同時，“自開式智能窨井蓋”可以減少因地下道、立交橋積水而造成的城市交通癱瘓、人員滯留、時間資源浪費(fèi)以及人民警察、消防人員的搶險救災(zāi)負(fù)擔(dān)。更重要的是，在暴雨突襲的“險、緊、急”情況下，“自開式智能窨井蓋”的積水處理可以大幅度減少汽車拋錨、人員傷亡等惡性事件的發(fā)生。

另外，該裝置原理，也可以推廣到地下人防設(shè)施、高層建筑的地下車庫等，在這些地方的運(yùn)用也有著廣泛的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

人民幸福從改善人民的生活環(huán)境著手，防范自然災(zāi)害、減少自然災(zāi)害造成的損失關(guān)系到整個社會、每個家庭和每個人。為此，希望筆者的創(chuàng)新設(shè)計在消除自然災(zāi)害損失中起到積極的作用，以小創(chuàng)新解決城市生活中的大問題，并期望通過“自開式智能窨井蓋”的推廣與應(yīng)用，為綠色城市建設(shè)做出積極的貢獻(xiàn)。

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