“Z字型”防搖防響疊扣電纜蓋板的研究與應(yīng)用

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有電纜蓋板井蓋存在的位移翻起、噪聲及邊緣磨損等問(wèn)題，研究并設(shè)計(jì)了一種“Z字型”防搖防響疊扣電纜蓋板。通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能的分析，闡述了該蓋板的創(chuàng)新點(diǎn)及實(shí)際使用效果，為電纜蓋板的優(yōu)化改進(jìn)提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：電纜蓋板；防擺；防振；搭接；優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TB533+.4" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）06-0043-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.06.011

0" " 引言

在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與發(fā)展的背景下，現(xiàn)有的電纜蓋板井蓋在實(shí)際應(yīng)用中暴露出了諸多問(wèn)題，給城市基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行和居民的生活帶來(lái)了諸多不便和安全隱患[1]。

目前常見的電纜蓋板井蓋多采用平板式設(shè)計(jì)，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)，蓋板井蓋會(huì)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)和噪聲，不僅影響周邊居民的生活質(zhì)量，還可能對(duì)道路結(jié)構(gòu)造成損害。此外，由于平板式蓋板井蓋的密封性較差，雨水、灰塵等容易進(jìn)入電纜井內(nèi)，導(dǎo)致電纜受潮、腐蝕，影響其使用壽命和電力傳輸?shù)陌踩訹2]。

本研究旨在研制一種“Z字型”上下拼疊的鋼筋混凝土電纜井蓋板，以有效解決現(xiàn)有電纜蓋板井蓋存在的晃動(dòng)、響聲、密封性差以及承載能力不足等問(wèn)題。

1" " 現(xiàn)有電纜蓋板井蓋的類型和特點(diǎn)

常用的井蓋有鑄鐵蓋板井蓋、混凝土蓋板井蓋、復(fù)合材料蓋板井蓋、鋼纖維混凝土蓋板井蓋。以復(fù)合材料蓋板井蓋為例，其一般采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）等材料，具有重量輕、耐腐蝕、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)；不過(guò)，其強(qiáng)度和承載能力相對(duì)較弱，在重載區(qū)域使用可能受到限制[3]。

2" " 問(wèn)題分析

2.1" " 現(xiàn)有電纜蓋板井蓋的問(wèn)題

盡管現(xiàn)有電纜蓋板井蓋在一定程度上滿足了基本的使用需求，但在長(zhǎng)期的實(shí)際應(yīng)用中，仍暴露出諸多問(wèn)題。

1）降噪性能差。車輛行駛經(jīng)過(guò)蓋板井蓋時(shí)，常常會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，給周邊環(huán)境帶來(lái)噪聲污染，影響居民的生活質(zhì)量。

2）長(zhǎng)期使用后的邊緣密封性問(wèn)題。隨著時(shí)間的推移，蓋板井蓋與井口邊緣的接觸部位容易出現(xiàn)磨損、松動(dòng)，導(dǎo)致密封性下降，雨水、雜物等容易進(jìn)入井內(nèi)，對(duì)電纜造成損害[4]。

2.2" " 噪聲產(chǎn)生的機(jī)制

由于車輛或行人的通行，電纜蓋板在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生振動(dòng)，并與底座產(chǎn)生摩擦。這種振動(dòng)通過(guò)蓋板和底座的剛性連接傳遞，引發(fā)結(jié)構(gòu)共振，從而放大了振動(dòng)幅度。同時(shí)，蓋板與底座之間的接觸面不夠光滑，存在微觀的凹凸不平，因此在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦噪聲。

2.3" " 邊緣磨損對(duì)后期維護(hù)的影響

電纜蓋板的邊緣在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于頻繁開合以及與底座摩擦，容易出現(xiàn)磨損。邊緣磨損會(huì)導(dǎo)致蓋板與電纜井之間的密封性下降，使得灰塵、水分等雜質(zhì)容易進(jìn)入電纜井內(nèi)，影響電纜的正常運(yùn)行和使用壽命。

3" " “Z字型”防搖防響疊扣電纜蓋板的設(shè)計(jì)

3.1" " 抗壓抗震設(shè)計(jì)

“Z字型”防搖防響疊扣電纜蓋板由上蓋板和下蓋板兩部分組成，如圖1所示。圓形上蓋板部分直徑為90 cm，厚度為長(zhǎng)端3 cm，短端2 cm，采用高強(qiáng)度的鋼筋混凝土制成，以確保足夠的承載能力。圓孔形下蓋板部分的內(nèi)徑與上蓋板直徑相匹配，外徑為96 cm，深度為5 cm，同樣采用高強(qiáng)度的鋼筋混凝土。上蓋板和下蓋板的“Z字型”拼疊結(jié)構(gòu)巧妙地增加了接觸面積，提高了連接的穩(wěn)定性。由于蓋板相互拼疊咬合的作用，當(dāng)該設(shè)計(jì)受到壓力時(shí)，壓力能夠均勻地分布在各個(gè)咬合點(diǎn)上，避免了局部受力過(guò)大導(dǎo)致的變形。同時(shí)，拼疊咬合結(jié)構(gòu)增加了蓋板整體的剛性和穩(wěn)定性，能夠有效地抵抗地震等外力的沖擊，提高了蓋板的抗壓抗震能力。這種設(shè)計(jì)通過(guò)在上蓋板和下蓋板的接觸面上設(shè)置相互匹配的凸起和凹槽來(lái)實(shí)現(xiàn)，使得蓋板在受到外力時(shí)能夠緊密咬合，共同承受壓力和振動(dòng)。

3.2" " 降噪設(shè)計(jì)

圖2所示為車輛載荷示意圖，車輛載荷從-1 250 mm位置駛?cè)?，并沿橫軸方向向前行駛，直至到達(dá)1 250 mm位置。在此載荷移動(dòng)過(guò)程中，需分析不同位置的應(yīng)力變化情況。

選取A、B、C點(diǎn)，它們位于砌體井身與井蓋以及混凝土面層接觸的平面上。同時(shí)，還選取了D、E、F點(diǎn)，這3個(gè)點(diǎn)處于與砌體井身垂直的混凝土面層中，如圖3所示。A、B、C三點(diǎn)剪應(yīng)力如圖4所示，D、E、F三點(diǎn)剪應(yīng)力如圖5所示。

基于以上分析，在咬合面設(shè)計(jì)弧形和預(yù)留腔是降低噪聲的關(guān)鍵。弧形接觸面能減少上蓋板與下蓋板之間的直接碰撞和摩擦，使沖擊力得到緩沖和分散。預(yù)留腔則形成了一個(gè)空氣緩沖層，能吸收振動(dòng)能量，減少聲音的傳播。當(dāng)蓋板受到外力作用時(shí)，弧形接觸面首先接觸，將沖擊力轉(zhuǎn)化為平滑的壓力，然后預(yù)留腔內(nèi)的空氣被壓縮和釋放，進(jìn)一步吸收能量，從而有效減少了噪聲的產(chǎn)生。

3.3" " 邊緣密封設(shè)計(jì)

電纜井蓋板的垂直面和斜面邊緣采用特殊的形狀設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期緊密連接。垂直面邊緣設(shè)計(jì)為向外凸起的弧形，與電纜井內(nèi)壁的凹槽相匹配，形成緊密的貼合。斜面邊緣則采用傾斜的角度，增加了蓋板與電纜井之間的接觸面積，同時(shí)在重力作用下，能夠更好地保持密封狀態(tài)。這種邊緣密封設(shè)計(jì)有效地防止了灰塵、水分和小動(dòng)物的進(jìn)入，提高了電纜井的密封性和安全性。

3.4" " 配套物聯(lián)網(wǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

對(duì)于重點(diǎn)監(jiān)測(cè)位置的電纜井蓋板，單獨(dú)設(shè)計(jì)了一套可附加的配套物聯(lián)網(wǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如圖6所示，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，選擇性添加。該系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)包含微動(dòng)開關(guān)、按壓發(fā)電單元、振動(dòng)傳感開關(guān)、遠(yuǎn)程信號(hào)發(fā)送+定位單元。工作原理如下：當(dāng)井蓋被異常移動(dòng)時(shí)，微動(dòng)開關(guān)在井蓋取出后持續(xù)供電并發(fā)出信號(hào)，振動(dòng)開關(guān)結(jié)合微動(dòng)開關(guān)數(shù)據(jù)將信號(hào)遠(yuǎn)程發(fā)送給后臺(tái)控制系統(tǒng)，后臺(tái)控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)判斷蓋板的異常狀態(tài)。

定位原理如下：

設(shè)定兩個(gè)參數(shù)N和M，標(biāo)識(shí)讀卡器數(shù)量和參考系內(nèi)電子節(jié)點(diǎn)數(shù)量，針對(duì)需要定位的電子標(biāo)簽，讀卡器持續(xù)進(jìn)行檢測(cè)。

以Sr=（s1r，s2r，…，snr）表示待定位電子標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)度矢量，其中i號(hào)讀卡器讀取對(duì)應(yīng)的第i個(gè)電子標(biāo)簽的信號(hào)（1≤i≤n）。針對(duì)整個(gè)參考系，設(shè)定信號(hào)強(qiáng)度矢量，以θj=（θ1j，θ2j，…，θnj）標(biāo)識(shí)j號(hào)標(biāo)簽的信號(hào)強(qiáng)弱（1≤j≤m）。則可將定位標(biāo)簽的位置數(shù)字化為以下公式[5]：

Erj=，1≤j≤m" " "（1）

式中：Erj是用來(lái)定位第j個(gè)標(biāo)簽的數(shù)字化距離。

基于此待定位電子標(biāo)簽的參考系內(nèi)坐標(biāo)可以簡(jiǎn)化為：

（x，y，z）=wl（xl，yl，zl）" " " " " " "（2）

式中：k表示待定位電子標(biāo)簽的最臨近前k個(gè)坐標(biāo)數(shù)；（xl，yl，zl）表示第l個(gè)電子標(biāo)簽的坐標(biāo)信息；wl表示第l個(gè)電子標(biāo)簽的權(quán)重因子，利用以下公式可以表示[6]：

wl=，l=1，2，…，k" " " " " " （3）

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以根據(jù)使用方對(duì)于電纜井蓋的定位和偵測(cè)精度要求，設(shè)定權(quán)重?cái)?shù)值。按照異常振動(dòng)的移動(dòng)距離，可將數(shù)值設(shè)定為8，通過(guò)信息處理軟件可以直接計(jì)算出井蓋的異常移動(dòng)狀態(tài)。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確識(shí)別電纜井蓋的異常狀態(tài)和異常移動(dòng)，具有不錯(cuò)的使用效果。

4" " 創(chuàng)新點(diǎn)與使用效果

1）上蓋板和下蓋板的“Z字型”拼疊結(jié)構(gòu)，能夠有效抗壓抗震。

2）在咬合面設(shè)計(jì)弧形和預(yù)留腔，有效降低了產(chǎn)生的噪聲。

3）電纜井蓋板的垂直面和斜面邊緣采用特殊的形狀設(shè)計(jì)，提高了電纜井的密封性和安全性。

4）配套物聯(lián)網(wǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)位置的井蓋移動(dòng)和異常振動(dòng)。

“Z字型”防搖防響疊扣電纜蓋板整體如圖7所示。

5" " 結(jié)論

本文所述電纜蓋板通過(guò)創(chuàng)新的“Z字型”拼疊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、弧形和預(yù)留腔設(shè)計(jì)、特殊形狀的邊緣設(shè)計(jì)以及配套的物聯(lián)網(wǎng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。在技術(shù)方面，該設(shè)計(jì)抗壓承力和降噪效果顯著，抗壓能力大于5 000 kg，振動(dòng)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)于普通鑄鐵井蓋；井蓋與底座縫隙極小，提升了密封性和安全性。

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收稿日期：2024-11-27

作者簡(jiǎn)介：駱宏偉（1983—），男，河北保定人，高級(jí)工程師，研究方向：配網(wǎng)運(yùn)行。