肖日增

（茂名職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電信息系，廣東 茂名 525000）

城市內(nèi)澇是指由于強(qiáng)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(zāi)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(yù)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(shè)施的研究?，F(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(dāng)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(yīng)用機(jī)械設(shè)計原理設(shè)計開發(fā)當(dāng)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(dá)到防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)人身和財產(chǎn)安全的目的。

設(shè)計新型雙層防堵雨水井蓋的目的是提供一種當(dāng)水流聚集時能擴(kuò)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(yùn)用機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的發(fā)散思維，加上計算機(jī)輔助、多學(xué)科結(jié)合等現(xiàn)代創(chuàng)新方法，根據(jù)機(jī)械設(shè)計原理設(shè)計防堵塞雨水井蓋，設(shè)計的要點(diǎn)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(dāng)?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(qiáng)度。根據(jù)可靠性設(shè)計原理，新型的雨水井蓋應(yīng)具有不低于原常用室外排水構(gòu)筑物標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)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(fù)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(jī)械結(jié)構(gòu)檢測裝置的設(shè)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(shè)計純機(jī)械結(jié)構(gòu)成為關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)?shù)缆返挠晁奂鬏^多時，上蓋板能自動及時上升；當(dāng)?shù)缆返挠晁奂鬏^少時，上蓋板能自動下降復(fù)位，有效地解決了常見的市政難題。

根據(jù)不同的應(yīng)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(jī)構(gòu)由下蓋板2底部接有一當(dāng)集水量達(dá)到一定程度時可通過杠桿控制機(jī)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(yīng)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(fù)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(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)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(jī)構(gòu)包括一杠桿4，杠桿的支點(diǎn)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(dāng)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(dāng)集水桶5的重量達(dá)到臨界值以上時，通過杠桿控制機(jī)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(dāng)?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(dāng)集水桶的重量達(dá)到臨界值以下時，上蓋板1慢慢下降復(fù)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(qiáng)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(biāo)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(yīng)雙向行駛的道路，再設(shè)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(shè)置有滑動銷，與下蓋板兩側(cè)導(dǎo)滑板里側(cè)的滑動槽配合，下蓋板兩側(cè)導(dǎo)滑板與下蓋板通過螺絲連接。

安裝時使上蓋板上的兩導(dǎo)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。

[1]楊家軍.機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計[M].華中科技大學(xué)版社,2000.

[2] 王啟,王文博等.常用機(jī)械零部件可靠性設(shè)計[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2017.

[3]劉小群,吳啟仁.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].人民郵電出版社,2007.

[4]劉惟信.機(jī)械可靠性設(shè)計[M].清華大學(xué)出版社,1996.

[5]許尚賢.機(jī)械零部件現(xiàn)代設(shè)計方法[M].高等教育出版社,1996.