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，不少城市出現嚴重內澇現象，面臨著一次又一次的水淹城區、坐城觀海的尷尬局面。更為嚴重的是，當暴雨來襲，不僅城區多路段大面積積水，尤其是城市立交下穿隧道等下凹地帶，積水更為嚴重，輕者造成汽車拋錨等財產損失，重者造成人員傷亡。基于此，針對城市立交下穿隧道積水問題，筆者考慮設計一個“自開式智能窨井蓋”，在無雨水時自動關閉窨井蓋板，在暴雨天根據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，保護行人的人身財產安全。

關鍵詞：自開式 智能窨井蓋 工作原理 實施方案

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

生活環境是人類生存的最基本條件，環境的優劣與我們每個人、每個家庭密切相關，是我們創造幸福家園的根本基礎。在暴雨天，人們常看到環衛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，不難發現堵塞窨井蓋、造成排水不暢的罪魁禍首往往是一些塑料袋以及小樹枝、樹葉等雜物。政府部門對此也高度重視，汛前進行工作巡查，強化對城市排水防澇薄弱環節、重點部位的管理，加大城市管網的優化和改造，但暴雨造成的積水問題仍舊難以避免。

1 工作原理

1.1 井蓋自動調節打開

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兩點為固定支撐點，R、S、T為活動點，P為浮球接入點，Q為井蓋頂升點；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P點的浮球在水位上升力的作用下，使R點上升，杠桿L1、L2使得S點下降，其下降的距離由L1、L2的比例所決定；S點下降，杠桿L3、L4使得T點上升，其上升的距離由L3、L4的比例所決定。T點上升，頂起Q點的井蓋，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的觸點接入立交橋泵站的水位控制系統，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重點。

2 實施方案

首先，用鐵質材料網格、工程塑料材料網格、或不銹鋼材料網格（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、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，內部安裝有連桿浮球，連接杠桿的支撐點在大的長方體篦水籠內（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，使雨水順利進入集水井，由水泵抽入城市管網，如圖5所示。

如果考慮雜物太多，會影響水泵正常工作，需要將浮球觸點接入泵站電氣控制系統，并從氣控制系統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入集水井，由水泵抽入城市管網。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，積水透過鐵質網格經雜物粉碎裝置，無障礙進入立交橋泵站集水井。泵站水泵根據集水井內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。（2）當立交橋下有積水，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點向上運動，經杠桿L1、L2傳遞，使得S點下降。S點下降，再經杠桿L3、L4傳遞，使得T點上升，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入雜物粉碎裝置（集水井）。浮球向上運動帶動浮球開關接通信號，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計，其制作簡單、成本低廉、容易實施。它可以大大改善環衛職工的工作環境，降低環衛工人的勞動強度，節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、時間資源浪費以及人民警察、消防人員的搶險救災負擔。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生。

另外，該裝置原理，也可以推廣到地下人防設施、高層建筑的地下車庫等，在這些地方的運用也有著廣泛的經濟效益與社會效益。

人民幸福從改善人民的生活環境著手，防范自然災害、減少自然災害造成的損失關系到整個社會、每個家庭和每個人。為此，希望筆者的創新設計在消除自然災害損失中起到積極的作用，以小創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”的推廣與應用，為綠色城市建設做出積極的貢獻。

參考文獻

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