防澇自動調(diào)節(jié)井蓋

周 越 馮靖茹 孫一諾 王 悅

（燕山大學(xué)，河北 秦皇島066000）

由于氣候原因，我國東南沿海地區(qū)以及其它地區(qū)時常遭受暴雨的侵襲，面臨內(nèi)澇的災(zāi)害，嚴(yán)重影響市民的日常生活，雖然當(dāng)前各大城市會有增強(qiáng)城市排水的方式，但是局部地區(qū)仍然會發(fā)生嚴(yán)重的水澇災(zāi)害。因此，這個項(xiàng)目主要用來解決城市內(nèi)澇嚴(yán)重，減少暴雨天氣對市民日常生活的影響。

1 工藝原理

井蓋的結(jié)構(gòu)上分為兩部分，主體和副體。主體主要是圓形格柵狀井蓋，用來日常受力與排水。副體則是技術(shù)核心，為彈性漏水器，主要由帶有排水孔的圓形鐵板和彈簧以及空心圓柱狀漏水罩組成。所述彈性漏水器可根據(jù)水流量的大小來改變鐵板與隔柵狀井蓋的距離，以此來實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際情況來任意改變排水量的大小。較日常排水井蓋不同之處，此項(xiàng)目增加了一個副體，由帶有排水孔的圓形鐵板和彈簧以及圓柱狀空心管組成，彈簧的主要作用是來支撐圓形鐵板與隔柵狀井蓋緊密閉合，當(dāng)水流量增大時，圓形鐵板會在水流的壓力下順圓柱狀空心管下移，從而改變圓形鐵板和隔柵狀井蓋之間的開放程度。

當(dāng)無需排水或排水量較小時，彈性驅(qū)動件抵頂于并蓋副體的卜表面，所述封堵片嵌合于排水孔內(nèi);且封堵片與排水孔間的間隙、中軸管和水流承載器底端的漏水孔形成排水當(dāng)排水量較大時,水流承載器內(nèi)承載較多的積水;積水下壓水流承載器;水流承載器帶動井蓋副體向下運(yùn)動;同時,所述滑塊沿滑槽做滑移式運(yùn)動,井蓋副體下壓彈性驅(qū)動件;所述封堵片與排水孔分離并擴(kuò)大排水孔開度;當(dāng)排水量減少時,做相反運(yùn)動,直至封堵片與排水孔嵌合，以此來實(shí)現(xiàn)根據(jù)水流量的實(shí)際情況來自動調(diào)節(jié)井蓋的開放程度(圖1)。

2 主要優(yōu)勢

在日常狀態(tài)下處于閉合狀態(tài)，減少垃圾沙石等雜質(zhì)的進(jìn)入，從而減小堵塞的幾率，來增強(qiáng)暴雨突襲時城市的排水能力。較為理想的解決了道路屬性和排水屬性之間的矛盾，提高市政工程的經(jīng)濟(jì)效益。目前國內(nèi)大多數(shù)城市采用的是在道路邊緣設(shè)置排水槽，雖然采用的也是隔柵狀井蓋，但是這種井蓋屬于開放式的，日常生活的垃圾，樹葉，沙石等會大部分進(jìn)入排水槽，一旦暴雨來襲。就會發(fā)生堵塞，造成排水不暢。還需要投入大量的人力財力物力來進(jìn)行后期的維護(hù)。經(jīng)過改進(jìn)后，當(dāng)暴雨來襲時在道路或城區(qū)低洼處能夠高效率的排水，同時又可以避免泥沙垃圾等雜物進(jìn)入城市的排水管道，發(fā)揮市政工程的最大經(jīng)濟(jì)效益。對全面提高城市排水防澇能力，完善城市防洪設(shè)施有重要作用。

3 實(shí)驗(yàn)過程

在這個過程中了解了現(xiàn)在城市中井蓋的防澇情況，完成了我們自己的設(shè)計。同組成員加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作、分工合作、相互學(xué)習(xí)、相互溝通的能力，組員加強(qiáng)了自己思考問題、解決問題、獨(dú)立思考的能力。2019 年5 月30 日-2019 年6 月20 日。對現(xiàn)階段已有的井蓋做調(diào)研，研究井蓋的結(jié)構(gòu)，了解現(xiàn)在井蓋的防澇結(jié)構(gòu)，討論防澇自動調(diào)節(jié)式井蓋的構(gòu)造研究確定方向。明確團(tuán)隊(duì)成員各自分工。明確階段任務(wù)。明確財務(wù)分配。2019 年6 月30號-2019 年8 月20 號。團(tuán)隊(duì)小組對國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行匯總分析，查閱相關(guān)資料完成對防澇自動調(diào)節(jié)式井蓋的三大主要部件進(jìn)行研究與SOLIDWORKS 建模設(shè)計。2019 年8 月21 號-2019年10 月15 號。團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)一步完善了防澇自動調(diào)節(jié)井蓋的主體設(shè)計，通過對多種材料的對比分析，確定了防澇自動調(diào)節(jié)井蓋所用材料。2019 年10 月30 號-2020 年1 月30 號。初步進(jìn)行防澇井蓋的制作，并進(jìn)行第一步實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論，完善第一步設(shè)計中的不足，改進(jìn)設(shè)計并進(jìn)行建模實(shí)驗(yàn)，完成新的設(shè)計稿。2020 年2 月1 號-2020 年4 月10 號。進(jìn)行防澇井蓋的改進(jìn)，并進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)，完成本次項(xiàng)目。

在研究過程中井蓋主體設(shè)計中更多地考慮了較大垃圾的防漏，對于細(xì)小垃圾和泥沙的堵塞情況考慮不周。我們通過查閱材料、請教老師，通過模擬的方式找到這個問題的最優(yōu)解。在井蓋的設(shè)計中對于實(shí)際井蓋尺寸大小考慮不周，沒有考慮到井蓋的美觀性，我們參考了更多的市場數(shù)據(jù)來改進(jìn)我們的產(chǎn)品。在實(shí)際研發(fā)過程中，我們主要針對井蓋的材料和工作原理進(jìn)行了深入研究，我們在設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案后，通過不斷的模擬、改進(jìn)，最終形成了現(xiàn)在的模式。針對井蓋的材料，我們在了解了市面井蓋的材料后，又根據(jù)我們的需求和價格選擇了多種材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并找到了其中的最優(yōu)解。

4 問題討論及完善

我們希望該產(chǎn)品針對不慎進(jìn)入裝置中的垃圾，泥沙等雜物如何可以方便快捷的清理。在保證其性能不變前提下，設(shè)計更加美觀。改進(jìn)彈性漏水器，增加其功效。我們通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，尋找出最佳結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其最大性能。

圖1

5 實(shí)際意義

目前國內(nèi)大多數(shù)城市采用的是在道路邊緣設(shè)置排水槽，雖然采用的也是隔柵狀井蓋，但是這種井蓋屬于開放式的，日常生活的垃圾，樹葉，沙石等會大部分進(jìn)入排水槽，一旦暴雨來襲。就會發(fā)生堵塞，造成排水不暢。還需要投入大量的人力財力物力來進(jìn)行后期的維護(hù)。經(jīng)過改進(jìn)后，當(dāng)暴雨來襲時在道路或城區(qū)低洼處能夠高效率的排水，同時又可以避免泥沙垃圾等雜物進(jìn)入城市的排水管道，發(fā)揮市政工程的最大經(jīng)濟(jì)效益。對全面提高城市排水防澇能力，完善城市防洪設(shè)施有重要作用。

6 結(jié)論

我們希望該產(chǎn)品暴雨來襲時，在道路或城區(qū)低洼處能夠高效率的排水，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，尋找出最佳結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其最大性能，同時又可以避免泥沙垃圾等雜物進(jìn)入城市的排水管道，發(fā)揮市政工程的最大經(jīng)濟(jì)效益，城市生活不再受暴雨臺風(fēng)等惡劣天氣的影響。