自开式智能窨井盖

端木方霖

摘 要：近年来，尤其在夏天多雨季节，不少城市出现严重内涝现象，面临着一次又一次的水淹城区、坐城观海的尴尬局面。更为严重的是，当暴雨来袭，不仅城区多路段大面积积水，尤其是城市立交下穿隧道等下凹地带，积水更为严重，轻者造成汽车抛锚等财产损失，重者造成人员伤亡。基于此，针对城市立交下穿隧道积水问题，笔者考虑设计一个“自开式智能窨井盖”，在无雨水时自动关闭窨井盖板，在暴雨天根据积水水位的上升自动打开窨井盖板，清除、粉碎杂物，确保排水通畅，保护行人的人身财产安全。

关键词：自开式 智能窨井盖 工作原理 实施方案

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0078-02

生活环境是人类生存的最基本条件，环境的优劣与我们每个人、每个家庭密切相关，是我们创造幸福家园的根本基础。在暴雨天，人们常看到环卫工人冒险去打开窨井盖，以使排水畅通。通过对这类事件的观察，不难发现堵塞窨井盖、造成排水不畅的罪魁祸首往往是一些塑料袋以及小树枝、树叶等杂物。政府部门对此也高度重视，汛前进行工作巡查，强化对城市排水防涝薄弱环节、重点部位的管理，加大城市管网的优化和改造，但暴雨造成的积水问题仍旧难以避免。

1 工作原理

1.1 井盖自动调节打开

其原理为我们所熟知的阿基米德的浮力原理和杠杆原理，如图1所示。

其中，A和B两点为固定支撑点，R、S、T为活动点，P为浮球接入点，Q为井盖顶升点；L1、L2是一根杠杆，分别为杠杆的两个力臂；L3、L4是另一根杠杆，分别为另一根杠杆的两个力臂。

当P点的浮球在水位上升力的作用下，使R点上升，杠杆L1、L2使得S点下降，其下降的距离由L1、L2的比例所决定；S点下降，杠杆L3、L4使得T点上升，其上升的距离由L3、L4的比例所决定。T点上升，顶起Q点的井盖，如图2所示。

其近似计算公式：

H2≈L4×[（H1/L1×L2）/L3]

理论抬升计算值见见表1。

1.2 杂物粉碎

塑料购物袋、塑料垃圾袋以及大风吹落的小树枝、树叶等是堵塞窨井盖的主要杂物，其粉碎方法很多，如以前常用的铰刀式，还有目前市场上出售的各式各样的厨房垃圾处理装置，尤其以采用多级研磨技术的处理装置为多，这些装置都可作为粉碎上述杂物的方法。我们只需将浮球开关的触点接入立交桥泵站的水位控制系统，在泵站水泵工作的情况下，启动粉碎装置和电动推杆向下推送杂物即可，此部分在此不作为侧重点。

2 实施方案

首先，用铁质材料网格、工程塑料材料网格、或不锈钢材料网格（见图3）做两个长方体的篦水笼，重量要轻。长方体篦水笼的高度确定了立交桥下积水的深度。这里分别选择尺寸500mm×350mm×400mm和350mm×350mm×400mm为例，如图4所示，介绍其工作过程。

大的长方体篦水笼上端盖板为两块（固定板和活动板），前后拼接，由铰链连成一个整体，前半部可向上抬起。固定板下安装有两个支撑点、连接杠杆、向上顶推杆和向下的电动推杆。小的长方体篦水笼上端盖板为固定的，内部安装有连杆浮球，连接杠杆的支撑点在大的长方体篦水笼内（两个篦水笼中上部相通）。

大的长方体篦水笼下端对接立交桥下泵站集水井的入口端，使雨水顺利进入集水井，由水泵抽入城市管网，如图5所示。

如果考虑杂物太多，会影响水泵正常工作，需要将浮球触点接入泵站电气控制系统，并从气控制系统启动杂物粉碎装置及电动推杆。在大的长方体篦水笼下端连接杂物粉碎装置，杂物粉碎装置的出口对接立交桥下泵站集水井的入口端，以便使雨水及粉碎后杂物进入集水井，由水泵抽入城市管网。电动推杆的作用是将杂物推向杂物粉碎装置，防止杂物浮在杂物粉碎装置上端，如图6所示。

小的长方体篦水笼下端为开放式，以利于立交桥下积水上升到一定水位时，浮球动作，打开大的长方体上端的活动盖板。

浮球触点及电动推杆接入的电源为直流24V，确保用电安全。

其具体工作过程：（1）立交桥下开始积水时，积水透过铁质网格经杂物粉碎装置，无障碍进入立交桥泵站集水井。泵站水泵根据集水井内部水位的高低及水位增长的速度，分别启动单泵、双泵或增加备用泵，使积水迅速排入城市管网。（2）当立交桥下有积水，也就是篦水笼的下部被杂物堵塞，但还未达到大的长方体篦水笼上部，浮球还未动作时，其积水仍然按照上述方式排出。（3）当立交桥下积水中的杂物完全把篦水笼堵塞时，浮球因为浮力作用使R点向上运动，经杠杆L1、L2传递，使得S点下降。S点下降，再经杠杆L3、L4传递，使得T点上升，推动篦水笼活动盖板向上打开。不论是积水还是杂物全部进入杂物粉碎装置（集水井）。浮球向上运动带动浮球开关接通信号，启动杂物粉碎装置和电动推杆工作，将杂物下推、粉碎，进入立交桥泵站集水井。使立交桥下的积水不高于大长方体篦水笼的高度。

3 社会效益与环境效益

“自开式智能窨井盖”主要是针对城市立交桥下积水而设计，其制作简单、成本低廉、容易实施。它可以大大改善环卫职工的工作环境，降低环卫工人的劳动强度，节省大量的人力和物力。同时，“自开式智能窨井盖”可以减少因地下道、立交桥积水而造成的城市交通瘫痪、人员滞留、时间资源浪费以及人民警察、消防人员的抢险救灾负担。更重要的是，在暴雨突袭的“险、紧、急”情况下，“自开式智能窨井盖”的积水处理可以大幅度减少汽车抛锚、人员伤亡等恶性事件的发生。

另外，该装置原理，也可以推广到地下人防设施、高层建筑的地下车库等，在这些地方的运用也有着广泛的经济效益与社会效益。

人民幸福从改善人民的生活环境着手，防范自然灾害、减少自然灾害造成的损失关系到整个社会、每個家庭和每个人。为此，希望笔者的创新设计在消除自然灾害损失中起到积极的作用，以小创新解决城市生活中的大问题，并期望通过“自开式智能窨井盖”的推广与应用，为绿色城市建设做出积极的贡献。

参考文献

[1] 孙皓宁.智能化井盖的应用[J].山东工业技术，2018（15）：129.

[2] 闫川，谭桦，孙悦涵.智慧城市下的智能窨井盖[J].科技与创新，2018（7）：61-62.

[3] 李千杨.关于城市窨井盖安全管理系统建设的探讨[J].电子世界，2017（13）：36-37.