CN104563161A - 具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖 - Google Patents

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Abstract

具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，包括呈圆环形的座体和圆盘型的盖体，所述座体包括定位圈和装配在定位圈内的座体颗粒阻尼器，座体颗粒阻尼器上表面和定位圈内壁之间设有金属橡胶多级减振垫圈，盖体设置在金属橡胶多级减振垫圈上，盖体下表面固定连接有盖体颗粒阻尼器，盖体颗粒阻尼器位于金属橡胶多级减振垫圈内部。本发明针对不同载重车辆都能保证较好的减振效果，且弹性元件有较好的耐腐蚀性和抗老化性；减振系统有较大的冲击阻尼，能有效吸收冲击振动的能量，以降低车辆驶过窨井盖体产生的冲击振动噪声，并改善盖体周围路面“烂边”和“裂缝”现象。

Description

具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖
技术领域
本发明属于市政设施制造技术领域，具体涉及一种具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖。
背景技术
出于城市道路和市政地下水道管网设施规划上的需要，用于封闭地下设施地面出入口的窨井盖经常会出现在机动车道和非机动车道。现有的窨井盖主要采用铸铁材料，由于不可避免的制造精度、安装误差和拆装磨损等因素，井盖和座体之间存在一定的间隙，当有车辆通过时，两者之间易产生冲击振动噪声。一方面，直接产生的剧烈冲击噪声会影响附近民众的生活，并对驾驶员产生一定的惊吓而影响行车安全；另一方面，在瞬时冲击的不断作用下，窨井盖与路面结合处经常会出现“烂边”和“裂缝”，加之雨水侵蚀和季节温差，这些“烂边”和“裂缝”周围的路面会逐步松散破损，不仅埋下较大的交通隐患，而且由于频繁翻修造成巨大的经济损失。
为有效降低车辆驶过窨井盖过程中产生的冲击噪声，改善冲击振动带来的窨井盖周围路面松散易损的问题，出现了各种减振消声型窨井盖。其中，中国专利申请号02115539.9、发明名称为“减振、消音路面窨井盖”，公开的新型减振窨井盖主要在井盖和座体之间增加了大阻尼型的弹性橡胶垫，用于吸收冲击力，而达到消除碰撞噪声的目的。该思路在实际中得到了广泛应用，前期使用效果较好，但由于材料本身的特性，橡胶件的耐腐蚀性和抗老化性都比较差，当橡胶件老化和磨损后，井盖和座体上沿会产生较大的结构落差，这会进一步增大车辆驶过窨井盖时的冲击力，并恶化窨井盖周围路面的状况。
中国专利申请号201210202832.2、发明名称为“减振及消音窨井盖”，公开的新型减振窨井盖主要在井盖内增加了弹性垫，当产生冲击时，井盖变形并导致弹性垫变形，进而达到减振吸能的作用。该新型窨井盖的减振效果依赖于盖板和弹性垫的刚度，刚度越小抗冲击能力越强，这对盖板的材料特性要求较高，同时由于小刚度的盖板变形会比较大，频繁的交替变形也会引起盖板疲劳破坏，因此该新型减振窨井盖的实现需要进一步研究。
中国专利号CN 101525885A、发明名称为“压板式窨井盖”，公开的减振型窨井盖主要在座体和井帽之间增加了弹性元件，通过减小座体向柔性路面的传递力，来达到改善路面“烂边”和“裂缝”现象的目的。该型减振窨井盖的减振效果主要依赖于弹性元件的刚度，虽然刚度较小抗冲击性较好，但小刚度带来的弹性元件的大位移变形，会使整个窨井盖系统相对于路面产生较大的往复波动，使得窨井盖与路面结合和密封困难，反而容易导致“裂缝”现象。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种减振效果好、冲击振动噪声低、使用寿命长、并可改善窨井盖周围路面“烂边”和“裂缝”现象的具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，包括呈圆环形的座体和圆盘型的盖体，所述座体包括定位圈和装配在定位圈内的座体颗粒阻尼器，座体颗粒阻尼器上表面和定位圈内壁之间设有金属橡胶多级减振垫圈，盖体设置在金属橡胶多级减振垫圈上，盖体下表面固定连接有盖体颗粒阻尼器，盖体颗粒阻尼器位于金属橡胶多级减振垫圈内部。
所述盖体颗粒阻尼器包括盖体阻振体和盖体颗粒填充物，盖体阻振体内部设有盖体阻振空腔，盖体颗粒填充物填充在盖体阻振空腔内部；所述盖体颗粒填充物可为规则和不规则的、金属和非金属颗粒材料，填充率为50%~100%。
所述金属橡胶多级减振垫圈包括支撑圈，支撑圈上表面有外到内依次设有限位圈、第一减振圈和第二减振圈，限位圈与第一减振圈之间、第一减振圈与第二减振圈之间均具有间隙，限位圈、第一减振圈与第二减振圈的高度依次降低形成阶梯结构，限位圈位于井盖外圆表面和定位圈内圆之间，盖体下表面支撑在第一减振圈上。
所述座体颗粒阻尼器包括设在座体内的座体阻振空腔和座体颗粒填充物，座体颗粒填充物填充在座体阻振空腔内部；所述座体阻振空腔整体为圆环状，座体阻振空腔的截面为矩形；所述座体颗粒填充物可为规则和不规则的、金属和非金属颗粒材料，填充率为50%~100%。
所述金属橡胶多级减振垫圈的支撑圈、限位圈、第一减振圈和第二减振圈为一体成型结构；金属橡胶多级减振垫圈为一种均质弹性多孔物质，金属橡胶多级减振垫圈内部使用直径为0.05-0.3mm的螺旋状金属丝相互交错形成空间网状结构，采用冷冲压方法成型，具有橡胶一样的弹性，同时在工作过程中螺旋状金属丝之间的干摩擦阻尼能够有效吸能振动冲击能量。
采用上述技术方案，金属橡胶多级减振垫圈安装在盖体和座体之间，用于缓冲盖体对座体的冲击；盖体和座体的冲击振动分别引起盖体颗粒阻尼器和座体颗粒阻尼器的阻振空腔振动，进而带动阻振空腔内填充的颗粒振动摩擦，通过动量交换和摩擦耗能达到宽频范围内复合减振的目的。
由于盖体阻振体不直接受力，其结构刚度无需特殊处理；座体阻振空腔直接受力，空腔的结构刚度和强度应大于普通井座设计要求。
金属橡胶多级减振垫圈为环状结构垫圈，且具有一定厚度的侧环面，能够有效隔离盖体在垂直和水平方向对座体的冲击。
金属橡胶多级减振垫圈上设置的第一减振圈和第二减振圈的阶梯型结构，具有多级减振特性，能够针对不同载重车辆驶过窨井盖产生的冲击进行有效减振。
金属橡胶多级减振垫圈具有耐高温腐蚀、抗老化和较好疲劳特性等优点，且对空间任意方向具有相似的减振特性，能有效替代非金属橡胶减振器。
盖体和座体的冲击振动引起阻振体振动，进而带动其内填充的颗粒振动摩擦，通过动量交换和摩擦耗能达到宽频范围内复合减振的目的。
阻振体横截面为矩形，需根据盖体和座体结构特点以及安装空间限制设计成一体。
座体阻振体使原结构截面产生突变，引起的结构阻抗失配能够加剧振动弹性波波形转换、散射和反射，进而阻抑定位圈中振动能量向座体阻振体的传递，达到减振消能的目的。
颗粒填充物可根据成本选择金属和非金属材料、规则和非规则的，同时由于减振效果与填充率关系密切，填充率一般为50%~100%。
本发明与现有技术相比，具体的有益效果：
1、本发明在不降低原有窨井盖体结构强度条件下，综合利用了新型多孔金属橡胶材料、多级减振结构，结构阻抗失配和颗粒阻尼减振消能设计技术，在保证其抗高温腐蚀老化的基础上，实现多重复合减振，具有良好的经济性及广阔的实际应用前景。
2、本发明与单一使用非金属橡胶多级减振垫圈减振的产品相比，其采用的金属橡胶能够长期在高温、低温、腐蚀和剧烈振动环境下保持较好的减振特性，其设计的多级减振结构能够有效针对不同载重车辆达到较好的减振效果。
3、本发明在现有窨井盖体和座体结构设计中增加了颗粒减振设计，通过颗粒的动量交换及碰撞摩擦，实现宽频范围内冲击振动能量的有效衰减。
4、盖体的刚度和强度变化较小，不影响疲劳寿命；弹性元件具有多级减振特性，针对不同载重车辆都能保证较好的减振效果，且弹性元件有较好的耐腐蚀性和抗老化性；减振系统有较大的冲击阻尼，能有效吸收冲击振动的能量，以降低车辆驶过窨井盖体产生的冲击振动噪声，并改善盖体周围路面“烂边”和“裂缝”现象。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中金属橡胶多级减振垫圈的放大图；
图3是多级减振特性示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，包括呈圆环形的座体1和圆盘型的盖体2，座体1包括定位圈3和装配在定位圈3内的座体颗粒阻尼器，座体颗粒阻尼器上表面和定位圈3内壁之间设有金属橡胶多级减振垫圈4，盖体2设置在金属橡胶多级减振垫圈4上，盖体2下表面固定连接有盖体颗粒阻尼器，盖体颗粒阻尼器位于金属橡胶多级减振垫圈4内部。
盖体颗粒阻尼器包括盖体阻振体5和盖体颗粒填充物52，盖体阻振体5内部设有盖体阻振空腔51，盖体颗粒填充物52填充在盖体阻振空腔51内部；所述盖体颗粒填充物52可为规则和不规则的、金属和非金属颗粒材料，填充率为50%~100%，优选90%。
金属橡胶减振垫圈4包括支撑圈7，支撑圈7上表面有外到内依次设有限位圈8、第一减振圈9和第二减振圈10，限位圈8与第一减振圈9之间、第一减振圈9与第二减振圈10之间均具有间隙6，限位圈8、第一减振圈9与第二减振圈10的高度依次降低形成阶梯结构，限位圈8位于井盖外圆表面和定位圈3内圆之间，盖体2下表面支撑在第一减振圈9上。
座体颗粒阻尼器包括设在座体1内的座体阻振空腔11和座体颗粒填充物12，座体颗粒填充物12填充在座体阻振空腔11内部；座体阻振空腔11整体为圆环状，座体阻振空腔11的截面为矩形；座体颗粒填充物12可为规则和不规则的、金属和非金属颗粒材料，填充率为50%~100%。
金属橡胶减振垫圈4的支撑圈7、限位圈8、第一减振圈9和第二减振圈10为一体成型结构；金属橡胶减振垫圈4为一种均质弹性多孔物质，金属橡胶减振垫圈4内部使用直径为0.05-0.3mm的螺旋状金属丝相互交错形成空间网状结构，采用冷冲压方法成型，具有橡胶一样的弹性，同时在工作过程中螺旋状金属丝之间的干摩擦阻尼能够有效吸能振动冲击能量。
盖体颗粒填充物52和座体颗粒填充物12可根据成本选择金属和非金属材料、规则和非规则的，同时由于减振效果与填充率关系密切，填充率一般为50%~100%。本实施例中的盖体颗粒填充物52和座体颗粒填充物12采用砂砾。
金属橡胶多级减振垫圈4安装在盖体2和座体1之间，用于缓冲盖体2对座体1的冲击；盖体2和座体1的冲击振动分别引起盖体颗粒阻尼器和座体颗粒阻尼器的阻振空腔振动，进而带动阻振空腔内填充的颗粒振动摩擦，通过动量交换和摩擦耗能达到宽频范围内复合减振的目的。
由于盖体2的盖体阻振体5不直接受力，其结构刚度无需特殊处理；座体1空心阻振体直接受力，座体1的结构刚度和强度应大于普通井座设计要求。
金属橡胶多级减振垫圈4为环状结构垫圈，且具有一定厚度的侧环面，能够有效隔离盖体2在垂直和水平方向对座体1的冲击。
金属橡胶多级减振垫圈4上设置的第一减振圈9和第二减振圈10的阶梯型结构，具有多级减振特性，能够针对不同载重车辆驶过窨井盖产生的冲击进行有效减振。
金属橡胶多级减振垫圈4具有耐高温腐蚀、抗老化和较好疲劳特性等优点，且对空间任意方向具有相似的减振特性，能有效替代非金属橡胶减振器。
盖体2和座体1的冲击振动引起盖体阻振空腔51和座体阻振空腔11的振动，进而带动其内填充的颗粒振动摩擦，通过动量交换和摩擦耗能达到宽频范围内复合减振的目的。
阻振空腔51和11的横截面为矩形，需根据盖体2和座体1结构特点以及安装空间限制设计成一体。
座体阻振体1使原结构截面产生突变，引起的结构阻抗失配能够加剧振动弹性波波形转换、散射和反射，进而阻抑定位圈中振动能量向座体阻振体的传递，达到减振消能的目的。
金属橡胶多级减振垫圈4的结构如图2所示，其减振特性为图3所示为三级减振。
由于不同减振刚度对不同载重车辆（不同轴荷）具有不同的减振效果，因此多级减振结构比单级减振结构具有更好的实用效果。本实施例采用图2所示的结构，采用第一减振圈9、第二减振圈10和支撑圈7以获得具有三级减振效果。当金属橡胶材料特性确定的情况下，各级减振刚度的调整主要依靠第一减振圈9的宽度w1、第二减振圈10的宽度w2和支撑圈7的支撑宽度w3，而各级刚度作用范围靠第一减振圈9、第二减振圈10和支撑圈7在高度上的压缩量h1、h2和h3调节。对于载重量较轻的车辆，主要是宽度为w1的第一减振圈9起作用，其刚度为图3所示的k1；当中型载重车辆驶过时，第一减振圈9瞬间压缩到h1底部的位置，第一减振圈9和宽度为w2的第二减振圈10开始同时起作用，第一减振圈9和第二减振圈10的刚度呈并联关系，刚度由k1增大到k2；同理，当重型车辆驶过时，第一减振圈9和第二减振圈10被瞬间压缩到h2底部的位置，使得第一减振圈9、第二减振圈10和支撑圈7同时起作用，刚度由k2增加到k3。需要注意的是各级减振刚度和橡胶压缩量的设计，需要考虑安装减振窨井盖所在城市道路上各种车型（轴荷）的流量情况，选取几种重点车型作为减振系统设计依据。本实施例采用的三级减振结构，其中一级减振刚度k1和橡胶压缩量h1主要对载重在3t以下的乘用车有较好的减振效果，二级减振刚度k2和橡胶压缩量h2主要对载重在6t~15t之间的客车和公交车有较好减振效果，三级减振刚度k3和橡胶压缩量h3主要对25t以上的货车和工程车辆有一定的减振效果。
当车辆快速驶过窨井盖时，井盖上的冲击力使得金属橡胶多级减振垫圈4产生弹性变形，这种弹性变形能够有效吸收车辆对窨井盖的冲击力，起到缓冲作用。金属橡胶自身阻尼虽然能够耗散一定的冲击能量，但有相当比例的冲击能量引起了盖体2的振动并传递到座体1。对于没有安装颗粒阻尼器的井盖2和座体1，井盖2靠其自身结构阻尼耗散能量，而座体1直接把冲击能量传递给其周边路面，通过道路铺设材料的阻尼吸收冲击能量。而在本实施例中，盖体2的冲击振动引起盖体阻振空腔51的振动，并带动其内部盖体颗粒填充物52进行振动，振动能量通过颗粒的动量交换和摩擦阻尼得到有效耗散。座体1受到的冲击能量直接传递给了座体阻振空腔11，利用座体阻振空腔11和其内部座体颗粒填充物12组成的颗粒阻尼器进行能量耗散，进一步达到减振消能的目的。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，包括呈圆环形的座体和圆盘型的盖体，其特征在于：所述座体包括定位圈和装配在定位圈内的座体颗粒阻尼器，座体颗粒阻尼器上表面和定位圈内壁之间设有金属橡胶多级减振垫圈，盖体设置在金属橡胶多级减振垫圈上，盖体下表面固定连接有盖体颗粒阻尼器，盖体颗粒阻尼器位于金属橡胶多级减振垫圈内部。
2.根据权利要求1所述的具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，其特征在于：所述盖体颗粒阻尼器包括盖体阻振体和盖体颗粒填充物，盖体阻振体内部设有盖体阻振空腔，盖体颗粒填充物填充在盖体阻振空腔内部；所述盖体颗粒填充物可为规则和不规则的、金属和非金属颗粒材料，填充率为50%~100%。
3.根据权利要求1或2所述的具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，其特征在于：所述金属橡胶多级减振垫圈包括支撑圈，支撑圈上表面有外到内依次设有限位圈、第一减振圈和第二减振圈，限位圈与第一减振圈之间、第一减振圈与第二减振圈之间均具有间隙，限位圈、第一减振圈与第二减振圈的高度依次降低形成阶梯结构，限位圈位于井盖外圆表面和定位圈内圆之间，盖体下表面支撑在第一减振圈上。
4.根据权利要求1或2所述的具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，其特征在于：所述座体颗粒阻尼器包括设在座体内的座体阻振空腔和座体颗粒填充物，座体颗粒填充物填充在座体阻振空腔内部；所述座体阻振空腔整体为圆环状，座体阻振空腔的截面为矩形；所述座体颗粒填充物可为规则和不规则的、金属和非金属颗粒材料，填充率为50%~100%。
5.根据权利要求3所述的具有多级减振耗能功能的抗冲击型窨井盖，其特征在于：所述金属橡胶多级减振垫圈的支撑圈、限位圈、第一减振圈和第二减振圈为一体成型结构；金属橡胶多级减振垫圈为一种均质弹性多孔物质，金属橡胶多级减振垫圈内部使用直径为0.05-0.3mm的螺旋状金属丝相互交错形成空间网状结构，采用冷冲压方法成型，具有橡胶一样的弹性，同时在工作过程中螺旋状金属丝之间的干摩擦阻尼能够有效吸能振动冲击能量。
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