CN113653163A - 一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖及使用方法，它包括U形井盖，所述U形井盖的底端固定有支撑板，所述支撑板与设置在安装基础内部的安装槽相配合，并使其能够在安装槽内部升降；所述安装槽的底端设置有底部垫板，所述支撑板和底部垫板之间间隔设置有电磁缓冲减震机构和弹簧缓冲减震机构。利用磁悬浮原理结合弹簧减震消能解决了普通井盖排水不及时和抗震性能差、井盖周边路面混凝土易沉降剪切破坏等问题；而且其电磁力的大小能够根据所受到的压力进行调节。
Description
技术领域
本发明涉及市政井盖技术领域，具体为一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖及使用方法。
背景技术
现有的下水道井盖大多为圆形或方形，材料多为铸铁或水泥。井盖裸露于地表，处于路面结构层中，在人为扰动和车辆碾压等冲击荷载作用下，容易出现破损、塌陷、侧翻等问题。井盖病害若不能及时发现和处置，不但会给地下管线管理、市民生活及交通出行带来不便，还有可能危及群众生命财产安全。此外，汽车碾压路过时造成噪音，造成汽车震动，损害汽车零部件的快速磨损。下水道维修时还会导致路面公路交通堵塞。
对于一些污水管道，为防止沼气等难闻气体外溢，大多污水管道井盖仅留两个开启孔，导致在在夏天雨水多发季节，一方面城市管廊排水系统无法及时排除路面积水，影响道路交通；另一方面，漫溢的水流导致井盖被冲起，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖及使用方法，利用磁悬浮原理结合弹簧减震消能解决了普通井盖排水不及时和抗震性能差、井盖周边路面混凝土易沉降剪切破坏等问题；而且其电磁力的大小能够根据所受到的压力进行调节。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，它包括U形井盖，所述U形井盖的底端固定有支撑板，所述支撑板与设置在安装基础内部的安装槽相配合，并使其能够在安装槽内部升降；所述安装槽的底端设置有底部垫板，所述支撑板和底部垫板之间间隔设置有电磁缓冲减震机构和弹簧缓冲减震机构。
所述电磁缓冲减震机构包括固定在支撑板底端的电磁铁，所述电磁铁通过采用镶嵌安装方式固定在位于支撑板底端的橡胶嵌固槽内部；所述电磁铁通过导电滑轮与滑动变阻电磁调节器相连，所述滑动变阻电磁调节器呈竖直固定在安装槽内部，所述底部垫板的顶端，并位于电磁铁的正下方位置固定安装有永磁铁。
所述滑动变阻电磁调节器通过滑动变阻器改装而成，通过改变电流大小控制磁场大小，整个滑动变阻电磁调节器包括不导电区域和有效调节区域；导电滑轮在不导电区域时，电磁铁处于断电状态，磁力大小为零，此时为弹簧承受外部冲击荷载；导电滑轮在有效调节区域时，电磁铁处于通电状态，滑轮往下滑动，电磁铁磁力增强，此时电磁斥力与弹力二者协同减载。
所述弹簧缓冲减震机构包括固定在支撑板底端的橡胶嵌固槽上的第一弹簧，所述第一弹簧的底端支撑在位于底部垫板上的橡胶嵌固槽上。
所述U形井盖采用铸铁材料铸造成型；所述U形井盖的顶部外圆环为实心平面，内圆为格栅状镂空网格用于过滤。
所述支撑板的顶端与U形井盖的外壁之间焊接固定有加劲肋；
所述电磁铁安装在橡胶嵌装槽内，S极一端固定于U形井盖下侧边缘。
所述U形井盖的底端中心部位固定有杆件，所述杆件上固定有限位板，所述限位板的顶部支撑有第二弹簧，所述第二弹簧的顶端支撑有锥形集水箱，所述锥形集水箱的顶端与U形井盖的下端面相配合。
所述杆件的顶端通过垫板焊接固定在U形井盖的底端；所述锥形集水箱的顶端固定有软磁硅胶密封条，所述软磁硅胶密封条与U形井盖的底端构成密封接触配合；所述锥形集水箱采用渗透系数为1×10-3 mm/s的透水石。
所述杆件的底端固定安装有用于发电的转子发电装置，所述转子发电装置在下水道水流的冲击下会产生电量储存起来为电磁缓冲减震机构的电磁铁提供电力。
磁悬浮缓冲减震井盖的使用方法：
当小型车辆荷载施加在倒U形井盖上时，导电滑轮位于不导电区域内，电磁铁处于断电状态，只有弹簧缓冲减震机构的第一弹簧受力；
当大型车辆荷载施加在井盖上时，不导电区域长度范围内弹簧的弹力不足以抵抗外部冲击荷载，导电滑轮滑动到有效调节区域的区域内，电磁铁产生磁力，当荷载继续增大时，滑轮向下滑动，电磁铁磁力增大抵抗外部冲击荷载，同时外部荷载动态的转化为磁场能，减小外界扰动对被缓冲物的作用力，从而使被缓冲井盖震动幅度小甚至不产生震动；第一弹簧会通过自身的压缩变形缓冲一部分冲击荷载，因此，磁力与弹力二者的协同作用来适应不同承载下的减震作业，最终消除冲击荷载对井盖的破坏；
在暴雨天气，路面的积水会通过U形井盖的格栅状镂空网格流入锥形集水箱，当雨水量比较大时，流入锥形集水箱中的雨水来不及渗出，在重力作用下会压第二缩弹簧，沿着杆件向下移动，锥形集水箱的外侧边缘粘结的软磁硅胶密封条与U形井盖脱离，实现U形井盖侧流通道的打开，水流沿着镂空U形井盖快速排入管道；
在晴朗天气，锥形集水箱的外侧边缘粘结的软磁硅胶密封条与U形井盖外环紧密吸附，锥形集水箱与软磁硅胶密封条在一定程度上阻止污水管道内沼气的流出。
本发明有如下有益效果：
1.井盖与井座采用一体化U形设计方法，车辆轮胎碾压井盖时对其产生的瞬时冲击力可通过弹簧和电磁铁与高强永磁铁磁极间斥力使冲击动能转化为弹性势能和磁场能实现动态平衡，在产生位移较小的情况下实现消能作用，可有效防止长时间井盖周边混凝土沉降最终导致的剪切破坏的现象发生。
2.排水方式与传统井盖相比，顶部格栅状镂空网格可大幅提升雨水流入量，集水箱集满水后在自重作用力下可实现井盖侧流通道的打开，排水性能优异，可有效解决暴雨内涝天气时因井盖排水能力差导致路面大量积水等问题。
3. 普通的弹簧伸缩位移有限，刚度固定，难以有效调节弹力，因此其减震力固定，在不同承载下难以起到相适应的减震作用；本发明专利利用弹簧弹力和电磁斥力作为阻力。弹簧弹力为线性力，电磁斥力为非线性力，二者为非线性耦合，可以更好地提高减振质量。
4. 通过转子发电装置，可将水流的冲击动能转化为电能储存起来为电磁铁提供电力，实现无需外部电源，节能环保。
5.通过上述的滑动变阻电磁调节器能够。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为橡胶嵌固槽截面图。
图2为本发明的一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖A-A剖面示意图。
图3为本发明的一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖B-B剖面示意图。
图4为滑动变阻电磁调节器。
图5为U形井盖俯视图。
图中：U形井盖1、电磁铁2、杆件3、第一弹簧4、永磁铁5、橡胶嵌固槽6、导电滑轮7、锥形集水箱8、第二弹簧9、限位板10、转子发电装置12、垫板13、软磁硅胶密封条14、加劲肋15、滑动变阻电磁调节器16、支撑板17、安装槽18、底部垫板19；
不导电区域16-1、有效调节区域16-2、导线16-3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-5，一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：它包括U形井盖1，所述U形井盖1的底端固定有支撑板17，所述支撑板17与设置在安装基础内部的安装槽18相配合，并使其能够在安装槽18内部升降；所述安装槽18的底端设置有底部垫板19，所述支撑板17和底部垫板19之间间隔设置有电磁缓冲减震机构和弹簧缓冲减震机构。通过采用本发明的减震井盖，其利用磁悬浮原理结合弹簧减震消能解决了普通井盖排水不及时和抗震性能差、井盖周边路面混凝土易沉降剪切破坏等问题。而且有效的减小了车辆经过井盖时所产生的噪声。
进一步的，所述电磁缓冲减震机构包括固定在支撑板17底端的电磁铁2，所述电磁铁2通过采用镶嵌安装方式固定在位于支撑板17底端的橡胶嵌固槽6内部；所述电磁铁2通过导电滑轮7与滑动变阻电磁调节器16相连，所述滑动变阻电磁调节器16呈竖直固定在安装槽18内部，所述底部垫板19的顶端，并位于电磁铁2的正下方位置固定安装有永磁铁5。通过上述的电磁缓冲减震机构能够通过产生电磁力来产生缓冲减震。工作过程中，通过电磁铁2与永磁铁5相配合，进而实现电磁力，用于对U形井盖1进行磁力支撑。
进一步的，所述滑动变阻电磁调节器16通过滑动变阻器改装而成，通过改变电流大小控制磁场大小，整个滑动变阻电磁调节器16包括不导电区域16-1和有效调节区域16-2；导电滑轮7在不导电区域16-1时，电磁铁处于断电状态，磁力大小为零，此时为弹簧4承受外部冲击荷载；导电滑轮7在有效调节区域16-2时，电磁铁处于通电状态，滑轮往下滑动，电磁铁磁力增强，此时电磁斥力与弹力二者协同减载。通过上述的滑动变阻电磁调节器16能够用于调节电磁铁2的大小，进而适应不同的承载力。
进一步的，所述弹簧缓冲减震机构包括固定在支撑板17底端的橡胶嵌固槽6上的第一弹簧4，所述第一弹簧4的底端支撑在位于底部垫板19上的橡胶嵌固槽6上。通过弹簧缓冲减震机构能够通过弹力进行缓冲。
进一步的，所述U形井盖1采用铸铁材料铸造成型；所述U形井盖1的顶部外圆环为实心平面，内圆为格栅状镂空网格用于过滤。通过采用上述结构的井盖，在保证了其有效排水的同时，增强了其结构强度。
进一步的，所述支撑板的顶端与U形井盖1的外壁之间焊接固定有加劲肋15。通过上述的加劲肋15保证了支撑板的连接强度。
进一步的，所述电磁铁2通过采用镶嵌安装方式固定在位于支撑板底端的橡胶嵌固槽6内部。通过上述的固定安装方式，保证了对电磁铁2固定的可靠性，方式其发生脱落的问题。
进一步的，所述U形井盖1的底端中心部位固定有杆件3，所述杆件3上固定有限位板10，所述限位板10的顶部支撑有第二弹簧9，所述第二弹簧9的顶端支撑有锥形集水箱8，所述锥形集水箱8的顶端与U形井盖1的下端面相配合。通过上述的结构能够通过锥形集水箱8起到集水的目的，进而通过水流来发电。此外，通过上述的第二弹簧9能够始终将锥形集水箱8顶紧，进而使其顶部紧贴U形井盖1，达到集水效果。
进一步的，所述杆件3的顶端通过垫板13焊接固定在U形井盖1的底端；所述锥形集水箱8的顶端固定有软磁硅胶密封条14，所述软磁硅胶密封条14与U形井盖1的底端构成密封接触配合；所述锥形集水箱8采用渗透系数为1×10-3 mm/s的透水石。通过上述的软磁硅胶密封条14能够起到密封的效果。
进一步的，所述杆件3的底端固定安装有用于发电的转子发电装置12，所述转子发电装置12在下水道水流的冲击下会产生电量储存起来为电磁铁2提供电力。通过转子发电装置12起到发电的目的。
实施例2：
磁悬浮缓冲减震井盖的使用方法：
当小型车辆荷载施加在倒U形井盖1上时，导电滑轮7位于不导电区域16-1内，电磁铁2处于断电状态，只有弹簧缓冲减震机构的第一弹簧4受力；
当大型车辆荷载施加在井盖上时，不导电区域16-1长度范围内弹簧的弹力不足以抵抗外部冲击荷载，导电滑轮7滑动到有效调节区域16-2的区域内，电磁铁2产生磁力，当荷载继续增大时，滑轮向下滑动，电磁铁磁力增大抵抗外部冲击荷载，同时外部荷载动态的转化为磁场能，减小外界扰动对被缓冲物的作用力，从而使被缓冲井盖震动幅度小甚至不产生震动；第一弹簧4会通过自身的压缩变形缓冲一部分冲击荷载，因此，磁力与弹力二者的协同作用来适应不同承载下的减震作业，最终消除冲击荷载对井盖的破坏；
在暴雨天气，路面的积水会通过U形井盖1的格栅状镂空网格流入锥形集水箱8，当雨水量比较大时，流入锥形集水箱8中的雨水来不及渗出，在重力作用下会压第二缩弹簧9，沿着杆件3向下移动，锥形集水箱8的外侧边缘粘结的软磁硅胶密封条14与U形井盖1脱离，实现U形井盖1侧流通道的打开，水流沿着镂空U形井盖1快速排入管道；
在晴朗天气，锥形集水箱8的外侧边缘粘结的软磁硅胶密封条14与U形井盖1外环紧密吸附，锥形集水箱8与软磁硅胶密封条14在一定程度上阻止污水管道内沼气的流出。
Claims (10)
1.一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：它包括U形井盖（1），所述U形井盖（1）的底端固定有支撑板（17），所述支撑板（17）与设置在安装基础内部的安装槽（18）相配合，并使其能够在安装槽（18）内部升降；所述安装槽（18）的底端设置有底部垫板（19），所述支撑板（17）和底部垫板（19）之间间隔设置有电磁缓冲减震机构和弹簧缓冲减震机构。
2.根据权利要求1所述一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述电磁缓冲减震机构包括固定在支撑板（17）底端的电磁铁（2），所述电磁铁（2）通过采用镶嵌安装方式固定在位于支撑板（17）底端的橡胶嵌固槽（6）内部；所述电磁铁（2）通过导电滑轮（7）与滑动变阻电磁调节器（16）相连，所述滑动变阻电磁调节器（16）呈竖直固定在安装槽（18）内部，所述底部垫板（19）的顶端，并位于电磁铁（2）的正下方位置固定安装有永磁铁（5）。
3.根据权利要求2所述一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述滑动变阻电磁调节器（16）通过滑动变阻器改装而成，通过改变电流大小控制磁场大小，整个滑动变阻电磁调节器（16）包括不导电区域（16-1）和有效调节区域（16-2）；导电滑轮（7）在不导电区域（16-1）时，电磁铁处于断电状态，磁力大小为零，此时为弹簧（4）承受外部冲击荷载；导电滑轮（7）在有效调节区域（16-2）时，电磁铁处于通电状态，滑轮往下滑动，电磁铁磁力增强，此时电磁斥力与弹力二者协同减载。
4.根据权利要求1所述一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述弹簧缓冲减震机构包括固定在支撑板（17）底端的橡胶嵌固槽（6）上的第一弹簧（4），所述第一弹簧（4）的底端支撑在位于底部垫板（19）上的橡胶嵌固槽（6）上。
5.根据权利要求1所述一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述U形井盖（1）采用铸铁材料铸造成型；所述U形井盖（1）的顶部外圆环为实心平面，内圆为格栅状镂空网格用于过滤。
6.根据权利要求2所述一种基于弹1力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述支撑板（17）的顶端与U形井盖（1）的外壁之间焊接固定有加劲肋（15）；
所述电磁铁（2）安装在橡胶嵌装槽内，S极一端固定于U形井盖（1）下侧边缘。
7.根据权利要求1所述一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述U形井盖（1）的底端中心部位固定有杆件（3），所述杆件（3）上固定有限位板（10），所述限位板（10）的顶部支撑有第二弹簧（9），所述第二弹簧（9）的顶端支撑有锥形集水箱（8），所述锥形集水箱（8）的顶端与U形井盖（1）的下端面相配合。
8.根据权利要求7所述一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述杆件（3）的顶端通过垫板（13）焊接固定在U形井盖（1）的底端；所述锥形集水箱（8）的顶端固定有软磁硅胶密封条（14），所述软磁硅胶密封条（14）与U形井盖（1）的底端构成密封接触配合；所述锥形集水箱（8）采用渗透系数为1×10-3 mm/s的透水石。
9.根据权利要求7所述一种基于弹力与电磁斥力协同消能的磁悬浮缓冲减震井盖，其特征在于：所述杆件（3）的底端固定安装有用于发电的转子发电装置（12），所述转子发电装置（12）在下水道水流的冲击下会产生电量储存起来为电磁缓冲减震机构的电磁铁（2）提供电力。
10.权利要求1-9任意一项所述磁悬浮缓冲减震井盖的使用方法，其特征在于：
当小型车辆荷载施加在倒U形井盖（1）上时，导电滑轮（7）位于不导电区域（16-1）内，电磁铁（2）处于断电状态，只有弹簧缓冲减震机构的第一弹簧（4）受力；
当大型车辆荷载施加在井盖上时，不导电区域（16-1）长度范围内弹簧的弹力不足以抵抗外部冲击荷载，导电滑轮（7）滑动到有效调节区域（16-2）的区域内，电磁铁（2）产生磁力，当荷载继续增大时，滑轮向下滑动，电磁铁磁力增大抵抗外部冲击荷载，同时外部荷载动态的转化为磁场能，减小外界扰动对被缓冲物的作用力，从而使被缓冲井盖震动幅度小甚至不产生震动；第一弹簧（4）会通过自身的压缩变形缓冲一部分冲击荷载，因此，磁力与弹力二者的协同作用来适应不同承载下的减震作业，最终消除冲击荷载对井盖的破坏；
在暴雨天气，路面的积水会通过U形井盖（1）的格栅状镂空网格流入锥形集水箱（8），当雨水量比较大时，流入锥形集水箱（8）中的雨水来不及渗出，在重力作用下会压第二缩弹簧（9），沿着杆件（3）向下移动，锥形集水箱（8）的外侧边缘粘结的软磁硅胶密封条（14）与U形井盖（1）脱离，实现U形井盖（1）侧流通道的打开，水流沿着镂空U形井盖（1）快速排入管道；
在晴朗天气，锥形集水箱（8）的外侧边缘粘结的软磁硅胶密封条（14）与U形井盖（1）外环紧密吸附，锥形集水箱（8）与软磁硅胶密封条（14）在一定程度上阻止污水管道内沼气的流出。
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- 2021-08-17 CN CN202110944817.4A patent/CN113653163A/zh active Pending
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