一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖

本发明涉及城市安全井盖，具体涉及一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖。

背景技术：

1、当前国内窨井盖在面临城市内涝时需要人工操作进行开启，人力成本较高而效率偏低、劳动强度大；地面积水流入井内进行排水，但打开后的窨井盖只能放置在一旁，有被洪水冲走的可能性；行人路过时由于地面积水较多遮挡视线，可能会不慎跌入窨井或者卷入窨井排水形成的漩涡中，危险系数较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖。本发明是基于一种具有多稳态特性的折纸结构对井盖进行改进，将折纸结构的多稳态特性与安全井盖的功能相结合得到的。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明包括：

4、承载盘，形状为圆形且布置于井盖的顶部，承载盘平行于地面且与安装组件及滑筒组件同轴布置；

5、支撑腿组件，包括n个环形阵列状分布的弧形板，各个弧形板较宽的一端与安装组件的内环缘活动连接，各个弧形板较窄的一端与承载盘滑动连接；

6、安装组件，固定安装于地面下水口且中心穿设有滑筒组件；

7、滑筒组件，包括同轴套装的滑动筒和导向筒，导向筒布置于安装组件的下方，导向筒的内部滑动套装有滑动筒，滑动筒的顶面伸出导向筒和安装组件后与承载盘固定连接；滑动筒与承载盘构成的整体结构同步运动，具有相同的运动轨迹；

8、支撑组件，同轴布置于滑筒组件内部，支撑组件的顶面与承载盘的底面接触连接，底部与外部电连接，用于控制滑动筒与承载盘构成的整体结构的升降；

9、若干个连接组件，环状均匀布置在安装组件与导向筒之间，且分别与安装组件的底面与导向筒的外壁固定连接，构成井盖的下部框架。

10、井盖还包括相互配合布置的滑块组件和滑槽结构；滑槽结构包括设置在承载盘表面上的水平滑槽组，水平滑槽组主要由n个曲线滑槽构成，每个曲线滑槽均与各自对应的一个弧形板配合布置；滑块组件包括n个滑动垫片、n个水平滑块、n个万向块；各个水平滑块分别滑动布置于一个曲线滑槽内，水平滑块能在曲线滑槽内往复移动，每个水平滑块的顶面均和布置于各自对应的曲线滑槽上方的一个滑动垫片固定连接，且每个水平滑块的底面均和各自对应的曲线滑槽下方的一个万向块固定连接，各个万向块的远离承载盘中心一侧的侧面均与各自对应的一个弧形板顶端铰接连接。

11、各个水平滑块在曲线滑槽内往复移动，通过与各自对应的滑动垫片、万向块、弧形板之间的配合，带动承载盘以及滑动筒在升降过程中旋转。

12、本发明的方案中包含了多种运动实施方式。

13、第一种运动实施方式为：

14、滑槽结构可以仅包括水平滑槽组，所述水平滑槽组中的各个曲线滑槽均沿螺旋弧线布置，各个曲线滑槽的螺旋弧线旋向相同，使得水平滑槽组主要由n个螺旋状同螺旋方向向外发散的曲线滑槽构成，曲线滑槽下方的万向块的侧面与弧形板的顶端之间为合页铰接。

15、第二种运动实施方式为：

16、在每个曲线滑槽的远离承载盘圆心的尾端可朝周向方向延伸出定位槽一，定位槽一与曲线滑槽之间圆角过渡连接。

17、进一步地，可以在曲线滑槽的中部布置定位槽二，定位槽二由曲线滑槽的弧形凹陷的一侧朝周向方向延伸，定位槽二的布置方向和长度均与定位槽一相同。

18、第三种运动实施方式为：

19、所述水平滑槽组中的各个曲线滑槽都分为两段，沿径向从内到外依次为上升段和下降段，上升段和下降段依次衔接布置并且相邻两段之间通过圆角过渡连接；上升段沿类似于平面螺旋等的螺旋弧线布置，中间段沿圆周弧线布置，下降段沿和上升段相反螺旋方向布置的一小段螺旋弧线布置，且下降段沿径向朝内侧延伸；曲线滑槽下方的万向块的侧面与弧形板的顶端之间为合页铰接。

20、通常，下降段明显小于上升段的长度，下降段主要用于产生定位承载盘、让承载盘保持在一个不需要伸缩缸等外驱动力作用支撑的自然稳定位置和状态。

21、第四种运动实施方式为：

22、滑槽结构还包括若干个周向设置在导向筒侧壁上的竖直滑槽组，竖直滑槽组包括开设在导向筒侧壁的一个竖直滑槽和一个档位槽，竖直滑槽和档位槽的长度方向均沿导向筒的轴向方向布置，竖直滑槽的上槽口与档位槽的上槽口之间通过过渡连接槽连通后形成一个整体的活动槽，竖直滑槽、档位槽和过渡连接槽的上槽口均贯穿出导向筒的顶面，活动槽中可滑动地嵌装有一个竖直滑块，竖直滑块固定安装于滑动筒下端部的外壁。

23、对应地，所述水平滑槽组中的各个曲线滑槽都分为两段，沿径向从内到外依次为上升段和下降段，上升段和下降段依次衔接布置并且相邻两段之间通过圆角过渡连接；上升段沿近似于径向的直线布置，下降段从上升段末端向靠近承载盘1中心延伸布置，且下降段沿径向朝内侧延伸；当竖直滑块处于竖直滑槽时，水平滑块处于曲线滑槽的上升段；当竖直滑块处于档位槽时，水平滑块处于曲线滑槽的下降段。曲线滑槽下方的万向块的侧面与弧形板的顶端之间为万向球铰接。

24、安装组件包括连接块、若干个插杆和安装环；安装环的外边缘连接于地面下水口，安装环的内边缘顶面周向间隔固定设置有n个垂直于安装环的插杆，插杆的外部套装有环形的连接块，连接块可绕插杆在水平方向旋转，连接块的靠近中心的侧壁与支撑腿组件的底端铰接连接；安装环外边缘的底面与各个连接组件的一端固定连接。

25、安装环的内边缘底面设置有n个周向均匀分布的插孔，各个插杆的下端均穿过各自对应的一个连接块中心后插装于对应的一个插孔内。

26、安装组件还包括固定环，固定环与安装环同心嵌套布置；所有插杆的上端设置有同一个用于限位连接块轴向移动的固定环，固定环的顶面与安装环的外边缘顶面平齐。

27、连接组件的一端与安装环靠近边缘一侧的底面固定连接，另一端与导向筒下部的外筒壁固定连接。

28、支撑组件包括从下到上依次同轴布置的伸缩缸、支撑杆和支撑筒；伸缩缸固定安装于导向筒内部，伸缩缸连接电源且其伸缩方向为轴向方向，伸缩缸的顶面通过支撑杆与支撑筒的底面相连，支撑筒的顶面与承载盘的下表面连接。

29、进一步地，井盖还包括布置于导向筒下表面的水位检测器。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、本发明中兼具结构的多稳态特性与安全井盖的多功能，工作过程中可利用结构特性增加各个支撑腿组件之间的间距调节水流通道，增加排水流量，实现了排水流量的调节；此外，相对于现有技术采用直接在井盖上开孔的方式，本发明的进水面为空间立体结构，不仅增加了进水口径，还增加了相对于现有技术的排水速度。本发明还通过固定环和连接块实现了对支撑腿结构下部位的防护，增加了本发明上表面的平整性。本发明中的城市防涝安全井盖可与车联网预警系统结合，用于城市防涝，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述井盖包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述井盖还包括相互配合布置的滑块组件(5)和滑槽结构(7)；

3.根据权利要求2所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述水平滑槽组中的各个曲线滑槽(701)均沿螺旋弧线布置，各个曲线滑槽(701)的螺旋弧线旋向相同，曲线滑槽(701)下方的万向块(503)与弧形板的顶端之间为合页铰接。

4.根据权利要求2所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述水平滑槽组中的各个曲线滑槽(701)都分为两段，沿径向从内到外依次为上升段和下降段，上升段和下降段依次衔接布置并且相邻两段之间通过圆角过渡连接；所述上升段沿螺旋弧线布置，下降段沿和上升段相反螺旋方向布置的螺旋弧线布置，且下降段沿径向朝内侧延伸布置；曲线滑槽(701)下方的万向块(503)与弧形板的顶端之间为合页铰接。

5.根据权利要求2所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述的滑槽结构(7)还包括若干个周向设置在导向筒(402)侧壁上的竖直滑槽组(702)，竖直滑槽组(702)包括开设在导向筒(402)侧壁的一个竖直滑槽和一个档位槽，竖直滑槽和档位槽的长度方向均沿导向筒(402)的轴向方向布置，竖直滑槽的上槽口与档位槽的上槽口之间通过过渡连接槽连通形成一个整体的活动槽，竖直滑槽、档位槽和过渡连接槽的上槽口均贯穿出导向筒(402)的顶面，活动槽中可滑动地嵌装有一个竖直滑块(504)，竖直滑块(504)固定安装于滑动筒(401)下端部的外壁；

6.根据权利要求1所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述安装组件(3)包括连接块(302)、若干个插杆、安装环(303)；所述安装环(303)的外边缘连接于地面下水口，安装环(303)的内边缘顶面周向间隔固定设置有n个垂直于安装环(303)的插杆，插杆的外部套装有环形的连接块(302)，连接块(302)的靠近中心的侧壁与支撑腿组件(2)的底端铰接连接；安装环(303)外边缘的底面与各个连接组件(8)的一端固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述安装环(303)的内边缘底面设置有n个周向均匀分布的插孔，各个插杆的下端均穿过各自对应的一个连接块(302)中心后插装于对应的一个插孔内。

8.根据权利要求6所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述安装组件(3)还包括固定环(301)；所有插杆的上端设置有同一个用于限位连接块(302)轴向移动的固定环(301)，固定环(301)的顶面与安装环(303)的外边缘顶面平齐。

9.根据权利要求1所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述支撑组件(6)包括从下到上依次同轴布置的伸缩缸(601)、支撑杆(602)和支撑筒(603)；所述伸缩缸(601)固定安装于导向筒(402)内部，伸缩缸(601)连接电源且其伸缩方向为轴向方向，伸缩缸(601)的顶面通过支撑杆(602)与支撑筒(603)的底面相连，支撑筒(603)的顶面与承载盘(1)的下表面连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖，其特征在于：所述井盖还包括布置于导向筒(402)下表面的水位检测器。

技术总结本发明公开了一种基于双稳态特性折纸结构的城市防涝安全井盖。该井盖包括：承载盘；支撑腿组件包括环形阵列状分布的弧形板，各个弧形板的宽端与安装组件连接，窄端与承载盘连接；安装组件安装于地面下水口且中心穿设滑筒组件；滑筒组件包括滑动筒和导向筒，导向筒布置于安装组件的下方，导向筒内滑动套装滑动筒，滑动筒顶面与承载盘固定连接；支撑组件同轴布置于滑筒组件内部，支撑组件的顶面与承载盘的底面接触连接；连接组件环状均匀布置在安装环与导向筒之间。本发明利用折纸结构的双稳态特性可实现城市防涝安全井盖的排水流量调节，根据需要调节进水口径和排水速度，且可与车联网预警系统结合，能用于城市防涝。技术研发人员：李雨嫣,刘震,鄂玉萍,曹心怡,陆语宸受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5