一种基于压电发电的融雪毯的制作方法

本发明属于道路工程领域，涉及压电发电技术，具体涉及一种基于压电发电的融雪毯。

背景技术：

目前解决路面积雪问题最常用的方法有人工机械清除和撒布融雪剂等。而人工机械清除存在人力耗费大、作业面积小、效率低等问题；撒布融雪剂则易受温度变化影响，时常伴有反结冰现象，且受经济性和除冰雪效果限制，目前仍主要采用氯盐类融雪剂，其腐蚀特性极易对路面结构造成损伤，降低其耐久性，并严重污染土壤、水体等自然环境。同时上述方法皆不能实时融化路面积雪，影响路面交通通畅。因此，选择和利用合理的融雪方式尤为重要。目前国内有关路用融雪毯的主流技术是采用与城市电网相连的电加热融雪技术，而该方法电能消耗量大且融雪即时性不强等弊病导致其仅适用于供电及时且交通量小的局部路段。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种基于压电发电的融雪毯，克服现有技术中采用与城市电网相连的电加热融雪技术，造成的电能消耗量大，融雪即时性不强，仅适用于供电及时且交通量小的局部路段等缺陷。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种基于压电发电的融雪毯，包括从上至下密封紧密粘结的上保护层、下保护层、上恒温电热层、压电发电层、绝缘层、下恒温电热层和防滑层；

所述的压电发电层为钢板式压电发电层、基板式压电发电层或橡胶基板式压电发电层。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的钢板式压电发电层内设有多个阵列分布的腔体，腔体由顶板、侧板和底板通过螺栓配合连接而形成，顶板与上恒温电热层接触，底板与绝缘层接触，底板之间通过铰接连接件和连接活页相互组合连接，腔体外的空隙采用填充物填充；

所述的腔体内分别设有钢板式压电发电装置，在钢板式压电发电装置的阵列中，间隔设置有融雪剂气囊和电能存储器，钢板式压电发电装置通过导线与内置的能量采集电路相连，能量采集电路与电能存储器采用穿过侧板的导线相互连接；

所述的钢板式压电发电装置包括安装在底板上的压电陶瓷片，压电陶瓷片上端放置有倒圆垫块，倒圆垫块的上端与顶板接触；

所述的融雪剂气囊包括盛液壶、胶管和融雪剂补充管，所述的盛液壶安装在底板上，盛液壶内装有液态融雪剂，盛液壶外部上端设有融雪剂气囊顶板，融雪剂气囊顶板与顶板之间安装有活塞，所述的胶管连通盛液壶和上保护层，上保护层上设有融雪剂挤出孔，所述的融雪剂补充管连通盛液壶并且穿出融雪剂气囊外部的侧板。

融雪剂气囊的工作原理是在融雪毯使用初期车辆通过融雪毯时，储存液态融雪剂的融雪剂气囊在受到车轮荷载作用力后，通过活塞作用挤出液态融雪剂撒布在上保护层的表面，达到初期快速融雪效果，在融雪毯使用初期压电发电层尚未正常工时快速融雪。

所述的顶板与底板采用碳钢或合金钢制成；所述的侧板采用尼龙板制成；所述的倒圆垫块采用碳钢或合金钢制成；

所述的顶板上加工有螺母沉孔；

所述的螺栓采用高强度单头非全牙螺杆；

所述的压电陶瓷片的顶端略高于侧板的上端面；

所述的铰接连接件横向连接各个底板，连接活页纵向连接各个底板；

所述的钢板式压电发电层的侧边装配有红绿二极管，红绿二极管与电能存储器通过导线相互连接，所述的红绿二极管上连接有备用接线头。

所述的基板式压电发电层内设有多个阵列分布的基板，基板底部与绝缘层接触，基板上阵列分布有多个安装槽，基板之间通过螺纹连接件相互连接，基板外的空隙采用填充物填充；

所述的安装槽内安装有基板式压电发电装置，在基板式压电发电装置的阵列中，间隔设置有电能存储器，基板式压电发电装置通过导线与内置的能量采集电路相连，能量采集电路与电能存储器采用穿过基板的导线相互连接；

所述的基板式压电发电装置包括安装在安装槽的底部的硬质橡胶垫，硬质橡胶垫上端放置有压电陶瓷片，压电陶瓷片上端设有传力构件，传力构件与上恒温电热层接触。

所述的基板采用尼龙板、环氧玻璃纤维板或电木板制成；所述的传力构件采用碳钢或合金钢制成；

所述的螺纹连接件采用高强度单头非全牙螺杆和高强度螺母相配合；

所述的传力构件的顶部略高于基板的顶部；

所述的基板式压电发电层的侧边装配有红绿二极管，红绿二极管与电能存储器通过导线相互连接，所述的红绿二极管上连接有备用接线头。

所述的橡胶基板式压电发电层内设有橡胶基板，橡胶基板上阵列分布有多个橡胶限位槽，橡胶限位槽的阵列的中间位置设有能量存储器安装槽，能量存储器安装槽内设有能量存储器；

所述的橡胶限位槽内安装有橡胶基板式压电发电装置，橡胶基板式压电发电装置通过导线与内置的能量采集电路相连，能量采集电路与电能存储器采用穿过橡胶基板的导线相互连接；

所述的橡胶基板式压电发电装置包括安装在橡胶限位槽的底部的硬质橡胶垫，硬质橡胶垫上端放置有压电陶瓷片，压电陶瓷片上端设有传力构件，传力构件与上恒温电热层接触。

所述的传力构件采用碳钢或合金钢制成；传力构件的顶部略高于橡胶基板的上端面；

所述的橡胶基板式压电发电层的侧边装配有红绿二极管，红绿二极管与电能存储器通过导线相互连接，所述的红绿二极管上连接有备用接线头。

所述的上保护层为耐磨防滑材料，并且表面刻槽或者拉毛处理；

所述的下保护层和绝缘层采用玻璃纤维保温棉材料制成；

所述的上恒温电热层和下恒温电热层内设有电热管线；

所述的防滑层采用pvc防滑材料制成。

所述的上保护层、下保护层、上恒温电热层、压电发电层、绝缘层、下恒温电热层和防滑层之间涂布粘结材料，各层与空气接触处灌注有树脂类胶黏材料，融雪毯整体涂布防水胶层。

所述的融雪毯的两侧设置有连接构件，连接构件用于实现相邻的两个融雪毯之间的连接；连接构件为卡扣式连接构件或普通连接构件，所述的卡扣式连接构件包括连接扣槽、连接螺母和连接球。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(ⅰ)本发明基于压电发电原理的融雪毯，作为一种预防型路面积雪清除技术，将行车荷载冲击、振动路面产生的机械能转化为融雪毯发热元件需要的电能，达到自给自足智能融雪化冰的效果，从能量收集及可持续发展的角度来看，该融雪毯智能高效、规模可观。

(ⅱ)本发明采用多电源控制，可调控面积，可卷曲折叠，可回收利用。间隔设置的外接电能存储器收集存储电能方便。压电发电层通过内置的能量采集电路处置压电堆叠单元所产生的交变、瞬时、随机不规律的能量。压电发电层能够通过传力构件来达到提高应力传递效率、防止侧向挤压的效果，能量转换效率高，结构简单、安全性高、操作简便，同时各压电装置连接，方便拼接拆卸更换。

(ⅲ)本发明中钢板式压电发电层内的融雪剂气囊，可以在使用初期电能不足时在行车荷载压力作用下挤出经济环保的高效融雪剂，达到融雪毯工作初期快速融雪效果。

(ⅳ)本发明的恒温电热层可以保证融雪毯上下温度恒定且受热均匀，保证融雪毯下部积雪融化，并且设置较低的恒定温度，不会加速沥青混凝土路面的老化。

本发明可广泛用于道路工程，如城市行车道路面、偏远山区行车道路面以及桥面等场合，采用多电源控制，可调控面积、可卷曲折叠、可回收利用，应力传递效果好、能量转换效率高、热稳定性好、升温效果均匀稳定、覆盖面广、控制方便、绝缘环保、融雪及时且无需中断交通，具有很高的耐久性，安装简单方便，易于维修，同时可辅助性的缓解沥青道面低温开裂问题。

附图说明

图1是实施例1的整体结构示意图。

图2是实施例1整体结构的竖向剖面图。

图3是实施例1整体结构的俯视图。

图4是实施例1钢板式压电发电装置的竖向剖面图。

图5是实施例1融雪剂气囊的竖向剖面图。

图6是实施例2的整体结构的竖向剖面图。

图7是实施例2的整体结构俯视图。

图8是实施例2的基板式压电发电装置的竖向剖面图。

图9是实施例3的橡胶基板式压电发电层的整体结构示意图。

图10是实施例3的橡胶基板式压电发电装置的竖向剖面图。

图11是本发明融雪毯内部的能量采集电路示意图。

图中各个标号的含义为：1-上保护层，2-下保护层，3-恒温电热层，4-压电发电层，5-绝缘层，6-下恒温电热层，7-防滑层，8-连接构件，9-腔体，10-钢板式压电发电装置，11-融雪剂气囊，12-电能存储器，13-导线，14-能量采集电路，15-红绿二极管，16-基板，17-基板式压电发电装置，18-电能存储器，19-导线，20-红绿二极管，21-橡胶基板，22-能量存储器，23-橡胶基板式压电发电装置，24-导线，25-红绿二极管，26-车轮；

(1-1)-融雪剂挤出孔；

(3-1)-电热管线；

(4-1)-钢板式压电发电层，(4-2)-基板式压电发电层，(4-3)-橡胶基板式压电发电层；

(8-1)-卡扣式连接构件，(8-1-1)-连接扣槽，(8-1-2)-连接螺母，(8-1-3)-连接球，(8-2)-普通连接构件；

(9-1)-顶板，(9-1-1)-螺母沉孔，(9-2)-侧板，(9-3)-底板，(9-4)-螺栓，(9-5)-铰接连接件，(9-6)-连接活页，(9-7)-填充物；

(10-1)-压电陶瓷片，(10-2)-倒圆垫块；

(11-1)-盛液壶，(11-2)-胶管，(11-3)-融雪剂补充管，(11-4)-融雪剂，(11-5)-融雪剂气囊顶板，(11-6)-活塞；

(15-1)-备用接线头；

(16-1)-安装槽，(16-2)-螺纹连接件；(16-3)-填充物；

(17-1)-硬质橡胶垫，(17-2)-压电陶瓷片，(17-3)-传力构件；

(20-1)-备用接线头；

(21-1)-橡胶限位槽，(21-2)-能量存储器安装槽；

(23-1)-硬质橡胶垫，(23-2)-压电陶瓷片，(23-3)-传力构件；

(25-1)-备用接线头。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细解释说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1至5及图11所示，本实施例给出一种基于压电发电的融雪毯，包括从上至下密封紧密粘结的上保护层1、下保护层2、上恒温电热层3、压电发电层4、绝缘层5、下恒温电热层6和防滑层7；

所述的压电发电层4为钢板式压电发电层4-1。

优选的，所述的上保护层1为耐磨防滑材料，并且表面刻槽处理，用以增加上保护层1的抗滑性能；上保护层1的表面可以设有轮迹带区域，供驾驶员识别行驶；

具体的，所述的下保护层2和绝缘层5为玻璃纤维保温棉等材料，可以得到绝缘性好和耐热性强的下保护层2；

具体的，所述的上恒温电热层3和下恒温电热层6内设有电热管线3-1，保证融雪毯上下部温度恒定，确保融雪毯上下部积雪的融化；上恒温电热层3和下恒温电热层6设置的恒定温度较低，不会加速沥青混凝土路面的老化；

优选的，所述的防滑层7为pvc防滑条等防滑材料，既能起到防滑作用，又能与有效与路面摩擦度契合；

具体的，所述的上保护层1、下保护层2、上恒温电热层3、压电发电层4、绝缘层5、下恒温电热层6和防滑层7之间涂布粘结材料，各层与空气接触处灌注有树脂类胶黏材料，融雪毯整体涂布防水胶层，使融雪毯各层之间紧密粘结，密封不透水不漏电。

具体的，所述的融雪毯的两侧设置有连接构件8，连接构件8用于实现相邻的两个融雪毯之间的连接；连接构件8为卡扣式连接构件8-1或普通连接构件8-2，所述的卡扣式连接构件8-1包括连接扣槽8-1-1、连接螺母8-1-2和连接球8-1-3，方便融雪毯的有效连接，使融雪毯尺寸与行车道宽度相匹配。

钢板式压电发电层4-1内设有多个阵列分布的腔体9，腔体9由顶板9-1、侧板9-2和底板9-3通过螺栓9-4配合连接而形成，顶板9-1与上恒温电热层3接触，底板9-3与绝缘层5接触，底板9-3之间通过铰接连接件9-5和连接活页9-6相互组合连接，腔体9的外部空隙采用填充物9-7填充；

所述的腔体9内分别设有钢板式压电发电装置10，在钢板式压电发电装置10的阵列中，间隔设置有融雪剂气囊11和电能存储器12，钢板式压电发电装置10通过导线13与内置的能量采集电路14相连，能量采集电路14采用本领域常规能量采集电路即可，例如图11所示的电路图，能量采集电路14与电能存储器12采用穿过侧板9-2的导线13相互连接；

所述的钢板式压电发电装置10包括安装在底板上的压电陶瓷片10-1，压电陶瓷片10-1上端放置有倒圆垫块10-2，倒圆垫块10-2的上端与顶板9-1接触；

所述的融雪剂气囊11包括盛液壶11-1、胶管11-2和融雪剂补充管11-3，所述的盛液壶11-1安装在底板9-3上，盛液壶11-1内装有液态融雪剂11-4，盛液壶11-1外部上端设有融雪剂气囊顶板11-5，融雪剂气囊顶板11-5与顶板9-1之间安装有活塞11-6，所述的胶管11-2连通盛液壶11-1并且穿出上保护层1，上保护层上设有融雪剂挤出孔1-1，所述的融雪剂补充管11-3连通盛液壶11-1并且穿出融雪剂气囊11外部的侧板9-2。

具体的，所述的顶板9-1与底板9-3为硬质刚性材料碳钢或合金钢等，所述的侧板9-2为刚度高、耐高温、隔热材料优质尼龙板等，所述的倒圆垫块10-2为高强度、刚度材料碳钢或合金钢等，当荷载作用于装置一侧时，应力可通过顶板9-1传递到另一侧，联动传力效果好；顶板9-1、侧板9-2、底板9-3和倒圆垫块10-2均经过绝缘处理，采用的绝缘处理方法为主流金属绝缘处理办法；

具体的，所述的顶板9-1上加工有螺母沉孔9-1-1；所述的螺栓9-4采用高强度单头非全牙螺杆；

具体的，所述的压电陶瓷片10-1的顶端略高于侧板9-2的上端面，此高度设置可以使顶板9-1将受到的各个方向的应力尽可能施加于压电陶瓷片10-1的表面，保证压电陶瓷片10-1的正常工作；

所述的铰接连接件9-5横向连接各个底板9-3，方便融雪毯的拆卸拼接；连接活页9-6纵向连接各个底板9-3，方便融雪毯弯曲或者折叠；

所述的钢板式压电发电层4-1的侧边装配有红绿二极管15，红绿二极管15与电能存储器12通过导线13相互连接，用于显示电能存储器12的电量；所述的红绿二极管15上连接有备用接线头15-1，外接城市电网，以备钢板式压电发电层在融雪毯使用初期不能正常工作或储存电量不足时使用；

所述的液态融雪剂11-4为绿色环保高效无腐蚀的液态融雪剂。

实施例2：

遵从上述技术方案，如图6至8及图11所示，本实施例给出一种于压电发电的融雪毯，包括从上至下密封紧密粘结的上保护层1、下保护层2、上恒温电热层3、压电发电层4、绝缘层5、下恒温电热层6和防滑层7；

所述的压电发电层4为基板式压电发电层4-2。

优选的，所述的上保护层1为耐磨防滑材料，并且表面拉毛处理，用以增加上保护层1的抗滑性能；上保护层1的表面可以设有轮迹带区域，供驾驶员识别行驶；

具体的，所述的下保护层2和绝缘层5为玻璃纤维保温棉等材料，可以得到绝缘性好和耐热性强的下保护层2；

具体的，所述的上恒温电热层3和下恒温电热层6内设有电热管线3-1，保证融雪毯上下部温度恒定，确保融雪毯上下部积雪的融化；上恒温电热层3和下恒温电热层6设置的恒定温度较低，不会加速沥青混凝土路面的老化；

优选的，所述的防滑层7为pvc防滑条等防滑材料，既能起到防滑作用，又能与有效与路面摩擦度契合；

具体的，所述的上保护层1、下保护层2、上恒温电热层3、压电发电层4、绝缘层5、下恒温电热层6和防滑层7之间涂布粘结材料，各层与空气接触处灌注有树脂类胶黏材料，融雪毯整体涂布防水胶层，使融雪毯各层之间紧密粘结，密封不透水不漏电。

具体的，所述的融雪毯之间通过连接构件8连接，连接构件8为普通连接构件8-2，方便融雪毯的有效连接，使融雪毯尺寸与行车道宽度相匹配。

基板式压电发电层4-2内设有多个阵列分布的基板16，基板16的底部与绝缘层5接触，基板16上阵列分布有多个安装槽16-1，基板16之间通过螺纹连接件16-2相互连接，基板16的外部空隙采用填充物16-3填充；

所述的安装槽16-1内安装有基板式压电发电装置17，在基板式压电发电装置17的阵列中，间隔设置有电能存储器18，基板式压电发电装置17通过导线19与内置的能量采集电路14相连，能量采集电路14与电能存储器18采用穿过基板16的导线19相互连接；

所述的基板式压电发电装置17包括安装在安装槽16-1的底部的硬质橡胶垫17-1，硬质橡胶垫17-1上端放置有压电陶瓷片17-2，压电陶瓷片17-2上端设有传力构件17-3，传力构件17-3与上恒温电热层3接触；

具体的，所述的基板16为刚度高、耐高温、隔热、平整度高的材料优质尼龙板、环氧玻璃纤维板或电木板，所述的传力构件17-3为硬质刚性材料碳钢或合金钢等，当荷载作用于装置一侧时，应力可通过基板16传递到另一侧，联动传力效果好；基板16、传力构件17-3、硬质橡胶垫17-1均经过绝缘处理，采用的绝缘处理方法为主流金属绝缘处理办法；

所述的螺纹连接件16-2横向连接各个基板16，螺纹连接件16-2采用高强度单头非全牙螺杆和高强度螺母相配合，方便融雪毯弯曲或者折叠；

所述的传力构件17-3的顶部略高于基板16的顶部，此高度设置可以使基板16将受到的各个方向的应力尽可能施加于压电陶瓷片17-2的表面，保证压电陶瓷片17-2的正常工作；

所述的基板式压电发电层4-2的侧边装配有红绿二极管20，红绿二极管20与电能存储器18通过导线19相互连接，用于显示电能存储器18的电量；所述的红绿二极管20上连接有备用接线头20-1，外接城市电网，以备基板式压电发电层在融雪毯使用初期不能正常工作或储存电量不足时使用。

实施例3：

遵从上述技术方案，如图9至11所示，本实施例给出一种于压电发电的融雪毯，包括从上至下密封紧密粘结的上保护层1、下保护层2、上恒温电热层3、压电发电层4、绝缘层5、下恒温电热层6和防滑层7；

所述的压电发电层4为橡胶基板式压电发电层4-3。

优选的，所述的上保护层1为耐磨防滑材料，并且表面拉毛处理，用以增加上保护层1的抗滑性能；上保护层1的表面可以设有轮迹带区域，供驾驶员识别行驶；

具体的，所述的下保护层2和绝缘层5为玻璃纤维保温棉等材料，可以得到绝缘性好和耐热性强的下保护层2；

具体的，所述的上恒温电热层3和下恒温电热层6内设有电热管线3-1，保证融雪毯上下部温度恒定，确保融雪毯上下部积雪的融化；上恒温电热层3和下恒温电热层6设置的恒定温度较低，不会加速沥青混凝土路面的老化；

优选的，所述的防滑层7为pvc防滑条等防滑材料，既能起到防滑作用，又能与有效与路面摩擦度契合；

具体的，所述的上保护层1、下保护层2、上恒温电热层3、压电发电层4、绝缘层5、下恒温电热层6和防滑层7之间涂布粘结材料，各层与空气接触处灌注有树脂类胶黏材料，融雪毯整体涂布防水胶层，使融雪毯各层之间紧密粘结，密封不透水不漏电。

具体的，所述的融雪毯之间通过连接构件8连接，连接构件8为普通连接构件8-2，方便融雪毯的有效连接，使融雪毯尺寸与行车道宽度相匹配。

橡胶基板式压电发电层4-3内设有橡胶基板21，橡胶基板21上阵列分布有多个橡胶限位槽21-1，橡胶限位槽21-1的阵列的中间位置设有能量存储器安装槽21-2，能量存储器安装槽21-2内设有能量存储器22；

所述的橡胶限位槽21-1内安装有橡胶基板式压电发电装置23，橡胶基板式压电发电装置23通过导线24与内置的能量采集电路14相连，能量采集电路14与电能存储器22采用穿过橡胶基板21的导线24相互连接；

所述的橡胶基板式压电发电装置23包括安装在橡胶限位槽21-1的底部的硬质橡胶垫23-1，硬质橡胶垫23-1上端放置有压电陶瓷片23-2，压电陶瓷片23-2上端设有传力构件23-3，传力构件23-3与上恒温电热层3接触。

具体的，所述的传力构件23-3为硬质刚性材料碳钢或合金钢等，传力构件23-3和硬质橡胶垫23-1均经过绝缘处理，采用的绝缘处理方法为主流金属绝缘处理办法；传力构件23-3的顶部略高于橡胶基板21的上端面，此高度设置可以使橡胶基板21将受到的各个方向的应力尽可能施加于压电陶瓷片23-2的表面，保证压电陶瓷片23-2的正常工作。

具体的，所述的橡胶基板式压电发电层4-3的侧边装配有红绿二极管25，红绿二极管25与电能存储器22通过导线24相互连接，用于显示电能存储器22的电量；所述的红绿二极管25上连接有备用接线头25-1，外接城市电网，以备橡胶基板式压电发电层在融雪毯使用初期不能正常工作或储存电量不足时使用。