莫盛秋

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

0 引言

蹲式便池是社會(huì)公共場(chǎng)所常見的衛(wèi)生設(shè)備，是非接觸式如廁裝置，具有不易傳染疾病的優(yōu)點(diǎn)。但就目前情況來(lái)看，公共衛(wèi)生間還存在一些不足，特別是與之配套的沖水設(shè)施功能還不夠完善。在公共衛(wèi)生間，常見的沖水設(shè)備有手壓式?jīng)_水閥、腳踏式?jīng)_水閥和感應(yīng)式?jīng)_水閥三種。其中手壓式?jīng)_水閥用得較普遍，但這種手壓式?jīng)_水閥的安裝位置一般都是在如廁人的身后，操作不方便，特別是需要用手操作，會(huì)讓如廁人擔(dān)心把手弄臟或受疾病傳染。腳踏式?jīng)_水閥的優(yōu)點(diǎn)是不需要用手操作，但由于其外形不美觀，需要占用較大的安裝空間，所以使用的范圍受到限制。以上這兩種沖水閥都是需要在人們便后去操作，不符合人們?cè)诒愫笥皶r(shí)離開的心態(tài)，故常有部分人如廁后忘記沖水。感應(yīng)式?jīng)_水閥是近幾年出現(xiàn)的一種技術(shù)較為先進(jìn)的沖水設(shè)施，它能在人們?nèi)鐜笞詣?dòng)沖水，不需人為操作，如廁后可即時(shí)離開。但使用感應(yīng)式?jīng)_水閥也存在一些問(wèn)題，一是價(jià)格較高，一次性投入成本大;二是故障維修比較麻煩，需要專業(yè)人員來(lái)完成;三是感應(yīng)式?jīng)_水閥需要用電，沒(méi)有電它就無(wú)法工作。由于感應(yīng)式?jīng)_水閥使用成本較高，故它主要是用在高檔酒店、機(jī)場(chǎng)、重要場(chǎng)館等公共衛(wèi)生間，一般的社會(huì)公廁很難見到。本設(shè)計(jì)主要是解決蹲式便池的自動(dòng)沖水問(wèn)題，一旦如廁人便后離開便池的蹲位時(shí)，閥門能自動(dòng)打水閥沖刷便槽，然后自動(dòng)關(guān)閉［1］。

1 蹲式便池自動(dòng)沖閥的結(jié)構(gòu)及組成

蹲式便池自動(dòng)沖閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要由閥體部分、齒輪擺柄機(jī)構(gòu)、踏板傳力機(jī)構(gòu)及閥門等四部分組成。其零件包括閥座1、轉(zhuǎn)銷2、踏板3、拉簧4、擺柄5、壓簧6、磁性元件7、齒輪8、小壓蓋9、動(dòng)陶瓷片10、定陶瓷片11、大壓蓋12、方軸13、長(zhǎng)軸14、出水口 15、圓軸 16、入水口 17、小滾輪 18等零件。

圖1 蹲式便池自動(dòng)沖閥的結(jié)構(gòu)圖

1.1 閥體部分

蹲式便池自動(dòng)沖水閥的閥體部分主要包括閥座1、出水口15、進(jìn)水口17等零部件。閥座總體為一長(zhǎng)方體形狀零件，其四個(gè)角有突起部分，四個(gè)突起部分當(dāng)中均加工有孔，用于與地腳螺釘連接固定。閥體的縱向加工有兩個(gè)通孔，其中一個(gè)為長(zhǎng)軸孔，另一個(gè)為閥門孔。閥體橫向兩端加工有兩個(gè)孔，兩孔在閥體中部與閥門孔相通，但不在一條直線上，其中一個(gè)用于安裝進(jìn)水口，另一個(gè)用于安裝出水口。閥體部分見圖2所示。

圖2 閥體結(jié)構(gòu)圖

1.2 齒輪擺柄機(jī)構(gòu)

齒輪擺柄機(jī)構(gòu)主要包括拉簧4、擺柄5、齒輪8、長(zhǎng)軸14、小滾輪18等零件。齒輪擺柄機(jī)構(gòu)共有兩組，安裝在閥座的前后兩側(cè)，兩組共用一根長(zhǎng)軸。擺柄底部為一圓弧齒條，它與齒輪相嚙合［2］。當(dāng)踏板受力時(shí)，它壓迫小滾輪使擺柄擺動(dòng)一個(gè)角度，擺柄再帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)閥門工作，齒輪擺柄機(jī)構(gòu)的復(fù)原是通過(guò)拉簧將其拉回原位［3］。閥座前側(cè)齒輪擺柄機(jī)構(gòu)用于控制常閉閥，后側(cè)齒輪擺柄機(jī)構(gòu)用于控制常開閥。齒輪擺柄機(jī)構(gòu)見圖3所示。

圖3 齒輪擺柄機(jī)構(gòu)圖

1.3 踏板傳力機(jī)構(gòu)

踏板傳力機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)銷2、踏板3及壓簧6等零件。踏板一端由轉(zhuǎn)銷將其與閥座鉸鏈，另一端由壓簧支撐。踏板受重力時(shí)，其一端壓縮壓簧并繞著轉(zhuǎn)銷轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)強(qiáng)迫擺柄擺動(dòng)，再帶動(dòng)閥門工作。當(dāng)重力消除時(shí)，壓簧將踏板推回原位。踏板傳力機(jī)構(gòu)見圖4所示。

圖4 踏板傳力機(jī)構(gòu)圖

1.4 閥門結(jié)構(gòu)

蹲式便池自動(dòng)沖水閥是通過(guò)一組常開閥和常閉閥的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的，常開閥與常閉閥位置及結(jié)構(gòu)見圖5所示。閥門主要由小壓蓋9、動(dòng)陶瓷片10、定陶瓷片11、大壓蓋12、方軸13及圓軸16等零件組成。與進(jìn)水口相通的為常閉閥，當(dāng)踏板壓迫擺柄擺動(dòng)時(shí)閥即打開。與出水口相通的則為常開閥，當(dāng)踏板壓迫擺柄擺動(dòng)時(shí)閥即關(guān)閉［4］。

圖5 閥門結(jié)構(gòu)圖

在常閉閥一側(cè)，擺柄與閥座上安裝有磁性元件，在其打開后再?gòu)?fù)原的過(guò)程中，因受磁力的作用使其恢復(fù)過(guò)程滯后于常開閥，從而使便池獲得沖洗時(shí)間。磁性元件的磁力根據(jù)所選拉簧力的大小來(lái)確定。

蹲式便池自動(dòng)沖水閥的安裝布局見圖6所示。事先在便池一側(cè)預(yù)埋進(jìn)、出水管，自動(dòng)沖水閥與進(jìn)出水管連接后，通過(guò)地腳螺釘固定在便池一側(cè)作為左蹲位。便池右蹲位可利用原有的或另用建筑材料制成。此外，該自動(dòng)沖水閥也可直接連接明管使用。

圖6 蹲式便池自動(dòng)沖水閥的安裝布局圖

2 蹲式便池自動(dòng)沖閥的工作原理

蹲式便池自動(dòng)沖水閥主要用于車站、碼頭、公園、機(jī)關(guān)、醫(yī)院、學(xué)校等公共廁所蹲式便池的自動(dòng)沖洗。其工作原理是當(dāng)如廁人站上沖水閥的踏板3時(shí)，踏板繞轉(zhuǎn)銷2轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，同時(shí)通過(guò)小滾輪18強(qiáng)迫擺柄5擺動(dòng)一個(gè)角度。因擺柄底部為圓弧齒條，其擺動(dòng)時(shí)帶動(dòng)了齒輪8作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，它的旋轉(zhuǎn)使閥體中的常閉閥打開，水從入水口17進(jìn)入閥體。因蹲式便池自動(dòng)沖水閥齒輪擺柄機(jī)構(gòu)前后是對(duì)稱的，其后側(cè)的齒輪同時(shí)作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使閥體中的常開閥關(guān)閉，進(jìn)入閥體的水被截留在閥體內(nèi)。當(dāng)如廁人離開踏板后，擺柄受到拉簧4的拉力帶動(dòng)齒輪恢復(fù)原位，此時(shí)常開閥復(fù)原打開，閥體管路導(dǎo)通，使自來(lái)水通過(guò)出水口15對(duì)便池進(jìn)行沖刷。在常閉閥一側(cè)，由于擺臂與閥體內(nèi)安裝的磁性元件相互作用，產(chǎn)生阻力，起到了延時(shí)作用，使擺臂的回程時(shí)間延長(zhǎng)，保證自來(lái)水對(duì)便池的沖刷所需的時(shí)間。另外，當(dāng)如廁人剛踏上沖水閥踏板時(shí)，閥體中的常開閥與常閉閥的開閉動(dòng)作存在一個(gè)時(shí)間差，即在常閉閥打開時(shí)，常開閥還未完全關(guān)閉到位，形成管路瞬間相通，閥體內(nèi)有少量的水沖出。設(shè)計(jì)中利用了這個(gè)時(shí)間差，使便池表面在人們?nèi)鐜熬偷玫搅藵?rùn)濕，減少大便對(duì)便池表面的附著力。

3 蹲式便池自動(dòng)沖水閥的性能與特點(diǎn)

蹲式便池自動(dòng)沖水閥運(yùn)用了齒輪擺桿機(jī)構(gòu)與一組常開常閉的閥門聯(lián)動(dòng)配合的工作原理，簡(jiǎn)便有效地解決了公共廁所蹲式便池自動(dòng)沖洗的問(wèn)題。此外，蹲式便池自動(dòng)沖水閥還具有以下一些功能和特點(diǎn)。一是蹲式便池自動(dòng)沖水閥具有便前先潤(rùn)濕便池的功能，有效減少大便對(duì)便池表面的附著力，這樣對(duì)便后沖刷的水量、水壓和時(shí)間要求相對(duì)較低，能起到節(jié)水節(jié)能的作用;二是蹲式便池自動(dòng)沖水閥采用磁性材料來(lái)控制閥門啟閉的延時(shí)功能，準(zhǔn)確有效而且故障少;三是蹲式便池自動(dòng)沖水閥制作材料設(shè)計(jì)采用塑料制品和不銹鋼材料，輕便、防腐防銹;四是蹲式便槽自動(dòng)沖水閥的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、制作成本低、安裝方便，對(duì)新造公廁或舊公廁改造都能適用，具有很好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

在公共衛(wèi)生間安裝蹲式便池自動(dòng)沖水閥，可以徹底改變公廁中便后不沖水的現(xiàn)象，有效地改善公共廁所的衛(wèi)生狀況。蹲式便池自動(dòng)沖水閥性能可靠、節(jié)水節(jié)能，具有很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)開發(fā)前景非常廣闊。

［1］ 楊家軍.機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，1999:39-52.

［2］ 王良才，張文信，黃陽(yáng).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2007:129-130.

［3］ 戴振東，岳林.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2005:334-347.

［4］ 冀宏.液壓氣壓傳動(dòng)與控制［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2009:112-122.