□方益益 □王文深

浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽機(jī)學(xué)院 浙江溫州 325000

在現(xiàn)代家庭里，廚房、廁所、浴室等場(chǎng)所，管道經(jīng)常容易因?yàn)楦鞣N軟硬物質(zhì)（如污泥、碎屑、雜物等）而堵塞，一般較多的辦法是采用手動(dòng)疏通器疏通，堵塞嚴(yán)重時(shí)還可以采用電動(dòng)疏通器，但這種方法疏通效果很差，壽命短且疏通器不易收藏，電動(dòng)疏通器一般需專業(yè)人士操作，家庭使用極不方便且費(fèi)用高昂。

現(xiàn)代家庭中還有很多需要充氣才能正常使用的物品，例如摩托車、自行車輪胎、體育用球、氣球等。目前采用較多的是傳統(tǒng)打氣筒，其功能單一，且密封用的皮碗存在容易損壞等缺點(diǎn)。

筆者研制成功的家用管道真空吸污充氣機(jī)兼具吸污和充氣兩種功能，并具有家庭使用方便的特點(diǎn)。經(jīng)檢索，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)并沒有發(fā)現(xiàn)同類產(chǎn)品，因此該家用設(shè)備屬一項(xiàng)全新機(jī)械產(chǎn)品，可為絕大多數(shù)城市和農(nóng)村家庭所使用，本產(chǎn)品市場(chǎng)前景看好。

1 結(jié)構(gòu)原理

圖1所示為該設(shè)備結(jié)構(gòu)原理示意圖。該設(shè)備是由基座、缸體、活塞、活塞桿、密封圈、單向閥及截止閥等組成。當(dāng)其用作充氣設(shè)備時(shí)，基座左側(cè)的兩截止閥打開，而右側(cè)的截止閥關(guān)閉。當(dāng)活塞提起時(shí)，缸下腔形成真空，進(jìn)氣單向閥自動(dòng)打開，空氣從外部進(jìn)入缸體下腔，此時(shí)出氣單向閥關(guān)閉，吸氣階段完成；當(dāng)活塞壓下時(shí)，缸下腔氣壓增加，進(jìn)氣單向閥關(guān)閉，出氣單向閥打開，缸內(nèi)壓縮空氣經(jīng)皮管、出氣單向閥進(jìn)入需要充氣的設(shè)備中，如自行車、電動(dòng)車輪胎、氣球、籃球、排球等，壓氣階段完成。如此循環(huán)往復(fù)幾次，就可以完成對(duì)設(shè)備的充氣工作。

在其用作吸污設(shè)備時(shí)，基座左側(cè)的截止閥均關(guān)閉，右側(cè)的截止閥則打開。當(dāng)對(duì)管道進(jìn)行吸污時(shí)應(yīng)將橡膠吸污盤口對(duì)準(zhǔn)管道口或馬桶的排污口，當(dāng)活塞提起時(shí)，缸下腔產(chǎn)生真空，管道污泥層會(huì)在其下部大氣壓力作用下向上翹翻，活塞壓下時(shí)，缸內(nèi)氣壓增加，污泥層又會(huì)在缸內(nèi)氣體壓力作用下向下彎折。當(dāng)活塞上下循環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，淤泥層會(huì)不斷地重復(fù)上下彎折，最終發(fā)生疲勞斷裂，再用水流沖走堵塞管道的淤泥，從而達(dá)到疏通管道的目的。

▲圖1 家用真空吸污充氣機(jī)原理設(shè)計(jì)示意圖

為完成同時(shí)充氣和吸污工作，將進(jìn)氣通道和出氣通道設(shè)計(jì)在缸體基座兩側(cè)。兩通道氣孔螺紋直徑均為M 10×1.25 mm，分別接一個(gè)由兩個(gè)截止閥、兩個(gè)單向閥（進(jìn)、出氣）及充氣閥組成的充氣單元和由截止閥和吸污軟盤組成的吸污單元。當(dāng)缸筒下腔污物需要清理時(shí)，可將基座底部的排污塞擰下，上下移動(dòng)幾次活塞桿即可將污泥排出缸外，最后再用清水進(jìn)行沖洗干凈。

2 設(shè)計(jì)過程

在傳統(tǒng)打氣筒和真空吸污機(jī)的基礎(chǔ)之上，對(duì)本設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，巧妙地采用了單向閥、截止閥、充氣閥及吸污盤以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的轉(zhuǎn)換。

由于本設(shè)計(jì)針對(duì)的是家用產(chǎn)品，其外形設(shè)計(jì)時(shí)參考了一般打氣筒尺寸，確定的主要尺寸為：缸筒內(nèi)徑42 mm，壁厚3 mm，筒高450 mm。由于本機(jī)在工作時(shí)壓力和真空度均不大，筒身及端蓋材料均采用質(zhì)量較輕的鋁合金材料，手柄采用樹脂材料，截止閥、單向閥、充氣閥等元件采用氣動(dòng)元件產(chǎn)品，密封件采用O型密封圈、密封帶及彈性墊片。設(shè)計(jì)中采用市場(chǎng)易購(gòu)的氣動(dòng)元件，有利于該產(chǎn)品的制造及維修。本機(jī)械充氣及吸污能力的計(jì)算過程如下所述。

2.1 打氣能力的計(jì)算

當(dāng)缸體活塞完全提起時(shí)，底腔一次性充入氣體的容積近似為缸體內(nèi)腔的容積，即：

考慮到空氣損耗和泄漏等原因，假設(shè)每次可以把氣筒內(nèi)70%的氣體充入車胎（不考慮充氣前胎內(nèi)存留氣體和充氣過程中氣體溫度變化），估計(jì)實(shí)際一次充氣量為：

一般自行車內(nèi)胎（26 x 1.75″）容積為1.5L左右，充氣后要求達(dá)到胎內(nèi)氣壓壓力為2.5～3 bar之間。若按充氣壓力3bar來計(jì)算，可計(jì)算出自行車充氣需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)為：實(shí)際中，自行車充氣時(shí)往往都是在已經(jīng)充氣的基礎(chǔ)之上再充氣，若假設(shè)原來壓力2 bar，則充滿氣僅需4-5次即可。

用同樣的方法對(duì)常見大小的籃球、排球、氣球等充氣次數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果為5次、4次、3次左右。

2.2 吸污能力的計(jì)算

假設(shè)本設(shè)備密封完好，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸可計(jì)算出缸下腔最小容積（當(dāng)活塞處于最下端時(shí)）為Vmin=34.5 m L。設(shè)大氣壓力為p0，由p0Vmin=pV可計(jì)算出當(dāng)活塞拉至缸筒最高位置時(shí)的壓力為：

由此可得知，在吸污時(shí)缸筒內(nèi)腔真空度理論上可達(dá)到0.945p0，但實(shí)際上由于存在漏氣等因素，缸筒內(nèi)腔不可能達(dá)到這么低的壓力。經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明，在吸污機(jī)工作時(shí)，缸內(nèi)氣體真空度最大可以達(dá)到0.4 bar，基本上可以解決一般情況下的水管堵塞、馬桶不通及地漏堵塞等問題。對(duì)于管道堵塞層厚度小于5 mm、深度不超過5 m的管道，使用本機(jī)械完全可以進(jìn)行疏通。

3 結(jié)束語

家用管道真空吸污充氣機(jī)兼具管道吸污和充氣兩項(xiàng)功能，具有適合在家庭中使用的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上屬一種全新產(chǎn)品，應(yīng)用前景很好。

本設(shè)備依靠活塞在缸筒內(nèi)作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，并在筒外基座上兩側(cè)設(shè)置進(jìn)出氣口，以連接充氣單元和吸污單元，有利于簡(jiǎn)化筒內(nèi)活塞結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)充氣和吸污功能。試驗(yàn)表明，該產(chǎn)品能很好地解決家庭管道堵塞及充氣問題。

［1］路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五卷）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.