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        關(guān)于武警新式水壺嘴漏水改造

        2016-11-08 08:14:05范海東劉衛(wèi)東
        科學(xué)中國人 2016年29期
        關(guān)鍵詞:變形

        范海東,胡 建,劉衛(wèi)東

        武警后勤學(xué)院研究生管理大隊(duì)

        關(guān)于武警新式水壺嘴漏水改造

        范海東,胡建,劉衛(wèi)東

        武警后勤學(xué)院研究生管理大隊(duì)

        新式水壺是2007年配發(fā)部隊(duì)的,它具有質(zhì)輕、易攜帶等諸多優(yōu)點(diǎn),但是在使用中,官兵反映它有漏水現(xiàn)象。論文通過觀察法、調(diào)查法,利用物理原理、機(jī)械原理對(duì)水壺裝熱水后漏水問題進(jìn)行細(xì)致的分析,找出水壺漏水原因。最后,從材料和形狀兩方面進(jìn)行分析,找到既經(jīng)濟(jì)又可以解決問題的方案。

        新式水壺;壺嘴;改造

        一、新式水壺性能分析

        新式水壺是舊式水壺的升級(jí)版。它的優(yōu)點(diǎn)有:1、新式水壺較舊式水壺外形美觀大方,易于攜帶,固定于身體一側(cè)不會(huì)因上下顛簸而與身體劇烈碰撞。2、新式水壺嘴是內(nèi)旋式壺蓋(如圖1),可有效防止外界灰泥進(jìn)入,干凈衛(wèi)生。3、新式水壺質(zhì)輕,減少負(fù)載。他的缺點(diǎn)有:1、瓶內(nèi)裝熱水時(shí),隔溫效果不好,發(fā)燙,難以碰觸。2、金屬材質(zhì)較好,不易損壞。3、容易漏水。可以發(fā)現(xiàn),新式水壺雖然去除了舊式水壺的弊病,比較干凈衛(wèi)生,但是卻產(chǎn)生了新的問題——漏水。下面針對(duì)水壺嘴漏水這個(gè)問題進(jìn)行深入分析。

        二、水壺嘴漏水原因分析

        通過對(duì)漏水水壺的觀察發(fā)現(xiàn),水壺漏水原因主要是是螺紋滑扣。

        圖3 

        圖4 

        圖5 

        水壺主要是通過水壺嘴外沿與水壺蓋的底層白色軟質(zhì)塑料擠壓而實(shí)現(xiàn)封閉效果的(如圖1、圖2)。這個(gè)擠壓的力來自水壺嘴螺母和水壺蓋內(nèi)置螺塞之間的相互嚙合力。內(nèi)裝冷水時(shí),變化不大,也沒有出現(xiàn)漏水問題。但是當(dāng)裝熱水時(shí),由于熱脹冷縮原理,水壺蓋發(fā)生了變化。塑料遇熱會(huì)發(fā)生軟化,而且水壺蓋的內(nèi)置螺塞中間是空心的(如圖1),當(dāng)外部受到擠壓時(shí),由于硬度不足,直接導(dǎo)致軟化的螺塞內(nèi)經(jīng)減小。同時(shí),水壺蓋的螺紋也會(huì)在力的作用發(fā)生變形,使得水壺在運(yùn)動(dòng)中,在各種不規(guī)則力的作用下,水壺蓋內(nèi)置螺塞與水壺嘴螺母發(fā)生滑扣,導(dǎo)致水壺中熱水濺出。

        為了進(jìn)一步解釋漏水原因,下面是水壺蓋和水壺嘴嚙合時(shí)的截面圖。取圖3中一點(diǎn)“o”,如圖所示。為了清楚解釋原因,在受力分析時(shí),不考慮次要原因,可以假設(shè)螺紋與螺栓中心線垂直且。

        如圖4是水壺沒有裝水時(shí)螺紋的狀態(tài)及受力圖。此時(shí),螺紋嚙合良好,內(nèi)置螺塞硬度足夠大,不易變形,水壺封閉良好。如圖5、圖6、圖7是裝熱水時(shí),內(nèi)置螺栓塞軟化發(fā)生變形圖。隨著擰緊力的加大,以及內(nèi)置螺塞軟化程度的加重,內(nèi)置螺塞內(nèi)經(jīng)以及螺紋變形程度也會(huì)加重(如圖5、6、7),當(dāng)變形達(dá)到圖7位置時(shí),螺紋滑絲。

        三、改進(jìn)措施

        水壺蓋發(fā)生變形,主要是由于塑料的耐熱性不夠好,如果可以找到更好的材料代替它,問題迎刃而解。經(jīng)過調(diào)查分析,此種塑料的性價(jià)比較高,無法找到更好的塑料:如果將其改為金屬材質(zhì),塑料和金屬的一體化問題很難解決,為了解決問題,只能在形狀上尋求突破。經(jīng)過分析研究,我們想了兩種方案。

        第一,將水壺的內(nèi)置螺塞改成塑料實(shí)心的,(如圖8)但是這有一個(gè)問題,那就是實(shí)心螺塞受熱膨脹后,螺紋間也容易因貼合過緊而難以擰開。

        第二,對(duì)照空心螺塞,在空心螺塞(圖9)中間加一個(gè)十字架形狀的支撐物。這樣既可以有效防止因螺紋貼合過緊而擰不開,也可以防止空心螺塞受熱軟化后內(nèi)徑減小而漏水(圖10)。

        由此可見,第二種設(shè)計(jì)(圖10)是最佳的方案。

        圖6 

        圖7 

        圖8 

        圖9 

        圖10 

        四、意義

        針對(duì)于水壺漏水問題,之所以如此設(shè)計(jì),其意義在于:可以用最小的成本、最小的代價(jià)解決部隊(duì)確實(shí)存在且影響戰(zhàn)斗力的問題。

        劉衛(wèi)東,教授。

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