唐山外國語學(xué)校 李浩天 崔燦 蔣云舒

指導(dǎo)教師 李鐵軍

單開關(guān)節(jié)水馬桶

唐山外國語學(xué)校 李浩天 崔燦 蔣云舒

指導(dǎo)教師 李鐵軍

一、研究背景

我家用的是兩個開關(guān)的節(jié)水馬桶，節(jié)水效果很好，但是有時不注意會按錯開關(guān)，尤其是晚上有時不愿意開燈的時候。還有就是通過向同學(xué)了解，有些雙檔位的抽水馬桶質(zhì)量不高，用一兩年出水裝置就損壞，而且損壞后無法維修，又不容易找到配套的配件，只能自己沖水或整體更換坐便器。而且現(xiàn)在還有很多家庭使用的仍然是不節(jié)水的馬桶。所以我和幾個小伙伴商量一下，決定研究一個簡單好用的節(jié)水馬桶。

我們做的是一個單開關(guān)的節(jié)水馬桶。它通過兩根繩子一繃緊一松弛的方式來實現(xiàn)一個開關(guān)控制兩個出水口。作品在舊式馬桶單出水結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增設(shè)高位出水口，將兩個出水口安裝到豎直的出水管上。上出水口通過繃緊細繩與橫桿相連，下出水口通過松弛的細繩與橫桿相連。橫桿中部用軸固定在出水桶一側(cè)，另一端通過鉸鏈連在豎直桿上，豎直桿上端突出馬桶蓋，作為開關(guān)。使用時輕按出半桶水，用力按出全部水。

該項目應(yīng)用了杠桿原理、浮力知識以及鉸鏈結(jié)構(gòu)。該項目的創(chuàng)新點主要有兩個：一個是通過繩子松弛的方式實現(xiàn)了高低出水口的分開控制，簡單有效；二是通過鉸鏈實現(xiàn)豎桿和橫桿的連接，行程大而且不會卡住。作品的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，故障率低而且自己就能維修。經(jīng)過專利網(wǎng)查詢，沒有發(fā)現(xiàn)相同的設(shè)計。我們下一步計劃將兩個出水口分別設(shè)在豎直出水管兩側(cè)，實現(xiàn)出水管安在水桶中間。

二、調(diào)查研究

先是找一個銷售馬桶的叔叔咨詢了一下雙開關(guān)節(jié)水馬桶的原理，他也不懂。他給我們拆了一個出水裝置，我們都沒看懂，我拿到學(xué)校給后勤的叔叔們看，他們意見也不一致。

我們又研究了奶奶家的舊式馬桶，這種馬桶有一個搖桿，只有一個檔位，不節(jié)水。但是這種馬桶結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，而且所有部件都能看到，維修容易。

我們決定將兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，制作一個有兩個檔位的節(jié)水馬桶，它只有一個開關(guān)，結(jié)構(gòu)要簡單，而且有了故障自己就能維修。

三、設(shè)計

我們借鑒舊式馬桶部件在外，結(jié)構(gòu)簡單的特點，通過開設(shè)高低兩個出水口實現(xiàn)雙檔位節(jié)水的目的。為了實現(xiàn)單開關(guān)操作，我們采用兩個出水口拉線一條繃緊，一條適當(dāng)松弛的方式實現(xiàn)單開關(guān)操作。

結(jié)構(gòu)如圖1所示：包括出水管1；豎直桿2，豎直桿上端突出水箱上蓋，作為開關(guān)；橫桿4通過鉸鏈3與豎直桿2相連；在桶壁上有轉(zhuǎn)軸5，橫桿4可以繞轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動。橫桿上連接細繩6，細繩6下端接上出水口7；橫桿上連接細繩8，細繩8松弛，連接下出水口9；出水管最下端有回氣管10。

圖1 實際制作的模型圖

原理：按下開關(guān)在1厘米之內(nèi)時，豎桿下移，帶動橫桿轉(zhuǎn)動，橫桿通過短繩6拉起上出水口浮球，出一半水；繼續(xù)向下按開關(guān)，短繩8繃緊，拉開下出水口，出全部水。簡單說，就是輕按出一半水，用力按出全部水。

需要注意的幾點問題：

1.細繩6及細繩8在拉動膠球時，膠球上翻的角度要大一點，即細繩的行程要大一些，目的是防止膠球小角度上翻時，水流通過出水孔產(chǎn)生的流動力阻止膠球上浮。

2.細繩6與膠球7要緊繃，細繩8與膠球9要松弛，松弛的尺寸為，當(dāng)細繩8與膠球9緊繃時，細繩6拉動膠球7完全翻轉(zhuǎn)時的尺寸。

四、制作模型

我們準(zhǔn)備了整理箱、細桿、塑料方筒、螺絲、出水口套件等材料。在這些材料中，整理箱是家里用過的舊整理箱；塑料方管、螺絲和橫軸是學(xué)校后勤師傅幫忙找的；出水口套件是用我們的零用錢在早市買的，共計兩套，每套9元，總計花了18元。

出水口開啟方式上，我們最初準(zhǔn)備了兩套方案，分別制作模型檢驗效果。

第一套方案：我們打算用橫桿把出水口浮球從出水管內(nèi)部捅開，發(fā)現(xiàn)安裝很困難，膠球很不容易克服水的流動力完全打開，橫桿之間的鉸接點多，出現(xiàn)故障也不易維修。這一方案被淘汰。

第二套方案：

1.方筒容易加工，因此我們找了個方筒作為出水管。在下部適當(dāng)位置開出兩個孔，安裝從早市買的兩個出水口套件。

2.將橫桿和豎桿通過軸固定，再把橫桿固定在方筒一側(cè)的一個軸上。

3.在橫桿中間和一端分別連接一根細繩，分別連接高出水口和低出水口。連接低出水口的細繩松弛2厘米。

4.出水桶上方安裝一個蓋子，用于固定豎桿。

5.從出水口底部開一個口，安裝回氣管。

6.將出水裝置安裝到一個舊整理箱中，用膠密封各個部位。

橫桿4一定要做成“┏”的形狀，因為當(dāng)最后按出全部水的時候，橫桿拉動細繩的一端上翹不能超過水箱上平。

五、實驗檢驗及改進

裝置制作完成后，在學(xué)校衛(wèi)生間，我們進行了注水實驗。實驗發(fā)現(xiàn)高出水口開啟正常，但是低出水口無法正常開啟。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，由于橫桿是固定的，豎桿在向下行進的過程中會被頂歪，阻力很大，也有可能被卡住。在請教了學(xué)校后勤的師傅后，我們將直桿與橫桿的連接由固定軸改為鉸鏈機構(gòu)，解決了存在的問題。

再次實驗，兩個出水口都能正常開啟，實現(xiàn)了單開關(guān)兩種出水方式的目的。

六、總結(jié)及反思

（一）項目的創(chuàng)新點。

1.通過兩根連繩一繃緊一松弛，用這樣最簡單的方法實現(xiàn)了單開關(guān)控制兩個出水口的目的。

2.在豎桿與橫桿的連接方式上采用活動桿連接的方式，增大了橫桿行程，避免豎桿被頂彎。

（二）項目的優(yōu)點。

1.集合了舊式馬桶結(jié)構(gòu)簡單和新型馬桶雙檔位節(jié)水的優(yōu)點。

2.原料簡單好找，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

3.易損部件直接可見，無需專業(yè)人員即可維修。

（三）存在的問題。

1.沒有專門的配件，加上制作水平有限，模型體積較大，操作也不是很靈活。

2.出水裝置在整個水箱的一側(cè)，與現(xiàn)有的馬桶出水裝置在中間不太一致。

（四）進一步設(shè)想。

我們根據(jù)當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的問題，打算進一步改進該出水裝置。并且打算繼續(xù)尋找合適的材料進行試驗，設(shè)想如圖2所示。

圖2