葛秋琳，董晗，李彤

（華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063210）

對(duì)于戶外和野外運(yùn)動(dòng)愛好者來說，飲水非常重要。但當(dāng)前市面上的凈水裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，不夠便攜，而且在山區(qū)、野外等地方?jīng)]有電力支持。雖然市面上有凈水裝置采用人力腳踏或者手壓的方式進(jìn)行加壓凈水，但是在野外這種方式會(huì)大大耗費(fèi)人的體力，且效率很低?；诖爽F(xiàn)狀，本文提出了一種配合腿部運(yùn)動(dòng)的便攜凈水裝置，人們?cè)谛凶叩耐瑫r(shí)便可完成凈水過程，既不會(huì)耗費(fèi)多余體力，又提高了凈水效率。

1 裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

配合腿部運(yùn)動(dòng)的便攜凈水裝置包括曲柄滑輪運(yùn)動(dòng)裝置和凈水裝置，并且曲柄滑輪運(yùn)動(dòng)裝置和凈水裝置相連。曲柄滑輪運(yùn)動(dòng)裝置由三根曲柄、曲柄連接處的鉸鏈、滾動(dòng)滑輪和套在小腿上的彈性圈組成；運(yùn)用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的原理，三根曲柄和人的腿部運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)，與彈性圈相連的曲柄和小腿相配合，與滾動(dòng)滑輪相連的曲柄和大腿相配合，上述兩根曲柄的連接處的活動(dòng)鉸鏈與人的膝蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)相配合，人在走路跑步的時(shí)候帶動(dòng)了曲柄的運(yùn)動(dòng)，曲柄的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而推動(dòng)滾動(dòng)滑輪運(yùn)動(dòng)。當(dāng)人的大腿和小腿在站立或運(yùn)動(dòng)過程中腿部呈直立狀態(tài)時(shí)，與大腿配合的曲柄和與小腿配合的曲柄繞著曲柄連接處的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)成接近直線的狀態(tài)，三根曲柄收縮在一起接近直線；當(dāng)人的大腿和小腿在運(yùn)動(dòng)過程中腿部呈彎曲狀態(tài)時(shí)，與大腿配合的曲柄和與小腿配合的曲柄繞著曲柄連接處的鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與大腿和小腿的夾角近似，三根曲柄展開中間是一個(gè)三角形，進(jìn)而與大腿配合的曲柄推動(dòng)滾動(dòng)滑輪。

凈水裝置包括原水罐、凈水罐、加壓裝置、氣囊裝置、初濾器、反滲透裝置和套在大腿上的彈圈；氣囊裝置包括氣囊和氣囊單向閥，氣囊與滾動(dòng)滑輪相連，氣囊單向閥與氣囊出氣管相連，本裝置中的氣囊為高強(qiáng)度耐磨性擠壓氣囊；加壓裝置包括氣缸和壓力泵，氣缸一側(cè)通過氣囊出氣管與氣囊相連，另一側(cè)與壓力泵相連；壓力泵包括壓力泵進(jìn)水口和壓力泵出水口，其中壓力泵進(jìn)水口通過壓力泵進(jìn)水管與原水罐相連，壓力泵出水口通過壓力泵出水管與初濾器相連。凈水罐通過凈水管與反滲透裝置相連，反滲透裝置通過出水管與初濾器相連。

滾動(dòng)滑輪在曲柄的推動(dòng)下上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滾動(dòng)滑輪向下滾動(dòng)時(shí)氣囊單向閥進(jìn)氣，當(dāng)滾動(dòng)滑輪向上滾動(dòng)時(shí)氣囊單向閥關(guān)閉，緊接著氣囊中的空氣收到擠壓，通過氣囊出氣管進(jìn)入氣缸；進(jìn)而氣缸開始工作，將原水從原水罐中抽出，原水經(jīng)過壓力泵進(jìn)水管進(jìn)入壓力泵進(jìn)水口，又經(jīng)過壓力泵出水口通過壓力泵出水管進(jìn)入初濾器，初濾器此時(shí)對(duì)原水進(jìn)行第一次過濾；然后初濾凈水通過出水管進(jìn)入到反滲透裝置，反滲透裝置主要靠反滲透膜來完成過濾，初濾凈水經(jīng)過反滲透膜進(jìn)行第二次凈化；最后過濾出的凈水通過凈水管進(jìn)入凈水罐，進(jìn)而提供給人們飲用水。

此外，上述套在大腿和小腿上的彈性圈可以根據(jù)不同體型人的腿的粗細(xì)來調(diào)節(jié)相應(yīng)的大小，操作靈活便捷。

2 裝置的使用方法和工作過程

如圖1和圖2，本裝置包括曲柄滑輪運(yùn)動(dòng)裝置和凈水裝置，曲柄滑輪運(yùn)動(dòng)裝置包括滾動(dòng)滑輪1、配合大腿運(yùn)動(dòng)的曲柄2、曲柄連接處的活動(dòng)鉸鏈3、配合小腿運(yùn)動(dòng)的曲柄4、與凈水裝置固定相連的曲柄5、套在小腿上的彈性圈6，凈水裝置包括原水罐7、原水罐注水口8、反滲透裝置9、凈水罐10、飲水口11、飲水口蓋12、初濾器13、加壓裝置14，氣囊裝置15、套在大腿上的彈性圈16。氣囊裝置15包括氣囊和氣囊單向閥，氣囊與滾動(dòng)滑輪1相連，氣囊單向閥與氣囊出氣管相連；加壓裝置14包括氣缸和壓力泵，氣缸一側(cè)通過氣囊出氣管與氣囊相連，另一側(cè)與壓力泵相連；壓力泵包括壓力泵進(jìn)水口和壓力泵出水口，壓力泵進(jìn)水口通過壓力泵進(jìn)水管與原水罐7相連，壓力泵出水口通過壓力泵出水管與初濾器13相連；凈水罐10通過凈水管與反滲透裝置9相連，反滲透裝置9通過出水管與初濾器13相連。

在具體使用中，首先將野外的水通過原水罐注水口8灌入到原水罐7中，然后將彈性圈6套在小腿上，將彈性圈16套在大腿上，佩帶上本裝置；曲柄滑輪運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)用了曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的原理，曲柄2與大腿的運(yùn)動(dòng)相配合，曲柄4和小腿的運(yùn)動(dòng)相配合，曲柄的連接處的活動(dòng)鉸鏈3與人的膝蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)相配合，人在走路跑步的時(shí)候帶動(dòng)了三根曲柄的運(yùn)動(dòng)，曲柄的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而推動(dòng)滾動(dòng)滑輪1的上下滾動(dòng)；滾動(dòng)滑輪1向下滾動(dòng)時(shí)氣囊單向閥進(jìn)氣，滾動(dòng)滑輪1向上滾動(dòng)時(shí)氣囊單向閥關(guān)閉，氣囊中的空氣收到擠壓，通過氣囊出氣管進(jìn)入氣缸；進(jìn)而氣缸開始工作，將原水從原水罐7中抽出，原水經(jīng)過壓力泵進(jìn)水管進(jìn)入壓力泵進(jìn)水口，又經(jīng)過壓力泵出水口通過壓力泵出水管進(jìn)入初濾器13，進(jìn)行第一次過濾；然后初濾凈水通過出水管進(jìn)入到反滲透裝置9，經(jīng)過反滲透膜進(jìn)行第二次凈化，最后凈水通過凈水管進(jìn)入凈水罐，提供給人們飲用水。

圖1 整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 具體工作示意圖

3 結(jié)語

本裝置通過把彈性圈分別套在人的大腿和小腿上來佩帶，達(dá)到隨身便攜的目的，并且曲柄滑輪運(yùn)動(dòng)裝置能較好地配合人在走路跑步時(shí)腿部的運(yùn)動(dòng)，不會(huì)因佩帶本裝置而給人帶來額外的負(fù)擔(dān)。人們?cè)谛凶邥r(shí)，滾動(dòng)滑輪反復(fù)擠壓凈水裝置里的氣囊，將空氣壓入了氣缸，節(jié)省動(dòng)力能源，同時(shí)不會(huì)耗費(fèi)人的體力。在沒有電力及自來水供應(yīng)的環(huán)境中，充分利用野外取得的各種水源，行走的同時(shí)完成飲水凈化的過程，既保證了飲水安全，又不影響行程進(jìn)度，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。