一種機械式停水自閉水龍頭的構(gòu)思

1、 一種機械式停水自閉水龍頭的構(gòu)思王成城，張 凱(鄭州科技學(xué)院 機械工程學(xué)院 河南 鄭州 450064) 摘要: 在日常生活中，因為突然停水而又忘記關(guān)閉水龍頭而造成自來水浪費的現(xiàn)象時常出現(xiàn)?；谶@種現(xiàn)象，本文構(gòu)思了一種機械式停水自閉水龍頭，能解決因停水后忘記關(guān)水龍頭而導(dǎo)致來水后自來水白白流失的問題，進而節(jié)約水資源。 關(guān)鍵字:水龍頭；停水自閉；機械式；構(gòu)思 中圖分類號：TH112 文獻標識碼：A A Mechanical Automatic Closing Faucet IdeaWang Chengcheng,Zhang Kai (School of Mechanical Engineering,

2、 Zhengzhou Institute of Science & Technology, Zhengzhou 450064,China) Abstract: In daily life, it is common that cutting off suddenly the water supply and forgetting to turn off the faucet and cause water wasting phenomenon.Based on this phenomenon, this paper designs a kind of mechanical water

3、autistic faucet, can solve the water because after forgot to turn off the tap to tap water wasted after water problems, and saves water resources. Key words:faucet;cut off automatically when cut off the water supply;mechanical;idea0 前言 水龍頭是日常生活中必備的裝置之一，種類繁多，按開啟方式來分，可分為旋轉(zhuǎn)式、扳手式、抬啟式和感應(yīng)式等;按閥芯來分，可分為橡膠芯、陶

4、瓷閥芯和不銹鋼閥芯等,今后發(fā)展方向是智能化1。但是，在停水后能實現(xiàn)自閉功能的很少，比較先進的有感應(yīng)水龍頭，通過電控制可以實現(xiàn)停水自閉，但這是通過電來控制，第一不安全，第二耗費能源。盡管現(xiàn)在出現(xiàn)了一種機械式自動節(jié)水水龍頭2，但是，它的停水自閉控制裝置和水龍頭是分開的兩個裝置，在一定程度上使機構(gòu)變得復(fù)雜，在材料上也是一種浪費；其次從用戶方面來說水龍頭方便好用對水龍頭十分重要3。為此，本文根據(jù)節(jié)水的內(nèi)涵和節(jié)水方法4，構(gòu)思了一種新型的停水自閉水龍頭，控制裝置和水龍頭融為一體；并且改變了傳統(tǒng)球形閥的設(shè)計，用圓柱狀活塞代替，并用水壓密封，用彈簧拉桿自鎖邏輯判斷實現(xiàn)純機械式停水自閉。1 水龍頭基本結(jié)構(gòu)如圖1

5、所示，水龍頭的整體效果和普通的水龍頭基本外形類似，整體構(gòu)件如圖2所示。 圖1 水龍頭整體效果 Fig 1 faucet integral effect1-外殼；2-變形凸輪；3-彈簧1；4-手柄；5-彈簧2；6-拉桿；7-轉(zhuǎn)動擋板；8-活塞；9-轉(zhuǎn)桿；10-密封圈；11-上端蓋 圖2 水龍頭整體結(jié)構(gòu)Fig 2 faucet integral structure部分零件的裝配關(guān)系彈簧5的裝配（如圖3），在正常和工作狀態(tài)彈簧5一直處于拉伸狀態(tài)，彈簧5的一端和外殼1的凸起a相連另一端和拉桿6的凸起b相連。彈簧3的裝配（如圖4），它的一端和轉(zhuǎn)動擋板7相連，另一端和外殼1相連，在正常情況下，彈簧3處于原

6、長狀態(tài)，工作狀態(tài)處于拉伸狀態(tài)。 圖3 彈簧5的裝配 圖4 彈簧3的裝配 Fig 3 Spring 5 assembly Fig 4 Spring 3 assembly 如圖5活塞a處的階梯空和如圖6的轉(zhuǎn)動擋板b處相配合，這樣使裝配既簡單又牢固。 圖5 活塞剖視 圖6 轉(zhuǎn)動擋板 Fig 5 Piston section Fig 6 Rotation board2 水龍頭工作原理在有水的情況下，入水口處有正常的水壓，如圖7所示，轉(zhuǎn)動擋板7受到水的壓力，為了保證這個壓力，制造時入水口的直徑應(yīng)該比出水口稍小，保證能讓水及時的流出。由于杠桿原理，轉(zhuǎn)動短板7要轉(zhuǎn)動，但是拉桿6和轉(zhuǎn)動擋板7接觸是斜面，運用斜

7、面自鎖5，即當斜面達到一定角度，并且擋板7對拉桿6的支持力沿拉桿6的軸向分力小于兩個斜面之間摩擦力在拉桿6軸向的分力時，達到自鎖，此時再大的水壓也推不開拉桿6，這樣就保證了水龍頭在有水的情況下處于關(guān)閉狀態(tài)。 圖7 斜面自鎖 Fig 7 cant self-locking使用時，如圖8所示，拉開拉桿6，轉(zhuǎn)動擋板7受到水的壓力，轉(zhuǎn)動，松開手后拉桿6被轉(zhuǎn)動擋板7擋住，從而打開水龍頭；關(guān)閉時，如圖9所示，使手柄4 轉(zhuǎn)動90度，變形凸輪2剛好把轉(zhuǎn)動短板7頂?shù)截Q直位置，這時拉桿6剛好達到自鎖位置，在彈簧5的拉力下，運動至自鎖狀態(tài)，水龍頭關(guān)閉。 圖8 使用狀態(tài)(1) 圖9 使用狀態(tài)(2) Fig 8 ope

8、rating condition(1) Fig 9 operating condition(2) 為了保證正常工作狀態(tài)，通常有以下兩種需要水龍頭自閉的情況：2.1停水過程中人為開啟后自閉在停水過程中，入水口一直沒有水壓，當拉動拉桿6時，在彈簧3的微弱拉力下，水龍頭關(guān)閉狀態(tài)不變，如圖10所示。如圖11所示，拉桿6在彈簧5的拉力下處于自鎖狀態(tài)，無論是否轉(zhuǎn)動手柄4，都不影響自鎖狀態(tài)，繼而保持了關(guān)閉狀態(tài)。這樣確保了有人在不知道是否有水的情況下隨意的拉動拉桿6或者轉(zhuǎn)動手柄4，水龍頭都能保持關(guān)閉狀態(tài)。 圖10 停水狀態(tài)(1) 圖11 停水狀態(tài)(2) Fig 10 cut off the water(1)

9、Fig 11 cut off the water(2)2.2使用過程中停水后自閉 有水的情況下，工作狀態(tài)如圖12所示，擋桿6被轉(zhuǎn)動擋板7頂住，水龍頭處于開啟狀態(tài)；若突然停水，瞬時狀態(tài)如圖13所示，在彈簧3的拉力下，使拉桿6剛好處于自鎖位置，為確保此功能的實現(xiàn)，條件是:使拉桿6的頂端和轉(zhuǎn)動擋板7的半圓形側(cè)面的粗糙度較小，使這兩個工作面比較光滑，即摩擦力很小，小于彈簧3的拉力；然后如圖14所示在彈簧5的拉力下達到自鎖位置關(guān)閉水龍頭。 圖12 突然停水狀態(tài)(1) 圖13 突然停水狀態(tài)(2) 圖14 突然停水狀態(tài)(3)Fig 12 suddenly cut off the water(1) Fig 1

10、3 suddenly cut off the water(2) Fig 14 suddenly cut off the water(3) 3 水龍頭的密封 3.1 密封圈 根據(jù)小Y形密封圈(如圖15中的1所示)和唇型密封圈的啟發(fā)6，特意對它進行改進，如圖（16）圖（17）所示 圖（16）中的1和2是對小Y型密封圈和唇形密封圈的結(jié)合，圖（17）中的3結(jié)構(gòu)受的壓力越大，密封性越好，起到雙重密封的作用。 圖15 小Y形密封圈 圖16 密封圈 圖17 密封圈外觀 Fig 15 Y seal Fig 16 seal Fig 17 seal appearance3.2 活塞 如圖（18）所示為活塞的基本外

11、觀，其材料選用丁苯橡膠，既有很高的耐磨性，又有很好的耐老化性7-9。當關(guān)閉水龍頭后，薄壁凸臺3的外壁4和進水口的內(nèi)壁重合，此時內(nèi)壁充滿高壓水，這樣會給內(nèi)壁1一個壓力，使密封更緊密；倒角2和進水口的倒角重合，又進一步確保了密封。 圖18 活塞 Fig 18 piston 對于上端蓋的密封，采用牙型為等腰三角形的管螺紋，利用其本身變形就可以確保連接的密封性，不需要任何填料10。4 結(jié)論 本產(chǎn)品通過簡單機構(gòu)實現(xiàn)純機械自鎖，利用水壓以及杠桿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)邏輯順序判斷達到節(jié)水目的，解決了停水忘關(guān)水龍頭的問題，特制的活塞和密封圈保證了水龍頭本身的密封性，具有很高的可行性和實用性。參考文獻:1 蘇志軍，尹玉杰，張清雙閥門制造工藝北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010，10 2 翁海珊，王晶第一屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽決賽作品集北京：高等教育出版社，2006.53 馬佳，孟妍，袁濤衛(wèi)浴水龍頭產(chǎn)品情感化設(shè)計要素重慶科技學(xué)院報，2009.84 許萍，劉曉東水龍頭與節(jié)約用水北京建筑工程學(xué)院學(xué)報，2002.95 孫恒，陳作模，葛文杰機械原理（第七版）北京：高等教育出版社，2011.11 6 左健民液壓與氣動傳動北京：機械工業(yè)出版社，2012.17 黃志昌，黃鵬等液壓與氣動技術(shù)（第2版）北京：電子工業(yè)出版社，2010，78支道光機械零件材料與熱處理工藝選擇北京：機械工業(yè)出版社，2007，1