一種蹲式便池自動沖水閥的設計

莫盛秋

(常州信息職業(yè)技術學院機電工程學院 江蘇常州 213164)

0 引言

蹲式便池是社會公共場所常見的衛(wèi)生設備，是非接觸式如廁裝置，具有不易傳染疾病的優(yōu)點。但就目前情況來看，公共衛(wèi)生間還存在一些不足，特別是與之配套的沖水設施功能還不夠完善。在公共衛(wèi)生間，常見的沖水設備有手壓式?jīng)_水閥、腳踏式?jīng)_水閥和感應式?jīng)_水閥三種。其中手壓式?jīng)_水閥用得較普遍，但這種手壓式?jīng)_水閥的安裝位置一般都是在如廁人的身后，操作不方便，特別是需要用手操作，會讓如廁人擔心把手弄臟或受疾病傳染。腳踏式?jīng)_水閥的優(yōu)點是不需要用手操作，但由于其外形不美觀，需要占用較大的安裝空間，所以使用的范圍受到限制。以上這兩種沖水閥都是需要在人們便后去操作，不符合人們在便后欲及時離開的心態(tài)，故常有部分人如廁后忘記沖水。感應式?jīng)_水閥是近幾年出現(xiàn)的一種技術較為先進的沖水設施，它能在人們如廁后自動沖水，不需人為操作，如廁后可即時離開。但使用感應式?jīng)_水閥也存在一些問題，一是價格較高，一次性投入成本大;二是故障維修比較麻煩，需要專業(yè)人員來完成;三是感應式?jīng)_水閥需要用電，沒有電它就無法工作。由于感應式?jīng)_水閥使用成本較高，故它主要是用在高檔酒店、機場、重要場館等公共衛(wèi)生間，一般的社會公廁很難見到。本設計主要是解決蹲式便池的自動沖水問題，一旦如廁人便后離開便池的蹲位時，閥門能自動打水閥沖刷便槽，然后自動關閉［1］。

1 蹲式便池自動沖閥的結構及組成

蹲式便池自動沖閥的結構如圖1所示。其主要由閥體部分、齒輪擺柄機構、踏板傳力機構及閥門等四部分組成。其零件包括閥座1、轉銷2、踏板3、拉簧4、擺柄5、壓簧6、磁性元件7、齒輪8、小壓蓋9、動陶瓷片10、定陶瓷片11、大壓蓋12、方軸13、長軸14、出水口 15、圓軸 16、入水口 17、小滾輪 18等零件。

圖1 蹲式便池自動沖閥的結構圖

1.1 閥體部分

蹲式便池自動沖水閥的閥體部分主要包括閥座1、出水口15、進水口17等零部件。閥座總體為一長方體形狀零件，其四個角有突起部分，四個突起部分當中均加工有孔，用于與地腳螺釘連接固定。閥體的縱向加工有兩個通孔，其中一個為長軸孔，另一個為閥門孔。閥體橫向兩端加工有兩個孔，兩孔在閥體中部與閥門孔相通，但不在一條直線上，其中一個用于安裝進水口，另一個用于安裝出水口。閥體部分見圖2所示。

圖2 閥體結構圖

1.2 齒輪擺柄機構

齒輪擺柄機構主要包括拉簧4、擺柄5、齒輪8、長軸14、小滾輪18等零件。齒輪擺柄機構共有兩組，安裝在閥座的前后兩側，兩組共用一根長軸。擺柄底部為一圓弧齒條，它與齒輪相嚙合［2］。當踏板受力時，它壓迫小滾輪使擺柄擺動一個角度，擺柄再帶動齒輪旋轉，齒輪轉動帶動閥門工作，齒輪擺柄機構的復原是通過拉簧將其拉回原位［3］。閥座前側齒輪擺柄機構用于控制常閉閥，后側齒輪擺柄機構用于控制常開閥。齒輪擺柄機構見圖3所示。

圖3 齒輪擺柄機構圖

1.3 踏板傳力機構

踏板傳力機構包括轉銷2、踏板3及壓簧6等零件。踏板一端由轉銷將其與閥座鉸鏈，另一端由壓簧支撐。踏板受重力時，其一端壓縮壓簧并繞著轉銷轉動，同時強迫擺柄擺動，再帶動閥門工作。當重力消除時，壓簧將踏板推回原位。踏板傳力機構見圖4所示。

圖4 踏板傳力機構圖

1.4 閥門結構

蹲式便池自動沖水閥是通過一組常開閥和常閉閥的聯(lián)動來實現(xiàn)其功能的，常開閥與常閉閥位置及結構見圖5所示。閥門主要由小壓蓋9、動陶瓷片10、定陶瓷片11、大壓蓋12、方軸13及圓軸16等零件組成。與進水口相通的為常閉閥，當踏板壓迫擺柄擺動時閥即打開。與出水口相通的則為常開閥，當踏板壓迫擺柄擺動時閥即關閉［4］。

圖5 閥門結構圖

在常閉閥一側，擺柄與閥座上安裝有磁性元件，在其打開后再復原的過程中，因受磁力的作用使其恢復過程滯后于常開閥，從而使便池獲得沖洗時間。磁性元件的磁力根據(jù)所選拉簧力的大小來確定。

蹲式便池自動沖水閥的安裝布局見圖6所示。事先在便池一側預埋進、出水管，自動沖水閥與進出水管連接后，通過地腳螺釘固定在便池一側作為左蹲位。便池右蹲位可利用原有的或另用建筑材料制成。此外，該自動沖水閥也可直接連接明管使用。

圖6 蹲式便池自動沖水閥的安裝布局圖

2 蹲式便池自動沖閥的工作原理

蹲式便池自動沖水閥主要用于車站、碼頭、公園、機關、醫(yī)院、學校等公共廁所蹲式便池的自動沖洗。其工作原理是當如廁人站上沖水閥的踏板3時，踏板繞轉銷2轉動一個角度，同時通過小滾輪18強迫擺柄5擺動一個角度。因擺柄底部為圓弧齒條，其擺動時帶動了齒輪8作逆時針旋轉，它的旋轉使閥體中的常閉閥打開，水從入水口17進入閥體。因蹲式便池自動沖水閥齒輪擺柄機構前后是對稱的，其后側的齒輪同時作順時針旋轉，使閥體中的常開閥關閉，進入閥體的水被截留在閥體內。當如廁人離開踏板后，擺柄受到拉簧4的拉力帶動齒輪恢復原位，此時常開閥復原打開，閥體管路導通，使自來水通過出水口15對便池進行沖刷。在常閉閥一側，由于擺臂與閥體內安裝的磁性元件相互作用，產生阻力，起到了延時作用，使擺臂的回程時間延長，保證自來水對便池的沖刷所需的時間。另外，當如廁人剛踏上沖水閥踏板時，閥體中的常開閥與常閉閥的開閉動作存在一個時間差，即在常閉閥打開時，常開閥還未完全關閉到位，形成管路瞬間相通，閥體內有少量的水沖出。設計中利用了這個時間差，使便池表面在人們如廁前就得到了潤濕，減少大便對便池表面的附著力。

3 蹲式便池自動沖水閥的性能與特點

蹲式便池自動沖水閥運用了齒輪擺桿機構與一組常開常閉的閥門聯(lián)動配合的工作原理，簡便有效地解決了公共廁所蹲式便池自動沖洗的問題。此外，蹲式便池自動沖水閥還具有以下一些功能和特點。一是蹲式便池自動沖水閥具有便前先潤濕便池的功能，有效減少大便對便池表面的附著力，這樣對便后沖刷的水量、水壓和時間要求相對較低，能起到節(jié)水節(jié)能的作用;二是蹲式便池自動沖水閥采用磁性材料來控制閥門啟閉的延時功能，準確有效而且故障少;三是蹲式便池自動沖水閥制作材料設計采用塑料制品和不銹鋼材料，輕便、防腐防銹;四是蹲式便槽自動沖水閥的設計結構緊湊、制作成本低、安裝方便，對新造公廁或舊公廁改造都能適用，具有很好的經(jīng)濟性和適用性。

在公共衛(wèi)生間安裝蹲式便池自動沖水閥，可以徹底改變公廁中便后不沖水的現(xiàn)象，有效地改善公共廁所的衛(wèi)生狀況。蹲式便池自動沖水閥性能可靠、節(jié)水節(jié)能，具有很好的社會效益和經(jīng)濟效益，市場開發(fā)前景非常廣闊。

［1］ 楊家軍.機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計［M］.武漢:華中科技大學出版社，1999:39-52.

［2］ 王良才，張文信，黃陽.機械設計基礎［M］.北京:北京大學出版社，2007:129-130.

［3］ 戴振東，岳林.機械設計基礎［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005:334-347.

［4］ 冀宏.液壓氣壓傳動與控制［M］.武漢:華中科技大學出版社，2009:112-122.