家用管道真空吸污充氣機的研發(fā)*

□方益益 □王文深

浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽機學(xué)院 浙江溫州 325000

在現(xiàn)代家庭里，廚房、廁所、浴室等場所，管道經(jīng)常容易因為各種軟硬物質(zhì)（如污泥、碎屑、雜物等）而堵塞，一般較多的辦法是采用手動疏通器疏通，堵塞嚴(yán)重時還可以采用電動疏通器，但這種方法疏通效果很差，壽命短且疏通器不易收藏，電動疏通器一般需專業(yè)人士操作，家庭使用極不方便且費用高昂。

現(xiàn)代家庭中還有很多需要充氣才能正常使用的物品，例如摩托車、自行車輪胎、體育用球、氣球等。目前采用較多的是傳統(tǒng)打氣筒，其功能單一，且密封用的皮碗存在容易損壞等缺點。

筆者研制成功的家用管道真空吸污充氣機兼具吸污和充氣兩種功能，并具有家庭使用方便的特點。經(jīng)檢索，國內(nèi)外市場并沒有發(fā)現(xiàn)同類產(chǎn)品，因此該家用設(shè)備屬一項全新機械產(chǎn)品，可為絕大多數(shù)城市和農(nóng)村家庭所使用，本產(chǎn)品市場前景看好。

1 結(jié)構(gòu)原理

圖1所示為該設(shè)備結(jié)構(gòu)原理示意圖。該設(shè)備是由基座、缸體、活塞、活塞桿、密封圈、單向閥及截止閥等組成。當(dāng)其用作充氣設(shè)備時，基座左側(cè)的兩截止閥打開，而右側(cè)的截止閥關(guān)閉。當(dāng)活塞提起時，缸下腔形成真空，進氣單向閥自動打開，空氣從外部進入缸體下腔，此時出氣單向閥關(guān)閉，吸氣階段完成；當(dāng)活塞壓下時，缸下腔氣壓增加，進氣單向閥關(guān)閉，出氣單向閥打開，缸內(nèi)壓縮空氣經(jīng)皮管、出氣單向閥進入需要充氣的設(shè)備中，如自行車、電動車輪胎、氣球、籃球、排球等，壓氣階段完成。如此循環(huán)往復(fù)幾次，就可以完成對設(shè)備的充氣工作。

在其用作吸污設(shè)備時，基座左側(cè)的截止閥均關(guān)閉，右側(cè)的截止閥則打開。當(dāng)對管道進行吸污時應(yīng)將橡膠吸污盤口對準(zhǔn)管道口或馬桶的排污口，當(dāng)活塞提起時，缸下腔產(chǎn)生真空，管道污泥層會在其下部大氣壓力作用下向上翹翻，活塞壓下時，缸內(nèi)氣壓增加，污泥層又會在缸內(nèi)氣體壓力作用下向下彎折。當(dāng)活塞上下循環(huán)運動時，淤泥層會不斷地重復(fù)上下彎折，最終發(fā)生疲勞斷裂，再用水流沖走堵塞管道的淤泥，從而達到疏通管道的目的。

▲圖1 家用真空吸污充氣機原理設(shè)計示意圖

為完成同時充氣和吸污工作，將進氣通道和出氣通道設(shè)計在缸體基座兩側(cè)。兩通道氣孔螺紋直徑均為M 10×1.25 mm，分別接一個由兩個截止閥、兩個單向閥（進、出氣）及充氣閥組成的充氣單元和由截止閥和吸污軟盤組成的吸污單元。當(dāng)缸筒下腔污物需要清理時，可將基座底部的排污塞擰下，上下移動幾次活塞桿即可將污泥排出缸外，最后再用清水進行沖洗干凈。

2 設(shè)計過程

在傳統(tǒng)打氣筒和真空吸污機的基礎(chǔ)之上，對本設(shè)備的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，巧妙地采用了單向閥、截止閥、充氣閥及吸污盤以實現(xiàn)產(chǎn)品功能的轉(zhuǎn)換。

由于本設(shè)計針對的是家用產(chǎn)品，其外形設(shè)計時參考了一般打氣筒尺寸，確定的主要尺寸為：缸筒內(nèi)徑42 mm，壁厚3 mm，筒高450 mm。由于本機在工作時壓力和真空度均不大，筒身及端蓋材料均采用質(zhì)量較輕的鋁合金材料，手柄采用樹脂材料，截止閥、單向閥、充氣閥等元件采用氣動元件產(chǎn)品，密封件采用O型密封圈、密封帶及彈性墊片。設(shè)計中采用市場易購的氣動元件，有利于該產(chǎn)品的制造及維修。本機械充氣及吸污能力的計算過程如下所述。

2.1 打氣能力的計算

當(dāng)缸體活塞完全提起時，底腔一次性充入氣體的容積近似為缸體內(nèi)腔的容積，即：

考慮到空氣損耗和泄漏等原因，假設(shè)每次可以把氣筒內(nèi)70%的氣體充入車胎（不考慮充氣前胎內(nèi)存留氣體和充氣過程中氣體溫度變化），估計實際一次充氣量為：

一般自行車內(nèi)胎（26 x 1.75″）容積為1.5L左右，充氣后要求達到胎內(nèi)氣壓壓力為2.5～3 bar之間。若按充氣壓力3bar來計算，可計算出自行車充氣需要往復(fù)運動的次數(shù)為：實際中，自行車充氣時往往都是在已經(jīng)充氣的基礎(chǔ)之上再充氣，若假設(shè)原來壓力2 bar，則充滿氣僅需4-5次即可。

用同樣的方法對常見大小的籃球、排球、氣球等充氣次數(shù)進行計算，結(jié)果為5次、4次、3次左右。

2.2 吸污能力的計算

假設(shè)本設(shè)備密封完好，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸可計算出缸下腔最小容積（當(dāng)活塞處于最下端時）為Vmin=34.5 m L。設(shè)大氣壓力為p0，由p0Vmin=pV可計算出當(dāng)活塞拉至缸筒最高位置時的壓力為：

由此可得知，在吸污時缸筒內(nèi)腔真空度理論上可達到0.945p0，但實際上由于存在漏氣等因素，缸筒內(nèi)腔不可能達到這么低的壓力。經(jīng)實際測試表明，在吸污機工作時，缸內(nèi)氣體真空度最大可以達到0.4 bar，基本上可以解決一般情況下的水管堵塞、馬桶不通及地漏堵塞等問題。對于管道堵塞層厚度小于5 mm、深度不超過5 m的管道，使用本機械完全可以進行疏通。

3 結(jié)束語

家用管道真空吸污充氣機兼具管道吸污和充氣兩項功能，具有適合在家庭中使用的特點，在國內(nèi)外市場上屬一種全新產(chǎn)品，應(yīng)用前景很好。

本設(shè)備依靠活塞在缸筒內(nèi)作循環(huán)運動，并在筒外基座上兩側(cè)設(shè)置進出氣口，以連接充氣單元和吸污單元，有利于簡化筒內(nèi)活塞結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)充氣和吸污功能。試驗表明，該產(chǎn)品能很好地解決家庭管道堵塞及充氣問題。

［1］路甬祥.液壓氣動技術(shù)手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［2］徐灝.機械設(shè)計手冊（第五卷）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1995.