環(huán)保節(jié)能型自動(dòng)沖水蹲便器的設(shè)計(jì)

馬迪紅 張麗珍 盛晚霞 王江濤 楊佺

摘 要：為了解決電控蹲便器因用電而導(dǎo)致的污染環(huán)境問(wèn)題和一般蹲便器使用者使用后不沖水的問(wèn)題，文章設(shè)計(jì)了一種不需要能源就可以自動(dòng)沖水的蹲便器，它利用兩個(gè)水閥配合使用完成蹲便器自動(dòng)沖水的功能，既節(jié)約能源，又能潔凈環(huán)境。

關(guān)鍵詞：蹲便器；環(huán)保；水閥

引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們生活質(zhì)量越來(lái)越高，生活環(huán)境也需隨著社會(huì)的進(jìn)步不斷改善。廁所，尤其是公共廁所的環(huán)境是我們生活環(huán)境中很重要的一部分，干凈的廁所環(huán)境有益于我們的生活，但公共廁所的人員流動(dòng)量大、進(jìn)出頻繁，使用率高，有些人上完廁所后沒(méi)有沖水的習(xí)慣或忘記沖水，也有一些人有潔癖，不愿接觸沖水裝置，這就導(dǎo)致了現(xiàn)在的公共廁所環(huán)境很糟糕。

目前也有自動(dòng)沖水的蹲便器，分為紅外感應(yīng)式?jīng)_水蹲便器和機(jī)械式自動(dòng)沖水蹲便器[1]?，F(xiàn)有極少數(shù)公廁使用了紅外感應(yīng)式?jīng)_水蹲便器，但是這種蹲便器還存在成本高、易壞、維修困難和需要消耗電能等問(wèn)題?；谀壳皣?guó)內(nèi)還是以火力發(fā)電為主，節(jié)約用電就是保護(hù)環(huán)境，無(wú)需用電就顯得十分重要。因此國(guó)內(nèi)有很多人在致力于研究一款機(jī)械式自動(dòng)沖水蹲便器，這種蹲便器不需要用電來(lái)驅(qū)動(dòng)，只需要靠人體的重力來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖水功能[2]。但是機(jī)械式自動(dòng)沖水蹲便器還沒(méi)有可以實(shí)際使用的產(chǎn)品，在此之前有一款機(jī)械式自動(dòng)沖水蹲便器[3]申請(qǐng)使用新型專(zhuān)利成功，但是該機(jī)械式自動(dòng)沖水蹲便器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、實(shí)施困難，一直沒(méi)能投入使用。

因此，從環(huán)境衛(wèi)生與節(jié)約能源出發(fā)，設(shè)計(jì)一種新型的公共廁所用機(jī)械式自動(dòng)沖水蹲便器顯得很有必要，也比較有應(yīng)用前景。

1 自動(dòng)沖水蹲便器的整體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)沖水蹲便器包括水箱蓋、水箱、浮球閥、水管、踏塊、進(jìn)水閥、出水閥和底座等，見(jiàn)圖1。整個(gè)蹲便器系統(tǒng)可以做成一個(gè)整體，便于在公共場(chǎng)合安裝和維修。

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖水功能，在左腳下設(shè)置一個(gè)進(jìn)水閥，右腳下設(shè)置一個(gè)出水閥，進(jìn)水閥和出水閥分別由腳下的踏塊觸發(fā)。當(dāng)有人來(lái)使用時(shí)，人的二個(gè)腳會(huì)正好踩在踏塊上面，此時(shí)，出水閥關(guān)閉，進(jìn)水閥打開(kāi)，水箱開(kāi)始充水，若水充滿(mǎn)時(shí)使用者還沒(méi)離開(kāi)，浮球閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水，以防止水溢出。當(dāng)人使者用完離開(kāi)時(shí)，進(jìn)水閥在彈簧的作用下自動(dòng)關(guān)閉，出水閥在彈簧的作用下自動(dòng)打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)沖水。自動(dòng)沖水無(wú)須用電器控制，節(jié)約了電能。同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，便于維修。

2 關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該自動(dòng)沖水蹲便器的無(wú)能源自動(dòng)沖水功能主要是由二個(gè)水閥（一個(gè)進(jìn)水閥和一個(gè)出水閥）實(shí)現(xiàn)的。

2.1 進(jìn)水閥

進(jìn)水閥包括閥體、閥芯、閥蓋、調(diào)節(jié)螺母、彈簧等，如圖2所示。進(jìn)水閥在常態(tài)下是關(guān)閉的，當(dāng)人踩在踏板上時(shí)，由于人體自身重力的作用帶動(dòng)踏板向下運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)閥芯向下移動(dòng)，進(jìn)水閥口打開(kāi)，水自進(jìn)水口通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入水箱，開(kāi)始蓄水。卸荷槽開(kāi)在進(jìn)水閥的出水口，軸肩用于控制閥芯的位置，通過(guò)調(diào)節(jié)螺母可以改變彈簧長(zhǎng)度，從而調(diào)節(jié)閥芯被踩下需要的力，各口設(shè)有密封圈。

2.2 出水閥

出水閥的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它也主要由閥體、閥芯和彈簧組成，出水閥在常態(tài)下閥口是打開(kāi)的。當(dāng)有人踩上出水閥踏板時(shí)，閥芯下移，出水閥口關(guān)閉，直到人離開(kāi)時(shí)出水閥閥芯在彈簧作用下上移，閥口打開(kāi)，水箱里的水自出水管流出來(lái)，沖到便池。同進(jìn)水閥一樣，出水閥軸肩用于控制閥芯的位置，通過(guò)調(diào)節(jié)螺母可以改變彈簧長(zhǎng)度，各口設(shè)有密封圈。

1.閥頂蓋；2.調(diào)節(jié)螺母；3.閥芯軸；4.進(jìn)水口；5.彈簧；6.閥體；7.出水口

圖3 出水閥剖面圖

2.3 水箱及浮球閥

本設(shè)計(jì)采用水箱主要有兩個(gè)方面的原因：第一，安裝方便快捷，本設(shè)計(jì)的水箱背部帶有一滑槽可以與安裝在墻壁上的滑槽相配合，安裝時(shí)只需要通過(guò)相互配合的滑槽滑動(dòng)即可。第二，維修方便，因?yàn)樗涫强梢噪S意拆卸的，所以當(dāng)水箱出現(xiàn)什么問(wèn)題時(shí)，可以直接將水箱卸下來(lái)維修或者更換一個(gè)水箱考慮到一些人上廁所的時(shí)間比較長(zhǎng)，這樣的話(huà)可能會(huì)導(dǎo)致水箱中的水過(guò)多甚至溢出，為此設(shè)計(jì)了一個(gè)浮球閥。

2.4 踏塊

該蹲便器左右基座的中間位置分別安上踏板和水閥，為避免絆腳，踏板采用倒角設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)只要超過(guò)1kg的力就可以將彈簧壓下，閥芯高度為20mm，踏塊凸出高度為21mm，保證鞋底在凸塊反作用力下形成微小凹槽也能使閥芯完全壓下。

3 實(shí)驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)，加工了一臺(tái)1：1的實(shí)驗(yàn)蹲便器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得水箱充滿(mǎn)水的時(shí)間大概為15s左右，如果水的壓力更大只需要更少時(shí)間就能充滿(mǎn)。踏板踩下很輕松，使用者不會(huì)感覺(jué)得到腳下有踏塊的存在，與正常使用普通的蹲便器無(wú)異。當(dāng)人使用完離開(kāi)時(shí)，水箱水自動(dòng)沖出，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目的。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）設(shè)計(jì)自動(dòng)沖水蹲便器主要是為公共場(chǎng)合設(shè)計(jì)，可以解決兩個(gè)問(wèn)題：一是防止人們使用后不主動(dòng)沖水，保持環(huán)境清潔；二是取代需要電能的紅外線(xiàn)自動(dòng)沖水蹲便器，節(jié)能環(huán)保。整個(gè)蹲便器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅僅改變進(jìn)出水水管的位置，把手動(dòng)沖水閥改成兩個(gè)水閥置于腳踏板下，就完成了自動(dòng)沖水的功能。

（2）在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中采用便池和踏板分離制作，維修時(shí)只用單獨(dú)拆開(kāi)踏板即可。但是在實(shí)際使用中，由于該產(chǎn)品是針對(duì)公共場(chǎng)合所設(shè)計(jì)，考慮到生產(chǎn)成本和維修方便，把便池和踏板做成一體。當(dāng)蹲便器出現(xiàn)故障時(shí)就可以把整個(gè)蹲便器拿走維修，同時(shí)更換一個(gè)沒(méi)有問(wèn)題的蹲便器。這樣既不會(huì)因?yàn)榫S修給使用者帶來(lái)不便，也不會(huì)給公共場(chǎng)合造成現(xiàn)場(chǎng)混亂。水箱使用現(xiàn)有墻掛式水箱進(jìn)行改造，沖水能力與現(xiàn)有手動(dòng)式?jīng)_水蹲便器相當(dāng)。該蹲便器已經(jīng)獲得發(fā)明專(zhuān)利（ZL 2013 1 01 20862.3）。

（3）該蹲便器簡(jiǎn)單實(shí)用，在環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天值得在公共場(chǎng)合推廣使用，如火車(chē)站、學(xué)校和大型企事業(yè)單位等。

參考文獻(xiàn)

[1]丁國(guó)強(qiáng)，李松林，金德生.國(guó)外衛(wèi)生器具發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].陶瓷，1979，3：37-39.

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[3]張華堂.全自動(dòng)沖洗便池[P].中國(guó)專(zhuān)利：ZL 2009 2 02 70232.3，20

10-08-04.

作者簡(jiǎn)介：馬迪紅（1990，3-），男，上海海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)研究生，主要研究漁業(yè)機(jī)械。

*通信作者：張麗珍