先導(dǎo)式壓力閥的高級應(yīng)用

摘? 要：該文從先導(dǎo)式壓力閥的單控閥入手，分析了現(xiàn)代水龍頭對于閥芯的更多功能要求，探討了溫控水龍頭溫度控制原理和水龍頭的水路切換的原理，總結(jié)它們的內(nèi)在關(guān)系、相同點和不同點，以總結(jié)的理論為依據(jù)，結(jié)合先導(dǎo)式閥門的特點，創(chuàng)造出操作輕便的雙膜片式混水控溫閥，利用溫控與切換閥的內(nèi)在關(guān)系，將雙膜片式混水控溫閥進行改造，完成雙膜片式切換閥的設(shè)計，繼續(xù)以先導(dǎo)式閥門為基礎(chǔ)，采用更加簡潔的方式實現(xiàn)了單膜片式的混水控溫閥，使先導(dǎo)式壓力閥在水龍頭產(chǎn)品上能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)浴;先導(dǎo)式;開關(guān)閥;溫控閥;切換閥

中圖分類號：TH137? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

閥芯是水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品最關(guān)鍵的零部件，被譽為水龍頭的心臟，目前陶瓷閥芯是應(yīng)用最普遍的一種閥，經(jīng)過30多年的發(fā)展陶瓷閥芯已經(jīng)占據(jù)了衛(wèi)浴市場的主導(dǎo)地位，但是隨著智能時代的到來，更加輕巧、便捷的產(chǎn)品越來越來受到消費者青睞，傳統(tǒng)的水龍頭由于使用陶瓷閥芯，操作過程中避免不了貼合陶瓷片之間相互運動而產(chǎn)生的摩擦力，使操作不夠輕便，而且存在著操作方式單一的問題，衛(wèi)浴產(chǎn)品也需要跟進時代的發(fā)展，未來開發(fā)出操作水龍頭就像操作電器一樣的產(chǎn)品非常必要。

目前利用先導(dǎo)式壓力閥原理已經(jīng)可以實現(xiàn)輕便化的操作[1]，也已經(jīng)開發(fā)出按鍵式的閥芯，如蹺蹺板式按鈕開關(guān)閥、彈跳式按鈕開關(guān)閥[2]，已經(jīng)實現(xiàn)了基本的單控閥功能，開關(guān)和調(diào)流量。但是水龍頭閥芯不只是有單控閥，隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)代家庭使用的水龍頭都實現(xiàn)了冷熱水供給，水龍頭閥芯必須具備冷熱混水控溫。另外，浴室龍頭有不同的用途，例如既可以作為淋浴使用，又可以作為浴缸注水使用，或者有人喜歡掛墻式淋浴，有人喜歡頭頂淋浴，還有人可能更喜歡在淋浴的同時用水流按摩，如果每一個用途安裝一個水龍頭，那么浴室將裝滿龍頭，為了讓人們用一個水龍頭實現(xiàn)所有功能，就需要切換閥，2個用途就用兩路切換閥，幾個用途就用幾路切換閥。所以，這種操作輕便的先導(dǎo)式壓力閥不能只局限在實現(xiàn)開關(guān)和調(diào)流就算完成，還需要更深入的研發(fā)。

1 基本原理分析

溫控水龍頭的溫度控制實際上是通過調(diào)節(jié)冷熱水的供水配比來實現(xiàn)混合出所需要的溫度，如果能給夠同時控制2個可調(diào)流量的單控閥，一個閥門加大流量，一個閥門減小流量，就可以實現(xiàn)溫度控制，需要解決的是如何讓它們按照這個邏輯聯(lián)動起來。

水龍頭的水路切換的作用是將水流從一個通道切換到另外一個通道，以兩路切換閥為例，如果能給夠同時控制2個單控閥，一個閥門打開的同時另一個閥門關(guān)閉就可以實現(xiàn)水流切換。

這2種閥的控溫原理和切換原理可以用圖1的符號簡化表示，控溫是2進1出，兩路切換是1進2出，它們是有相同之處的，都有2個閥門，不同的是水路布置。 下面分析將先導(dǎo)式壓力閥應(yīng)用到這2 種閥中的方法。

2 高級應(yīng)用

實現(xiàn)冷熱混水控溫的其中一個解決方案是將兩個先導(dǎo)式的單控閥集成在一起，設(shè)計2進1出的水路結(jié)構(gòu)，設(shè)計聯(lián)動機構(gòu)同時控制兩個閥門，通過大量的研究和改進，研究成果如下。

2.1 雙膜片式混水控溫閥

圖2是雙膜片式混水控溫閥結(jié)構(gòu)示意圖，2個閥門5和10采用柔性橡膠膜片，具有控制靈敏且無泄露的優(yōu)點。雙模片是關(guān)鍵的部件，所以稱之為雙膜片式混水控溫閥。

規(guī)格尺寸：直徑35 mm功能：溫量控制+按鈕開關(guān)

操作方式：旋鈕+彈跳式按鈕

溫度控制工作原理：如圖2所示，6為旋鈕，2和7為彈簧，3和8為先導(dǎo)閥門堵頭，4和9為磁鐵組件，5和10為閥門，2、3、4、5為熱邊閥門控制組件，7、8、9、10為冷邊閥門控制組件，單邊的控制組件與彈跳式按鈕開關(guān)閥功能相同。當(dāng)閥門在熱水全開狀態(tài)時，逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕6，旋鈕6的左邊斜臺迫使磁鐵組件4往下運動，熱邊閥門5逐漸關(guān)閉，同時旋鈕6的右邊斜臺釋放磁鐵組件9，冷邊閥門10逐漸打開，冷、熱水在閥門外進行了混合，在冷、熱閥門的共同作用下出水溫度由熱變冷，直至全冷。反之，順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕6，同理，出水溫度由冷變熱。在來回旋轉(zhuǎn)旋鈕6的過程中實現(xiàn)需要的水溫。

按鈕開關(guān)工作原理：彈跳式按鈕采用圓珠筆按鈕方式，按動一次控制按鈕的一起或者一落。如圖2所示，1為按鈕，當(dāng)按鈕在升起狀態(tài)時，兩組閥門受旋鈕控制，不受按鈕控制，處于可調(diào)溫狀態(tài)，當(dāng)按動按鈕1，按鈕1落下，2個磁鐵組件4和9被圓珠筆按鈕機構(gòu)壓至下方，彈簧2和7被壓縮，先導(dǎo)閥門3和8在磁鐵組件4和9磁吸作用下往下運動，閥門5和10被關(guān)閉，閥芯冷熱水切斷，閥芯關(guān)閉。

特點：使用巧妙的機構(gòu)聯(lián)動控制2個閥門，實現(xiàn)控溫功能;旋鈕調(diào)溫機構(gòu)和按鈕開關(guān)機構(gòu)巧妙結(jié)合在一起，同時控制2個閥門又互不干擾;由于采用先導(dǎo)控制，所以不管按鈕開關(guān)還是旋鈕調(diào)溫都很輕便。

根據(jù)前面分析，將雙膜片式混水控溫閥水路由2進1出改成1進2出將能變成兩路切換閥，經(jīng)過改造后的雙膜片式兩路切換閥如下。

2.4 雙膜片式兩路切換閥

規(guī)格尺寸：直徑35 mm功能：水路切換+按鈕開關(guān)。

操作方式：旋鈕+彈跳式按鈕。

水路切換工作原理：如圖3所示，圖中球標(biāo)的零組件2～10與圖2的混水控溫閥完全相同，工作原理也相同，不同的是混水控溫閥的水路為兩進出一，而切換閥為一進兩出。如圖3所示當(dāng)閥門在水路1打開狀態(tài)時，逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕6，根據(jù)旁路閥的工作原理，閥門5逐漸關(guān)閉，閥門10逐漸打開，直至水路2全開，水路1關(guān)閉。反之同理，順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕6，水路1全開，水路2關(guān)閉。在來回旋轉(zhuǎn)旋鈕6的過程中實現(xiàn)水路切換。

按鈕開關(guān)工作原理：如圖3所示，彈跳式按鈕開關(guān)控制的工作原理與圖2彈跳式按鈕開關(guān)混水控溫閥相同，不同的是混水控溫閥的水路為兩進出一，而切換閥為一進兩出。

特點：使用巧妙的機構(gòu)聯(lián)動控制兩個閥門，實現(xiàn)切換功能;旋鈕機構(gòu)和按鈕開關(guān)機構(gòu)巧妙結(jié)合在一起同時控制2個閥門又互不干擾;由于采用先導(dǎo)控制，所以不管按鈕開關(guān)還是旋鈕水流切換都很輕便。

實現(xiàn)冷熱混水控溫的另外一個解決方案是采用一個先導(dǎo)式的單控閥。通過大量的研究和改進，研究成果如下。

2.3 單膜片式混水控溫閥

圖2是單膜片式混水控溫閥結(jié)構(gòu)示意圖，閥門4采用柔性橡膠膜片，具有控制靈敏且無泄露的優(yōu)點。模片是關(guān)鍵的部件，所以稱之為單膜片式混水控溫閥。

規(guī)格尺寸：直徑30 mm功能：溫量控制+按鈕開關(guān)

操作方式：旋鈕+彈跳式按鈕

溫度控制工作原理：如圖4所示，5為旋鈕，6為傳動螺桿，7為滑閥。當(dāng)旋轉(zhuǎn)旋鈕5，旋鈕5螺桿6轉(zhuǎn)動，滑閥7在螺桿螺旋的作用下做向上或者向下的直線運動，滑閥7向上運動，冷水入水逐漸關(guān)閉，熱水入水逐漸打開，水溫升高，直至全熱，滑閥7向下運動，冷水入水逐漸打開，熱水入水逐漸關(guān)閉，水溫降低，直至全冷，旋鈕5的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑閥7上下運動，從而實現(xiàn)控溫。

按鈕開關(guān)工作原理：彈跳式按鈕采用圓珠筆按鈕方式，按動一次控制按鈕的一起或者一落。如圖4所示，1為按鈕，2為磁鐵，3為先導(dǎo)閥門堵頭，4為閥門。先導(dǎo)閥門堵頭的上端布置有磁鐵，與磁鐵2相斥。當(dāng)按鈕1在落下狀態(tài)時，磁鐵2被壓至下端，磁鐵2在磁力的作用下推動先導(dǎo)閥門堵頭3向下運動，根據(jù)先導(dǎo)式閥門的工作原理，閥門4關(guān)閉，如圖4剖面所示的狀態(tài)。再次按動按鈕1，按鈕1升起，磁鐵2在彈簧力的作用下向上運動，同時磁鐵2與先導(dǎo)閥門堵頭3之間的斥力減弱，先導(dǎo)閥門堵頭3在彈簧力的作用下向上運動，閥門4打開。

特點：使用單膜片，由于減少一個開關(guān)閥門，結(jié)構(gòu)簡單了，開關(guān)功能更加可靠，同時降低成本;由于采用先導(dǎo)控制，所以按鈕開關(guān)很輕便。但是缺點同時存在，旋鈕直接驅(qū)動滑閥，所以旋鈕手感較先導(dǎo)式重，另外，冷熱水基本處于相通狀態(tài)，為了防止串水，水龍頭前端冷熱水入水必須增加防逆流閥。

3 結(jié)論

先導(dǎo)式壓力閥由于不是直接對閥門進行控制，而是借助壓力的輔助達到控制閥門的目的，可以達到四兩撥千斤的效果，因此操作力可以很小，結(jié)合了電器開關(guān)的操作方式開發(fā)的開關(guān)閥芯使操作水龍頭具有電器開關(guān)般的輕便，為了進一步推進一系列閥芯的更新?lián)Q代，在單一開關(guān)功能的基礎(chǔ)又進行了的大量的創(chuàng)新研究，開發(fā)出可調(diào)溫度，可水路切換的多功能閥芯，使先導(dǎo)式閥芯能夠得到更廣泛的應(yīng)用，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)陶瓷系列閥芯，相信一系列先導(dǎo)式閥芯的出現(xiàn)將是衛(wèi)浴行業(yè)的一次革命。

參考文獻

[1]王積偉.液壓與氣壓傳動（第3版） [M].北京：機械工業(yè)出版社，2018：129-138.

[2]夏鵬程.新型先導(dǎo)式壓力開關(guān)閥的研究及應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品， 2020，5（下）：78-80.