一种机械式停水自闭水龙头的构思

1、 一种机械式停水自闭水龙头的构思王成城，张 凯(郑州科技学院 机械工程学院 河南 郑州 450064) 摘要: 在日常生活中，因为突然停水而又忘记关闭水龙头而造成自来水浪费的现象时常出现。基于这种现象，本文构思了一种机械式停水自闭水龙头，能解决因停水后忘记关水龙头而导致来水后自来水白白流失的问题，进而节约水资源。 关键字:水龙头；停水自闭；机械式；构思 中图分类号：TH112 文献标识码：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 auti

3、stic 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 水龙头是日常生活中必备的装置之一，种类繁多，按开启方式来分，可分为旋转式、扳手式、抬启式和感应式等;按阀芯来分，可分为橡胶芯、陶瓷阀芯和

4、不锈钢阀芯等,今后发展方向是智能化1。但是，在停水后能实现自闭功能的很少，比较先进的有感应水龙头，通过电控制可以实现停水自闭，但这是通过电来控制，第一不安全，第二耗费能源。尽管现在出现了一种机械式自动节水水龙头2，但是，它的停水自闭控制装置和水龙头是分开的两个装置，在一定程度上使机构变得复杂，在材料上也是一种浪费；其次从用户方面来说水龙头方便好用对水龙头十分重要3。为此，本文根据节水的内涵和节水方法4，构思了一种新型的停水自闭水龙头，控制装置和水龙头融为一体；并且改变了传统球形阀的设计，用圆柱状活塞代替，并用水压密封，用弹簧拉杆自锁逻辑判断实现纯机械式停水自闭。1 水龙头基本结构如图1所示，水

5、龙头的整体效果和普通的水龙头基本外形类似，整体构件如图2所示。 图1 水龙头整体效果 Fig 1 faucet integral effect1-外壳；2-变形凸轮；3-弹簧1；4-手柄；5-弹簧2；6-拉杆；7-转动挡板；8-活塞；9-转杆；10-密封圈；11-上端盖 图2 水龙头整体结构Fig 2 faucet integral structure部分零件的装配关系弹簧5的装配（如图3），在正常和工作状态弹簧5一直处于拉伸状态，弹簧5的一端和外壳1的凸起a相连另一端和拉杆6的凸起b相连。弹簧3的装配（如图4），它的一端和转动挡板7相连，另一端和外壳1相连，在正常情况下，弹簧3处于原长状态，

6、工作状态处于拉伸状态。 图3 弹簧5的装配 图4 弹簧3的装配 Fig 3 Spring 5 assembly Fig 4 Spring 3 assembly 如图5活塞a处的阶梯空和如图6的转动挡板b处相配合，这样使装配既简单又牢固。 图5 活塞剖视 图6 转动挡板 Fig 5 Piston section Fig 6 Rotation board2 水龙头工作原理在有水的情况下，入水口处有正常的水压，如图7所示，转动挡板7受到水的压力，为了保证这个压力，制造时入水口的直径应该比出水口稍小，保证能让水及时的流出。由于杠杆原理，转动短板7要转动，但是拉杆6和转动挡板7接触是斜面，运用斜面自锁5

7、，即当斜面达到一定角度，并且挡板7对拉杆6的支持力沿拉杆6的轴向分力小于两个斜面之间摩擦力在拉杆6轴向的分力时，达到自锁，此时再大的水压也推不开拉杆6，这样就保证了水龙头在有水的情况下处于关闭状态。 图7 斜面自锁 Fig 7 cant self-locking使用时，如图8所示，拉开拉杆6，转动挡板7受到水的压力，转动，松开手后拉杆6被转动挡板7挡住，从而打开水龙头；关闭时，如图9所示，使手柄4 转动90度，变形凸轮2刚好把转动短板7顶到竖直位置，这时拉杆6刚好达到自锁位置，在弹簧5的拉力下，运动至自锁状态，水龙头关闭。 图8 使用状态(1) 图9 使用状态(2) Fig 8 operati

8、ng condition(1) Fig 9 operating condition(2) 为了保证正常工作状态，通常有以下两种需要水龙头自闭的情况：2.1停水过程中人为开启后自闭在停水过程中，入水口一直没有水压，当拉动拉杆6时，在弹簧3的微弱拉力下，水龙头关闭状态不变，如图10所示。如图11所示，拉杆6在弹簧5的拉力下处于自锁状态，无论是否转动手柄4，都不影响自锁状态，继而保持了关闭状态。这样确保了有人在不知道是否有水的情况下随意的拉动拉杆6或者转动手柄4，水龙头都能保持关闭状态。 图10 停水状态(1) 图11 停水状态(2) Fig 10 cut off the water(1) Fig

9、11 cut off the water(2)2.2使用过程中停水后自闭 有水的情况下，工作状态如图12所示，挡杆6被转动挡板7顶住，水龙头处于开启状态；若突然停水，瞬时状态如图13所示，在弹簧3的拉力下，使拉杆6刚好处于自锁位置，为确保此功能的实现，条件是:使拉杆6的顶端和转动挡板7的半圆形侧面的粗糙度较小，使这两个工作面比较光滑，即摩擦力很小，小于弹簧3的拉力；然后如图14所示在弹簧5的拉力下达到自锁位置关闭水龙头。 图12 突然停水状态(1) 图13 突然停水状态(2) 图14 突然停水状态(3)Fig 12 suddenly cut off the water(1) Fig 13 su

10、ddenly cut off the water(2) Fig 14 suddenly cut off the water(3) 3 水龙头的密封 3.1 密封圈 根据小Y形密封圈(如图15中的1所示)和唇型密封圈的启发6，特意对它进行改进，如图（16）图（17）所示 图（16）中的1和2是对小Y型密封圈和唇形密封圈的结合，图（17）中的3结构受的压力越大，密封性越好，起到双重密封的作用。 图15 小Y形密封圈 图16 密封圈 图17 密封圈外观 Fig 15 Y seal Fig 16 seal Fig 17 seal appearance3.2 活塞 如图（18）所示为活塞的基本外观，其材

11、料选用丁苯橡胶，既有很高的耐磨性，又有很好的耐老化性7-9。当关闭水龙头后，薄壁凸台3的外壁4和进水口的内壁重合，此时内壁充满高压水，这样会给内壁1一个压力，使密封更紧密；倒角2和进水口的倒角重合，又进一步确保了密封。 图18 活塞 Fig 18 piston 对于上端盖的密封，采用牙型为等腰三角形的管螺纹，利用其本身变形就可以确保连接的密封性，不需要任何填料10。4 结论 本产品通过简单机构实现纯机械自锁，利用水压以及杠杆结构实现逻辑顺序判断达到节水目的，解决了停水忘关水龙头的问题，特制的活塞和密封圈保证了水龙头本身的密封性，具有很高的可行性和实用性。参考文献:1 苏志军，尹玉杰，张清双阀门制造工艺北京：化学工业出版社，2010，10 2 翁海珊，王晶第一届全国大学生机械创新设计大赛决赛作品集北京：高等教育出版社，2006.53 马佳，孟妍，袁涛卫浴水龙头产品情感化设计要素重庆科技学院报，2009.84 许萍，刘晓东水龙头与节约用水北京建筑工程学院学报，2002.95 孙恒，陈作模，葛文杰机械原理（第七版）北京：高等教育出版社，2011.11 6 左健民液压与气动传动北京：机械工业出版社，2012.17 黄志昌，黄鹏等液压与气动技术（第2版）北京：电子工业出版社，20