一种蹲式便池自动冲水阀的设计

莫盛秋

(常州信息职业技术学院机电工程学院 江苏常州 213164)

0 引言

蹲式便池是社会公共场所常见的卫生设备，是非接触式如厕装置，具有不易传染疾病的优点。但就目前情况来看，公共卫生间还存在一些不足，特别是与之配套的冲水设施功能还不够完善。在公共卫生间，常见的冲水设备有手压式冲水阀、脚踏式冲水阀和感应式冲水阀三种。其中手压式冲水阀用得较普遍，但这种手压式冲水阀的安装位置一般都是在如厕人的身后，操作不方便，特别是需要用手操作，会让如厕人担心把手弄脏或受疾病传染。脚踏式冲水阀的优点是不需要用手操作，但由于其外形不美观，需要占用较大的安装空间，所以使用的范围受到限制。以上这两种冲水阀都是需要在人们便后去操作，不符合人们在便后欲及时离开的心态，故常有部分人如厕后忘记冲水。感应式冲水阀是近几年出现的一种技术较为先进的冲水设施，它能在人们如厕后自动冲水，不需人为操作，如厕后可即时离开。但使用感应式冲水阀也存在一些问题，一是价格较高，一次性投入成本大;二是故障维修比较麻烦，需要专业人员来完成;三是感应式冲水阀需要用电，没有电它就无法工作。由于感应式冲水阀使用成本较高，故它主要是用在高档酒店、机场、重要场馆等公共卫生间，一般的社会公厕很难见到。本设计主要是解决蹲式便池的自动冲水问题，一旦如厕人便后离开便池的蹲位时，阀门能自动打水阀冲刷便槽，然后自动关闭［1］。

1 蹲式便池自动冲阀的结构及组成

蹲式便池自动冲阀的结构如图1所示。其主要由阀体部分、齿轮摆柄机构、踏板传力机构及阀门等四部分组成。其零件包括阀座1、转销2、踏板3、拉簧4、摆柄5、压簧6、磁性元件7、齿轮8、小压盖9、动陶瓷片10、定陶瓷片11、大压盖12、方轴13、长轴14、出水口 15、圆轴 16、入水口 17、小滚轮 18等零件。

图1 蹲式便池自动冲阀的结构图

1.1 阀体部分

蹲式便池自动冲水阀的阀体部分主要包括阀座1、出水口15、进水口17等零部件。阀座总体为一长方体形状零件，其四个角有突起部分，四个突起部分当中均加工有孔，用于与地脚螺钉连接固定。阀体的纵向加工有两个通孔，其中一个为长轴孔，另一个为阀门孔。阀体横向两端加工有两个孔，两孔在阀体中部与阀门孔相通，但不在一条直线上，其中一个用于安装进水口，另一个用于安装出水口。阀体部分见图2所示。

图2 阀体结构图

1.2 齿轮摆柄机构

齿轮摆柄机构主要包括拉簧4、摆柄5、齿轮8、长轴14、小滚轮18等零件。齿轮摆柄机构共有两组，安装在阀座的前后两侧，两组共用一根长轴。摆柄底部为一圆弧齿条，它与齿轮相啮合［2］。当踏板受力时，它压迫小滚轮使摆柄摆动一个角度，摆柄再带动齿轮旋转，齿轮转动带动阀门工作，齿轮摆柄机构的复原是通过拉簧将其拉回原位［3］。阀座前侧齿轮摆柄机构用于控制常闭阀，后侧齿轮摆柄机构用于控制常开阀。齿轮摆柄机构见图3所示。

图3 齿轮摆柄机构图

1.3 踏板传力机构

踏板传力机构包括转销2、踏板3及压簧6等零件。踏板一端由转销将其与阀座铰链，另一端由压簧支撑。踏板受重力时，其一端压缩压簧并绕着转销转动，同时强迫摆柄摆动，再带动阀门工作。当重力消除时，压簧将踏板推回原位。踏板传力机构见图4所示。

图4 踏板传力机构图

1.4 阀门结构

蹲式便池自动冲水阀是通过一组常开阀和常闭阀的联动来实现其功能的，常开阀与常闭阀位置及结构见图5所示。阀门主要由小压盖9、动陶瓷片10、定陶瓷片11、大压盖12、方轴13及圆轴16等零件组成。与进水口相通的为常闭阀，当踏板压迫摆柄摆动时阀即打开。与出水口相通的则为常开阀，当踏板压迫摆柄摆动时阀即关闭［4］。

图5 阀门结构图

在常闭阀一侧，摆柄与阀座上安装有磁性元件，在其打开后再复原的过程中，因受磁力的作用使其恢复过程滞后于常开阀，从而使便池获得冲洗时间。磁性元件的磁力根据所选拉簧力的大小来确定。

蹲式便池自动冲水阀的安装布局见图6所示。事先在便池一侧预埋进、出水管，自动冲水阀与进出水管连接后，通过地脚螺钉固定在便池一侧作为左蹲位。便池右蹲位可利用原有的或另用建筑材料制成。此外，该自动冲水阀也可直接连接明管使用。

图6 蹲式便池自动冲水阀的安装布局图

2 蹲式便池自动冲阀的工作原理

蹲式便池自动冲水阀主要用于车站、码头、公园、机关、医院、学校等公共厕所蹲式便池的自动冲洗。其工作原理是当如厕人站上冲水阀的踏板3时，踏板绕转销2转动一个角度，同时通过小滚轮18强迫摆柄5摆动一个角度。因摆柄底部为圆弧齿条，其摆动时带动了齿轮8作逆时针旋转，它的旋转使阀体中的常闭阀打开，水从入水口17进入阀体。因蹲式便池自动冲水阀齿轮摆柄机构前后是对称的，其后侧的齿轮同时作顺时针旋转，使阀体中的常开阀关闭，进入阀体的水被截留在阀体内。当如厕人离开踏板后，摆柄受到拉簧4的拉力带动齿轮恢复原位，此时常开阀复原打开，阀体管路导通，使自来水通过出水口15对便池进行冲刷。在常闭阀一侧，由于摆臂与阀体内安装的磁性元件相互作用，产生阻力，起到了延时作用，使摆臂的回程时间延长，保证自来水对便池的冲刷所需的时间。另外，当如厕人刚踏上冲水阀踏板时，阀体中的常开阀与常闭阀的开闭动作存在一个时间差，即在常闭阀打开时，常开阀还未完全关闭到位，形成管路瞬间相通，阀体内有少量的水冲出。设计中利用了这个时间差，使便池表面在人们如厕前就得到了润湿，减少大便对便池表面的附着力。

3 蹲式便池自动冲水阀的性能与特点

蹲式便池自动冲水阀运用了齿轮摆杆机构与一组常开常闭的阀门联动配合的工作原理，简便有效地解决了公共厕所蹲式便池自动冲洗的问题。此外，蹲式便池自动冲水阀还具有以下一些功能和特点。一是蹲式便池自动冲水阀具有便前先润湿便池的功能，有效减少大便对便池表面的附着力，这样对便后冲刷的水量、水压和时间要求相对较低，能起到节水节能的作用;二是蹲式便池自动冲水阀采用磁性材料来控制阀门启闭的延时功能，准确有效而且故障少;三是蹲式便池自动冲水阀制作材料设计采用塑料制品和不锈钢材料，轻便、防腐防锈;四是蹲式便槽自动冲水阀的设计结构紧凑、制作成本低、安装方便，对新造公厕或旧公厕改造都能适用，具有很好的经济性和适用性。

在公共卫生间安装蹲式便池自动冲水阀，可以彻底改变公厕中便后不冲水的现象，有效地改善公共厕所的卫生状况。蹲式便池自动冲水阀性能可靠、节水节能，具有很好的社会效益和经济效益，市场开发前景非常广阔。

［1］ 杨家军.机械系统创新设计［M］.武汉:华中科技大学出版社，1999:39-52.

［2］ 王良才，张文信，黄阳.机械设计基础［M］.北京:北京大学出版社，2007:129-130.

［3］ 戴振东，岳林.机械设计基础［M］.北京:国防工业出版社，2005:334-347.

［4］ 冀宏.液压气压传动与控制［M］.武汉:华中科技大学出版社，2009:112-122.