一种机械式停水自闭水龙头的构思

2013-12-31王成城张凯

机械工程师 2013年11期

王成城，张凯

（郑州科技学院机械工程学院，郑州450064）

1 引言

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。

2 水龙头基本结构

图1 水龙头整体效果

图2 水龙头整体结构

如图1 所示，水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。

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，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

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

3 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］，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

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°，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 使用状态一

图9 使用状态二

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。

3.1 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 停水状态一

图11 停水状态二

3.2 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。