环保节能型自动冲水蹲便器的设计

马迪红 张丽珍 盛晚霞 王江涛 杨佺

摘 要：为了解决电控蹲便器因用电而导致的污染环境问题和一般蹲便器使用者使用后不冲水的问题，文章设计了一种不需要能源就可以自动冲水的蹲便器，它利用两个水阀配合使用完成蹲便器自动冲水的功能，既节约能源，又能洁净环境。

关键词：蹲便器；环保；水阀

引言

随着社会的进步和科学技术的发展，人们生活质量越来越高，生活环境也需随着社会的进步不断改善。厕所，尤其是公共厕所的环境是我们生活环境中很重要的一部分，干净的厕所环境有益于我们的生活，但公共厕所的人员流动量大、进出频繁，使用率高，有些人上完厕所后没有冲水的习惯或忘记冲水，也有一些人有洁癖，不愿接触冲水装置，这就导致了现在的公共厕所环境很糟糕。

目前也有自动冲水的蹲便器，分为红外感应式冲水蹲便器和机械式自动冲水蹲便器[1]。现有极少数公厕使用了红外感应式冲水蹲便器，但是这种蹲便器还存在成本高、易坏、维修困难和需要消耗电能等问题。基于目前国内还是以火力发电为主，节约用电就是保护环境，无需用电就显得十分重要。因此国内有很多人在致力于研究一款机械式自动冲水蹲便器，这种蹲便器不需要用电来驱动，只需要靠人体的重力来实现自动冲水功能[2]。但是机械式自动冲水蹲便器还没有可以实际使用的产品，在此之前有一款机械式自动冲水蹲便器[3]申请使用新型专利成功，但是该机械式自动冲水蹲便器结构复杂、成本高、实施困难，一直没能投入使用。

因此，从环境卫生与节约能源出发，设计一种新型的公共厕所用机械式自动冲水蹲便器显得很有必要，也比较有应用前景。

1 自动冲水蹲便器的整体结构

设计的自动冲水蹲便器包括水箱盖、水箱、浮球阀、水管、踏块、进水阀、出水阀和底座等，见图1。整个蹲便器系统可以做成一个整体，便于在公共场合安装和维修。

为实现自动冲水功能，在左脚下设置一个进水阀，右脚下设置一个出水阀，进水阀和出水阀分别由脚下的踏块触发。当有人来使用时，人的二个脚会正好踩在踏块上面，此时，出水阀关闭，进水阀打开，水箱开始充水，若水充满时使用者还没离开，浮球阀就会自动关闭进水，以防止水溢出。当人使者用完离开时，进水阀在弹簧的作用下自动关闭，出水阀在弹簧的作用下自动打开，实现自动冲水。自动冲水无须用电器控制，节约了电能。同时结构简单，成本低，便于维修。

2 关键部件的结构设计

该自动冲水蹲便器的无能源自动冲水功能主要是由二个水阀（一个进水阀和一个出水阀）实现的。

2.1 进水阀

进水阀包括阀体、阀芯、阀盖、调节螺母、弹簧等，如图2所示。进水阀在常态下是关闭的，当人踩在踏板上时，由于人体自身重力的作用带动踏板向下运动从而带动阀芯向下移动，进水阀口打开，水自进水口通过进水管进入水箱，开始蓄水。卸荷槽开在进水阀的出水口，轴肩用于控制阀芯的位置，通过调节螺母可以改变弹簧长度，从而调节阀芯被踩下需要的力，各口设有密封圈。

2.2 出水阀

出水阀的结构如图3所示，它也主要由阀体、阀芯和弹簧组成，出水阀在常态下阀口是打开的。当有人踩上出水阀踏板时，阀芯下移，出水阀口关闭，直到人离开时出水阀阀芯在弹簧作用下上移，阀口打开，水箱里的水自出水管流出来，冲到便池。同进水阀一样，出水阀轴肩用于控制阀芯的位置，通过调节螺母可以改变弹簧长度，各口设有密封圈。

1.阀顶盖；2.调节螺母；3.阀芯轴；4.进水口；5.弹簧；6.阀体；7.出水口

图3 出水阀剖面图

2.3 水箱及浮球阀

本设计采用水箱主要有两个方面的原因：第一，安装方便快捷，本设计的水箱背部带有一滑槽可以与安装在墙壁上的滑槽相配合，安装时只需要通过相互配合的滑槽滑动即可。第二，维修方便，因为水箱是可以随意拆卸的，所以当水箱出现什么问题时，可以直接将水箱卸下来维修或者更换一个水箱考虑到一些人上厕所的时间比较长，这样的话可能会导致水箱中的水过多甚至溢出，为此设计了一个浮球阀。

2.4 踏块

该蹲便器左右基座的中间位置分别安上踏板和水阀，为避免绊脚，踏板采用倒角设计。设计只要超過1kg的力就可以将弹簧压下，阀芯高度为20mm，踏块凸出高度为21mm，保证鞋底在凸块反作用力下形成微小凹槽也能使阀芯完全压下。

3 实验

根据设计，加工了一台1：1的实验蹲便器进行实验。通过实验测得水箱充满水的时间大概为15s左右，如果水的压力更大只需要更少时间就能充满。踏板踩下很轻松，使用者不会感觉得到脚下有踏块的存在，与正常使用普通的蹲便器无异。当人使用完离开时，水箱水自动冲出，达到预期设计目的。

4 结束语

（1）设计自动冲水蹲便器主要是为公共场合设计，可以解决两个问题：一是防止人们使用后不主动冲水，保持环境清洁；二是取代需要电能的红外线自动冲水蹲便器，节能环保。整个蹲便器结构简单，仅仅改变进出水水管的位置，把手动冲水阀改成两个水阀置于脚踏板下，就完成了自动冲水的功能。

（2）在实验样机中采用便池和踏板分离制作，维修时只用单独拆开踏板即可。但是在实际使用中，由于该产品是针对公共场合所设计，考虑到生产成本和维修方便，把便池和踏板做成一体。当蹲便器出现故障时就可以把整个蹲便器拿走维修，同时更换一个没有问题的蹲便器。这样既不会因为维修给使用者带来不便，也不会给公共场合造成现场混乱。水箱使用现有墙挂式水箱进行改造，冲水能力与现有手动式冲水蹲便器相当。该蹲便器已经获得发明专利（ZL 2013 1 01 20862.3）。

（3）该蹲便器简单实用，在环境污染日益严重的今天值得在公共场合推广使用，如火车站、学校和大型企事业单位等。

参考文献

[1]丁国强，李松林，金德生.国外卫生器具发展动态[J].陶瓷，1979，3：37-39.

[2]黄彦哲，何培玲.节能节水马桶研究[J].科技创新与应用，2014，3：36-37.

[3]张华堂.全自动冲洗便池[P].中国专利：ZL 2009 2 02 70232.3，20

10-08-04.

作者简介：马迪红（1990，3-），男，上海海洋大学工程学院机械工程专业研究生，主要研究渔业机械。

*通信作者：张丽珍