一种配合腿部运动的便携净水装置

葛秋琳，董晗，李彤

（华北理工大学机械工程学院，河北 唐山 063210）

对于户外和野外运动爱好者来说，饮水非常重要。但当前市面上的净水装置结构复杂，体积较大，不够便携，而且在山区、野外等地方没有电力支持。虽然市面上有净水装置采用人力脚踏或者手压的方式进行加压净水，但是在野外这种方式会大大耗费人的体力，且效率很低。基于此现状，本文提出了一种配合腿部运动的便携净水装置，人们在行走的同时便可完成净水过程，既不会耗费多余体力，又提高了净水效率。

1 装置的结构及工作原理

配合腿部运动的便携净水装置包括曲柄滑轮运动装置和净水装置，并且曲柄滑轮运动装置和净水装置相连。曲柄滑轮运动装置由三根曲柄、曲柄连接处的铰链、滚动滑轮和套在小腿上的弹性圈组成；运用了曲柄滑块机构的原理，三根曲柄和人的腿部运动相适应，与弹性圈相连的曲柄和小腿相配合，与滚动滑轮相连的曲柄和大腿相配合，上述两根曲柄的连接处的活动铰链与人的膝盖的转动相配合，人在走路跑步的时候带动了曲柄的运动，曲柄的运动进而推动滚动滑轮运动。当人的大腿和小腿在站立或运动过程中腿部呈直立状态时，与大腿配合的曲柄和与小腿配合的曲柄绕着曲柄连接处的铰链转动，转动成接近直线的状态，三根曲柄收缩在一起接近直线；当人的大腿和小腿在运动过程中腿部呈弯曲状态时，与大腿配合的曲柄和与小腿配合的曲柄绕着曲柄连接处的铰链转动，转动的角度与大腿和小腿的夹角近似，三根曲柄展开中间是一个三角形，进而与大腿配合的曲柄推动滚动滑轮。

净水装置包括原水罐、净水罐、加压装置、气囊装置、初滤器、反渗透装置和套在大腿上的弹圈；气囊装置包括气囊和气囊单向阀，气囊与滚动滑轮相连，气囊单向阀与气囊出气管相连，本装置中的气囊为高强度耐磨性挤压气囊；加压装置包括气缸和压力泵，气缸一侧通过气囊出气管与气囊相连，另一侧与压力泵相连；压力泵包括压力泵进水口和压力泵出水口，其中压力泵进水口通过压力泵进水管与原水罐相连，压力泵出水口通过压力泵出水管与初滤器相连。净水罐通过净水管与反渗透装置相连，反渗透装置通过出水管与初滤器相连。

滚动滑轮在曲柄的推动下上下运动，当滚动滑轮向下滚动时气囊单向阀进气，当滚动滑轮向上滚动时气囊单向阀关闭，紧接着气囊中的空气收到挤压，通过气囊出气管进入气缸；进而气缸开始工作，将原水从原水罐中抽出，原水经过压力泵进水管进入压力泵进水口，又经过压力泵出水口通过压力泵出水管进入初滤器，初滤器此时对原水进行第一次过滤；然后初滤净水通过出水管进入到反渗透装置，反渗透装置主要靠反渗透膜来完成过滤，初滤净水经过反渗透膜进行第二次净化；最后过滤出的净水通过净水管进入净水罐，进而提供给人们饮用水。

此外，上述套在大腿和小腿上的弹性圈可以根据不同体型人的腿的粗细来调节相应的大小，操作灵活便捷。

2 装置的使用方法和工作过程

如图1和图2，本装置包括曲柄滑轮运动装置和净水装置，曲柄滑轮运动装置包括滚动滑轮1、配合大腿运动的曲柄2、曲柄连接处的活动铰链3、配合小腿运动的曲柄4、与净水装置固定相连的曲柄5、套在小腿上的弹性圈6，净水装置包括原水罐7、原水罐注水口8、反渗透装置9、净水罐10、饮水口11、饮水口盖12、初滤器13、加压装置14，气囊装置15、套在大腿上的弹性圈16。气囊装置15包括气囊和气囊单向阀，气囊与滚动滑轮1相连，气囊单向阀与气囊出气管相连；加压装置14包括气缸和压力泵，气缸一侧通过气囊出气管与气囊相连，另一侧与压力泵相连；压力泵包括压力泵进水口和压力泵出水口，压力泵进水口通过压力泵进水管与原水罐7相连，压力泵出水口通过压力泵出水管与初滤器13相连；净水罐10通过净水管与反渗透装置9相连，反渗透装置9通过出水管与初滤器13相连。

在具体使用中，首先将野外的水通过原水罐注水口8灌入到原水罐7中，然后将弹性圈6套在小腿上，将弹性圈16套在大腿上，佩带上本装置；曲柄滑轮运动装置运用了曲柄滑块机构的原理，曲柄2与大腿的运动相配合，曲柄4和小腿的运动相配合，曲柄的连接处的活动铰链3与人的膝盖的转动相配合，人在走路跑步的时候带动了三根曲柄的运动，曲柄的运动进而推动滚动滑轮1的上下滚动；滚动滑轮1向下滚动时气囊单向阀进气，滚动滑轮1向上滚动时气囊单向阀关闭，气囊中的空气收到挤压，通过气囊出气管进入气缸；进而气缸开始工作，将原水从原水罐7中抽出，原水经过压力泵进水管进入压力泵进水口，又经过压力泵出水口通过压力泵出水管进入初滤器13，进行第一次过滤；然后初滤净水通过出水管进入到反渗透装置9，经过反渗透膜进行第二次净化，最后净水通过净水管进入净水罐，提供给人们饮用水。

图1 整体结构示意图

图2 具体工作示意图

3 结语

本装置通过把弹性圈分别套在人的大腿和小腿上来佩带，达到随身便携的目的，并且曲柄滑轮运动装置能较好地配合人在走路跑步时腿部的运动，不会因佩带本装置而给人带来额外的负担。人们在行走时，滚动滑轮反复挤压净水装置里的气囊，将空气压入了气缸，节省动力能源，同时不会耗费人的体力。在没有电力及自来水供应的环境中，充分利用野外取得的各种水源，行走的同时完成饮水净化的过程，既保证了饮水安全，又不影响行程进度，具有较强的实用价值。