新型液压缸快速泄水机构设计分析

陈金来

（厦门瑞尔特卫浴科技股份有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

液压驱动排水阀时通过活塞替代传统按键的装置，液压缸进水腔进水时压力增大，活塞驱动排水机构进行排水，进水腔停止进水时，为保证排水阀的稳定和排水灵敏度，液压缸进水腔内的储水需要快速排出，使活塞快速复位。然而现有的液压驱动排水阀，其泄水机构无法可靠且快速地实现泄水，导致排水阀排量不稳定，受高低水压影响大，且排水灵敏度低，大截面面积的水箱无法实现小排量排水。

1 液压缸介绍

（1）液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用[1]。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。（2）液压缸的结构形式多种多样，其分类方法也有多种：按运动方式可分为直线往复运动式和回转摆动式；按受液压力作用情况可分为单作用式、双作用式；按结构形式可分为活塞式、柱塞式、多级伸缩套筒式，齿轮齿条式等；按安装形式可分为拉杆、耳环、底脚、铰轴等；按压力等级可分为16MPa、25MPa、31.5MPa等。（3）单作用单活塞式液压缸采用单向单组进液，优点是结构紧凑，液压流道分布简单，适合安装空间小的装置使用。单作用式液压缸应用于马桶排水阀往往需要开设一处泄压口用于液压缸泄压。双作用式液压缸虽可以快速令液压缸活塞回位，但需要有两组单独的进液控制，不利于应用于马桶水箱这种狭小空间。利用液压缸驱动排水阀时通过活塞替代传统按键，液压缸进水腔进水时压力增大，活塞驱动排水机构进行排水，进水腔停止进水时，为保证排水阀的稳定和排水灵敏度，液压缸进水腔内的储水需要快速排出，使活塞快速复位。然而现有的液压驱动排水阀，其泄水机构无法稳定且快速地实现泄水，导致排水阀排量不稳定，受高低水压影响大，且排水灵敏度低，大截面面积的水箱无法实现小排量排水[2]。

为解决以上单作用活塞式液压缸无法稳定且快速泄压，双组进液控制结构复杂和风险增加的问题，我们专门设计了一种利用单组进液控制，实现快速、稳定泄压，活塞杆快速复位的快速泄压结构。

2 液压缸快速泄水机构的结构说明

装有该泄水机构的液压排水阀包括以下几项组成：①泄水机构，它包括本体和活动装接在本体的活动件，本体设有进水口、出水口和泄水口，活动件在水压作用下在第一位置和第二位置之间活动，活动件位于第一位置时活动件关闭泄水口且进水口与出水口相接通，活动件位于第二位置时出水口与泄水口相接通。②泄水机构的液压缸结构，包括缸体、活动装接在缸体的活塞和所属的泄水机构，活塞将缸体内部分为第一腔体和第二腔体，本体之出水口与第一腔体或第二腔体相接通。③液压缸的液压排水阀，包括设有排水口的阀体、活动装接在阀体且能密封或打开排水口的启动组件和装接在阀体的液压缸结构，活塞传动连接启动组件[3]。

当水流进入本体后，在水压作用下活动件移动至第一位置，此时活动件密封泄水口且进水口与出水口相接通，水从出水口流出进入液压缸之其中一腔体内，并带动活塞活动以使启动组件打开排水口进行排水；当水流停止，水压消失，活动件从第一位置移动至第二位置，出水口与泄水口相接通，液压缸内的水从出水口流出并进入泄水口再从泄水口排出。该泄水机构结构简单，可靠性强，能快速将液压缸内的水从泄水口排出，排水灵敏度提高，且适合大截面的水箱实现小排量排水的情况。

3 液压缸快速泄水机构的实施方式

（1）马桶冲水时：可通过电子控制端发出命令开启电磁阀，或通过手动按键开启，控制开启位于泄水机构的泄压孔。始终保持泄压孔为打开状态，水流经通流孔进入背压腔，再经泄压孔流出，背压腔内的压强远小于进水通道压强，此时第一密封件向上移动，又因第一密封件所受向上水压面积大于第二密封件所受向下水压面积，故第一密封件所受向上的压力大于第二密封件所受向下的压力，则可保证第一密封件移动并离开进水口，又因为第一密封件的移动带动导杆的移动，进而带动第二密封件密封泄水口，进水通道的水从进水口流至出水口并从出水口流出本体[4]。

流出本体的水再流入液压缸的第一腔体内，带动活塞向下移动，活塞杆下压带动排水启动组件打开排水口，排水阀实现排水。具体如下图1所示。

图1 液压缸示意图

（2）马桶冲水完毕时，可通过电子控制端发出命令关闭电磁阀，或通过手动按键关闭，当泄压孔关闭时，水流经通流孔进入背压腔，背压腔与进水通道水压一致，由于第一密封件与背压腔接触的一面受到的水压面积大于其与进水通道接触的一面受到的水压面积，故第一密封件与背压腔接触的一面所受压力大于其与进水通道接触的一面所受压力，此时第一密封件在其两面所受压力差的作用下移动并密封进水口，由于第一密封件的移动带动导杆的移动，进而带动第二密封件移动并打开泄水口，泄水口与出水口相接通。在预设于液压腔体内的弹簧推动活塞反向运动，液压缸内的水从出水口反向流进本体的水可从泄水口流出。在关闭液压缸压力源的同时打开液压缸内液体的泄压通道进行泄压，做到泄水迅速，活塞复位迅速[5-6]。

（3）液压缸快速泄水机构的重点要素：①活动件与端壁配合密封泄水口，穿过通水孔，在进水口与出水口间形成两个开关控制点，结构简单、紧凑、可靠，活动灵敏度高。②活动件包括导杆和分别装接在导杆之二端部的第一密封件和第二密封件，第一密封件与第二密封件同时动作。第一密封件与进水口的压力源配合，第二密封件与泄水口配合，使泄水过程与水流通断紧密结合，提高泄水的灵敏度，实现快速切换，使得排水速度或者泄水速度均加快。③本体上设有进水通道和泄压孔，第一密封件与本体之间形成背压腔，该背压腔与泄压孔相连通利用供水的自身水压使得泄水孔的打开和关闭更加可靠。

4 排水阀应用液压缸快速泄水机构的优势

应用该泄水机构的液压排水阀结构简单，可靠性强，能快速将液压缸内的水从泄水口排出，排水灵敏度提高。特别是现在陶瓷厂为了美观将马桶水箱越做越矮，此时马桶截面积大，相同排水量的情况下排水高度大大降低。加上马桶水效等级的实施，大量陶瓷厂都要求马桶排量要达到一级水效。例如马桶原来的水箱截面积与体积的关系是0.6L/cm，排量4.5L的排水高度是7.5cm，如果马桶截面增大到0.8L/cm，排量减少到3L，排水高度是3.75cm。这就要求液压排水阀的排水灵敏度，即泄压速度需大大提高。否则活塞杆迟迟不复位，排水口无法关闭，排量将超标，达不到预期排量效果。因此应用该泄水机构的液压排水阀特别适合大截面的水箱实现小排量排水的情况。

由于该液压装置利用了市政管道的水压进行液压驱动排水和泄水，实现了驱动力自由，解决了最大的能量来源问题。与电子结合时使用电磁阀作为原始的驱动力来源，能耗低。解决市场上有些排水阀利用潜水泵、电机等能耗高的方式作为驱动力驱动排水时需要接市电，或者需要频繁更换电池的缺点。电磁阀的低能耗可实现普通AA干电池满足家庭1年以上的使用需求，电池做到1年1换。即使是公共场所，按每天100次的冲水量也能使用10个月左右的时间，摆脱用电焦虑。早期国内卫生间并不习惯在马桶边上装一个插座，这就导致想要体验高科技产品前需要先装插座。这种液压排水阀的应用解决了用电焦虑，想装就装，实现用电自由。同时应用该泄压装置的液压排水阀还能设置手动应急按键，在电池没电或者电子元件损坏的情况下应急使用。应急按键按压力值轻，3N的按压力便可冲水，老人小孩轻松操作。

5 液压缸快速泄水机构的实际应用效果

该液压缸快速泄水机构及应用该机构的排水阀是已量产的产品：D7000／D7020 自动感应冲水装置，目前该产品结合电子电容等感应模块可实现免接触冲水，非传统靠手动按压按钮，实现了马桶免接触冲水。传统马桶按钮按压力在20N左右，而该自动感应冲水装置无按压力的要求，挥一挥手即可实现马桶自动冲水，适合老人和小孩等力量柔弱的人群使用。同时挥一挥手的免触冲水方式还特别适合医院、商场等公共场所，能有效防止细菌和病毒的接触传染。目前因新冠疫情需求，出货量上升较多，目前每月的出货量近1万套，且上升趋势明显。

该装置适配性强，可根据客户需求进行定制。如使用红外控制模块可实现全自动冲水，即如厕完成离开，无需进行任何操作可全自动冲水。还可增加重力式感应开关，如厕完成后将马桶盖盖上实现冲水。多种方式可满足不同客户的差别化需求。由于该装置结构紧凑，采用进排水阀一体设计，安装方便，没有复杂的管道和线路里连接，也不需要在卫生间增加插座，在DIY市场上得到终端客户的垂爱，自己动手就能让传统马桶摇身一变成高科技自动感应冲水马桶，让上马桶也能成为一种乐趣。

6 结语

综上所述，这是一种泄水机构及应用该机构的液压缸结构和液压排水阀，泄水机构包括本体和活动装接在本体的活动件。该泄水机构结构简单，可靠性强，将该泄水机构用于液压缸中能快速将液压缸中的存水排出，且进一步地将带有该泄水机构的液压缸用于液压排水阀中，能实现排水阀的液压驱动稳定可靠，并极大地提高了排水灵敏度，且适合大截面的水箱实现小排量排水的情况。液压缸与电子装置的配合使用，使得传统马桶利用市政管道水压能实现自动冲水。让用户体验到高科技的同时还能解决老弱病残以及公共场所的冲水难题。