胡瑞玲，刘俊尧（鹤壁职业技术学院，河南　鹤壁　458030）

变刚度高效节水阀门的设计研究

胡瑞玲，刘俊尧
（鹤壁职业技术学院，河南鹤壁458030）

变刚度高效节水阀门由工作装置、控制装置、辅助装置组成。变刚度高效节水阀门能够满足个性化的用水需求，既可享用大流量的水、也可享用小流量的水，既可短时用水、也可长时用水，用水量、用水时间可以随意控制。变刚度高效节水阀门可以高效节水，人们在用洗涤剂洗手或洗脸时节约用水可高达30%—50%左右。

高效节水阀门；结构特征；工作特征；工作原理

水是宝贵的，我国水资源较缺乏，现在一般所用的水龙头结构较为简单，主要是由出水龙头及控制旋转手柄组成［1］。水资源是国民经济发展的重要物质基础，所以如何做到最大限度地节约水资源是摆在我们面前的一个重要课题［2］。

水龙头的阀门大多是手动阀门和少量的感应阀门，人们在用水时常常看到的是这样的情景：用手打开手动阀门水流出，用手洗脸时水照样流出；而感应阀门是按照事先设计好的程序出水和停水，不能适应每个人的需求进行出水和停水，因而会产生水的大量浪费，或不能满足个性化的需求。

变刚度高效节水阀门克服了手动阀门和感应阀门用水的严重浪费和不能满足个性化需求的弊端，能够达到高效节水的目的。

1　变刚度高效节水阀门的组成

变刚度高效节水阀门由工作装置、控制装置、辅助装置组成［3］。工作装置是圆锥形水管1、圆锥形水塞2、变刚度橡胶弹簧3、水阀底盖4，控制装置是水塞拉绳5、脚形踏板6、复位橡胶弹簧7，辅助装置是定位套环8、脚跟转轴9、地面凹坑10。图1是变刚度高效节水阀门的主剖视图，图2是控制装置的仰视图，图3是阀门小流量开启的示意图，图4是阀门大流量开启的示意图。

图1　变刚度高效节水阀门

图2　控制装置的仰视图

2　变刚度高效节水阀门的制作

变刚度高效节水阀门的制作。按照图1、图2所示，用铸铁制作圆锥形水管1、圆锥形水塞2和水阀底盖4，用钢丝制作水塞拉绳5，用橡胶制作变刚度橡胶弹簧3和复位橡胶弹簧7，用铝板制作脚形踏板6、定位套环8、脚跟转轴9，用水泥制作地面凹坑10。

3　变刚度高效节水阀门的安装

变刚度高效节水阀门的安装，第一步首先将水塞拉绳5穿过变刚度橡胶弹簧3的中心孔，再将水塞拉绳5与圆锥形水塞2固定连接；再将圆锥形水塞2、变刚度橡胶弹簧3和水塞拉绳5放入圆锥形水管1中。第二步将水塞拉绳5的下端穿过水阀底盖4中间的孔与脚形踏板6的右部固定连接，最后将水阀底盖4与圆锥形水管1的下端旋紧。第三步再将复位橡胶弹簧7固定安装到脚形踏板6的下部，将定位套

环8与脚形踏板6活动连接，将定位套环8活动套在脚跟转轴9的圆球上，将脚跟转轴9的圆球放到地面凹坑10里。为了美观和不占地上空间，可以将控制装置安装在地面下部。

4　变刚度高效节水阀门的工作原理

变刚度高效节水阀门的工作原理。由图1、图2、图3、图4可以看出，一是需要开启小流量时，则用脚踏住脚形踏板6，在水塞拉绳5和脚形踏板6的作用下，就会将变刚度橡胶弹簧3和复位橡胶弹簧7同时压缩，即被压缩到图3阀门小流量开启的位置。二是需要开启大流量，则将脚用力踏住脚形踏板6，在水塞拉绳5和脚形踏板6的作用下，就会将变刚度橡胶弹簧3和复位橡胶弹簧7继续压缩，即被压缩到图4阀门大流量开启的位置。三是停止用水，则站在脚跟转轴9的脚后跟稍稍转动一下即可离开脚形踏板6，这样变刚度橡胶弹簧3和复位橡胶弹簧7就会恢复原状，圆锥形水塞2就会恢复到图1所示的位置，圆锥形水管1内的水就会停止流动、停止供水。

图3　阀门小流量开启的示意图

图4　阀门大流量开启的示意图

变刚度高效节水阀门有许多突出优点，一是能够满足个性化的用水需求，既可享用大流量的水、也可享用小流量的水，既可短时用水、也可长时用水，用水量、用水时间可以随意控制。二是人们在洗漱时通过控制装置来控制出水和停水，可以避免用手关闭手动阀门造成的污染。三是可以高效节水，人们在用洗涤剂洗手或洗脸时节约用水可高达30—50%左右；四是变刚度高效节水阀门比手动阀门和感应阀门结构简单、成本低廉、易于操作、维修方便等优点。

［1］王桂哲，囤金军.机械式节水阀门［J］.现代制造技术与装备，2011（02）：49-50.

［2］于春红，李景帅.关于建筑给排水设计中节水的一些新措施［J］.设计研究，2007（04）：61.

［3］申永胜.机械原理教程［M］.北京：清华大学出版社，2005.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.10.184

胡瑞玲（1981-），女，鹤壁人，本科，讲师，研究方向：机电设计。