来源 e-works

 生活中，洗菜、做饭、洗衣、洗澡等会产生不少污水，据统计平均每个家庭用于冲厕所的水要占到家庭用水的一半。因此，洁净的水冲厕所是不必要的浪费，如何将“生活污水进行再利用”，就显得非常重要。

    新型环保超节水马桶是一种实现生活污水再利用的马桶装置。本设计面向于普通家庭用户，适用范围广，安装简单，使用方便。迎合环保的潮流，采用无电能的脚踏方式，把储存在抽水器的生活污水抽到马桶箱进行使用，打破了抽水马桶利用洁净的水冲厕所的传统局面。

1 节水系统的总体结构设计

    利用Solidworks设计技术首先对其整体结构进行了设计和布局。

    新型环保超节水马桶，有计划地进行生活用水的处理，将传统的抽水马桶和洗脸盆、洗衣机等常用生活用水系统通过脚踏式双缸抽水器相连接，利用脚踏式双缸抽水器储存经过处理后的生活污水，采取无电能的脚踏式抽水方法把经过处理的生活污水抽取到马桶箱，进行厕所的冲洗，从而达到利用生活污水代替洁净水冲厕所的节水效果。有效地解决了洗脸、洗菜、洗衣机污水等二次污水的再利用问题。

    新型超节水马桶是一个多合一体的系统，它结合了日常生活用水的系统，如洗脸盆、洗菜盆、洗衣机等。本设计由三部分组成，分别为：马桶、储水抽水装置和生活用水系统（如图1所示）。

图1 新型环保超节水马桶整体装配效果图

2 马桶的设计

    2.1 马桶的介绍

    传统抽水马桶是由马桶水箱、便池和虹吸装置三部分组成的，马桶水箱内部有排水阀和进水阀两个部分。而新型环保超节水马桶的马桶水箱设计，区别传统抽水马桶水箱，它内部由排水阀和浮力阀两部分组成。排水阀与马桶盖的按钮相连接，大按键控制大流量，小按键控制小流量。

    2.2 排水阀装置

    当需要进行全排方式时，按下全排按键，抬杆转动，带动抬动臂及连接管上升到最大行程处，全排控制卡条勾住全排控制凸粒，连接管及止水胶垫能在一定时间内保持抬浮状态，水箱中的水从底座的排水口排出，直至本体筒内的水位降低，无法支持全排浮桶的重量，全排浮桶下掉，通过连系片带动全排控制卡条运动，使全排控制卡条与全排控制凸拉脱离，连接管及止水胶垫下掉，止水胶垫盖住底座的排水口，停止排水。

    当需要进行半排方式时，按下半排按健，限位块随之向下移动，同时抬杆转动，带动抬动臂及连接管上升，但此时上升幅度较全排方式小，使半排控制卡条位于半排控制凸粒下面可以勾住半排控制凸粒，而全排控制卡条位于全排控制凸粒上方不能勾住全排控制凸粒，当水箱中水位下降到半排浮桶底部时，半排浮桶下掉，通过摆动臂带动半排控制卡条运动，使半排控制卡条与半排控制凸粒脱离，连接管及止水胶垫随之下掉。

  2.3 浮力阀装置

    浮力阀是一个全自动的水源开关，开关随着水位下降而打开、随着水位上升而关闭。浮力阀安装在马桶水箱一侧，主用用于控制马桶水箱内部水位，防止抽水过多导致箱内水面溢出。浮力阀由进水孔、外框轨道、浮块和排水孔组成（图2所示）。

图2 浮力阀的结构示意图

     浮力阀，是利用浮块所受的浮力作用进行改造的全自动开关。当用户使用马桶后，按下排水按钮，水位就会迅速下降，直至达到马桶箱内水量不足。当用户踩下抽水脚踏时，水流从进水孔进入马桶水箱，水面开始逐渐上升，当水面达到排水孔液面以上时，水就会从排水孔进入浮力阀。由于受到浮力作用，随着液面的上升，浮块也会上升，直至浮块堵塞进水孔，储水完毕并停止进水。

3 储水抽水装置的设计

    3.1 储水抽水装置结构分析与设计

    新型环保超节水马桶的储水抽水装置是一种双缸式储水，双缸式单行程脚踏抽水的系统。左缸用于储存，右缸用于脚踏抽水，两缸通过单向阀连接。储水抽水装置是本设计的重要部件，储存缸与生活用水系统相连接，生活污水可以管道流入作储存。另外，在储水缸装有传统马桶的进水阀，以实现水量不足时的自动补水。

    3.2 进水阀装置的设计

    新型马桶的储水抽水装置里设有传统抽水马桶的进水阀，其功能是自动补水，但实际水位不足预设水位时，进水阀自动打开；水流进入。当实际水位高于预设水位时，进水阀自动关闭。此进水阀加工、装配容易，成本低，且具有防虹吸作用。

    其储水抽水装置的进水阀设在储水缸一侧，对水位进行控制，设定预设水位，当水量不足时，进水阀打开自动补水直至到预设水位为止。

    当储水缸水量充足时，浮块处于图3所示进水停止状态的浮块位置。

图3 进水停止状态的控制结构示意图

     当储水缸水量不足时，浮块处于图4所示进水状态的浮块位置。

图4 进水状态的控制结构示意图

  3.3 储水装置

    新型马桶的储水装置设置在储水抽水装置的左侧，用单向阀使其与抽水装置相连接。储水装置主要由过滤器、进水管道、单向阀和进水阀组成。主要部件：储水装置的内腔底面离地约15mm，高于抽水装置的内腔底面，因而使两腔产生液面差，而且储水装置底部呈U型，有利于水流优先从储水装置通过单向阀流入抽水装置。该储水装置安装简单，使用简捷，实现全自动控制，便于推广。

    该系统的储水装置主要用于储存洗手、洗脸、洗菜、洗衣后的污水。当用户使用洗脸盆时，会产生一定量的生活污水，污水通过管道流入进水口，进水口与过滤器相接，水流会通过进水口流入过滤器进行过滤。过滤后的水会通过进水管流入储水装置储存。由于储水装置底部高于抽水装置底部，而且储水装置底部呈U型设置，储存在储水装置的水会优先通过单向阀流入抽水缸。当用户使用洗衣机洗衣时，脱水后洗衣机会排出洗衣污水，由于洗衣机排水管道与储水装置进水管相接，洗衣污水会通过单向阀和进水管流入储水装置。当洗衣机流出洗衣污水流量过大，导致水流没有完全通过进水管时，溢出的洗衣污水可从排水孔排出。具体如下：由于进水管为双管设计，进水管的外管与内管之问有排水孔，进水管外管与排水管相通，因此，洗衣污水流量过大时，溢出的洗衣污水会从排水孔流入排水管，直通下水道。

    储水装置有一定的额定容量，当从进水管或进水管进入储水缸的生活污水过多，超过额定容量时，多余的生活污水会从排水槽流出．排水槽与排水管相连通，排水管连接下水道，因此多余溢出的生活污水会经过排水槽和排水管直入下水道。

    3.4 抽水装置

    该系统的抽水装置是一种双缸单行程脚踏式抽水器，在保留原有脚踏式抽水器优点的基础上，采用双缸体、双活塞机构，有效地克服了原单缸脚踏式抽水器需要较大的力量才能使抽水器正常工作的缺陷（如图5所示）。采用大、小活塞配合工作的原理，根据要求出水量的不同，分别使用不同的机构进行工作，有效的减少了抽水器正常工作所需的工作压力，所需压力仅是正常情况的二分之一。适于有老人和儿童的家庭使用，老人和孩子使用小缸体，仅需较小的脚踏压力；成人使用大缸体。它使用起来省力，出水压力稳定，制造成本低廉。

    具体工作实施方式：

    抽水系统的结构如图5所示，平时在弹簧(4)的作用下，压杆(2)抬起，抽水腔(10)内充满水，进行冲水操作时，下压脚踏(1)，在压力的作用下，小缸体活塞(5)首先下移，此时进水口(11)的单向阀关闭，小缸体(8)内水被压出；当小缸体活塞(5)移动到小缸体内壁下限位时，进一步向脚踏(1)加压带动兼作限位档的大缸体活塞(9)继续向下运动，大缸体(6)内的水被压出。

图5 抽水系统结构示意图

    复位时脚踏(1)压力释放，在弹簧(4)作用下，小缸活塞(5)向上移动又达到小缸体(8)的内壁上限位，小缸体(8)带动大缸体活塞(9)继续向上运动，使抽水腔(10)继续充水。

4 结论

    该新型马桶打破了传统的设计思维，采用双缸式抽水器储存生活污水，有效地解决了洗脸、洗菜、洗衣机污水等二次污水的再利用问题，为该行业新型环保产品的设计开发提供了有益的借鉴。 

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