西南科技大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目名稱：停水自動(dòng)關(guān)閉閥的設(shè)計(jì)年級：2015年春層次：□本科□?？疲ㄋ鶎賹哟沃写蚬矗W(xué)生學(xué)號：157163170016指導(dǎo)教師：學(xué)生姓名：王見豐技術(shù)職稱：學(xué)生專業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)學(xué)習(xí)中心名稱:上虞學(xué)習(xí)中心

西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)院制PAGE1摘要斷水自閉水閥是一件全新的半自動(dòng)控水裝置，與現(xiàn)有市銷售品比較，使用方便，功能更加人性化。本裝置是在現(xiàn)有普通的水龍頭上做了一些改進(jìn)而形成，經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)，該作品能達(dá)到斷水自閉的功能。本作品的創(chuàng)新點(diǎn)是利用水的浮力，通過插銷的上升和下降來控制有水和無水時(shí)，閥門扭轉(zhuǎn)的角度，實(shí)現(xiàn)斷水自閉的目的。本閘閥的最大優(yōu)點(diǎn)在于能調(diào)節(jié)出流總量。閘閥的基本工作原理是利用水流沖擊渦輪時(shí)，流速及流量與渦輪的轉(zhuǎn)速之間存在的固定關(guān)系，因此，在閘閥中我們設(shè)計(jì)了一種傳動(dòng)減速裝置，此傳動(dòng)減速裝置與控制出水總量的自動(dòng)斷水裝置相連，當(dāng)出水總量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，它將關(guān)閉閘閥。此設(shè)計(jì)能夠滿足人們在日常生產(chǎn)生活中對自動(dòng)斷水、定量出水的需求，有助于人們高效利用水資源。本閘閥使用方便，原理簡單，安全可靠，精度高，符合可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代主題。而且本閘閥的改進(jìn)空間較大，今后可在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行完善，形成系列，以滿足不同使用情況下的實(shí)際需求。關(guān)鍵詞：水閥自閉式設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)停水自動(dòng)關(guān)閉閥的設(shè)計(jì)王見豐機(jī)電一體化技術(shù)高起專2015年春157163170016設(shè)計(jì)原理水在流動(dòng)的過程中攜帶有能量，水流沖擊渦輪時(shí)，流速及流量與渦輪的轉(zhuǎn)速之間存在固定的關(guān)系。因此，我們決定研制出一款閘閥，借助水流的沖擊力帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由渦輪帶動(dòng)傳動(dòng)減速裝置運(yùn)動(dòng)，并將此傳動(dòng)減速裝置與控制出水總量的自動(dòng)斷水裝置相連，當(dāng)出水總量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，它將關(guān)閉閘閥。該裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)完全利用機(jī)械原理，無需外部電源，只需要借助管道中水流的能量。正常有水情況在正常情況下使用時(shí)，只需轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使閥芯上閥口和進(jìn)水管相通，便實(shí)現(xiàn)了水的導(dǎo)通。此時(shí)水龍頭在工作機(jī)理方面和普通水龍頭相同，此時(shí)水壓力大于彈簧的彈力和自身重力。停水情況當(dāng)停水時(shí)，水壓變?yōu)榱?，彈簧的彈力和自身重力大于水的壓力，便?huì)使閥芯沿著滑槽方向向下移動(dòng)到底部。閥口方向同紙面垂直。來水情況當(dāng)水再一次來水的時(shí)候，此時(shí)水壓力大于彈簧的力及自身重力，閥體豎直向上移動(dòng)。且滑塊不受滑道的約束。閥口仍然處于垂直于紙面的狀態(tài)，雖然閥口已經(jīng)上升到入水口位置，此時(shí)水流仍然無法導(dǎo)通。不會(huì)像普通水龍頭一樣會(huì)浪費(fèi)水資源。同時(shí)可以在閥體上安裝一個(gè)帶有指示的標(biāo)簽?？梢岳盟畨旱挠袩o來指示現(xiàn)在是停水狀態(tài)還是有水狀態(tài)。主要部件結(jié)構(gòu)說明及其工作原理閘閥由渦輪，傳動(dòng)減速裝置，自動(dòng)斷水裝置三部分構(gòu)成：渦輪實(shí)物渦輪結(jié)構(gòu)此裝置由兩部分組成：蝸殼和葉輪。其結(jié)構(gòu)如圖2所示蝸殼：蝸殼主體由一中空的圓柱體組成，其前后端分別開有一系列的斜口，兩組斜口間成一定角度的錯(cuò)位。葉輪：葉輪位于蝸殼內(nèi)部，輪片呈矩形。葉輪通過傳動(dòng)軸與傳動(dòng)減速裝置的1號傳動(dòng)輪相連。圖2渦輪工作原理水從閘閥入水口流入，經(jīng)過導(dǎo)流網(wǎng)后有規(guī)律的流動(dòng)。水流繼續(xù)流經(jīng)蝸殼后，流態(tài)將會(huì)發(fā)生改變，在蝸殼內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，從而均勻分布到葉輪周圍，并產(chǎn)生足夠的動(dòng)力帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。流入的水將從閘閥的出水口流出。傳動(dòng)減速結(jié)構(gòu)如圖所示：傳動(dòng)減速裝置由6個(gè)半徑不同的齒輪契合而成，分別為1號傳動(dòng)輪、2號傳動(dòng)輪、3號傳動(dòng)輪、4號傳動(dòng)輪、5號傳動(dòng)輪及主輪。1號傳動(dòng)輪通過傳動(dòng)軸與渦輪中的葉輪相固結(jié)，主輪上連有一個(gè)外伸的控制軸，并與自動(dòng)斷水裝置相固結(jié)。工作原理閘閥運(yùn)轉(zhuǎn)后，葉輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)將通過傳動(dòng)軸作用于1號傳動(dòng)輪，通過齒輪間的相互作用，1號傳動(dòng)輪將帶動(dòng)2號傳動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同理可知，旋轉(zhuǎn)將最終傳遞給主輪。由于齒輪的半徑逐漸增大，相應(yīng)的角速度將逐漸減小，因此主輪將以微小的角速度旋轉(zhuǎn)。水流流速一定時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度等于1號傳動(dòng)輪的角速度，因此由齒輪間線速度與角速度的相互關(guān)系QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源?？梢杂?jì)算出傳動(dòng)減速裝置主輪的旋轉(zhuǎn)角速度。主輪通過與之固結(jié)的控制軸與自動(dòng)斷水裝置相連，因此可將葉輪縮減后的旋轉(zhuǎn)角速度傳遞給自動(dòng)斷水裝置。自動(dòng)斷水裝置如圖5所示，自動(dòng)斷水裝置由彈片、制動(dòng)輪、制動(dòng)杠桿組成。

圖5自動(dòng)斷水裝置工作原理閘閥開啟后，當(dāng)水流通過閘閥時(shí)，由于水流流速及流量與渦輪的轉(zhuǎn)速之間存在固定的關(guān)系，而制動(dòng)輪又是由渦輪通過傳動(dòng)減速裝置帶動(dòng)的，因此，制動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速與水流流速及流量之間必然存在固定的關(guān)系，其轉(zhuǎn)過的角度則與出水總量直接相關(guān)，當(dāng)我們調(diào)整好制動(dòng)輪的初始位置后，制動(dòng)輪的凹槽轉(zhuǎn)過我們設(shè)定的角度后將轉(zhuǎn)至控制杠桿的正下方，控制杠桿在彈片的作用下將制動(dòng)輪制動(dòng)，同時(shí)，控制杠桿上端彈起，帶動(dòng)裝置使閘閥自動(dòng)關(guān)閉。創(chuàng)新特色首先，本閘閥利用水流的沖擊力作為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)閘閥的自動(dòng)關(guān)閉。無需外接能源，因此節(jié)能環(huán)保。其次，本裝置利用純機(jī)械原理控制出水時(shí)間進(jìn)而控制出流總量。并且，控制出流總量的操作簡單，只需要打開閘閥，擰動(dòng)刻度盤。水龍頭導(dǎo)通需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件(即1.閥芯位置處于頂部，2.閥口位置對正，即閥口方向與水流方向一致。一般的龍頭只需要閥口方向與水流方向一致即可)；龍頭上蓋內(nèi)壁的導(dǎo)引滑槽和導(dǎo)塊的共同作用使得閥芯在彈簧彈力的作用下下移的同時(shí)還會(huì)旋轉(zhuǎn)；壓力傳導(dǎo)槽將水壓傳導(dǎo)到閥芯底部推動(dòng)閥芯向上移動(dòng)；本作品利用水壓自身的能源，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)邏輯判斷，不需電源；安裝中無方向角度等特殊要求；保持了原有水龍頭的造型和使用方法，容易為大眾所接受。應(yīng)用前景本閘閥在生產(chǎn)生活中有廣闊的應(yīng)用前景:目前市場上有通過復(fù)雜的電子電路結(jié)合傳感器實(shí)現(xiàn)隨用隨開的功能，但該種水龍頭成本高、對環(huán)境要求高，需外接電源，故一般應(yīng)用的不是很廣泛。

我們的產(chǎn)品使用的是機(jī)械式構(gòu)造，結(jié)構(gòu)相對簡單，批量生產(chǎn)，制造成本低，對環(huán)境要求不高。其使用方法和外形構(gòu)造基本無異于現(xiàn)廣泛使用的水龍頭。能更能為人們所接受。在大范圍苗圃澆灌方面，如果在噴灌終端安裝該水閥，則關(guān)閉所有水閥時(shí)只需要關(guān)閉總閥，就可以關(guān)閉所有水閥，再打開總閥時(shí)，便不會(huì)打開所有水龍頭，如同機(jī)房關(guān)機(jī)時(shí)，只需要關(guān)閉總電源即關(guān)閉所有電腦，使用時(shí)再根據(jù)需要打開即可。工業(yè)方面的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，時(shí)常有需要定量控制液體添加和排放的地方。如在發(fā)酵工程中需要定量地更新發(fā)酵細(xì)菌的培養(yǎng)液，向發(fā)酵罐中添加營養(yǎng)成分。我們研制的閘閥可以滿足此種需求，為其提供價(jià)格低廉的新方案。水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)——農(nóng)業(yè)灌溉中斗渠及其以下渠系出水量控制我國雖然是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，但是，我們在農(nóng)業(yè)灌溉方面水資源利用效率極低，斗渠及其以下渠系出水量控制裝置較為缺乏。我們設(shè)計(jì)的閘閥可以用于渠系的配水、輸水。養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用在我國特別是南方大部分地區(qū)，漁業(yè)等養(yǎng)殖業(yè)比較發(fā)達(dá)。此款閘閥可以用于定量更換養(yǎng)殖池中的水，換完水后，自動(dòng)關(guān)閉，十分方便。家庭中的使用在我國許多地區(qū)嚴(yán)重缺水，時(shí)常會(huì)發(fā)生停水和限時(shí)供水等情況。這款閘閥可以解決由于人為疏忽造成水資源的浪費(fèi)。同時(shí)也為國家計(jì)量供水量提供方便。

結(jié)論在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象仍十分嚴(yán)重，尤其是在灌溉方面。在資源愈發(fā)緊缺的今天，我們有必要改進(jìn)目前較為落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。我門設(shè)計(jì)此款閘閥可以幫助實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，為農(nóng)業(yè)灌溉中水資源的調(diào)配提供便利。在日常生活中，它可以解決由于人為疏忽造成的水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。雖然目前市場上已經(jīng)存在一些不需外接電源的自力式閥門，但是由于它們的一些缺點(diǎn)，使得具有此種功能的閘閥依舊難以推廣。比如“自動(dòng)控制閥”，它的動(dòng)力裝置的原理與本閘閥相似，均是利用水流的沖擊力，沖擊閥門內(nèi)的葉輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)連續(xù)流量達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)量時(shí)，閘閥關(guān)閉。隨著閘閥的關(guān)閉，閘閥開度逐漸減小，水流流量不斷減小。這樣，出流量精度就難以保證。綜上所述，現(xiàn)有的自力式閘閥都有一定的缺點(diǎn)。因此，我們致力于研制出一款原理簡單，功能完善、安全可靠、易于維護(hù)、造價(jià)低廉的閘閥，讓它更好地服務(wù)于人民的生產(chǎn)生活。參考文獻(xiàn)：[1]陸培文主編.實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002[2]陸培文主編.閥門設(shè)計(jì)計(jì)算手冊.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994[3]楊源泉主編.閥門設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[4]沈陽高中壓閥門廠編著.閥門制造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.[5]《英漢閥門工程詞匯》編輯委員會(huì)編.英漢閥門工程詞匯[M].北京：北京科技出版社，1989.[6]孫曉霞主編.實(shí)用閥門技術(shù)問答[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.[7]冠國清主編.電動(dòng)閥門選用手冊[M].北京：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1997.[8]陸培文等編.閥門選用手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.[9]陸培文等編.國內(nèi)外閥門新結(jié)構(gòu)[M]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.[10]〔美〕J.L.菜昂斯著.閥門技術(shù)手冊[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.[11]C.Yamahata,F.Lacharme,Y.Burri,andM.A.M.Gijs,“ABall.ValveMicropumpinGlassFabricatedbyPowderBlasting,”Sens.Actuators.B(inpress).DOI:10.1016/jsnb.2005.01.005.[12]C.C.Tsai,C.Y.ChangandC.H.Tseng,“Optimaldesignofmetalseatedballvalvemechanism,”StructuralandMultidisciplinaryOptimization26,249–255(2004)DOI：10.1007/s00158-003-0342-3.[13]C.Fu,Z.RummlerandW.Schomburg,“MagneticallyDrivenMicroBallValvesFabricatedbyMultilayerAdhesiveFilmBonding,”J.Micromech.Miicroeng.13,S96-Sl02(2003).

致謝感謝嚴(yán)老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我的指導(dǎo)，有了嚴(yán)老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的指導(dǎo)我的論文才得以順利完成。老師為我論文課題的研究提出了許多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導(dǎo)和幫助。在本文結(jié)束之際，特向敬愛的嚴(yán)老師致以最尊敬的敬禮和深深地感謝！通過此次設(shè)計(jì)，一方面讓我認(rèn)識到只學(xué)習(xí)理論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，發(fā)現(xiàn)了學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤之處；另一方面又積累豐富的知識，吸取別人