停水自動關(guān)閉閥的設(shè)計

1、西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目名稱：停水自動關(guān)閉閥的設(shè)計 年 級：2015年春 層次：本科專科（所屬層次中打勾） 學(xué)生學(xué)號： 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)院制摘 要斷水自閉水閥是一件全新的半自動控水裝置，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)過理論分析和實驗，該作品能達(dá)到斷水自閉的功能。本作品的創(chuàng)新點是利用水的浮力，通過插銷的上升和下降來控制有水和無水時，閥門扭轉(zhuǎn)的角度，實現(xiàn)斷水自閉的目的。本閘閥的最大優(yōu)點在于能調(diào)節(jié)出流總量。閘閥的基本

2、工作原理是利用水流沖擊渦輪時，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)計了一種傳動減速裝置，此傳動減速裝置與控制出水總量的自動斷水裝置相連，當(dāng)出水總量達(dá)到設(shè)定值時，它將關(guān)閉閘閥。此設(shè)計能夠滿足人們在日常生產(chǎn)生活中對自動斷水、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際需求。關(guān)鍵詞：水閥 自閉式 設(shè)計 創(chuàng)新點Abstract Water shutoff valve is a new semi automatic wa

3、ter control device, compared with the existing market sales, easy to use, more user-friendly function. The device is formed on the existing common tap, and through theoretical analysis and experiments, the utility model can achieve the function of water supply and self closing. The innovation of thi

4、s work is to use the buoyancy of water, through the rise and fall of the bolt to control the water and water, the angle of the valve to achieve the purpose of water self closing.The biggest advantage of this valve is to adjust the total outflow. The basic working principle of the valve is the use of

5、 flow impulse turbine, a fixed relationship between the flow velocity and flow rate and the speed of the turbine in the gate so we design a driving speed reducer, the reducer automatic cut-off device and a control device connected to the total water, when the water amount reaches the set value, it w

6、ill be closed gate valve. This design can meet the demand of people in the daily life and production of water supply, water quality, and help people use water resources efficiently.This valve is easy to use, simple, safe and reliable, high precision, in line with the theme of sustainable development

7、 of the times. And the larger room for improvement of the valve, the future can be based on it to improve the formation of series to meet the actual needs of different situations.Keyword:Water valve self closing design innovation目 錄引 言1停水自動關(guān)閉閥的設(shè)計2一、 設(shè)計原理2二、 主要部件結(jié)構(gòu)說明及其工作原理21 渦輪結(jié)構(gòu)32 傳動減速結(jié)構(gòu)33 自動斷水裝置4三、

8、 創(chuàng)新特色5四、 應(yīng)用前景6結(jié) 論7參考文獻(xiàn)：8致 謝9引 言當(dāng)今世界人口不斷增長，環(huán)境日益惡化，水資源短缺情況日益嚴(yán)重。如何更高效地利用水資源，已成為國內(nèi)外一個重要的研究課題。尤其像我國這樣人口眾多、水資源分布極不均衡且人均占有量很低的國家，高效用水猶為必要。提高水資源利用效率具有十分重要的現(xiàn)實意義。閘閥是十分普遍的用水工具，好的閘閥能夠方便我們的生產(chǎn)生活?，F(xiàn)在閘閥的品種紛繁復(fù)雜，功能日益增多，其中自動斷水是比較實用的功能。然而經(jīng)過我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)大多數(shù)具有此種功能的閘閥都需要外接電源，不符合節(jié)能環(huán)保的思路。借這次水利創(chuàng)新設(shè)計競賽，我們想要在這一方面做一些改進(jìn)，設(shè)計出一款機(jī)械閘閥，能夠自動斷水同

9、時可以自由控制出流總量。使它服務(wù)于人民大眾的生產(chǎn)生活。在工業(yè)生產(chǎn)中，時常有需要定量控制液體添加和排放的地方，例如發(fā)酵工程中需要定時定量地更換培養(yǎng)液。而這款閘閥正好可以控制各種流體的出流總量，提高流體的利用效率，想必不失為一種價格低廉的新方案。在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，水資源浪費現(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，真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。我門設(shè)計此款閘閥可以幫助實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化，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，

10、使得具有此種功能的閘閥依舊難以推廣。比如“自動控制閥”，它的動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)計數(shù)量時，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。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)、造價低廉的閘閥，讓它更好地服務(wù)于人民的生產(chǎn)生活停水自動關(guān)閉閥的設(shè)計王見豐 機(jī)電一體化技術(shù)1、 設(shè)計原理水在流動的過程中攜帶有能量，水流沖擊渦輪時，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渦輪轉(zhuǎn)

11、動，再由渦輪帶動傳動減速裝置運動，并將此傳動減速裝置與控制出水總量的自動斷水裝置相連，當(dāng)出水總量達(dá)到設(shè)定值時，它將關(guān)閉閘閥。該裝置運轉(zhuǎn)時完全利用機(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，只需轉(zhuǎn)動手柄使閥芯上閥口和進(jìn)水管相通，便實現(xiàn)了水的導(dǎo)通。此時水龍頭在工作機(jī)理方面和普通水龍頭相同，此時水壓力大于彈簧的彈力和自身重力。停水情況當(dāng)停水時，水壓變?yōu)榱?，彈簧的彈力和自身重力大于水的壓力，便會使閥芯沿著滑槽方向向下移動到底部。閥口方向同紙面垂直。來水情況當(dāng)水再一次來水的時候，此時水壓力大于彈簧的力及自身重力，閥體豎直向上移動。且滑塊不受滑道的約束。閥口仍然處于

12、垂直于紙面的狀態(tài)，雖然閥口已經(jīng)上升到入水口位置，此時水流仍然無法導(dǎo)通。不會像普通水龍頭一樣會浪費水資源。同時可以在閥體上安裝一個帶有指示的標(biāo)簽。可以利用水壓的有無來指示現(xiàn)在是停水狀態(tài)還是有水狀態(tài)。2、 主要部件結(jié)構(gòu)說明及其工作原理閘閥由渦輪，傳動減速裝置，自動斷水裝置三部分構(gòu)成：渦輪實物1 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位。葉輪：葉輪位于蝸殼內(nèi)部，輪片呈矩形。葉輪通過傳動軸與傳動減速裝置的1號傳動輪相連。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。水流繼續(xù)流經(jīng)蝸

13、殼后，流態(tài)將會發(fā)生改變，在蝸殼內(nèi)部會產(chǎn)生環(huán)流，從而均勻分布到葉輪周圍，并產(chǎn)生足夠的動力帶動葉輪旋轉(zhuǎn)。流入的水將從閘閥的出水口流出。2 傳動減速結(jié)構(gòu)如圖所示：傳動減速裝置由6個半徑不同的齒輪契合而成，分別為1號傳動輪、2號傳動輪、3號傳動輪、4號傳動輪、5號傳動輪及主輪。1號傳動輪通過傳動軸與渦輪中的葉輪相固結(jié)，主輪上連有一個外伸的控制軸，并與自動斷水裝置相固結(jié)。工作原理閘閥運轉(zhuǎn)后，葉輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)將通過傳動軸作用于1號傳動輪，通過齒輪間的相互作用，1號傳動輪將帶動2號傳動輪轉(zhuǎn)動，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

14、一定時，葉輪轉(zhuǎn)動的角速度等于1號傳動輪的角速度，因此由齒輪間線速度與角速度的相互關(guān)系可以計算出傳動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)角速度傳遞給自動斷水裝置。3 自動斷水裝置如圖5所示，自動斷水裝置由彈片、制動輪、制動杠桿組成。圖5自動斷水裝置工作原理閘閥開啟后，當(dāng)水流通過閘閥時，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，而制動輪又是由渦輪通過傳動減速裝置帶動的，因此，制動輪的轉(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)整好制動輪的初始位置后，制動輪的凹槽轉(zhuǎn)過我們設(shè)定的角度后將轉(zhuǎn)至控制

15、杠桿的正下方，控制杠桿在彈片的作用下將制動輪制動，同時，控制杠桿上端彈起，帶動裝置使閘閥自動關(guān)閉。3、 創(chuàng)新特色首先，本閘閥利用水流的沖擊力作為動力實現(xiàn)閘閥的自動關(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，擰動刻度盤。水龍頭導(dǎo)通需要同時滿足兩個條件(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還會旋轉(zhuǎn)；壓力傳導(dǎo)槽將水壓傳導(dǎo)到閥芯底部推動閥芯向上移動；本作品利用水

16、壓自身的能源，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實現(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。4、 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)閉所有水閥時只需要關(guān)閉總閥，就可以關(guān)閉所有水閥，再打開總閥時，便不會打開所有水龍頭，

17、如同機(jī)房關(guān)機(jī)時，只需要關(guān)閉總電源即關(guān)閉所有電腦，使用時再根據(jù)需要打開即可。1. 工業(yè)方面的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，時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，為其提供價格低廉的新方案。2. 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)計的閘閥可以用于渠系的配水、輸水。3. 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

18、水后，自動關(guān)閉，十分方便。4. 家庭中的使用在我國許多地區(qū)嚴(yán)重缺水，時常會發(fā)生停水和限時供水等情況。這款閘閥可以解決由于人為疏忽造成水資源的浪費。同時也為國家計量供水量提供方便。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，真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。我門設(shè)計此款閘閥可以幫助實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化，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，使得具有此種功能的閘閥依舊難以推廣。比如“自動控制閥”，它

19、的動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)計數(shù)量時，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。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.實用閥門設(shè)計手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20022 陸培文主編.閥門設(shè)計計算手冊.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，19943 楊源泉主編.閥門設(shè)計手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20004 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

20、版社，1984.5 英漢閥門工程詞匯編輯委員會編.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, and M.A.M. Gijs, “A Ball. Valve Micropump in GlassFabricated by Powder Blasting,” Sens.Actuators .B (in press). DOI: 10.10 16/jsnb.2005.0 1.005.12 C.C. Tsai, C.Y. Chang and C.H. Tseng, “Optimal design of metal seated ball valve mechanism,” Stru