CN102128305B - 脚踏气动阀门 - Google Patents
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Abstract
一种脚踏气动阀门，通过导管将气体注入阀门内的气囊使其膨胀，气囊的一端有一个永磁铁，当磁铁接近阀座中心管内的衔铁时，衔铁被吸引离开密封膜片中心的泄压孔，密封膜片两侧压力趋于平衡，在水或气压的作用下，将边缘带有弹性的橡塑复合材料制成的膜片顶起使阀门打开。抬脚时压力消失，气囊在气囊复位弹簧的作用下回弹，远离衔铁，衔铁失去磁铁的吸引被衔铁复位弹簧弹回，橡胶头将膜片中央的泄压孔阻塞，在弹簧和流经保压孔进入腔内的水压以及密封膜自身弹性的作用下，密封膜片复位，阀门关闭。在阀座气室的外壁上设置了通气孔，气囊膨胀时将周围气体排出。本发明既可以用于自来水管管路，也可以用在其它气体或液体的管道中。
Description
技术领域
本发明涉及一种脚踏气动阀门，通过脚踏或其它机械力挤压脚踏开关，实现对水龙头或其它类似装置的开关控制。
背景技术
陶瓷芯水龙头取代铸铁升降式水龙头是水龙头及阀门技术领域的一次革命，陶瓷芯水龙头开关时间短，节水，应用至今已有近30年的时间，之后民用水龙头和阀门除了在外观上不断变换，其基本原理及结构均没有改变。通常自来水管网的水压大约都在0.2MP至0.4MP左右，陶瓷芯片之间的接触压力必需绝对大于自来水网的压力，加之水中存在杂质对陶瓷芯片的磨损，跑冒滴漏现象随处可见。用手控制的水龙头，开启后水长流不断，尤其在洗脸和其它物品时，大约有50％以上的洁净水没有得到充分利用而白白浪费，同时也增加了污水处理的能源消耗。在洗鱼类、肉类等食品时，或是在医院的手术室等公共场所，用手开启水龙头很不卫生。感应式水龙头出现后得到市场充分的肯定和广泛的应用，但是由于需要用电和控制电路，安装时需要更改管道破坏原来的装修，成本和故障率都较高，报废后产生的电子垃圾还会对环境造成污染，不利于普及推广。电磁控制或光电控制的水龙头需要持续供电，适用于人流较大的公共设施，而对于家庭来说，停电后也无法使用，长时间耗电难以让人们接受。大范围安装更加重了对能源的消耗，省了水却多费了电，造价、维护费用高，得不偿失。低碳排放和节能减排事业急需一种更有效的技术对目前阀门和水龙头产业进行第二次革命。
发明内容
本发明的脚踏气动阀门就是为解决上述问题而设计的。它无需改变原有水龙头的基本结构，只要在管路中串接一个脚踏气动阀门就能达到用脚踏来开关水龙头的目的。该发明可以和普通水龙头结合使用，把现有的水龙头变成脚踏开关水龙头。也可以制成脚踏气动水龙头产品直接使用。它与家庭卫生洁具配套比较协调，生产工艺简单、结构可靠、成本低、安装极其简便，有利于普及推广。
本发明的工作原理是，脚踏开关压缩气囊，通过导管将气体注入阀门内的气囊使其膨胀，气囊的一端有一个永磁铁，当磁铁接近阀座中心管内的衔铁时，在磁力线的作用下，衔铁被吸引离开密封膜片中心的泄压孔，密封膜片两侧压力趋于平衡，在水或气压的作用下，将边缘带有弹性的橡塑复合材料制成的膜片顶起使阀门打开。抬脚时压力消失，气囊在气囊复位弹簧的作用下回弹，远离衔铁，衔铁失去磁铁的吸引被衔铁复位弹簧弹回，橡胶头将膜片中央的泄压孔阻塞，在弹簧和流经保压孔进入腔内的水压以及密封膜自身弹性的作用下，密封膜片复位，阀门关闭。在阀座气室的外壁上设置了通气孔，气囊膨胀时将周围气体排出。本发明既可以用于自来水管管路，也可以用在其它气体或液体的管道中。
脚踏开关内部设计了半球状的柱塞和平行波纹密封圈，柱塞使平行波纹密封圈的波纹伸展以挤压空腔的空间将内部气体排出。密封圈封装在塑料或金属外壳内不易损坏。与传统的波纹管和手风琴式气囊相比，平行波纹密封圈工作时只有弯曲和伸展，没有折叠因而极大地延长了使用寿命。在平行波纹密封圈的中心设计了管状单向阀与密封圈合为一体，安装在脚踏开关柱塞护套中心孔内。管状单向阀也可独立设置，插装在脚踏开关导管的对面。导管可连接于脚踏开关的侧面也可以连接在脚踏开关的底部，既可以平行于地表安放也以埋入地下穿行安装。脚踏开关不论是在空气或水里都能使用。
脚踏气动阀门的具体结构是，包括阀座气室、中心管、阀盖、气囊、环状磁铁、气囊复位弹簧、阀体、衔铁复位弹簧、衔铁、橡胶头、密封膜片、泄压孔、保压孔、通气孔、阀门入口、阀门出口、导管和脚踏开关。气囊复位弹簧和装有环状磁铁的气囊置于气体阀座内，用阀盖将气囊夹紧在流体阀座的顶端，衔铁复位簧和衔铁装入气体阀座的中心管内，密封膜片放在阀体内，用螺钉把气体阀座和阀体连接在一起，同时将密封膜片的边缘压紧起到密封作用，衔铁复位弹簧顶出衔铁，橡胶头压在膜片中心的泄压孔上，同时将密封膜片压在阀体的出口上，阀门入口连接在自来水的管道上，自来水通过保压孔注入阀门腔内产生对密封膜片的压力，使阀门处于关闭状态。
脚踏气动阀门的另一种结构是，包括阀座气室、中心管、阀盖、气囊、柱状磁铁、气囊复位弹簧、阀体、碗状塑胶弹片、衔铁、密封膜片、泄压孔、保压孔、通气孔、阀门入口、阀门出口、导管、阀嘴、帽和脚踏开关，阀座气室变短以缩短弹簧行程，用柱状磁铁代替环形磁铁；阀体中间采用碗状塑胶弹片代替衔铁复位弹簧和橡胶头，因为行程短所以不会超出碗状的弹性范围，碗状塑胶弹片正常时堵住泄压孔，吸起时离开泄压孔；阀体下面设有阀嘴，阀嘴下面螺接有一帽，直接作水龙头使用；将帽打开就可以接水管，作阀门使用。
脚踏开关的结构是排气嘴和管状单向阀分别插入其底座两侧的侧排气管内，塔簧放在底座的塔簧定位槽上，密封圈安放在底座上，密封圈卡环嵌入底座卡槽内，套环压入装好密封圈的底座，密封圈由柔软的橡胶材料制成，在套环和底座的紧配合夹持作用下，保证了气密性能的实现；将柱塞护套压入套环内侧的环状槽内，密封圈凸隼从柱塞护套的柱塞护套中心孔中穿过，柱塞护套的底边外缘有四个对称的倒钩，安装时需要稍许用力将其按压就位，并且对准套环上与之对应的四个滑道内，套环由塑料或薄壁金属材料制成，按压力消失后其变形即可恢复，倒钩卡在滑道中，通过螺纹与螺扣将装饰盖固定在柱塞护套上；在套环的中间层，设有滑道，其上有一个滑道卡台，柱塞护套上的倒钩在滑道内上下活动，下压并逆时针旋转柱塞护套时，倒钩将会卡在滑道卡台上，将柱塞护套锁住不被弹簧弹起保持住压力。脚踏开关安装在地面上或采取半地下的安装方式。管状单向阀由橡胶制成，其顶端分别有管状单向阀狭缝。
脚踏开关的另一种结构是，塔簧倒置于踏板帽内，一端接触踏板帽顶盖内侧，另一端顶在扩大底部的管状单向阀的底部中央，扩大底部的管状单向阀倒置在套环中央，其扩大的底部搭在套环内壁顶部，扩大底部的管状单向阀端部套有导气管，当脚踩踏在踏板帽上时，其侧壁可以插入套环内壁和外壁形成的圆环形空腔内，套环内壁顶部外侧有环形密封圈，以保证踏板帽侧壁插入空腔过程中的气密性。脚踏开关的工作过程：
脚踏下时，因环状密封圈外径略大于柱塞护套内径(仅大几丝)，其内径略小于弓形槽内壁直径(底座内壁呈弓形槽)，环状密封圈挤压于弓形槽底面，且气体往下的压力令其向外膨胀，起到密封效果；抬脚时，气体向上的力令环状密封圈抬起至弓形槽的顶面，且环状密封圈不再向外膨胀密封，少量气体从环状密封圈和柱塞护套之间的空隙进入，大量气体从弓形槽上端的空隙进入。
复位时，环状密封圈离开柱塞护套，环状密封圈在弓形槽内，其呈自然状态，不受挤压。
附图说明
图1是阀门关闭状态；
图2是阀门开启状态；
图3是脚踏开关各部分零件和由下向上依次顺序安装的示意图；
图4上半部分是脚踏开关处于常态的示意图，同时显示了在地表安装的状态；下半部分是充气装置被压缩后的示意图，同时显示了导气管在地下穿行安装铺设的状态；
图5是管状单向阀或连体单向阀结构示意图；
图6是图5的A-A横切面示意图；
图7是另外一种脚踏开关的示意图，其中上半部分是脚踏之前的示意图，下半部分是脚踏以后的示意图；
图8是另一种阀门的示意图，其中上半部分是阀门关闭状态，下半部分是阀门开启状态。
图1中：F1阀座气室，F2中心管，F3阀盖，F4气囊，F5环状磁铁，F6气囊复位弹簧，F7螺钉，F8阀体，F9衔铁复位弹簧，F10衔铁，F11橡胶头，F12密封膜片，F13泄压孔，F14保压孔，F15通气孔，F16阀门入口，F17阀门出口，F18导管，F19脚踏开关；
图3-图6中各部分的名称为：1底座，2侧排气管，3下排气孔，4排气嘴，5管状单向阀，6管状单向阀狭缝，7卡槽，8塔簧定位槽，9塔簧，10密封圈，11密封圈卡环，12密封圈凸隼，13连体单向阀，14连体单向阀狭缝，15套环，16滑道，16A滑道卡台，17柱塞护套，18柱塞护套中心孔，19通气孔，20倒钩，21柱塞，22螺扣，23装饰盖，24螺纹，25胶塞，26下排气接嘴，27导气管，28套管，29气室，30双面胶，31地面，32地槽；
图7-图8中各部分的名称为：33踏板盖，34环状密封圈，F20阀嘴，F21帽，F51柱状磁铁，F91碗状塑胶弹片。
具体实施方式
脚踏气动阀门的装配过程：图1、2所示是阀门的一种结构，先将气囊复位弹簧(F6)和装有环状磁铁F5的气囊F4置于气体阀座F1内，用阀盖F3将气囊F4夹紧在流体阀座F1的顶端。再将衔铁复位簧F9和衔铁F10装入气体阀座F1的中心管F2内，将密封膜片F12放在阀体F8内，用螺钉F7把气体阀座F1和阀体F8连接在一起，同时将密封膜片F12的边缘压紧起到密封作用。衔铁复位弹簧F9顶出衔铁F10，橡胶头F11压在膜片中心的泄压孔F13上，同时将密封膜片F12压在阀体F8的出口F17上。阀门入口F16连接在自来水的管道上，自来水通过保压孔F14注入阀门腔内产生对密封膜片12的压力，确保了阀门处于关闭状态。
具体应用时，当脚踏开关F19受到脚踩或其它压力时，气体或液体经导管F18注入气囊4使其膨胀，在环状磁铁F5移动至接近衔铁F10的时候，吸引衔铁F10缩进气体阀座中心管F2内，橡胶头F11离开密封膜片F12中心的泄压孔F13，阀门腔内的压力释放，水流由阀门入口F16进入，将密封膜片F12顶起，阀门打开。只要气囊内一直保持压力，环状磁铁F5吸住衔铁F10，阀门就会始终开启。一旦气囊内失去压力，气囊复位弹簧F6将气囊F4和环状磁铁F5弹离衔铁F10一段距离，当磁铁的引力小于衔铁复位弹簧(F9)的弹力时，衔铁F10和橡胶头F11就会复位，将泄压孔F13阻塞，同时将密封膜片F12推向阀门出口F17将其封闭。由阀体F8的阀门入口F16进入的水流通过保压孔F14注入阀体腔内对密封膜片F12产生压力，重新将阀门置于关闭状态。
下面结合附图对脚踏开关F19的结构进行说明。图3是脚踏开关F19的结构与装配流程：按照图3自下而上的顺序进行装配。首先将排气嘴4和管状单向阀5分别插入底座1两侧的侧排气管2内，然后将塔簧9放在底座1的塔簧定位槽8上，再将密封圈10安放在底座1上，将密封圈卡环11嵌入底座卡槽7内，将套环15压入装好密封圈的底座1，密封圈10由柔软的橡胶材料制成，在套环15和底座1的紧配合夹持作用下，保证了气密性能的实现。接着将柱塞护套17压入套环15内侧的环状槽内，密封圈凸隼12从柱塞护套17柱塞护套中心孔18中穿过，柱塞护套17的底边外缘有四个对称的倒钩20，安装时需要稍许用力将其按压就位，并且对准套环15上与之对应的四个滑道16内，套环15由塑料或薄壁金属材料制成，按压力消失后其变形即可恢复，倒钩20卡在滑道16中，除非再对柱塞护套17施加压力否则不会脱落。最后通过螺纹24与螺扣22将装饰盖23固定在柱塞护套17上。在套环15的中间层，有滑道16，其上有一个滑道卡台16A，柱塞护套17上的倒钩20在滑道内上下活动，下压并逆时针旋转柱塞护套17时，倒钩将会卡在滑道卡台16A上，将柱塞护套17锁住不被弹簧弹起保持住压力。
该脚踏开关有两种安放方式，一是在地表安放，二是半地下安放。图4上半部分是该脚踏开关装配完成后处于常态的示意图，同时显示了在地表安装的状态。在地表安装时导气管27是暴露在地面的，适于已经装修好的场合。图4下半部分是脚踏开关被压缩后的示意图，同时显示了导气管在半地下安装铺设的状态。半地下安放时需要事先在地面31上开一个地槽32并且在地下预埋一根套管28，导气管27从中穿过。需要说明的是如果在地表安装需用胶塞25将底座1上的下排气孔3堵塞。如果是半地下安放则需要把下排气接嘴26塞入下排气孔3以便连接导气管27，半地下安放的优点是导气管27埋于地下外观整齐且不宜损坏。脚踏开关可以通过双面胶30粘在地面或用其它方式固定在地面。
图5、6是管状单向阀5或连体单向阀13的工作原理示意图，管状单向阀或连体单向阀13由橡胶等材料制成，其顶端分别有管状单向阀狭缝6或连体单向阀狭缝14，狭缝的自然状态是闭合的，当气体从外部对阀体施压的时候，压力越大，狭缝闭合越紧，当气体从内部对阀体施压的时候，狭缝裂开气体排出。单向阀可以制成独立的管状单向阀5，管状单向阀5安装在侧排气管2内的优点是便于更换。单向阀也可以设置在密封圈10的密封圈凸隼12内部形成连体单向阀13设置在密封圈凸隼12内的优点是可以防止较深的水进入。例如该新型充气装置与气动水龙头或阀门组合后就成为脚踏气动水龙头，安装在浴室，有水淋进套环15和柱塞护套17之间的缝隙后可以从滑道16流出到地面，即使有潮气和水进入半球状的柱塞21内部，由于密封圈凸隼12内的连体单向阀13处于高位，再加上半球状的柱塞21的护套中心孔18周围有一圈通气孔19，流进去的水也会随着柱塞21的往复运动而被挤出。
具体应用时，当装饰盖23和柱塞护套17受到脚踩或其机械的力，半球状柱塞21压迫平面波纹密封圈10和塔簧9，占据空腔29内的空间，气体从导管27排出，柱塞失去压力后在密封圈收缩和塔簧的弹力下恢复原位，气体回流至充气装置内部。倒钩20将装饰盖23和柱塞护套17定位。由于频繁运动以及被驱动的设备可能产生气体泄露，柱塞复位充气装置空腔29内部产生负压时单向阀可以向空腔内补充气体。在滑道16上有一个滑道卡台16A，在保持压力的情况下，逆时针旋转柱塞护套17，可以将其锁住不被弹簧弹起。例如用来控制脚踏气动节水阀门，可使阀门处于常流水状态。顺时针旋转柱塞复位可以使阀门关闭。
图7所示是脚踏开关F19的另一种结构，塔簧9倒置于踏板帽内33，一端接触踏板帽33顶盖内侧，另一端顶在扩大底部的管状单向阀5的底部中央，扩大底部的管状单向阀5倒置在套环15中央，其扩大的底部搭在套环15内壁顶部，扩大底部的管状单向阀5端部套有导气管27，当脚踩踏在踏板帽33上时，其侧壁可以插入套环15内壁和外壁形成的圆环形空腔内，套环内壁顶部外侧有环形密封圈34，以保证踏板帽33侧壁插入空腔过程中的气密性。
具体应用时，脚踏下踏板帽33，因环状密封圈34外径略大于柱塞护套17内径(仅大几丝)，其内径略小于弓形槽内壁直径(底座1内壁呈弓形槽)，环状密封圈34挤压于弓形槽底面，且气体往下的压力令其向外膨胀，起到密封效果；抬脚时，气体向上的力令环状密封圈34抬起至弓形槽的顶面，且环状密封圈34不再向外膨胀密封，少量气体从环状密封圈34和柱塞护套17之间的空隙进入，大量气体从弓形槽上端的空隙进入。复位时，环状密封圈34离开柱塞护套17，环状密封圈34在弓形槽内，其呈自然状态，不受挤压。
图8所示是阀门的另一种结构，阀座气室F1短以缩短弹簧行程，用柱状磁铁F51代替环形磁铁F5；阀体F8中间采用碗状的塑胶弹片F91代替衔铁复位弹簧F9和橡胶头F11，因为行程短所以不会超出碗状的弹性范围，碗状塑胶弹片F91正常时堵住泄压孔F13，吸起时离开泄压孔F13；阀体下面设有阀嘴F19，阀嘴F19下面螺接有一帽F20，直接作水龙头使用；将帽F20打开后就可以接水管，作为阀门使用。
其中，帽F20可以设计为多种形状，如可以设计为装有灯光提示的结构，当水流经过时，水流带动内置的小型发电器使灯闪亮，还可以设计成带有喷头结构，能够起到喷头的效果。
塔簧9由不锈钢材料制成，由于塔簧钢丝的每下一层的直径都大于上一层，因此塔簧被压缩后呈“一”字形，使占据的位置到最小。密封圈10之所以设计成平面波纹状是为了降低其压缩和舒张后的高度。
利用本发明所述装置的原理可以做成一个附属产品给普通水龙头配套，将现有的水龙头升级为脚踏水龙头，也可利用其原理生产出一种新型脚踏节水水龙头，单独构成一个产品。本发明不但可以用于自来水水龙头，也适用于其它流体阀门。
Claims (5)
1.一种脚踏气动阀门，它包括阀座气室(F1)、中心管(F2)、阀盖(F3)、气囊(F4)、环状磁铁(F5)、气囊复位弹簧(F6)、阀体(F8)、衔铁复位弹簧(F9)、衔铁(F10)、橡胶头(F11)、密封膜片(F12)、泄压孔(F13)、保压孔(F14)、通气孔(F15)、阀门入口(F16)、阀门出口(F17)、导管(F18)和脚踏开关(F19)，其特征在于：气囊复位弹簧(F6)和装有环状磁铁(F5)的气囊(F4)置于阀座气室(F1)内，用阀盖(F3)将气囊(F4)夹紧在阀座气室(F1)的顶端，衔铁复位弹簧(F9)和衔铁(F10)装入阀座气室(F1)的中心管(F2)内，密封膜片(F12)放在阀体(F8)内，用螺钉(F7)把阀座气室(F1)和阀体(F8)连接在一起，同时将密封膜片(F12)的边缘压紧起到密封作用，衔铁复位弹簧(F9)顶出衔铁(F10)，橡胶头(F11)压在膜片中心的泄压孔(F13)上，同时将密封膜片(F12)压在阀体(F8)的阀门出口(F17)上，阀门入口(F16)连接在自来水的管道上，自来水通过保压孔(F14)注入阀门腔内产生对密封膜片(F12)的压力，使阀门处于关闭状态。
2.一种脚踏气动阀门，它包括阀座气室(F1)、中心管(F2)、阀盖(F3)、气囊(F4)、柱状磁铁(F51)、气囊复位弹簧(F6)、阀体(F8)、碗状塑胶弹片(F91)、衔铁(F10)、密封膜片(F12)、泄压孔(F13)、保压孔(F14)、通气孔(F15)、阀门入口(F16)、阀门出口(F17)、导管(F18)、阀嘴(F20)、帽(F21)和脚踏开关(F19)，其特征在于：气囊复位弹簧(F6)和装有柱状磁铁(F51)的气囊(F4)置于阀座气室(F1)内，用阀盖(F3)将气囊(F4)夹紧在阀座气室(F1)的顶端，阀座气室(F1)变短以缩短气囊复位弹簧行程，碗状塑胶弹片(F91)安装在阀体(F8)中，衔铁(F10)位于碗状塑胶弹片(F91)中部并向上伸入中心管(F2)内，密封膜片(F12)放在阀体(F8)内，用螺钉(F7)把阀座气室(F1)和阀体(F8)连接在一起，同时将密封膜片(F12)的边缘压紧起到密封作用，因为气囊复位弹簧行程短，所以不会超出碗状塑胶弹片的弹性范围，碗状塑胶弹片正常时其底部压在膜片中心的泄压孔(F13)上，同时将密封膜片(F12)压在阀体(F8)的阀门出口(F17)上，阀门入口(F16)连接在自来水的管道上，自来水通过保压孔(F14)注入阀门腔内产生对密封膜片(F12)的压力，使阀门处于关闭状态，衔铁(F10)被柱状磁铁(F51)吸起时碗状塑胶弹片(F91)离开泄压孔；阀体(F8)下面设有阀嘴(F20)，阀嘴(F20)下面螺接有一帽(F21)，直接作水龙头使用；将帽(F21)打开就可以接水管，作阀门使用。
3.按权利要求1或2所述的脚踏气动阀门，其特征是：脚踏开关(F19)中设有排气嘴(4)和管状单向阀(5)，排气嘴(4)插入脚踏开关的底座(1)的一侧的侧排气管(2)内，管状单向阀(5)插入脚踏开关的底座(1)的另一侧的侧排气管(2)内，塔簧(9)放在底座(1)的塔簧定位槽(8)上，密封圈(10)安放在底座(1)上，密封圈卡环(11)嵌入底座卡槽(7)内，套环(15)压入装好密封圈的底座(1)，密封圈(10)由柔软的橡胶材料制成，在套环(15)和底座(1)的紧配合夹持作用下，保证了气密性能的实现；将柱塞护套(17)压入套环(15)内侧的环状槽内，密封圈凸隼(12)从柱塞护套(17)的柱塞护套中心孔(18)中穿过，柱塞护套(17)的底边外缘有四个对称的倒钩(20)，安装时需要稍许用力将其按压就位，并且对准套环(15)上与之对应的四个滑道(16)内，套环(15)由塑料或薄壁金属材料制成，按压力消失后其变形即可恢复，倒钩(20)卡在滑道(16)中，通过螺纹(24)与螺扣(22)将装饰盖(23)固定在柱塞护套(17)上；在套环(15)的中间层，有滑道(16)，其上有一个滑道卡台(16A)，柱塞护套(17)上的倒钩(20)在滑道内上下活动，下压并逆时针旋转柱塞护套(17)时，倒钩将会卡在滑道卡台(16A)上，将柱塞护套(17)锁住不被弹簧弹起保持住压力。
4.按权利要求1所述的脚踏气动阀门，其特征是：脚踏开关(F19)安装在地面上或采取半地下的安装方式。
5.按权利要求3所述的脚踏气动阀门，其特征是：管状单向阀(5)由橡胶制成，其顶端有管状单向阀狭缝(6)。
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