單開關節水馬桶

唐山外國語學校 李浩天 崔燦 蔣云舒

指導教師 李鐵軍

單開關節水馬桶

唐山外國語學校 李浩天 崔燦 蔣云舒

指導教師 李鐵軍

一、研究背景

我家用的是兩個開關的節水馬桶，節水效果很好，但是有時不注意會按錯開關，尤其是晚上有時不愿意開燈的時候。還有就是通過向同學了解，有些雙檔位的抽水馬桶質量不高，用一兩年出水裝置就損壞，而且損壞后無法維修，又不容易找到配套的配件，只能自己沖水或整體更換坐便器。而且現在還有很多家庭使用的仍然是不節水的馬桶。所以我和幾個小伙伴商量一下，決定研究一個簡單好用的節水馬桶。

我們做的是一個單開關的節水馬桶。它通過兩根繩子一繃緊一松弛的方式來實現一個開關控制兩個出水口。作品在舊式馬桶單出水結構的基礎上，增設高位出水口，將兩個出水口安裝到豎直的出水管上。上出水口通過繃緊細繩與橫桿相連，下出水口通過松弛的細繩與橫桿相連。橫桿中部用軸固定在出水桶一側，另一端通過鉸鏈連在豎直桿上，豎直桿上端突出馬桶蓋，作為開關。使用時輕按出半桶水，用力按出全部水。

該項目應用了杠桿原理、浮力知識以及鉸鏈結構。該項目的創新點主要有兩個：一個是通過繩子松弛的方式實現了高低出水口的分開控制，簡單有效；二是通過鉸鏈實現豎桿和橫桿的連接，行程大而且不會卡住。作品的優點是結構簡單，故障率低而且自己就能維修。經過專利網查詢，沒有發現相同的設計。我們下一步計劃將兩個出水口分別設在豎直出水管兩側，實現出水管安在水桶中間。

二、調查研究

先是找一個銷售馬桶的叔叔咨詢了一下雙開關節水馬桶的原理，他也不懂。他給我們拆了一個出水裝置，我們都沒看懂，我拿到學校給后勤的叔叔們看，他們意見也不一致。

我們又研究了奶奶家的舊式馬桶，這種馬桶有一個搖桿，只有一個檔位，不節水。但是這種馬桶結構簡單，故障率低，而且所有部件都能看到，維修容易。

我們決定將兩者的優點結合起來，制作一個有兩個檔位的節水馬桶，它只有一個開關，結構要簡單，而且有了故障自己就能維修。

三、設計

我們借鑒舊式馬桶部件在外，結構簡單的特點，通過開設高低兩個出水口實現雙檔位節水的目的。為了實現單開關操作，我們采用兩個出水口拉線一條繃緊，一條適當松弛的方式實現單開關操作。

結構如圖1所示：包括出水管1；豎直桿2，豎直桿上端突出水箱上蓋，作為開關；橫桿4通過鉸鏈3與豎直桿2相連；在桶壁上有轉軸5，橫桿4可以繞轉軸5轉動。橫桿上連接細繩6，細繩6下端接上出水口7；橫桿上連接細繩8，細繩8松弛，連接下出水口9；出水管最下端有回氣管10。

圖1 實際制作的模型圖

原理：按下開關在1厘米之內時，豎桿下移，帶動橫桿轉動，橫桿通過短繩6拉起上出水口浮球，出一半水；繼續向下按開關，短繩8繃緊，拉開下出水口，出全部水。簡單說，就是輕按出一半水，用力按出全部水。

需要注意的幾點問題：

1.細繩6及細繩8在拉動膠球時，膠球上翻的角度要大一點，即細繩的行程要大一些，目的是防止膠球小角度上翻時，水流通過出水孔產生的流動力阻止膠球上浮。

2.細繩6與膠球7要緊繃，細繩8與膠球9要松弛，松弛的尺寸為，當細繩8與膠球9緊繃時，細繩6拉動膠球7完全翻轉時的尺寸。

四、制作模型

我們準備了整理箱、細桿、塑料方筒、螺絲、出水口套件等材料。在這些材料中，整理箱是家里用過的舊整理箱；塑料方管、螺絲和橫軸是學校后勤師傅幫忙找的；出水口套件是用我們的零用錢在早市買的，共計兩套，每套9元，總計花了18元。

出水口開啟方式上，我們最初準備了兩套方案，分別制作模型檢驗效果。

第一套方案：我們打算用橫桿把出水口浮球從出水管內部捅開，發現安裝很困難，膠球很不容易克服水的流動力完全打開，橫桿之間的鉸接點多，出現故障也不易維修。這一方案被淘汰。

第二套方案：

1.方筒容易加工，因此我們找了個方筒作為出水管。在下部適當位置開出兩個孔，安裝從早市買的兩個出水口套件。

2.將橫桿和豎桿通過軸固定，再把橫桿固定在方筒一側的一個軸上。

3.在橫桿中間和一端分別連接一根細繩，分別連接高出水口和低出水口。連接低出水口的細繩松弛2厘米。

4.出水桶上方安裝一個蓋子，用于固定豎桿。

5.從出水口底部開一個口，安裝回氣管。

6.將出水裝置安裝到一個舊整理箱中，用膠密封各個部位。

橫桿4一定要做成“┏”的形狀，因為當最后按出全部水的時候，橫桿拉動細繩的一端上翹不能超過水箱上平。

五、實驗檢驗及改進

裝置制作完成后，在學校衛生間，我們進行了注水實驗。實驗發現高出水口開啟正常，但是低出水口無法正常開啟。經過觀察發現，由于橫桿是固定的，豎桿在向下行進的過程中會被頂歪，阻力很大，也有可能被卡住。在請教了學校后勤的師傅后，我們將直桿與橫桿的連接由固定軸改為鉸鏈機構，解決了存在的問題。

再次實驗，兩個出水口都能正常開啟，實現了單開關兩種出水方式的目的。

六、總結及反思

（一）項目的創新點。

1.通過兩根連繩一繃緊一松弛，用這樣最簡單的方法實現了單開關控制兩個出水口的目的。

2.在豎桿與橫桿的連接方式上采用活動桿連接的方式，增大了橫桿行程，避免豎桿被頂彎。

（二）項目的優點。

1.集合了舊式馬桶結構簡單和新型馬桶雙檔位節水的優點。

2.原料簡單好找，結構簡單，成本低。

3.易損部件直接可見，無需專業人員即可維修。

（三）存在的問題。

1.沒有專門的配件，加上制作水平有限，模型體積較大，操作也不是很靈活。

2.出水裝置在整個水箱的一側，與現有的馬桶出水裝置在中間不太一致。

（四）進一步設想。

我們根據當前發現的問題，打算進一步改進該出水裝置。并且打算繼續尋找合適的材料進行試驗，設想如圖2所示。

圖2