一種配合腿部運動的便攜凈水裝置

葛秋琳，董晗，李彤

（華北理工大學機械工程學院，河北 唐山 063210）

對于戶外和野外運動愛好者來說，飲水非常重要。但當前市面上的凈水裝置結構復雜，體積較大，不夠便攜，而且在山區、野外等地方沒有電力支持。雖然市面上有凈水裝置采用人力腳踏或者手壓的方式進行加壓凈水，但是在野外這種方式會大大耗費人的體力，且效率很低。基于此現狀，本文提出了一種配合腿部運動的便攜凈水裝置，人們在行走的同時便可完成凈水過程，既不會耗費多余體力，又提高了凈水效率。

1 裝置的結構及工作原理

配合腿部運動的便攜凈水裝置包括曲柄滑輪運動裝置和凈水裝置，并且曲柄滑輪運動裝置和凈水裝置相連。曲柄滑輪運動裝置由三根曲柄、曲柄連接處的鉸鏈、滾動滑輪和套在小腿上的彈性圈組成；運用了曲柄滑塊機構的原理，三根曲柄和人的腿部運動相適應，與彈性圈相連的曲柄和小腿相配合，與滾動滑輪相連的曲柄和大腿相配合，上述兩根曲柄的連接處的活動鉸鏈與人的膝蓋的轉動相配合，人在走路跑步的時候帶動了曲柄的運動，曲柄的運動進而推動滾動滑輪運動。當人的大腿和小腿在站立或運動過程中腿部呈直立狀態時，與大腿配合的曲柄和與小腿配合的曲柄繞著曲柄連接處的鉸鏈轉動，轉動成接近直線的狀態，三根曲柄收縮在一起接近直線；當人的大腿和小腿在運動過程中腿部呈彎曲狀態時，與大腿配合的曲柄和與小腿配合的曲柄繞著曲柄連接處的鉸鏈轉動，轉動的角度與大腿和小腿的夾角近似，三根曲柄展開中間是一個三角形，進而與大腿配合的曲柄推動滾動滑輪。

凈水裝置包括原水罐、凈水罐、加壓裝置、氣囊裝置、初濾器、反滲透裝置和套在大腿上的彈圈；氣囊裝置包括氣囊和氣囊單向閥，氣囊與滾動滑輪相連，氣囊單向閥與氣囊出氣管相連，本裝置中的氣囊為高強度耐磨性擠壓氣囊；加壓裝置包括氣缸和壓力泵，氣缸一側通過氣囊出氣管與氣囊相連，另一側與壓力泵相連；壓力泵包括壓力泵進水口和壓力泵出水口，其中壓力泵進水口通過壓力泵進水管與原水罐相連，壓力泵出水口通過壓力泵出水管與初濾器相連。凈水罐通過凈水管與反滲透裝置相連，反滲透裝置通過出水管與初濾器相連。

滾動滑輪在曲柄的推動下上下運動，當滾動滑輪向下滾動時氣囊單向閥進氣，當滾動滑輪向上滾動時氣囊單向閥關閉，緊接著氣囊中的空氣收到擠壓，通過氣囊出氣管進入氣缸；進而氣缸開始工作，將原水從原水罐中抽出，原水經過壓力泵進水管進入壓力泵進水口，又經過壓力泵出水口通過壓力泵出水管進入初濾器，初濾器此時對原水進行第一次過濾；然后初濾凈水通過出水管進入到反滲透裝置，反滲透裝置主要靠反滲透膜來完成過濾，初濾凈水經過反滲透膜進行第二次凈化；最后過濾出的凈水通過凈水管進入凈水罐，進而提供給人們飲用水。

此外，上述套在大腿和小腿上的彈性圈可以根據不同體型人的腿的粗細來調節相應的大小，操作靈活便捷。

2 裝置的使用方法和工作過程

如圖1和圖2，本裝置包括曲柄滑輪運動裝置和凈水裝置，曲柄滑輪運動裝置包括滾動滑輪1、配合大腿運動的曲柄2、曲柄連接處的活動鉸鏈3、配合小腿運動的曲柄4、與凈水裝置固定相連的曲柄5、套在小腿上的彈性圈6，凈水裝置包括原水罐7、原水罐注水口8、反滲透裝置9、凈水罐10、飲水口11、飲水口蓋12、初濾器13、加壓裝置14，氣囊裝置15、套在大腿上的彈性圈16。氣囊裝置15包括氣囊和氣囊單向閥，氣囊與滾動滑輪1相連，氣囊單向閥與氣囊出氣管相連；加壓裝置14包括氣缸和壓力泵，氣缸一側通過氣囊出氣管與氣囊相連，另一側與壓力泵相連；壓力泵包括壓力泵進水口和壓力泵出水口，壓力泵進水口通過壓力泵進水管與原水罐7相連，壓力泵出水口通過壓力泵出水管與初濾器13相連；凈水罐10通過凈水管與反滲透裝置9相連，反滲透裝置9通過出水管與初濾器13相連。

在具體使用中，首先將野外的水通過原水罐注水口8灌入到原水罐7中，然后將彈性圈6套在小腿上，將彈性圈16套在大腿上，佩帶上本裝置；曲柄滑輪運動裝置運用了曲柄滑塊機構的原理，曲柄2與大腿的運動相配合，曲柄4和小腿的運動相配合，曲柄的連接處的活動鉸鏈3與人的膝蓋的轉動相配合，人在走路跑步的時候帶動了三根曲柄的運動，曲柄的運動進而推動滾動滑輪1的上下滾動；滾動滑輪1向下滾動時氣囊單向閥進氣，滾動滑輪1向上滾動時氣囊單向閥關閉，氣囊中的空氣收到擠壓，通過氣囊出氣管進入氣缸；進而氣缸開始工作，將原水從原水罐7中抽出，原水經過壓力泵進水管進入壓力泵進水口，又經過壓力泵出水口通過壓力泵出水管進入初濾器13，進行第一次過濾；然后初濾凈水通過出水管進入到反滲透裝置9，經過反滲透膜進行第二次凈化，最后凈水通過凈水管進入凈水罐，提供給人們飲用水。

圖1 整體結構示意圖

圖2 具體工作示意圖

3 結語

本裝置通過把彈性圈分別套在人的大腿和小腿上來佩帶，達到隨身便攜的目的，并且曲柄滑輪運動裝置能較好地配合人在走路跑步時腿部的運動，不會因佩帶本裝置而給人帶來額外的負擔。人們在行走時，滾動滑輪反復擠壓凈水裝置里的氣囊，將空氣壓入了氣缸，節省動力能源，同時不會耗費人的體力。在沒有電力及自來水供應的環境中，充分利用野外取得的各種水源，行走的同時完成飲水凈化的過程，既保證了飲水安全，又不影響行程進度，具有較強的實用價值。