单开关节水马桶

唐山外国语学校 李浩天 崔灿 蒋云舒

指导教师 李铁军

单开关节水马桶

唐山外国语学校 李浩天 崔灿 蒋云舒

指导教师 李铁军

一、研究背景

我家用的是两个开关的节水马桶，节水效果很好，但是有时不注意会按错开关，尤其是晚上有时不愿意开灯的时候。还有就是通过向同学了解，有些双档位的抽水马桶质量不高，用一两年出水装置就损坏，而且损坏后无法维修，又不容易找到配套的配件，只能自己冲水或整体更换坐便器。而且现在还有很多家庭使用的仍然是不节水的马桶。所以我和几个小伙伴商量一下，决定研究一个简单好用的节水马桶。

我们做的是一个单开关的节水马桶。它通过两根绳子一绷紧一松弛的方式来实现一个开关控制两个出水口。作品在旧式马桶单出水结构的基础上，增设高位出水口，将两个出水口安装到竖直的出水管上。上出水口通过绷紧细绳与横杆相连，下出水口通过松弛的细绳与横杆相连。横杆中部用轴固定在出水桶一侧，另一端通过铰链连在竖直杆上，竖直杆上端突出马桶盖，作为开关。使用时轻按出半桶水，用力按出全部水。

该项目应用了杠杆原理、浮力知识以及铰链结构。该项目的创新点主要有两个：一个是通过绳子松弛的方式实现了高低出水口的分开控制，简单有效；二是通过铰链实现竖杆和横杆的连接，行程大而且不会卡住。作品的优点是结构简单，故障率低而且自己就能维修。经过专利网查询，没有发现相同的设计。我们下一步计划将两个出水口分别设在竖直出水管两侧，实现出水管安在水桶中间。

二、调查研究

先是找一个销售马桶的叔叔咨询了一下双开关节水马桶的原理，他也不懂。他给我们拆了一个出水装置，我们都没看懂，我拿到学校给后勤的叔叔们看，他们意见也不一致。

我们又研究了奶奶家的旧式马桶，这种马桶有一个摇杆，只有一个档位，不节水。但是这种马桶结构简单，故障率低，而且所有部件都能看到，维修容易。

我们决定将两者的优点结合起来，制作一个有两个档位的节水马桶，它只有一个开关，结构要简单，而且有了故障自己就能维修。

三、设计

我们借鉴旧式马桶部件在外，结构简单的特点，通过开设高低两个出水口实现双档位节水的目的。为了实现单开关操作，我们采用两个出水口拉线一条绷紧，一条适当松弛的方式实现单开关操作。

结构如图1所示：包括出水管1；竖直杆2，竖直杆上端突出水箱上盖，作为开关；横杆4通过铰链3与竖直杆2相连；在桶壁上有转轴5，横杆4可以绕转轴5转动。横杆上连接细绳6，细绳6下端接上出水口7；横杆上连接细绳8，细绳8松弛，连接下出水口9；出水管最下端有回气管10。

图1 实际制作的模型图

原理：按下开关在1厘米之内时，竖杆下移，带动横杆转动，横杆通过短绳6拉起上出水口浮球，出一半水；继续向下按开关，短绳8绷紧，拉开下出水口，出全部水。简单说，就是轻按出一半水，用力按出全部水。

需要注意的几点问题：

1.细绳6及细绳8在拉动胶球时，胶球上翻的角度要大一点，即细绳的行程要大一些，目的是防止胶球小角度上翻时，水流通过出水孔产生的流动力阻止胶球上浮。

2.细绳6与胶球7要紧绷，细绳8与胶球9要松弛，松弛的尺寸为，当细绳8与胶球9紧绷时，细绳6拉动胶球7完全翻转时的尺寸。

四、制作模型

我们准备了整理箱、细杆、塑料方筒、螺丝、出水口套件等材料。在这些材料中，整理箱是家里用过的旧整理箱；塑料方管、螺丝和横轴是学校后勤师傅帮忙找的；出水口套件是用我们的零用钱在早市买的，共计两套，每套9元，总计花了18元。

出水口开启方式上，我们最初准备了两套方案，分别制作模型检验效果。

第一套方案：我们打算用横杆把出水口浮球从出水管内部捅开，发现安装很困难，胶球很不容易克服水的流动力完全打开，横杆之间的铰接点多，出现故障也不易维修。这一方案被淘汰。

第二套方案：

1.方筒容易加工，因此我们找了个方筒作为出水管。在下部适当位置开出两个孔，安装从早市买的两个出水口套件。

2.将横杆和竖杆通过轴固定，再把横杆固定在方筒一侧的一个轴上。

3.在横杆中间和一端分别连接一根细绳，分别连接高出水口和低出水口。连接低出水口的细绳松弛2厘米。

4.出水桶上方安装一个盖子，用于固定竖杆。

5.从出水口底部开一个口，安装回气管。

6.将出水装置安装到一个旧整理箱中，用胶密封各个部位。

横杆4一定要做成“┏”的形状，因为当最后按出全部水的时候，横杆拉动细绳的一端上翘不能超过水箱上平。

五、实验检验及改进

装置制作完成后，在学校卫生间，我们进行了注水实验。实验发现高出水口开启正常，但是低出水口无法正常开启。经过观察发现，由于横杆是固定的，竖杆在向下行进的过程中会被顶歪，阻力很大，也有可能被卡住。在请教了学校后勤的师傅后，我们将直杆与横杆的连接由固定轴改为铰链机构，解决了存在的问题。

再次实验，两个出水口都能正常开启，实现了单开关两种出水方式的目的。

六、总结及反思

（一）项目的创新点。

1.通过两根连绳一绷紧一松弛，用这样最简单的方法实现了单开关控制两个出水口的目的。

2.在竖杆与横杆的连接方式上采用活动杆连接的方式，增大了横杆行程，避免竖杆被顶弯。

（二）项目的优点。

1.集合了旧式马桶结构简单和新型马桶双档位节水的优点。

2.原料简单好找，结构简单，成本低。

3.易损部件直接可见，无需专业人员即可维修。

（三）存在的问题。

1.没有专门的配件，加上制作水平有限，模型体积较大，操作也不是很灵活。

2.出水装置在整个水箱的一侧，与现有的马桶出水装置在中间不太一致。

（四）进一步设想。

我们根据当前发现的问题，打算进一步改进该出水装置。并且打算继续寻找合适的材料进行试验，设想如图2所示。

图2