停水自动关闭阀的设计-机电一体化毕业论文文档格式.docx

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本作品的创新点是利用水的浮力，通过插销的上升和下降来控制有水和无水时，阀门扭转的角度，实现断水自闭的目的。

本闸阀的最大优点在于能调节出流总量。

闸阀的基本工作原理是利用水流冲击涡轮时，流速及流量与涡轮的转速之间存在的固定关系，因此，在闸阀中我们设计了一种传动减速装置，此传动减速装置与控制出水总量的自动断水装置相连，当出水总量达到设定值时，它将关闭闸阀。

此设计能够满足人们在日常生产生活中对自动断水、定量出水的需求，有助于人们高效利用水资源。

本闸阀使用方便，原理简单，安全可靠，精度高，符合可持续发展的时代主题。

而且本闸阀的改进空间较大，今后可在此基础上对其进行完善，形成系列，以满足不同使用情况下的实际需求。

关键词：

水阀自闭式设计创新点

Abstract

Watershutoffvalveisanewsemiautomaticwatercontroldevice,comparedwiththeexistingmarketsales,easytouse,moreuser-friendlyfunction.Thedeviceisformedontheexistingcommontap,andthroughtheoreticalanalysisandexperiments,theutilitymodelcanachievethefunctionofwatersupplyandselfclosing.Theinnovationofthisworkistousethebuoyancyofwater,throughtheriseandfallofthebolttocontrolthewaterandwater,theangleofthevalvetoachievethepurposeofwaterselfclosing.

Thebiggestadvantageofthisvalveistoadjustthetotaloutflow.Thebasicworkingprincipleofthevalveistheuseofflowimpulseturbine,afixedrelationshipbetweentheflowvelocityandflowrateandthespeedoftheturbineinthegatesowedesignadrivingspeedreducer,thereducerautomaticcut-offdeviceandacontroldeviceconnectedtothetotalwater,whenthewateramountreachesthesetvalue,itwillbeclosedgatevalve.Thisdesigncanmeetthedemandofpeopleinthedailylifeandproductionofwatersupply,waterquality,andhelppeopleusewaterresourcesefficiently.

Thisvalveiseasytouse,simple,safeandreliable,highprecision,inlinewiththethemeofsustainabledevelopmentofthetimes.Andthelargerroomforimprovementofthevalve,thefuturecanbebasedonittoimprovetheformationofseriestomeettheactualneedsofdifferentsituations.

Keyword:

Watervalveselfclosingdesigninnovation

II

目 录

引言 1

停水自动关闭阀的设计 2

一、设计原理 2

二、主要部件结构说明及其工作原理 2

1.涡轮结构 3

2.传动减速结构 3

3.自动断水装置 4

三、创新特色 5

四、应用前景 6

结论 7

参考文献：

8

致 谢 9

引言

当今世界人口不断增长，环境日益恶化，水资源短缺情况日益严重。

如何更高效地利用水资源，已成为国内外一个重要的研究课题。

尤其像我国这样人口众多、水资源分布极不均衡且人均占有量很低的国家，高效用水犹为必要。

提高水资源利用效率具有十分重要的现实意义。

闸阀是十分普遍的用水工具，好的闸阀能够方便我们的生产生活。

现在闸阀的品种纷繁复杂，功能日益增多，其中自动断水是比较实用的功能。

然而经过我们调查发现大多数具有此种功能的闸阀都需要外接电源，不符合节能环保的思路。

借这次水利创新设计竞赛，我们想要在这一方面做一些改进，设计出一款机械闸阀，能够自动断水同时可以自由控制出流总量。

使它服务于人民大众的生产生活。

在工业生产中，时常有需要定量控制液体添加和排放的地方，例如发酵工程中需要定时定量地更换培养液。

而这款闸阀正好可以控制各种流体的出流总量，提高流体的利用效率，想必不失为一种价格低廉的新方案。

在我国农业生产中，水资源浪费现象仍十分严重，尤其是在灌溉方面。

在资源愈发紧缺的今天，我们有必要改进目前较为落后的农业生产方式，真正实现可持续发展。

我门设计此款闸阀可以帮助实现农业生产自动化，为农业灌溉中水资源的调配提供便利。

在日常生活中，它可以解决由于人为疏忽造成的水资源浪费现象。

虽然目前市场上已经存在一些不需外接电源的自力式阀门，但是由于它们的一些缺点，使得具有此种功能的闸阀依旧难以推广。

比如“自动控制阀”，它的动力装置的原理与本闸阀相似，均是利用水流的冲击力，冲击阀门内的叶轮旋转，当连续流量达到设计数量时，闸阀关闭。

随着闸阀的关闭，闸阀开度逐渐减小，水流流量不断减小。

这样，出流量精度就难以保证。

综上所述，现有的自力式闸阀都有一定的缺点。

因此，我们致力于研制出一款原理简单，功能完善、安全可靠、易于维护、造价低廉的闸阀，让它更好地服务于人民的生产生活

停水自动关闭阀的设计

王见丰 机电一体化技术

高起专 2015年春 157163170016

1、设计原理

水在流动的过程中携带有能量，水流冲击涡轮时，流速及流量与涡轮的转速之间存在固定的关系。

因此，我们决定研制出一款闸阀，借助水流的冲击力带动涡轮转动，再由涡轮带动传动减速装置运动，并将此传动减速装置与控制出水总量的自动断水装置相连，当出水总量达到设定值时，它将关闭闸阀。

该装置运转时完全利用机械原理，无需外部电源，只需要借助管道中水流的能量。

正常有水情况

在正常情况下使用时，只需转动手柄使阀芯上阀口和进水管相通，便实现了水的导通。

此时水龙头在工作机理方面和普通水龙头相同，此时水压力大于弹簧的弹力和自身重力。

停水情况

当停水时，水压变为零，弹簧的弹力和自身重力大于水的压力，便会使阀芯沿着滑槽方向向下移动到底部。

阀口方向同纸面垂直。

来水情况

当水再一次来水的时候，此时水压力大于弹簧的力及自身重力，阀体竖直向上移动。

且滑块不受滑道的约束。

阀口仍然处于垂直于纸面的状态，虽然阀口已经上升到入水口位置，此时水流仍然无法导通。

不会像普通水龙头一样会浪费水资源。

同时可以在阀体上安装一个带有指示的标签。

可以利用水压的有无来指示现在是停水状态还是有水状态。

2、主要部件结构说明及其工作原理

闸阀由涡轮，传动减速装置，自动断水装置三部分构成：

8

涡轮实物

1.涡轮结构

此装置由两部分组成：

蜗壳和叶轮。

其结构如图2所示

蜗壳：

蜗壳主体由一中空的圆柱体组成，其前后端分别开有一系列的斜口，两组斜口间成一定角度的错位。

叶轮：

叶轮位于蜗壳内部，轮片呈矩形。

叶轮通过传动轴与传动减速装置的1号传动轮相连。

工作原理

图2涡轮

水从闸阀入水口流入，经过导流网后有规律的流动。

水流继续流经蜗壳后，流态将会发生改变，在蜗壳内部会产生环流，从而均匀分布到叶轮周围，并产生足够的动力带动叶轮旋转。

流入的水将从闸阀的出水口流出。

2.传动减速结构

如图所示：

传动减速装置由6个半径不同的齿轮契合而成，分别为1号传动轮、2号传动轮、3号传动轮、4号传动轮、5号传动轮及主轮。

1号传动轮通过传动轴与涡轮中的叶轮相固结，主轮上连有一个外伸的控制轴，并与自动断水装置相固结。

闸阀运转后，叶轮产生的旋转将通过传动轴作用于1号传动轮，通过齿轮间的相互作用，1号传动轮将带动2号传动轮转动，同理可知，旋转将最终传递给主轮。

由于齿轮的半径逐渐增大，相应的角速度将逐渐减小，因此主轮将以微小的角速度旋转。

水流流速一定时，叶轮转动的角速度等于1号传动轮的

角速度，因此由齿轮间线速度与角速度的相互关系可以计算出传动减速装置主轮的旋转角速度。

主轮通过与之固结的控制轴与自动断水装置相连，因此可将叶轮缩减后的旋转角速度传递给自动断水装置。

3.自动断水装置

如图5所示，自动断水装置由弹片、制动轮、制动杠杆组成。

图5自动断水装置

闸阀开启后，当水流通过闸阀时，由于水流流速及流量与涡轮的转速之间存在固定的关系，而制动轮又是由涡轮通过传动减速装置带动的，因此，制动轮的转速与水流流速及流量之间必然存在固定的关系，其转过的角度则与出水总量直接相关，当我们调整好制动轮的初始位置后，制动轮的凹槽转过我们设定的角度后将转至控制杠杆的正下方，控制杠杆在弹片的作用下将制动轮制动，同时，控制杠杆上端弹起，带动装置使闸阀自动关闭。

3、创新特色

首先，本闸阀利用水流的冲击力作为动力实现闸阀的自动关闭。

无需外接能源，因此节能环保。

其次，本装置利用纯机械原理控制出水时间进而控制出流总量。

并且，控制出流总量的操作简单，只需要打开闸阀，拧动刻度盘。

水龙头导通需要同时满足两个条件（即1.阀芯位置处于顶部，2.阀口位置对正，即阀口方向与水流方向一致。

一般的龙头只需要阀口方向与水流方向一致即可）；

龙头上盖内壁的导引滑槽和导块的共同作用使得阀芯在弹簧弹力的作用下下移的同时还会旋转；

压力传导槽将水压传导到阀芯底部推动阀芯向上移动；

本作品利用水压自身的能源，通过机械结构实现逻辑判断，不需电源；

安装中无方向角度等特殊要求；

保持了原有水龙头的造型和使用方法，容易为大众所接受。

4、应用前景

本闸阀在生产生活中有广阔的应用前景:

目前市场上有通过复杂的电子电路结合传感器实现随用随开的功能，但该种水龙头成本高、对环境要求高，需外接电源，故一般应用的不是很广泛。

我们的产品使用的是机械式构造，结构相对简单，批量生产，制造成本低，对环境要求不高。

其使用方法和外形构造基本无异于现广泛使用的水龙头。

能更能为人们所接受。

在大范围苗圃浇灌方面，如果在喷灌终端安装该水阀，则关闭所有水阀时只需要关闭总阀，就可以关闭所有水阀，再打开总阀时，便不会打开所有水龙头，如同机房关机时，只需要关闭总电源即关闭所有电脑，使用时再根据需要打开即可。

1.工业方面的应用

在工业生产中，时常有需要定量控制液体添加和排放的地方。

如在发酵工程中需要定量地更新发酵细菌的培养液，向发酵罐中添加营养成分。

我们研制的闸阀可以满足此种需求，为其提供价格低廉的新方案。

2.水利基础设施建设——农业灌溉中斗渠及其以下渠系出水量控制

我国虽然是一个农业大国，但是，我们在农业灌溉方面水资源利用效率极低，斗渠及其以下渠系出水量控制装置较为缺乏。

我们设计的闸阀可以用于渠系的配水、输水。

3.养殖业领域的相关应用

在我国特别是南方大部分地区，渔业等养殖业比较发达。

此款闸阀可以用于定量更换养殖池中的水，换完水后，自动关闭，十分方便。

4.家庭中的使用

在我国许多地区严重缺水，时常会发生停水和限时供水等情况。

这款闸阀可以解决由于人为疏忽造成水资源的浪费。

同时也为国家计量供水量提供方便。

结论

因此，我们致力于研制出一款原理简单，功能完善、安全可靠、易于维护、造价低廉的闸阀，让它更好地服务于人民的生产生活。

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致 谢

感谢严老师在我大学的最后学习阶段——毕业设计阶段给我的指导，有了严老师认真负责的指导我的论文才得以顺利完成。

老师为我论文课题的研究提出了许多指导性的意见，为论文的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。

在本文结束之际，特向敬爱的严老师致以最尊敬的敬礼和深深地感谢！

通过此次设计，一方面让我认识到只学习理论是远远不够的，发现了学习中的错误之处；

另一方面又积累丰富的知识，吸取别人好的方法和经验，增强对复杂问题的解决能力，摸索出一套解决综合问题的方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础，提高了自己的动手能力。

顺利完成毕业设计，既是对我大学所学课程的一次综合整理，又使我对机电知识有了更深层次的理解。

这些能力的掌握是我步入社会所必需的。

同时由衷的感谢在我设计过程中，班级同学对我的指导和帮助，有了你们的热心解答，弥补了我的不足，我得以在各方面取得显著的进步。

由于初次研究这种复杂而又综合的设计，过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请各位老师给予批评和指正。