家用管道真空吸污充气机的研发*

□方益益 □王文深

浙江工贸职业技术学院汽机学院 浙江温州 325000

在现代家庭里，厨房、厕所、浴室等场所，管道经常容易因为各种软硬物质（如污泥、碎屑、杂物等）而堵塞，一般较多的办法是采用手动疏通器疏通，堵塞严重时还可以采用电动疏通器，但这种方法疏通效果很差，寿命短且疏通器不易收藏，电动疏通器一般需专业人士操作，家庭使用极不方便且费用高昂。

现代家庭中还有很多需要充气才能正常使用的物品，例如摩托车、自行车轮胎、体育用球、气球等。目前采用较多的是传统打气筒，其功能单一，且密封用的皮碗存在容易损坏等缺点。

笔者研制成功的家用管道真空吸污充气机兼具吸污和充气两种功能，并具有家庭使用方便的特点。经检索，国内外市场并没有发现同类产品，因此该家用设备属一项全新机械产品，可为绝大多数城市和农村家庭所使用，本产品市场前景看好。

1 结构原理

图1所示为该设备结构原理示意图。该设备是由基座、缸体、活塞、活塞杆、密封圈、单向阀及截止阀等组成。当其用作充气设备时，基座左侧的两截止阀打开，而右侧的截止阀关闭。当活塞提起时，缸下腔形成真空，进气单向阀自动打开，空气从外部进入缸体下腔，此时出气单向阀关闭，吸气阶段完成；当活塞压下时，缸下腔气压增加，进气单向阀关闭，出气单向阀打开，缸内压缩空气经皮管、出气单向阀进入需要充气的设备中，如自行车、电动车轮胎、气球、篮球、排球等，压气阶段完成。如此循环往复几次，就可以完成对设备的充气工作。

在其用作吸污设备时，基座左侧的截止阀均关闭，右侧的截止阀则打开。当对管道进行吸污时应将橡胶吸污盘口对准管道口或马桶的排污口，当活塞提起时，缸下腔产生真空，管道污泥层会在其下部大气压力作用下向上翘翻，活塞压下时，缸内气压增加，污泥层又会在缸内气体压力作用下向下弯折。当活塞上下循环运动时，淤泥层会不断地重复上下弯折，最终发生疲劳断裂，再用水流冲走堵塞管道的淤泥，从而达到疏通管道的目的。

▲图1 家用真空吸污充气机原理设计示意图

为完成同时充气和吸污工作，将进气通道和出气通道设计在缸体基座两侧。两通道气孔螺纹直径均为M 10×1.25 mm，分别接一个由两个截止阀、两个单向阀（进、出气）及充气阀组成的充气单元和由截止阀和吸污软盘组成的吸污单元。当缸筒下腔污物需要清理时，可将基座底部的排污塞拧下，上下移动几次活塞杆即可将污泥排出缸外，最后再用清水进行冲洗干净。

2 设计过程

在传统打气筒和真空吸污机的基础之上，对本设备的结构进行了优化设计，巧妙地采用了单向阀、截止阀、充气阀及吸污盘以实现产品功能的转换。

由于本设计针对的是家用产品，其外形设计时参考了一般打气筒尺寸，确定的主要尺寸为：缸筒内径42 mm，壁厚3 mm，筒高450 mm。由于本机在工作时压力和真空度均不大，筒身及端盖材料均采用质量较轻的铝合金材料，手柄采用树脂材料，截止阀、单向阀、充气阀等元件采用气动元件产品，密封件采用O型密封圈、密封带及弹性垫片。设计中采用市场易购的气动元件，有利于该产品的制造及维修。本机械充气及吸污能力的计算过程如下所述。

2.1 打气能力的计算

当缸体活塞完全提起时，底腔一次性充入气体的容积近似为缸体内腔的容积，即：

考虑到空气损耗和泄漏等原因，假设每次可以把气筒内70%的气体充入车胎（不考虑充气前胎内存留气体和充气过程中气体温度变化），估计实际一次充气量为：

一般自行车内胎（26 x 1.75″）容积为1.5L左右，充气后要求达到胎内气压压力为2.5～3 bar之间。若按充气压力3bar来计算，可计算出自行车充气需要往复运动的次数为：实际中，自行车充气时往往都是在已经充气的基础之上再充气，若假设原来压力2 bar，则充满气仅需4-5次即可。

用同样的方法对常见大小的篮球、排球、气球等充气次数进行计算，结果为5次、4次、3次左右。

2.2 吸污能力的计算

假设本设备密封完好，根据结构尺寸可计算出缸下腔最小容积（当活塞处于最下端时）为Vmin=34.5 m L。设大气压力为p0，由p0Vmin=pV可计算出当活塞拉至缸筒最高位置时的压力为：

由此可得知，在吸污时缸筒内腔真空度理论上可达到0.945p0，但实际上由于存在漏气等因素，缸筒内腔不可能达到这么低的压力。经实际测试表明，在吸污机工作时，缸内气体真空度最大可以达到0.4 bar，基本上可以解决一般情况下的水管堵塞、马桶不通及地漏堵塞等问题。对于管道堵塞层厚度小于5 mm、深度不超过5 m的管道，使用本机械完全可以进行疏通。

3 结束语

家用管道真空吸污充气机兼具管道吸污和充气两项功能，具有适合在家庭中使用的特点，在国内外市场上属一种全新产品，应用前景很好。

本设备依靠活塞在缸筒内作循环运动，并在筒外基座上两侧设置进出气口，以连接充气单元和吸污单元，有利于简化筒内活塞结构。实现充气和吸污功能。试验表明，该产品能很好地解决家庭管道堵塞及充气问题。

［1］路甬祥.液压气动技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［2］徐灏.机械设计手册（第五卷）［M］.北京：机械工业出版社，1995.