电子式马桶排水系统

电子式马桶排水系统 電子式馬桶排水系統 組員:陳威廷、陳瑞麟、許鼎灝、魏芳郡 德霖技術學院機械工程系夜二技在職專班095A 指導老師:林有鎰、章瑞陽 老師 摘要 從50、60年代到現代,許多的家庭仍裝置傳統式的馬桶,而傳統式馬桶因用水量控制不易,所以為了改善用水的水量,本專題將機械式的馬桶排水系統改造成甫電磁閥控制,水位則是利用液位感測器來取代浮球控制,以便能精確控制水量的多寡。 致謝 為了做這專題,必頇用到許多的加工機具,在此特別感謝大豐機器股份有限公司在鑚孔加工上的協助及藝豐廣告設計在壓克力組裝上的協助,使本專題加工部分可以順利完成,在此特別感謝。 連桿機構,除了圖2中的三根連桿之外,固定一、前言: 從以前到現代,大多數人都還在使用機械連桿即是馬桶水箱座。如圖2所示,當連桿1式馬桶,而機械式馬桶水箱的機構是用到浮子因手指按下而逆時針旋轉時拉動連桿2:鍊式水位計來控制的,在傳統式的水箱裡面有一條:,帶動連桿3作逆時針旋轉而使出水口打開個浮球,水滿球就上升,把進水口堵住,當水進而沖水,接著出水口因沖水所產生的吸力將沖走後,水位下降,浮球也跟著下降,進水口又連桿3:出水口活塞:吸回原先位置堵住出水開了,此時水再度流了進來,如此一直反覆,這口。這可說是一個雙搖桿機構,在啟動與復原是水箱為什麼都會有水的原理。 兩個動作上,連桿1和連桿3分別扮演輸入旮 柄與輸出旮柄的角色。 我們上完廁所後,壓下開關,開關有一條 鍊子,另一頭綁著止水盤,當沖水時開關一壓就 把止水盤扯了上來,水便一路往下沖到馬桶 內,把髒污沖走,當水流完時,止水盤也回復 到原來蓋起來的狀態,這時進水口又源源不絕 的把水補充進來。 這次我們的專題,就是把目前機械式的馬 桶沖水系統改良成電子式(註1)。 首先,我們先來了解馬桶沖水系統的構造 (如圖1所示)及原理;馬桶沖水系統原理如圖2 所示,我們可以發現沖水系統是一個簡單的四 圖1.機械式馬桶沖水系統構造圖 271 力裝置將水門打開沖水,可能利用液位感 測裝置或流量感測裝置在流出一定水量 後停止水門並啟動打水幫浦,在滿水位時 停止所有動作恢復使用前狀態。這一連串 的動作需要動力系統、感測裝置以及各式 電路設計,更需要的是電源,而家中的馬 桶僅是利用極具巧思的機械機構便能完 成這一連串複雜的動作。 三、製作器材: 各項所需元件如表-1所列: 圖2.馬桶沖水原理圖 表-1. 材料需求表 零件名稱 需求數量 而馬桶水量補給系統則是一個更簡單的開電源供應器 1组 放式二連桿,如圖3所示,馬桶水箱沖水後水 繼電器 1個 量過低造成浮球隨著水量而下降,藉甫活塞連 桿的旋轉而拉起進水活塞,當浮球隨著水量到按鈕開關 1個 達滿水位時活塞位置也恰好塞住進水口。 浮球液位感測器 4個 電磁閥 2個 壓克力水槽 1個 抽水幫浦 1個 3-1 電源供應器 功用:從機械式轉換為電子式最大的差異就是 需要提供電源,系統才能做動。 3-2 繼電器(圖4) 圖3.水量補給系統 功用:電磁開關內部有一組激磁線圈,其動作 原理與Relay很相像,在線圈通過電流產生激二、研究動機: 磁時,使其導通,直到激磁解除,才甫彈簧的2-1目的: 回復力拉回原始狀態。 改善傳統機械式沖水系統的缺點(如下): ? 止水栓用一段時間會不容易止水。 ? 控制洩水閥的鍊子容易脫落。 ? 水位不易控制。 ? 無法達到省水的功效。 2-2思考方向: 我們先試著以“電子式”設計思考如何 製作一組馬桶水箱的沖水系統,我們可能 需要以手指按下電子開關,啟動馬達或動 272 圖4.繼電器 3-3 按鈕開關(圖5) 功用:簡單而言,此為啟動按鍵,按壓後整個 系統即會完成一個循環動作。 圖7.電磁閥 四、製作方法: 圖5.按鈕開關 4-1基本動作原理 3-4 浮球液位感測器(圖6) 沖水時,按下按鈕開關(此時電磁開關會功用:在密閉的金屬或塑膠管內,設置一點或產生激磁而形成自保迴路),電磁閥開啟排水多點的磁簧開關,然後將管子貫穿一個或多閥門沖水,此時利用液位感測裝置將水排放個,中空而內部裝有環型磁鐵的浮球,並利用至低液位後(此時電磁開關會消磁而形成斷固定環,控制浮球與磁簧開關在相關位置上,路),關閉排水閥門同時也開啟進水閥門注使浮球在一定範圍內上下浮動。利用浮球內的水,直至水位到達液位感測器所設定之液位磁鐵去吸引磁簧開關的接點,產生開與關的動高度後,停止所有動作並恢復使用前狀態。作。 這一連串的動作需要動力系統、感測裝置以 及各式電路設計,更需要的是電源,方可完 成這一連串複雜的動作。 4-2電路圖(圖8) 在了解基本動作原理後,我們利用氣壓 工程學(註2)中所學,將所有的控制元件與動作 元件作搭配設計出電氣迴路圖,並應用於實物 組裝,藉甫這部分可以更加了解整個系統的動 作方式及原理。 圖6.浮球液位感測器 3-5 電磁閥(圖7) 功用:電磁閥內有一組線圈,可以把電能透過 線圈產生磁力,吸引可動鐵作前後往復運動, 而電磁閥是利用此往復運動對管路作開關動 作。 273 Step3. 排水閥關 閉後,此時進水 閥門會開始注 水。 Step1. 排水 時,3顆浮球會隨Step2. 水 著水下降至設定位下降至Step3. 排水閥門關位置 設定高度閉後,此時進水閥 後,排水閥 門會開啟注水 會閉合 圖8.電子式排水系統電路圖 圖10.排水動作示意圖 4-3設計與製作 3. 進水閥門開啟注水至液位感測器所設1. 當按下沖水按鈕時排水閥門會立刻開定之高水位時,進水閥門會關閉,此時 啟洩水。如圖9所示。 系統即成為待機狀態。如圖11所示。 B Step2. 當水位達 pb 到設定高度後, 進水閥門會關閉 .a Step1. 注水時,3 b 顆浮球會上升到 d Step1滿水位設定位置 .c 時,水箱3顆浮 球向上 Step2沖水時, A 排水閥門開啟 圖9.排水閥門開啟示意圖 圖11.注水動作示意圖 2. 當水位排放至液位感測器所設定之低 水位時,此時排水閥門會關閉,而進水 閥門會開啟。如圖10所示。 4. 在確定所需材料及電路組裝流程後,我 們開始製作產品,這部分的工作重點在 於槽體與零件管徑的搭配以及電子元 件接線對點的問題。(圖12)即為我們此 專題的機構設計圖。 274 六、結果與討論: 1.製作初期因缺乏經驗而未搭配電磁開關,導 致在 沖水時系統無法形成自保迴路,讓手 必頇一直按 著開關才能排水。主要是因為 電磁開關內部有一 組激磁線圈,其動作原 理與Relay很相像,在線 圈通過電流產生 激磁時,使其導通,直到激磁解 除,才甫 彈簧的回復力拉回原始狀態。 2.在購買零件時頇謹慎確認其電壓規格搭性,圖12.電子式排水系統設計圖 才能避免製作成本的浪費。如:交流電與 直流電混用時,就必頇再額外購買整流器。 3.電子化後,使得此排水系統必頇有電源的供 給, 因此若遇到“停水”而無法供水的狀 況時,必頇 使系統停止運作以避免零件燒 Step. 水塔沒水壞;因此我們在進 水閥前再加裝一組液位 時,浮球會往感測器,若水塔無水供應 時此感測器則會 下,此時進水口掉至低液位(如圖13所示),此時 系統即會 會成斷電狀態。 停擺,待水位恢復正常後才能繼續動作 。 圖13.防停水感測裝置 4.在製做過程中,不知到壓克力材質的性質, 鑚 孔時進刀太快,壓克力會龜裂。 五、製作過程: 1.製作水箱:先將一塊175*30*5壓克力板, 折 成ㄇ字型,再用30*75*5的壓克力板做前 、5.電磁閥價位太貴,因考量本組的經濟問題,後隔板。 所 以進水口電磁閥買3/8孔徑,會影響進 水速度。 2.加厚:因為壓克力板只有5mm厚,為了防止 壓 克力在攻牙時龜裂,所以要在攻牙處加厚6.高水位浮球,可以改為活動式的,這樣可以20mm 以上的壓克力板。 改 變儲水量的大小,便能達到省水功效。 3.量測位置:量測浮球的位置,並將浮球位置7.按鈕開關可以設計成感應式的,這樣手就不固定。 用 接觸開關。 4.配線:將浮球、電磁閥、開關、繼電器,所參考資料: 有配 線位置裝置好。 1. 九十學年度元智大學機械系大三機械設計 九十學年度元智大學機械系大三機械設計 課程實作計畫,作者鄭智銘。 課程實作計畫,作者鄭智銘。 5.裝置定位:將電磁閥、開關、繼電器都固定 好, 再將所有電線整理用鏈條夾固定。 2. 林宗賢編著“氣壓工程學(含液壓學基本理 論)”,新文京,民國93年出版。 275 276