水路远端控制切换机构研究及应用

余德正

目前高端的顶喷花洒都具有多种功能出水可供消费者选择，比如有花洒水、按摩水、气泡水及混合水等等，各功能水的选择和切换是通过切换装置来实现的，传统顶喷花洒的按钮都是设计在顶喷上，而且需要手动操作按钮，或者旋转顶洒上的操作把手才能进行功能水切换。常见淋浴花洒上有两种出水方式，但切换操作都在顶洒上，顶洒安装高度较高，必须仰头伸手，身材较高的人才能进行功能切换，身高较低及小孩过不着就没办法进行花洒功能切换（图1）。因此切换操作受限，无法实现自由操作，给使用者带来不便。

图1

现有淋浴龙头切换不方便的原因

目前卫浴产品常用的切换方式有机械切换方式和电子控制切换方式两种。

1.机械切换方式

通过在水路中设置一个切换阀，切换阀后端多条水路并联分别连通各个出水功能腔。如果把切换阀设置在淋浴龙头较低位置，如龙头的调温把手周围。这样就需要设置多条水路通往顶洒，会造成通往顶洒的管路复杂，生产加工、装配复杂，导致成本较高。因此现有产品都把切换按钮或者切换把手直接设置在顶洒上，从而使顶洒结构相对简单，生产、装配容易，但是带来的问题就是切换不方便。

2.电子控制切换方式

通过在淋浴龙头较低位置，如龙头的调温把手周围设置一块电子操控面板，在顶洒上设置有多个电磁阀，电路主板根据电子操控面板输入的信号控制电磁阀，从而实现顶洒功能切换。但是电子操控面板和顶洒中的电路主板通常都设置有电源线和信号线。淋浴龙头上要设置穿电源线、信号线的线槽也会使淋浴龙头结构相对复杂，生产加工、装配复杂，导致成本较高。即使电子操控面板和顶洒中的电路主板采用无线通信。电子操控面板、电路主板的供电问题也是相对复杂，导致成本较高。所以这种切换方式也很少用到淋浴龙头产品上。

工作原理

1.压力改变装置

通过按压按切换钮，压缩复位弹簧向左推动阀芯，阀芯上的密封面堵住进水孔，使得压力改变装置后端暂时水压变小，放开按钮后，在复位弹簧的作用下，阀芯向右移动，阀芯上的密封面会打开进水孔，使得压力改变装置后端水压恢复 （见图2）。压力改变装置的出水口只需采用单一水路，无需多条水路并联分别连通各个出水功能腔。所以压力改变装置可以直接串联在淋浴龙头切换阀后端。压力改变装置的阀芯结构采用了压力平衡设计。

图2 压力改变装置

放开压力改变装置的切换按钮时，阀芯向右边移动，左密封件、右密封件受水压作用，因受力面积相当，所以左密封件和右密封件受水压的作用力大小相等，方向相反，相互抵消（图3）。

图3 放开切换按钮状态

按压压力改变装置的切换按钮时，阀芯向左移动，左密封件、中密封件受水压作用，因受力面积相当，所以左密封件和右密封件受水压力的作用力大小相等，方向相反，相互抵消（见图4）。按钮键操作力大小不随水压发生变化，使用者操作起来更舒适。

图4 按压切换按钮状态

2.压力反应执行装置

按压切换按钮时，压力改变装置中的过水面积会变小，使得压力改变装置后端管路中的水压变小。水压变小时，弹簧会向上方向推动转盘。

放开切换按钮时，压力改变装置中的过水面积会变大，压力改变装置后端管路中的水压会变大。水压变大时，活塞上表面受水压作用，压缩弹簧向下推动转盘（见图5）。

图5 压力反应执行装置

3.切换装置

转盘上表面设有上导轨，下表面设有下导轨，面上还设有过水孔（见图6）。

图6 转盘

按压切换按钮时，压力改变装置后端管路压力变小，弹簧推动转盘向上移动，转盘的上导轨与本体导轨配合。转盘转过一定角度（见图7、8）。

图7

图8

放开切换按钮时，压力改变装置后端管路压力变大，活塞压力弹簧推动转盘向下移动，转盘的下导轨与面板导轨配合，转盘继续转过一定角度（见图9、10）。转盘一上一下来回运动，转盘的上导轨、下导轨与本体导轨、面板导轨配合，转盘沿固定方向转过一定角度，转盘上的过水孔与功能水腔的进水孔连通发生变化，从而实现顶洒出水状态发现切换。

图9

图10

水路远端控制切换机构的应用

水路远端控制切换机构，其包括装配在供水管路上的压力改变装置、压力反应执行装置和功能切换装置、多个功能水腔。把压力改变装置设置在调温把手的上端，压力反应执行装置、切换装置、多个功能水腔设置在顶洒中（见图11）。

图11 水嘴远端控制切换淋浴龙头

压力改变装置包括按钮（11）、阀芯（12）、复位弹簧（13）、本体(14）及封盖(15）；该本体横向形成一阀腔，阀腔的侧壁上形成有错位的进水口(141）与出水口(142），进水口(141）与出水口(142)之间形成密封面143；该阀芯配合于阀腔中，其近中部形成阀栓活动封扣密封面(120)（见图 12、13）。

图12 压力改变装置爆炸图

图13 压力改变装置剖面图

压力反应执行装置与功能切换装置是设在顶喷花洒中，其中压力反应执行装置包括一活塞(21)、一弹簧(22)及一固定座(23)；该活塞(21)中心形成配合孔，上方形成承压面，下部形成缩颈以穿入固定座(23)，固定座(23)为一罩壳罩置功能切换装置的转盘(31)与功能切换装置的出水体配合在一起，其中心设有供活塞穿设的穿孔；而功能切换装置包括一转盘(31)、一出水体(32)及一外壳（33）；该转盘 (31)为一盘体，其上设有至少一个过水孔（313、314），而转盘的中部上方形成上导轨(311)，下方形成下导轨(312)，该出水体(32)上设有至少两个过水孔(322、323)分别对应各自的功能水腔，该外壳（33）为一罩置活塞、弹簧、固定座及转盘的壳体，其上端形成有过水孔（331），并与顶喷花洒外壳（4）配合，外壳下部中心形成配合栓与螺栓配合以此与将顶喷花洒的出水装置与顶喷外壳连接在一起，同时外壳下部形成与转盘上导轨配合的导轨（332）(见图 14)。

图14 顶喷花洒爆炸图

功能切换装置为设有若干个过水通道的转盘（31）与不同功能水腔的进水口转动配合，实现功能切换。

转盘（31）上导轨（311）为锯齿状导轨，而下导轨（312）为若干个端面形成斜面的齿牙，相邻齿牙之间的宽度恰与齿牙的宽度相当；在出水体的中心设有对应转盘下导轨的导轨（321），此导轨亦为若干个端面形成斜面的齿牙，相邻齿牙之间的宽度恰与齿牙的宽度相当；配合栓的近上部的外缘上设有与转盘上导轨配合的齿牙导轨（332）（见图15、16）。

图15 外壳33仰视图

图16 转盘

远端控制功能切换，按下压力改变装置切换按钮，压力改变装置后端会失去压力，压力反应执行装置的活塞会在弹簧力的作用下向第一方向移动，移动会带动切换装置动作，放开切换按钮后，压力改变装置后端会恢复压力，活塞在水压的作用下，会压缩弹簧从而向第一方向的反方向动力，活塞移动也会带动转盘动作。转盘上下两面都设有齿，齿与相应的轨道配合，把移动转化成转盘的转动，转盘的进水孔与花洒不同功能水腔转动配合，以控制花洒的不同功能水腔进水口进水，达到顶洒功能水切换。活塞这一往一返动作带花洒功能切换。

结论

采用上述方案后，通过在供水管上设置低位的压力改变装置实现顶喷花洒水路的开与关或水流的变小与恢复，引起花洒水路中的压力变小与恢复，再通过在顶喷花洒上设置压力反应执行装置与功能切换装置，利用水压实现顶喷花洒不同功能水的水路切换，进而实现远端控制顶喷花洒的出水状态，因此，有效实现了无线、无电、单一水路即可实现对顶喷花洒出水功能进行切换的的功能，且具有使用方便、操作便利等特效（见图11）。