[发明专利]农村中学实验室水嘴防冻闸阀

摘要

农村中学实验室水嘴防冻闸阀由静态阀体、动态闸体构成，阀体包括阀筒弯管、八棱螺帽筒；闸体包括闸杆、闸杆套、闸芯、铆钉；均含密封垫圈。闸芯由内螺蚊筒，圆形闸片及闸钉构成。体模阀筒弯管进、出水管以弯头形式同外径(Φ+4)、退水竖横两管同外径φmm相连接：Φ、φ是管道外径，Φ变数，φ定值。芯、型模进、出水管直径内比外小2×3mm，芯头同直径：进出水管(Φ－5)、退水管(φ－5)mm。无论直径相同与否，退水竖管与出水管内共隔一直壁，与进水管内横隔一缺弧弦退水阀门弧形口壁，闸芯内螺蚊筒外型为弧形口柱。二者套配合，使长闸杆环的圆周运动变为闸芯的上下升降运动。需要通过设计绘制、刻模，铸造，机械加工等方法和工艺过程方可制成该产品。

主权项

1.农村中学实验室水嘴防冻闸阀由静态阀体、动态闸体和一些密封件构成；阀体包括阀筒弯管、八棱螺帽筒和密封垫圈。闸体部分包括闸杆、闸杆套、闸钉、闸芯、铆钉和一些密封垫圈等。其特征在于阀筒弯管的出水管以弯头形式和进水管以同一直径相连接，进水管是一圆直筒，进、出水管的底、顶各有内螺纹，外接水管外径不同时，其直径为变值。退水管接口处以同直径的竖、横两圆直筒相连接，分别为退水横管、退水竖管，横管末端为带有外螺纹的退水口；无论直径相同与否，退水竖管与出水管内共隔一直壁，其与进水管内横隔一缺弧弦退水阀门弧形口壁，从竖截面看，两壁(直壁与左缺弧弦壁)以直角面相连接，俯视看退水阀门弧形口壁呈：两侧为对称弧、另两侧为对称平行线，即为一对称弧形“口”字壁；而退水管与进、出水管直径不相同时，外表看，两壁形为“L”字的下横线以弧形线相连接；退水竖管上部凸出一与出水管螺蚊壁相连的半圆柱塔孔筒，该筒底内凿有一凹圆形槽；出水管口与半圆柱塔孔筒顶处于同一水平面，进、出水管口外侧均凸出一肩边。八棱螺帽筒外上部为外螺纹帽，下部凸出-外形为上、下呈圆柱体边，而中间部分刻出一八棱柱体，内为“凸”字型圆柱筒，“凸”柱筒肩下部是内螺纹筒。进、出水管、半圆柱塔孔筒、退水管四者共体相通。半圆柱塔孔筒、退水竖管、退水阀门口、进水管、八棱螺帽筒五位处于同一轴心线。闸杆顶端钻有一铆孔，其插入半圆柱塔孔筒内一断的外壁面凿有两圈凹环形槽，槽下方杆上有一凸圆柱台，该台能恰好插入半圆柱塔孔筒底凹圆形槽，其下方为外螺纹端。闸芯由内螺蚊筒，圆形闸片及下方中央闸钉构成，三者共体；内螺纹筒外，两侧面呈对称平行面，另两侧面呈对称弧形面，可俯视为一对称弧形“口”柱，其与圆形闸片之间凿出一圈环形槽，闸片与闸钉之间共体，也可以螺纹相连接。闸杆上两圈环形槽内嵌入两密封圈，将其螺纹头与闸芯内螺纹筒以螺纹连接，把闸片上槽、下钉内套入退水、进水密封垫后，使带有铆孔的闸杆头从阀筒弯管的进水管插入，穿过退水阀门口壁，再旋转闸芯使弧形口柱顺利插入进、退水管间阀门的弧形口壁，同时闸杆头已从半圆柱塔孔筒穿过，露出铆钉孔，闸杆上凸圆柱台已插入塔孔筒底凹圆形槽，且自身处于停滞态；将闸杆套套入闸杆头，使套、杆上四铆孔相对后，用铆钉塞铆二者。八棱螺帽筒凸肩上套入密封垫圈后，与进水管以螺纹相拧接。退水阀门弧形口壁，其功能是用来与闸芯的弧形口柱进行套配合而起动态定向作用的，即在闸杆和闸芯的内螺蚊筒二者的内、外螺纹的螺旋作用力下，将闸杆旋转时的逆、顺时针旋转圆周运动变为闸芯的上、下升降运动。制造该发明，需要通过设计绘制、雕刻模型，铸造，机械加工等方法和工艺过程方可制成产品。(1)设计绘制并雕刻模型。阀筒弯管、八棱螺帽筒各自的型体，需在四副模板的表面绘制、雕刻完成。须根据实验室地下水管外径Φ大小，选制好可雕刻、表面水平光滑、受潮不变形，各板长、宽、厚度相等，叠合后总厚度≥Φ+2×4mm的四副长方体模板。设计绘制雕刻法。①体模：对于雕刻阀筒弯管的型体结构，在模板上部距边缘12mm处画一水平线，作为出水管口面和半圆柱塔孔筒顶面共有上基线；画出既垂直上基线又相距18+2i(i＝0、1、2…)mm的两平行线，各作为出水、进水管的轴心线，交点分别为O₁、O₂；画一条既垂直进水管轴心线又平行于上基线且相距25mm的点画线，作为退水横管的轴心线，其距模板右边沿总长37mm，在此线距模板右边沿12mm处画一垂直线，作为退水横管口面右基线，其交点为O₃；画一条既垂直于进水管轴心线又平行且距上基线59mm，作为进水管口面的下基线，其交点为O₄，而该处距模板下边沿另加12mm长的线；上、右、下基线距其各边沿12mm长，是作为模型出水管、退水横管、进水管的芯头用；分别以O₁、O₄为圆心，以(Φ+3+4)、(Φ+4)mm的1/2为半径，在上、下基线上作交点，作为模型出水管口和进水管口的外直径(含凸肩边)、外壳直径，再分别以O₂、O₃为圆心，分别以16、φ、(φ+1)mm(数值1为铸件机械加工留用)为直径，在上、右基线上作交点，作为模型半圆柱塔孔筒、退水竖横两管外壳直径、退水横管口含凸肩边的外径，分别以O₁、O₄为圆心，以(Φ-5)mm为直径在上、下基线上取截点，作为进、出水管的芯头外直径；画出出水弯管的弧线时，须以出水管弯头最低点距进水管外径7mm处为基点，在出、退水管共隔直壁面右线上找圆心；进、出水管口外端凸肩边约3～5mm，退水管凸肩边10mm(为加工螺纹起见)；以上述所叙为基准(基线、交点、截点、基点)，画(引)垂线、连线、线段、弧线，擦掉多于的点和线，即画出阀筒弯管模型的外边界线，按照上述步骤和投影规则，在另一模板和它们的背面上画出该模型外边界线。根据物象镜面对称规则叠合两模板，在上模板正面，距出水、进水管凸肩边下、上约5mm的轴心线上垂直各钻一小孔，孔深至另一模板中心处，该两孔各用同直径的两圆柱楔头将两模板插活楔。将模板退水横管口向右，平放模板，连接两模板前、后、右侧进、出、退(横管)水管及半圆柱塔孔各自的轴心线，得四条连线(显然，有些连线互相重叠，如后侧面半圆柱塔孔筒和退水竖管的轴心线的连线)，以此进、出水管连线的中点(真正的轴心线)为圆心，各以(Φ-5)、(Φ+4)、(Φ+3+4)mm的1/2为半径，在模板前、后侧面上画同心圆，即得模型进、出水管芯头、外壳、外壳含凸肩边的外径圆；各以半圆柱塔孔筒和退水横管连线中点为圆心，分别以16、φmm，和(φ-5)、φ、(φ+1)mm的1/2为半径，在模板后、右侧面上画同心圆，即得半圆柱塔孔筒、退水竖管外壳，和退水横管芯头、外壳、外壳含凸肩边的外径圆，这样，后侧面出水管(Φ+4)、(Φ+3+4)mm直径的两个同心圆，和以半圆柱塔孔筒16mm、退水竖管φmm为直径的两个同心圆相交后有2×4个交点，除外壳含凸肩边(Φ+3+4)mm和退水竖管φmm两外径的两交点为无用点(因为二者不在同一截面或水平面，实为不相交)外，将各对应两交点画连线，得3条直线，打开模板，在各板的正、背面用直角尺各画(引)出3条连线各自的垂线，并保留模板两合面垂线与原各水平线的交点和连线，以便为下一步雕刻加工做记号，便得出模型出水管外壳、外壳含凸肩边与半圆柱塔孔筒的相互交界线2条和退水竖管与出水管外壳交界线(轴线)1条；以出水竖、横两管轴心线垂直交差点，下移9mm作出的平行线作为进水管与退水管的外交界线，上移13mm作一条平行线作为半圆柱塔孔筒与出水竖管的外交界线。雕刻。以模板外边界线为基线(均保留轮廓线)，用锯将外边界线以外模板全部锯掉，用车床、或锉、刀等手工先将各芯头做出，然后，按各管(含凸肩边)外径由大到小的顺序，兼顾各圆的交线的弧度和深度及各线段的长度，以此为基线和基准(边看模板背面线条和记号)，用锉将外边界线以内各管及连接线各部分的外形和结构作出，以小刀、精锉为工具，用尺和游标卡尺为量具，小心边锉或雕刻、边测量，使其棱角分明，弧度、深浅适度。Φ、φ(Φ、φ是水管国际标准外径。Φ为变数，φ为定值，φ＝Φ时，模型的进、退、出水管同直径)不等时阀筒弯管外型复杂，如进水管与退水竖管连接处正、背面为横曲弧线，右侧面为下弯弧线，后者与出水管连接处为一竖直线，其末端垂直于横曲弧线，而直线两侧为两弧形曲面；出水管与进水管连接处为一下斜弯月线；进水管与退水竖管，及后者与半圆柱塔孔筒的连接处均为曲弧台，退水横管、竖管连接处为弧形斜“八”字线。最后用细砂纸和小刀以透明尺、游标卡尺为量具，按模型各管外径大小，精心边研磨雕刻、边测量，均匀各处。八棱螺帽筒的造型易做，区别是轴心线只有一条，关键是其八棱柱体部分的雕刻，先连接叠合后正、背两面轴心线，以连线中点为圆心，以(Φ+3+4)mm为直径在顶(侧)面上画圆，把该圆八等分，内接八连线，对角画出4条直径线，其中必有一条直线与两模板叠合面(成线)重合，用车床，也可用锯、锉、刀为工具，透明尺和游标卡尺为量具，作出该圆柱，以两柱顶(侧)面上4条直径为基线，用直角尺在圆柱体侧面上已画好的上、下两平行圆柱面之间引垂线，其中有两条相对垂线必在两模板叠合面(成线)上；用精锉、小刀为工具，以游标卡尺为量具，在两平行圆柱面之间小心雕刻，再用细砂纸条精心研磨出八棱柱体面；最后按直径(Φ+1)、(Φ-5)、(Φ-10)mm由大到小顺序将该模型的(螺纹头)圆柱体、及大、小芯头做出，其中(螺纹头)圆柱体长11mm。②芯模：阀体的阀筒弯管和八棱螺帽筒的芯体模型，需要在前文所述条件下的两副(4个)芯盒模板表面绘制、雕刻而成。芯盒的长＞型体模板长，宽(高)值相等。区别在于轮廓边界线进、出水管内壳比外壳柱体直径小2×3mm，则内螺纹筒壳和芯头同直径(Φ-5)mm，共长分别为22、25mm；出水、退水竖管左侧的共隔直壁面是以两叠合模板后侧面出水管外壳直径(Φ+4)mm、退水竖管外壳φmm为直径画圆所得交点的连线为基线，用直角尺在两叠合面(打开芯盒)引垂直点画线为轴线，在其左、右两侧各画相距1.5mm的两平行线，该平行线夹面即为出水管与退水管的共隔直壁面；以垂直于共隔直壁面右线，且分别距上基线16、34、38.1mm(0.1mm为铸件机械加工留用)画线，显然诸线均既垂直交叉于进水管轴心线而其中距上基线38.1mm的画线又是垂直于共隔直壁面左线的最长封边线(缺弧弦线)；而(38.1-34)mm两线的夹面为缺弧弦退水阀门口壁厚，以其轴心线为基线，左右两侧各画出7mm对称平行线，即为对称弧形口的最大弯月面(当然，各画6mm的平行线，即为弧形口的对称平行线)，且38.1mm的线段垂直于进水管的右壳界面线；在距退水竖管轴心线右侧(φ-2×3)/2mm处画虚线，该虚线垂直于(上)16、(下)34mm两线段，将其作为退水竖管的内壳线，而(34-16)mm既是退水内管的高，又是退水横管在接口处的内径长；以模板右基线与出水横管轴心线的垂直交叉点为圆心，以(φ-5)mm为直径，在右基线上作出上、下两交点，以虚线上(16mm)、下(34mm)两端为起点各向右基线的上、下交点画线段，即在模板上画出出水横管圆柱台壳的两侧(界)线；以右基线上、下交点向模板右边沿引垂线，即在模板上画出出水横管芯头内径长；出水弯管的内壳弧线按前文所述的型体模做出。按照物像镜面对称和投影规则在另一模板的叠合面上画出内芯结构的边界轮廓线。将叠合后的退水横管口端向右，平放模板，以下左上右画对角线，在距线端各20mm处画一点，钻孔、插活楔，用圆规将各侧面上芯头圆画出，打开芯盒，用车床，或刀、凿子、圆锉为工具，以透明尺、游标卡尺为量具，将边界线内的模板料刻、裁、凿、削、磨出去，如出水管与退水竖管之间共隔直壁面与退水阀门口的缺弧弦边、和出水竖管封顶面，三者均成直角面，须用凿子将各直角周边(均保留画线，后同)裁成直角面，再距其各对面约10mm处用凿子斜60°角将板料凿出，再改用刀沿各边画线，小心将余料削刻掉，同时用透明尺和游标卡尺测量深度，不得超出半径、直径、弧度和曲度(出水横、竖两管内连接处和进出、水管内弯头接口处)面；管壳包括弯头壳(管、芯头壳可用车床做出)，先用凿、刀，小心将界面线刻出，再用圆锉锉圆，其间边凿、边刻、边用透明尺和游标卡尺测量界面与轴心线间深度，径向弧度等，其管壳和芯头部分锉圆后，插活楔、夹卡芯盒，使其封闭，须用外模芯头为圆柱，插入其内并旋转n360°(n＝1～5)，凡有触痕处须用小精锉、细砂布小心雕刻、研磨，直至插入旋转而芯盒无开缝，无触痕为度。退水阀门口的对称弧形口，则须在透明胶片上画轴线及其垂直交叉线，分别以2×6、2×7mm画出对称平行线、对称弧线，并剪截出样板，打开芯盒，以(38.1-34)mm的壁厚的轴心线为基线，用直角尺向实心体阀门口前侧面引垂线(轴线)，使透明胶片样板的轴线、垂线与实心模板上边沿线和引出的垂(轴)线叠合，沿样板周边画出半个对称弧形口，用刀、锉，小心雕刻锉磨出该半个弧形柱口面，如法炮制，在另一个模板的退水阀门口上做出同样的半个弧形柱口面，最后以透明尺和游标卡尺边测量，边用细砂纸均匀各处。八角螺帽筒的芯体内壳是以轴心线，和凸肩边(比型体外壳凸肩边小3mm)为基线，在各模板上各以芯头直径(Φ-5)、(Φ-10)mm的1/2在两边画平行(边界线)线，然后，按前文所述做出两孔深均为25mm，其中芯头各为10mm长的同心凸字体圆孔筒。③闸芯模：闸芯只做型体模，可选择直径(φ-5)mm的两相同半圆柱模板，在两平行面上各画出轴心线、基线、边界线等，镜面对称叠合，在两半圆柱体闸片线上方，既垂直于平面又垂直于轴心线的顶侧面上插活楔，在车床上，或以锉、刀、细砂纸为工具，以游标卡尺、直尺为量具，从上到下可分别车出(或做出)直径分别为13、11、(φ-5)、7mm，长分别为17、3、2.5、5.5(3+2.5)mm的四个同心圆柱共同体，最后将直径为13mm的外圆柱体，且平行于插活楔的两侧面刨(或锉、研磨)出一各距轴心线5.5mm(打开模体看画线)的垂直平行面。(2)铸造。将各型模表面和芯盒内芯模表面，均匀涂敷热腊液，冷却后使用小刀、布，刮、擦各模表面(含凸、凹、角、勾面)，使其表面既光滑又无腊絮刮起为度。铸造阀体的阀筒弯管、八棱螺帽筒和闸芯的型、芯体的砂型，可用粘土砂或新型塑脂砂。区别在于阀筒弯管、八棱螺帽筒芯体可用平板多孔(含单孔)机造芯法，为防止铸件产生砂眼、气孔、裂纹和浇不足的缺陷，芯盒内的各轴心线上放置一交织成相互形为轴心线的金属线架(称芯架。这样，还可提高砂芯强度，降低芯体的破损率，提高铸件出砂率)。夹持并平放芯盒，开机，将略带湿润而蓬松的干芯砂，配方(重量比，下同)：新砂[(粒度80～100孔(目)]∶旧砂∶白粘土∶锯木粉∶水＝10∶90∶10∶(2～3)∶10边漏入连接阀筒弯管进、出、退水三孔的三向筒和八棱螺帽筒孔的单向筒中，三向或单向棍便自动将芯砂推送输入到芯盒中，且瞬间将芯砂冲压结实，当三向或单向筒的上孔漏出砂土时，表明芯体已成型，三向或单向筒便自动脱孔停机。人工用钢片将芯头部位充补芯砂并刮擦、挤抹使其与芯盒表面平整。取出芯盒，轻敲盒盖和底，揭开芯盒，手持另一装有芯体的芯盒底，使有出水管弯头、凸字体圆孔筒的盒侧面向下，芯盒底侧面放在堆积成倾斜度成45～55°的沙滩上，缓慢倒扣盒体于砂面；揭开盒底，芯体便斜躺在沙面上，风(晒)干，冬天可烘干芯体；涂料配方为：石墨粉∶白泥粉∶3～5％硅胶水＝90∶10∶100的悬浊液。型体模可用传统的砂箱法(两砂箱合模法)，区别在于型砂为湿型砂。配方：新砂(粒度80～100孔)∶回用砂∶膨润土(白粘土)∶焦煤粉∶水＝20∶80∶5∶(0.5～0.8)∶5，其总含水量为45～50％。面料为石墨粉，用喷粉机喷出后，可吸附于型砂表面代替涂料；撒砂(80～100孔)——造型过程中便于起箱、开箱、起模、放芯体、搬运和合箱等操作，而撒于箱底和两合箱砂面(除型模外)的干砂，配方：新砂∶灰渣粉∶焦煤粉＝50∶50∶10。闸芯模为型体模，区别在于粘土砂配方为：六合红砂∶石英砂∶白粘土＝70∶25∶1O，粒度为120～150孔。面料粉配方为：石墨粉∶滑石粉∶CMC粉＝60∶40∶1。铸造过程对于阀体(芯砂体已放置于型砂体中)而言，采用一箱多件平卧、金属液侧注式快速浇注充型系统工艺法，金属液温度1200～1380℃；闸芯采用一箱多件立置、大直径头向下、金属液顶注式压边小浇口慢速浇注充型系统工艺法，金属液温度1500～1600℃。区别在于浇道为扁圆体柱、两箱环行合模直道口；冒口为单浇道直通中央单冒口，铸体20～30mm周围适度：孔径5～6mm；孔数≤6/件；深度＜合箱厚地扎一些出气孔。(3)机械加工。将冷却、出砂后的各铸件毛坯，先用砂轮机，后用锉将浇注口断面磨成原型，毛边倒锉。①阀体：阀筒弯管，先在半圆柱塔孔筒顶面，钻出8₀^+0.1、16mm长的孔，光洁度3.2；翻转180°，将半圆柱塔孔筒底，车出10₀^+0.1、1mm深的凹圆形槽，铣出槽底、槽面3.2；及缺弧弦退水阀门口面、进水管口面3.2，出、退水管口面及半圆柱塔孔筒顶面均为12.5，根据地下水管直径Φ车出进、出水两管的内螺纹，其长各为10、13mm，根据退水软管内螺纹口径φ，车出退水管口外螺纹外径φmm、10mm长。八棱螺帽筒，根据地下水管直径Φ车出内、外螺纹，其长各为13、11mm，铣出外螺纹帽口面，凸肩面3.2，内螺纹底口面12.5。②闸体：闸芯上车出内螺纹：Tr8×1.5LH、15mm深；闸片上、下面铣出均为3.2，在闸片下方，车出4mm、3mm长的闸钉柱。闸杆总长41mm，上方车出8⁰_-0.1、22mm长的圆柱体，距柱体顶3.5mm处钻出3mm的闸杆孔(铆孔)，圆柱体下车出10⁰_-0.1、3mm长的凸圆柱台，铣出凸圆柱台面、柱面和上部闸杆圆柱面均为3.2，各距凸圆柱台上边3、11mm处的闸杆上车出宽、深均为1.2～1.5mm的两圈凹环形槽，凸圆柱台下车出：Tr8×1.5LH、15mm长外螺纹头。闸杆套为壁厚2mm、内径8mm、长14mm圆柱筒，各距筒口面3.5mm的两端直径侧面上钻有3mm的全穿壁对称铆孔。