龍門(mén)式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)設(shè)計(jì)

陳韋松，謝永智

0 引言

中國(guó)的汽車(chē)清洗行業(yè)于上世紀(jì)90年代開(kāi)始出現(xiàn)，誕生了一批比較正規(guī)的人工洗車(chē)店鋪。目前中國(guó)的洗車(chē)行發(fā)展迅速，在北上廣等一線(xiàn)的城市涌現(xiàn)出了許多的人工洗車(chē)連鎖店，但國(guó)內(nèi)人工洗車(chē)店主要還是采取水桶加抹布、加壓水槍、無(wú)水洗車(chē)（棉布擦拭）[1]，半自動(dòng)的就是蒸汽洗車(chē)和無(wú)刷毛高壓噴水洗車(chē)。洗車(chē)的方法大多存在許多不利于洗車(chē)的問(wèn)題[2]，例如：洗車(chē)用到的水資源不能得到有效循環(huán)利用。因此，根據(jù)作者主持的學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目成果，本文擬設(shè)計(jì)一款新穎實(shí)用的龍門(mén)式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)。

1 龍門(mén)式自動(dòng)機(jī)洗車(chē)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)

龍門(mén)式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括支架、裙刷、立刷、橫刷、減速器、氣壓系統(tǒng)。通過(guò)采用用PLC控制氣壓系統(tǒng)去驅(qū)動(dòng)裙刷、立刷、橫刷上下、左右的移動(dòng)，通過(guò)PLC控制電機(jī)、減速器，驅(qū)動(dòng)裙刷、立刷、橫刷的旋轉(zhuǎn)，來(lái)對(duì)汽車(chē)進(jìn)行清洗工作。其總體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

2 龍門(mén)式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)裙刷設(shè)計(jì)

2.1 裙刷結(jié)構(gòu)方案

裙刷有兩個(gè)狀態(tài)，一個(gè)是收攏，一個(gè)是外伸，收攏時(shí)靜止，外伸時(shí)工作。當(dāng)洗車(chē)機(jī)裙刷處于收攏狀態(tài)時(shí)，最大的要求是裙刷保持穩(wěn)定，所以裙刷的收攏動(dòng)作可以選擇氣缸來(lái)執(zhí)行，這樣可以防止裙刷不穩(wěn)定擺動(dòng)。當(dāng)裙刷處于伸出去的狀態(tài)，夾住車(chē)身內(nèi)側(cè)進(jìn)行洗刷清潔時(shí)，由于小汽車(chē)的車(chē)寬各異，外部形狀多變，那么就要求裙刷外伸的位置應(yīng)該靈活變化，夾持力也需柔性的，以保證刷子不會(huì)損傷車(chē)身表面油漆。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)[3]，柔性的夾持力可以由彈簧提供。車(chē)身寬度的變化可以改變彈簧的工作長(zhǎng)度，從而改變了刷子的夾持力度。根據(jù)上述分析，裙刷主要是由以下部分來(lái)組成：固定架、搖臂組件、傳動(dòng)裝置、毛刷和氣路單元，而兩個(gè)裙刷必須是對(duì)稱(chēng)布置。固定架安裝在龍門(mén)式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)側(cè)面機(jī)架上，上面安裝有氣路單元的氣缸座、提供夾持力的彈簧座。搖臂組件通過(guò)軸承座傾斜地安裝在搖臂上，然后帶動(dòng)裙刷旋轉(zhuǎn)。裙刷安裝在搖臂前端，這樣可以伸出的距離更遠(yuǎn)。毛刷的結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 裙刷結(jié)構(gòu)

2.2 裙刷渦輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)

模數(shù)m=5 mm，蝸桿直徑d1=50 mm，蝸桿頭數(shù)z1=4，蝸輪齒數(shù)z2=30。蝸桿材料用45鋼，齒面淬火；蝸輪材料用ZCuSn10P1[4]，金屬模鑄造。因?yàn)?z1=4時(shí)：b1≥(12.5+0.09z2)m=76 mm，確定b1=80 mm。

圖3 臥式蝸輪蝸桿減速箱

臥式蝸輪蝸桿減速箱的三維模型圖如圖3。

2.3 裙刷氣壓回路設(shè)計(jì)

根據(jù)裙刷工作情況，氣泵出來(lái)的空氣必須要經(jīng)過(guò)過(guò)濾，才能獲得穩(wěn)定的氣壓，所以從氣泵出來(lái)的壓縮空氣經(jīng)過(guò)三聯(lián)體的過(guò)濾，減壓和潤(rùn)滑后進(jìn)入一個(gè)小型氣罐，三聯(lián)體如圖4。

圖4 三聯(lián)體簡(jiǎn)圖

洗車(chē)機(jī)各部分所需壓縮空氣均從三聯(lián)體引出。左、右裙刷各引一路壓縮空氣到各自電磁閥，電磁閥采用兩位三通常通閥，電磁閥工作口接氣缸前端氣口，為使裙刷收縮時(shí)不會(huì)外擺且過(guò)程平緩，氣缸后端氣口接一個(gè)單向節(jié)流閥。洗車(chē)機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)，壓縮空氣直接進(jìn)入氣缸前端，缸桿收縮，由于氣缸后端排氣時(shí)受到單向節(jié)流閥的控制，缸桿拉動(dòng)裙刷平緩地收縮到兩邊；開(kāi)始洗車(chē)時(shí)，電磁閥得電換向，壓縮空氣斷開(kāi)，裙刷在彈簧的拉力下伸出，帶動(dòng)氣缸桿伸出，此時(shí)后端的單向節(jié)流閥不會(huì)阻礙氣缸進(jìn)氣，裙刷可以迅速伸出，夾住車(chē)身。洗完車(chē)后，電磁閥斷電換向氣缸桿再拉動(dòng)裙刷收縮到兩邊，直到下次開(kāi)始洗車(chē)。氣路原理圖如圖5。

圖5 裙刷氣壓回路系統(tǒng)

2.4 裙刷三維模型

如圖6，按照前面的設(shè)計(jì)目的，有4個(gè)部分：毛刷、減速器、搖臂組件、氣缸元件。減速器的作用主要是平穩(wěn)高效的將電機(jī)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)為裙刷的工作轉(zhuǎn)向，搖臂組件和氣缸元件搭配使用，可以使搖臂帶動(dòng)裙刷的伸出和收縮，起到方便清洗的作用。

圖6 裙刷三維模型

3 總結(jié)

裙刷、立刷、橫刷是龍門(mén)式自動(dòng)洗車(chē)機(jī)的重要組成部分，裙刷會(huì)征對(duì)性地洗刷車(chē)輪和車(chē)身下側(cè)面這些污垢較重的部分，對(duì)整車(chē)清洗效果有明顯影響。通過(guò)設(shè)計(jì)，配置的裙刷的洗車(chē)機(jī)采用前進(jìn)行程洗刷、回退過(guò)程吹干的程序，即可達(dá)到滿(mǎn)意的清洗效果，而沒(méi)有配置裙刷的洗車(chē)機(jī)需要二次清洗或人工使用水槍輔助清洗。立刷主要是針對(duì)車(chē)門(mén)車(chē)窗部分進(jìn)行清洗，導(dǎo)軌可以有效方便地隨時(shí)地改變兩個(gè)立刷之間的距離，對(duì)汽車(chē)車(chē)門(mén)的弧線(xiàn)可以有效貼合。而橫刷是清洗車(chē)頂?shù)挠行Р考菽薏粌H可以貼合車(chē)頂，允許的變形程度也大，并且不會(huì)把雨刷卷入毛刷中。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊守立，楊祖榮譯.汽車(chē)零件清洗工藝：第5版［M］.北京：人民交通出版社，2012.

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［3］張伶艷，陸一平，李建平.小型汽車(chē)清洗設(shè)備的研制［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014（6）：77-82.

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