噴淋式全自動汽車清洗機設計

1、噴淋式全自動汽車清洗機設計摘要：通過對當今洗車機市場和洗車行業(yè)的調(diào)查研究,研發(fā)一種具有清洗、 打蠟和底盤清洗的全自動汽車清洗機是很適應市場需求的。本文主要介紹了此全自動清洗機的結(jié)構組成、工作原理、控制系統(tǒng)及操作方法等方面的相關內(nèi)容, 為產(chǎn)品實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化提供了依據(jù)。針對汽車清洗機的特點，采用電力和液壓兩種驅(qū)動方式。此全自動清洗機以良好的經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保性及高效性將得到廣大客戶的青睞。本文主要研究的內(nèi)容包括：一、總體方案的設計；二、5刷運動軌跡分析；三、噴槍、泡沫發(fā)生器、液壓系統(tǒng)設計；四、電氣系統(tǒng)設計；五、PLC控制電路設計；六、水循環(huán)處理系統(tǒng)設計。關鍵詞：全自動汽車清洗機；液壓系統(tǒng)；自動清洗；

2、PLCSpraying automatic car cleaning machine designAbstract：Through the investigations of the market of the car washing machine and the car washing trade, it is found that to research and develop an automatic car washing machine, which can wash, wax and chassis wash, meets the market demand very much.

3、 This article mainly introduces the relevant content of this automatic washing machine in structure, operation principle, control system and operation method, etc. which offers a basis for the industrialization of the products. In the driving system, power-driven system and hydraulic system are dete

4、rmined. This automatic washing machine will be favored by the masses of customers with high cost performance, security, environmental protection and efficiency . This main achievements are as follows: 、The overall plan of automatic car washer . 、5 brush trajectory analysis . 、The nozzle, foam genera

5、tor, hydraulic system design . 、Electrical system design . 、PLC control circuit design . 、Water processing system design.Key words：Automatic car washing machine；Hydraulic system; Automatic cleaning ; PLC目 錄第1章 緒論.11.1 研究的背景及意義.11.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀.11.3 研究的主要內(nèi)容.2第2章 噴淋式自動汽車清洗機總體方案設計.42.1 噴淋式自動汽車清洗機的設計依據(jù).42.

6、1.1 清洗機的功能要求.42.1.2 清洗機的主要配備方案.42.2 主要機構運行過程分析及初步設計.42.2.1 頂刷的分析與設計.42.2.2 大側(cè)刷的分析與設計.52.2.3 小側(cè)刷的分析與設計.62.2.4 吹干系統(tǒng)分析與設計.62.3 噴淋式全自動汽車清洗機總體方案設計.72.3.1 汽車清洗機的組成與技術參數(shù).72.3.2 汽車清洗機的運動順序.72.3.3 汽車清洗機設備硬件的選擇.72.4 清洗機噴嘴設計.82.4.1 噴嘴的理論基礎.82.4.2 噴嘴的形式.82.4.3 噴嘴形式對性能的影響.9第3章 自動清洗機液壓系統(tǒng)的設計.103.1 液壓系統(tǒng)設計方案.103.2 小

7、型清洗機元器件和構件選擇.103.2.1 氣動隔膜泵、 液壓泵及其匹配電機的選擇.103.2.2 管路元件選擇與連接.103.2.3 閥類的選擇.113.2.4 空氣壓縮機.113.3 箱體設計及底盤清洗系統(tǒng).113.4 泡沫發(fā)生器的設計.113.4.1 泡沫發(fā)生器的鋼筒厚度.123.4.2 泡沫發(fā)生器的高度.133.4.3 其它參數(shù).13第4章 自動汽車清洗機電氣控制系統(tǒng)的設計.144.1 電氣系統(tǒng)工況要求及電機選擇.144.1.1 工況要求.144.1.2 電動機的選擇.144.2 汽車清洗機電氣控制系統(tǒng)電路設計.154.2.1 電動機正反轉(zhuǎn)控制電路.154.2.2 主電路的設計.154.

8、2.3 控制電路的設計.164.2.4 輔助電路的設計.16第5章 自動汽車清洗機PLC控制系統(tǒng)設計.175.1 PLC控制系統(tǒng)設計的原理、功能特點和步驟.175.1.1 PLC控制系統(tǒng)的設計原理.175.1.2 PLC控制系統(tǒng)的功能特點.185.1.3 PLC控制系統(tǒng)的設計步驟.185.2 自動汽車清洗機PLC控制系統(tǒng)的硬件設計.18第6章自動汽車清洗機水循環(huán)處理系統(tǒng)設計.226.1水循環(huán)處理系統(tǒng)研究內(nèi)容.226.1.1 設計規(guī)模.226.1.2主要技術經(jīng)濟指標.226.1.3主要采用的新技術和工藝.226.2主要清洗設施及技術性能.23結(jié)論.25參考文獻.26致謝.27第1章 緒論1.1

9、研究的背景及意義隨著汽車數(shù)量的迅速增長和人們汽車養(yǎng)護意識的提高，這極大的帶動了汽車清洗保養(yǎng)、美容護理等行業(yè)的發(fā)展。而汽車清洗是汽車美容的首要環(huán)節(jié)，同時也是一個重要環(huán)節(jié)。它既是一項基礎性的工作，也是一種經(jīng)常性的美容作業(yè)。汽車在使用過程中，其表面會受到風吹、日曬、雨淋等自然侵蝕，使表面逐漸沉積灰塵和各類污物。如果這些污垢不及時清除，不僅影響到汽車的外觀，還會誘發(fā)銹蝕和損傷。因此，汽車清洗對保持車容美觀，延長車輛使用壽命有著重要作用。因此汽車清洗越來越顯示出驚人的市場活力。近兩年來，從事汽車清洗的公司如雨后春筍般冒出來。精明的生意人之所以熱衷于汽車清洗，不僅僅在于汽車清洗所需投資不大，技術難度也不高

10、，更重要的在于該行業(yè)是一個碩大無比的蛋糕。因為各個投資者的實力不一樣，所以大多數(shù)汽車清洗站點只是簡單而粗糙的人工擦洗或采用高壓水槍沖洗，沒有站房和自動清洗打蠟設備，都是由人工完成。更別說污水處理設備和污泥處置措施。洗車污水不能循環(huán)使用，有些甚至隨意排放，既浪費了大量的水資源，又造成環(huán)境污染，嚴重地影響了城市的市容衛(wèi)生。因此政府也鼓勵加油站、大型停車場和有一定規(guī)模的洗車服務公司使用電腦全自動洗車設備從事洗車。市場上的電腦洗車機主要產(chǎn)自德國、意大利、美國、荷蘭、日本和韓國等。引進國外技術并在中國大陸裝配的設備保有量較大。原裝進口電腦洗車機的價格居高不下，同類產(chǎn)品、同樣配置的設備的設備往往要比國內(nèi)組

11、裝的價格高出60%左右，維修費用要高出5-10倍，且維修周期要比國內(nèi)產(chǎn)品的長10-20倍以上，設備投資較大，投資回收期較長，這無疑限制了電腦洗車機的推廣和使用。從市場發(fā)展、節(jié)水和環(huán)境保護以及洗車業(yè)投資和成本控制的角度出發(fā)，開發(fā)一種既滿足汽車清洗速度快、效率高的要求又能節(jié)水環(huán)保且設備投資較低的洗車機，對促進我國汽車清洗美容、汽車保養(yǎng)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，將具有重要的現(xiàn)實意義。1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀其實無論是國內(nèi)還是國外，洗車方法主要有以下幾種：1、人工洗車：規(guī)范的洗車方法是先用抹布蘸上水潤濕車身，再均勻涂上洗車液用抹布擦洗一遍，然后用清水沖洗，在用干抹布吸水，用抹布將水完全吸干。這種洗車方法不僅存在損

12、傷車身油漆，降低車身漆面光潔程度的缺點，而且會造成浪費水資源和污染環(huán)境的惡果。2、高壓水槍洗車：高壓水槍洗車是先用高壓水槍噴灑水霧潤濕車身，再用高壓射流清洗車身，然后用清洗液清洗，最后用高壓射流清洗干凈，用魔皮將水吸干。高壓水槍清洗速度快、效果好；但高壓水槍壓力大，容易對車漆造成損害：高壓水柱的噴淋會改變空調(diào)冷凝器散熱的方向，導致空調(diào)制冷失靈；會直接導致車燈膠條密封不良，影響車燈的正常工作，產(chǎn)生危險；會使密封不是很嚴的汽車側(cè)門玻璃進水，銹蝕金屬件，造成電線短路；劣質(zhì)洗滌液會降低車漆的亮度；洗后用毛巾多次擦拭會使車身增加劃痕。3、蒸汽洗車：蒸汽洗車是將水加熱成蒸汽后，用蒸汽來消洗汽車。其具有節(jié)水

13、、節(jié)能的特點。但由于設備質(zhì)量問題，存在安全性不高，極易產(chǎn)生污水造成污染，洗車效果和效率差的缺點。4、無水洗車：無水洗車是先用撣子撣去車身表面浮土，再用無水洗車液進行汽車消洗的一種新型環(huán)保洗車方式。它具有節(jié)約水資源，綠色環(huán)保等優(yōu)點，受到政府的扶持，但是，它并不能完全替代有水洗車，對于較臟車輛以及汽車底盤等部位，無水洗車不能滿足要求。5、無刷毛自動洗車機：采用高速水刀噴出的高壓力水霧從上往下清洗汽車，灰塵沖掉后，自動泡沫噴頭噴淋，然后用高壓清水進行清洗。它具有消洗速度快，效果好，不損傷車漆的優(yōu)點，但存在水耗大，設備投資和運行費用高昂的缺點。6、全自動電腦洗車機：電腦洗車機是利用電腦控制毛刷和高壓水

14、槍來清洗汽車的一種設備。主要由電路、氣路、水路和機械部分構成。它可通過編制多種洗車程序來完成不同要求地洗車效果。具有洗車效果好，效率高，節(jié)水等特點。洗車方法是只有這幾種，但是汽車清洗是近幾年才在我國逐漸發(fā)展起來的，所以相關的行業(yè)標準不是十分完備，對環(huán)保、設備、管理等方面也沒有明確的規(guī)定和要求，所以我國的洗車方式還是比較原始。但在歐美等發(fā)達國家，經(jīng)過多年的發(fā)展，洗車市場的洗車方式主要是以全自動電腦洗車為主。所以必須要用環(huán)保的、科學的洗車方式，要用新的理念、方法來管理洗車行業(yè)，提升行業(yè)的形象和競爭力，才能使中國的洗車行業(yè)健康的發(fā)展。現(xiàn)在全自動電腦洗車機也可以分為隧道式和龍門式，通過對毛刷、水泵、機

15、體行走機構和風干等部件的驅(qū)動控制，全自動完成對車輛的刷洗和風干。兩者的不同就是前者是汽車移動，設備固定；后者是汽車固定，部分設備移動。兩者的優(yōu)缺點也就顯而易見，前者占用場地較大，設備前期投資較大；后者效率低，設備占用場地小，前期投資小。而兩者的清洗順序是相同的：高壓噴淋、清洗液清洗、毛刷刷洗、液體打蠟、強力風干。高壓噴淋清洗液清洗毛刷刷洗液體打蠟強力風干圖1-1兩種電腦洗車機工藝過程示意圖1.3研究的主要內(nèi)容伴隨著汽車數(shù)量的日益增加，截至2012年，中國私人汽車擁有量8650萬輛。汽車清洗機作為洗車工作必不可少的設備，其清洗效果、清洗速度，清洗成本以及對節(jié)水和環(huán)境保護的要求，成為其開發(fā)和生產(chǎn)必

16、須要考慮的內(nèi)容。采用電力和液壓驅(qū)動兩種驅(qū)動方式，為后續(xù)精密控制頂刷、小側(cè)刷、大側(cè)刷和吹干系統(tǒng)的運行滿足仿形要求創(chuàng)造了條件。在控制部分，應用傳感器和可編程序控制器技術，對汽車清洗機PLC控制系統(tǒng)進行了硬件設計，實現(xiàn)了汽車清洗機的傳動和控制要求，滿足了環(huán)保、高效、可靠和低成本的要求。經(jīng)過對大量方面資料的分析整理，發(fā)現(xiàn)當前市場上銷售的各類電腦洗車機，從功能、價格、產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、節(jié)水環(huán)保、洗車效果等方面綜合分析，都存在不同程度的欠缺，鑒于此，非常有必要從技術和經(jīng)濟的角度出發(fā)，在借鑒現(xiàn)有技術的基礎上，設計開發(fā)一種適合中國國情的汽車固定式電腦洗車機，以滿足市場的需要，從而促進我國洗車行業(yè)的健康發(fā)展。本

17、課題研究的主要內(nèi)容有：1、噴淋式全自動汽車清洗機的總體方案設計2、噴淋式全自動汽車清洗機液壓系統(tǒng)設計3、噴淋式全自動汽車清洗機電氣系統(tǒng)設計4、噴淋式全自動汽車清洗機控制系統(tǒng)硬件設計5、噴淋式全自動汽車清洗機水循環(huán)處理系統(tǒng)設計第2章 噴淋式自動汽車清洗機總體方案設計2.1 噴淋式自動汽車清洗機的設計依據(jù)2.1.1 清洗機的功能要求現(xiàn)今，在我國洗車行業(yè)清洗的車型主要包括轎車、小型面包車等小型車輛。而中、大型客運車都是人工清洗。因此本課題設計所設計的清洗機清洗的車型主要是轎車等小型車輛。而設計的功能要求主要集中在清洗汽車的外表和輪轂。而汽車底盤經(jīng)常會受到極大的腐蝕，如不清洗就會影響底盤的壽命。所以清

18、洗機應該有清洗車輛底盤的功能。但是并非所有的客戶都會要求打蠟，所以本課題設計的清洗機應該滿足客戶的不同需求，這三種需求分為：標準清洗、標準清洗且打蠟、打蠟清洗。并且從降低運行費用和環(huán)保節(jié)水的角度出發(fā)，洗車機應配備水循環(huán)處理裝置，以達到節(jié)約用水的目的。另外，由于汽車清洗機的工作環(huán)境較潮濕，機件容易被腐蝕，因此本課題設計設計的清洗機應耐腐蝕。2.1.2 清洗機的主要配備方案根據(jù)清洗機的功能要求，就包括車身外表的清洗、底盤的清洗、毛刷刷洗、強力風干、客戶選擇性打蠟。結(jié)合當前轎車、小型面包車的外形尺寸，可確定全自動洗車機的洗車高度為2.3m，洗車機的寬度為3.5m。根據(jù)清洗的部位和效果不同，應配備頂刷

19、一支，大側(cè)刷兩支，小側(cè)刷兩支。頂刷用于仿形清洗車頂。大側(cè)刷主要用于汽車前后以及汽車側(cè)面等部位的清洗。小側(cè)刷用于清洗汽車側(cè)面靠下部位。仿形吹干系統(tǒng)用于清洗、打蠟和吹干。有些設計方案中，另配備有輪刷，但用小側(cè)刷一樣也可以達到輪轂清洗的要求，且有輪刷會增加洗車機的復雜程度和控制要求，降低了整機的可靠性，增加了設備成本，降低了洗車機的市場競爭力。2.2 主要機構運行過程分析及初步設計本課題設計的是龍門往復式，由于各部分相對于汽車的相對運動軌跡不同，必須對洗車機各機構進行運行過程分析，為使各機構在時間和空間上能夠協(xié)調(diào)工作，保證清洗過程的順利進行。所以有必要建立一個坐標系，以汽車前進方向為X軸，以與輪軸平

20、行方向為Y軸，以垂直地面方向為Z軸。2.2.1 頂刷的分析與設計頂刷的作用是對汽車頂部進行仿形刷洗，它的運動可分解為在Z軸上仿車頂形狀的上下運動和自身繞中心軸的回轉(zhuǎn)運動。頂刷刷洗結(jié)構由定位機構和刷子轉(zhuǎn)動機構組成。刷子轉(zhuǎn)動由一臺交流異步電動機作為驅(qū)動源，不需要進行正反轉(zhuǎn)控制。頂刷定位機構以一支汽缸作為驅(qū)動源，其運行通過控制電磁閥來實現(xiàn)，同時由于機架運行狀態(tài)要受頂刷位置的影響，為保證運行的安全.頂刷原位設計安裝一支定位接近開關，以判定頂刷是否回位。圖2-1頂刷運動軌跡示意圖2.2.2 大側(cè)刷的分析與設計大側(cè)刷的作用是完成汽車前后端以及汽車側(cè)面等部位的清洗打蠟。它的運動可分解為沿車身的運動和自身繞中

21、心軸轉(zhuǎn)動。其回轉(zhuǎn)中心運動軌跡與車身形狀相似，即在XY面。X軸方向運動靠機架運動來實現(xiàn)，初始位置應保持在整機兩側(cè)。大側(cè)刷刷洗機構由大側(cè)刷定位機構和刷子轉(zhuǎn)動機構組成。刷子轉(zhuǎn)動由兩臺交流異步電動機作為驅(qū)動源，且需要對刷子轉(zhuǎn)動通過對兩個交流接觸器的控制來實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，大側(cè)刷定位機構以兩支汽缸作為驅(qū)動源，汽缸的狀態(tài)通過控制電磁閥來實現(xiàn)，同時大側(cè)刷要進行原位，中間位置和與車頭、車尾相碰位置的識別，這些位置識別則通過四個接近開關和兩個行程開關來實現(xiàn)。圖2-2大側(cè)刷運動軌跡示意圖2.2.3 小側(cè)刷的分析與設計小側(cè)刷的作用是清洗汽車側(cè)面靠下部位和汽車的輪轂。它的運動可分解為Y軸方向上的運動分量和自身繞中心軸旋

22、轉(zhuǎn)。X軸方向上的運動靠機架的運動實現(xiàn)，Y軸方向上的采用汽缸推動小側(cè)刷整個裝置回轉(zhuǎn)支架軸擺來實現(xiàn)。初始位置應保持在整機的兩側(cè)。小側(cè)刷刷洗機構由定位機構和刷子轉(zhuǎn)動機構組成。刷子轉(zhuǎn)動由兩臺交流異步電動機作為驅(qū)動源，不需要對刷子進行止反轉(zhuǎn)控制。小側(cè)刷定位機構以兩支雙作用的汽缸作為驅(qū)動源，其運行通過控制電磁閥來實現(xiàn)對小側(cè)刷的定位。2.2.4 吹干系統(tǒng)分析與設計吹干系統(tǒng)的作用是清洗后將車身上的水采用強力吹干，而吹干的效果與出風口距車身距離有很大的關系，因此，吹干系統(tǒng)出口的仿形要求較頂刷更嚴格。其運動軌跡與頂刷相似。為實現(xiàn)仿形要求和安全吹干，應設計光電防護和接觸防護功能。同時，為實現(xiàn)保護車輛的功能，風箱的初

23、始位置應保持在車輛的頂端。吹干系統(tǒng)包括風管運行機構和吹風系統(tǒng)，吹風系統(tǒng)由兩臺風機和相應管路組成。它的通斷可通過控制兩支交流接觸器來實現(xiàn)。風管運行機構以一支汽缸作為驅(qū)動源，其運行通過控制電磁閥來實現(xiàn)，但由于吹干效果受風管仿形效果影響很大，加上風管堅硬，一旦與車體接觸易造成汽車外觀的損傷，因此設計風管吹風定位光電開關和風管定位安全接近開關來保證風管位置的精確識別。2.3 噴淋式全自動汽車清洗機總體方案設計2.3.1 汽車清洗機的組成與技術參數(shù)為滿足設計的要求，本系統(tǒng)組成有機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及循環(huán)水處理系統(tǒng)等。適用車型轎車設備尺寸（mm）6000(長)*3500（寬）*2300(高)軌道長

24、度（mm）7000汽車尺寸（mm）5000（長）*2100（寬含后視鏡）*1800（高）清洗方式水洗、打蠟、風干汽車能力（輛/小時）12設備配置頂刷1支、大側(cè)刷2支、小側(cè)刷2支、底盤清洗架1組2.3.2 汽車清洗機的運動順序1、汽車?？康杰囄?； 2、洗車機啟動并開始移動；3、特制高壓噴頭噴水沖掉車體上(包括底盤)的泥沙等附著物； 4、各個刷子開始清洗車輛的表面； 該步的具體過程如一下：洗車機五支車刷開始轉(zhuǎn)動，頂刷向下運動，大側(cè)刷沿導軌向中間移動到目標位置，當它在整機的帶動下接觸到車后端時，洗車機停止運動，同時頂刷和小側(cè)刷到位，開始清洗，此過程為清洗車的前端。 上面的過程結(jié)束后，大側(cè)刷沿軌道向兩

25、側(cè)分開，同時，頂刷和小側(cè)刷也復位，其中，頂刷運動到初始位置，各自到達指定位置后，洗車機開始重新啟動，同時五個車刷到位，隨整機一起沿軌道運動，此過程為洗車身兩側(cè)和頂蓋。上面過程結(jié)束后，洗車機停止運動，同時，頂刷和小側(cè)刷也復位，大側(cè)刷沿導軌向中間運動直到目標位置，然后，頂刷和小側(cè)刷也到達目標位置，此過程為清洗車的后端。 5、各車刷復位，開啟風干裝置，洗車機沿軌道返回。2.3.3 汽車清洗機設備硬件的選擇根據(jù)對洗車機控制要求的研究, 在電氣控制部分主要解決兩個問題: 1) 對車頭、車尾、頂部和兩側(cè)的檢測; 2) 通過控制器對刷子進行控制。1) 第一個問題也就是解決車輛定位的問題, 決定控制各機構什么

26、時候動, 什么時候停, 我們采取的車輛定位方式是: 水平定位采用在洗車架中部上安裝兩對光電傳感器 ( A - A 和 B - B ) 來實現(xiàn)。光電傳感器的狀態(tài)有“通”和“斷”兩種狀態(tài),“通”表示無車輛通過,“斷”表示有車通過。通過光電傳感器A- A來對車頭進行檢測, B - B對車尾進行檢測, 在清洗車頭的過程中, 通過定時的方式來讓過倒車鏡。大側(cè)刷、小側(cè)刷、頂刷與車輛的清洗距離定位采用電流傳感器, 根據(jù)電流傳感器的電流信號自動控制橫刷與車的距離。電流傳感器檢測刷子旋轉(zhuǎn)時的工作電流, 通過現(xiàn)場調(diào)節(jié), 確定刷子與車身的最佳距離。在工作時, 當刷子靠近車身時, 工作電流逐漸增大, 當電流增大到設定

27、值時認為刷子與車身的距離剛好合適, 這時控制系統(tǒng)就讓刷子停下來, 如果電流繼續(xù)增加, 就讓刷子遠離車身。同時, 如果在 PLC上選擇模擬量輸入模塊, 還可以對數(shù)據(jù)的采集對象 (刷子的旋轉(zhuǎn)電機) 進行建模, 對輸入量進行數(shù)字化處理, 從而消除由于電機等模擬器件的參數(shù)不穩(wěn)定造成的影響。2.4清洗機噴嘴設計2.4.1噴嘴的理論基礎泵的流量是固定的，泵排出的水一部分經(jīng)過溢流閥回到水箱，一部分經(jīng)過管線進入噴嘴形成高壓水射流，為了達到去除污垢的目的，必須使經(jīng)過噴嘴小孔的流體具備一定的速度，這就要求泵必須具備一定的輸入功率。當泵的壓力和流量等參數(shù)確定以后，與之相匹配的噴嘴孔徑就能確定下來： 式中： d為噴嘴

28、小孔出口截面直徑，mm ； q為泵的流量，L/min ； u為流體的流量系數(shù)； P為泵的額定壓力，M P a 以上討論的只是單孔噴嘴的孔徑計算，實際應用中以多孔噴嘴為主，在這種情況下，多孔噴嘴的孔徑計算應以單孔噴嘴的孔徑為當量直徑，如果 d為單孔噴嘴的孔徑，d 為多孔噴嘴的孔徑，則它們之間的關系為式中：n 為孔的個數(shù)。 2.4.2噴嘴的形式噴嘴按工作孔數(shù)分為單孔噴嘴和多孔噴嘴；按射流形狀分為實心錐形噴嘴、 空心錐形噴嘴、扇形噴嘴；按工作狀態(tài)分為固定噴嘴、二維旋轉(zhuǎn)噴嘴、三維旋轉(zhuǎn)噴嘴。多孔向前噴嘴用在管垢比較難打、需要多次清洗的情況下，通過人工控制硬管連續(xù)沖洗。單孔身前噴嘴只有一孔所有水射流的能量

29、集中，能夠增強打擊力，用于清洗管程短的管道。大流量噴嘴的適應工況是壓力低( 30MPa ) 、流量大。一孔向前多孔向后噴嘴中心孔用于疏通被堵塞的管道，向后噴孔產(chǎn)生反作用力，利用水射流的反沖力，使噴嘴不需要人工向前送，就可以和軟管沿著管道自進。2.4.3噴嘴形式對性能的影響噴嘴形式很多，出于性能和加工工藝的要求，在清洗工程中應用的大多是圓錐收斂型噴嘴。該噴嘴的基本特征是a=， =24第3章 自動清洗機液壓系統(tǒng)的設計3.1 液壓系統(tǒng)設計方案如圖 3-1 所示, 其工作過程及工作特點為: 啟動齒輪泵及空壓機電機, 打開電磁換向閥 4 開始對車輛進行水沖洗, 去除灰塵和泥漬, 完成后關閉電磁換向閥 4

30、, 然后電磁換向閥 1、 電磁換向閥 2 和電磁換向閥 3 打開, 開始對車輛進行洗滌劑泡沫清洗, 然后頂刷、大側(cè)刷、小側(cè)刷開始刷洗工作。接著關閉電磁換向閥 1、 電磁換向閥 2 和電磁換向閥 3, 打開電磁換向閥 4, 用水將洗滌劑泡沫沖洗掉, 最后關閉電磁換向閥 4, 打開電磁換向閥 1、 電磁換向閥2、 電磁換向閥 3 和電磁換向閥 5, 進行打蠟。泡沫清洗使洗滌液充分發(fā)揮作用, 清洗效果較好, 節(jié)約了水資源; 五個電磁換向閥有效的控制管路的通斷, 使機器工作性能良好, 易于實現(xiàn)自動控制和功能的單一控制; 在泡沫發(fā)生器系統(tǒng)中, 安裝有壓力調(diào)節(jié)閥和流量控制閥, 可根據(jù)實際情況調(diào)出適當?shù)臍庖?/p>

31、比例, 產(chǎn)生豐富泡沫, 使清洗效果最佳。空壓機電磁換向閥1壓力調(diào)節(jié)閥氣動泵電磁換向閥2流量控制閥電磁換向閥5液壓泵溢流閥電磁換向閥4泡沫發(fā)生器電磁換向閥3圖3-1 液壓系統(tǒng)設計方案3.2 小型清洗機元器件和構件選擇3.2.1 氣動隔膜泵、 液壓泵及其匹配電機的選擇因本設計中對液壓泵的工作要求是: 壓力: 2MPa; 流量:1015L/min,由P1372選擇CNY1A- 1.0/2.5型齒輪泵;氣動隔膜泵選擇上海開立泵業(yè)制造有限公司型號為 QBY- 10多用氣動隔膜泵,其最大供氣壓為47Kgf/cm2,揚程為050m,滿足工作要求。3.2.2 管路元件選擇與連接根據(jù)軟管的選擇及設計中應注意事項

32、P646, 內(nèi)徑d1129(Q/v)1/2mm, 選擇 v=0.8m/s, 氣動隔膜泵的液體流量為0.8L/min。 則泡沫發(fā)生部分PU管的內(nèi)徑 d11129(0.0008/60*0.8)1/2=4.6mm, 齒輪泵的液體流量為16.7L/min, 。噴水部分單層鋼絲膠管內(nèi)徑d21129(0.0167/60*0.8)1/2=21mm, 則根據(jù)通用管子的內(nèi)徑及齒輪泵和氣動隔膜泵的進出口直徑選擇:d1=10mm d2=25mm根據(jù)P1799P1902 選擇擴口式管接頭, 其型號為GB9065.1- 88(mm)。3.2.3 閥類的選擇換向閥可分為手動換向閥、電磁換向閥、機動換向閥、液動換向閥、電液

33、換向閥等, 本設計要求換向閥即可實現(xiàn)手控又可實現(xiàn)自動控制, 且要求成本低、結(jié)構簡單, 選擇“引進德國力士樂公司W(wǎng)E型電磁二位三通的換向閥”,型號為: 3WE5A6-60FAWZ4;在泡沫發(fā)生器前后等相關回路中都需要兩位兩通的換向閥, 以控制管路的通斷, 根據(jù)P883選取聯(lián)合設計電磁換向閥, 型號為: 22DH- H10B- Z。根據(jù)P638 選擇 Y2- ha10L型溢流閥; 根據(jù)P782P783調(diào)壓閥與單向閥連接, 相關管接頭螺紋直徑為10mm 故選擇QTY- 8 型調(diào)壓閥。根據(jù)P379P380, 流量控制閥與單向閥連, 其相關管接口直徑為10mm, 故選擇 FCG- 01- Y2 型流量控

34、制閥。3.2.4 空氣壓縮機根據(jù)氣動系統(tǒng)所需要的最高工作壓力 0.5MPa ( 缸筒內(nèi)最高壓力為 0.3MPa, 液壓泵輸出基液壓力為 0.2MPa) 和輸出流量( 0.130.15m3/min) 兩個參數(shù), 由P78選取選擇 HP0.15/7 型滑片式空壓機, 其指定的潤滑油是: 回轉(zhuǎn)壓縮機油 N100(GB5904- 86),壓縮機油 HS13 (SY1216- 77), 汽輪機油 HQB- 10(485- 84),高速柴油機油 HC- 11(GB5323- 85)。3.3 箱體設計及底盤清洗系統(tǒng)箱體采用不銹鋼材料, 尺寸為: 600031002300底盤清洗采用自動清洗。選用硬管線前裝有

35、 WJ/XP- 00B型旋轉(zhuǎn)噴頭, 旋轉(zhuǎn)噴頭與固定噴頭比較, 清洗效率可提高 1 倍。3.4 泡沫發(fā)生器的設計所設計的孔式泡沫發(fā)生器構造圖如圖:泡沫發(fā)生器缸筒兩端焊接法蘭, 其主體部分是耐熱不銹鋼Icr13 圓柱筒, 內(nèi)裝不銹鋼鐵屑等填充物, 氣體和液體在鋼筒中混合并受到鐵屑的切割作用, 而產(chǎn)生均勻、致密泡沫; 鋼筒兩端均用法蘭聯(lián)結(jié), 鋼筒上安裝壓力表以讀取其內(nèi)部工作壓力。泡沫洗車時, 鋼筒內(nèi)壓力為2.53MPa，考慮到一定余量，發(fā)生器的工作壓力取為3MPa，并按壓力容器的有關準則來設計發(fā)生器，其主要參數(shù)如下:3.4.1 泡沫發(fā)生器的鋼筒厚度參考液壓缸的有關設計規(guī)則, 泡沫發(fā)生器的缸筒壁厚按下

36、式計算:式中: 缸筒材料強度要求的最小值, m;缸筒外徑公差余量, m;腐蝕余量, m。當泡沫發(fā)生器缸筒的壁厚與內(nèi)徑D之比不大于0.08時,可將其看作薄壁缸來計算: 式中: 缸筒內(nèi)最高工作壓力MPa; D缸筒內(nèi)徑m; 缸筒材料的許用拉應力, MPa;缸筒材料的抗拉強度極限, MPa; n安全系數(shù), 一般取 n=5。計算時, 取=540MPa, =345MPa, 泡沫發(fā)生器內(nèi)最大工作壓力為 3MPa。將、代入上式, 得由此式可知: 當缸筒材料選定后, 與 D存在一定的對應關系。若取缸筒內(nèi)徑 D=80mm, 則1.11mm.令=1.5mm, =1mm,=2mm,則缸壁厚=4.5mm。對計算出的缸筒

37、壁厚=4.55mm應做三方面驗算:( 1) 最大按理應低于一定極限值, 以保證工作安全,即要滿足: （1）式中: 缸筒外徑；缸筒材料的屈服極限；因為所以, 式 ( 1) 成立。( 2) 大工作壓力應與完全塑性變形壓力有一定比例范圍, 以避免塑性變形的發(fā)生, 即要滿足: (2);指缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力, MPa. 則所以, 式 ( 2) 成立。( 3) 最大工作壓力 應遠小于缸筒爆裂壓力 Pr ,即要滿足: (3)因為所以式 ( 3) 成立。以上驗算證明: 泡沫發(fā)生器的材料為 Icr13 鋼, 缸筒內(nèi)徑為80mm時, 壁厚為 4.5mm能夠滿足應力設計要求。3.4.2 泡沫發(fā)生器的高度考慮

38、到產(chǎn)品設計尺寸和使泡沫發(fā)生器發(fā)生較多泡沫, 選擇泡沫發(fā)生器的高度為 250mm。3.4.3 其它參數(shù)至此, 泡沫發(fā)生器缸筒內(nèi)最大工作壓力 P ( 3MPa) 、 缸筒直徑 D(80mm)、 考慮到開孔強度補償, 故選擇公稱壓力 PN=6.3MPa,公稱通徑 DN=80mm 的環(huán)連接面對焊鋼制管法蘭: 選擇法蘭80- 6.3 GB115.34- 88。第4章 自動汽車清洗機電氣控制系統(tǒng)的設計4.1 電氣系統(tǒng)工況要求及電機選擇在總體設計方案中，明確了機架的行走，頂刷、大側(cè)刷、小側(cè)刷的轉(zhuǎn)動及它們的運動軌跡。汽車清洗機的供水、吹干系統(tǒng)的風機等采用電力驅(qū)動的方式。4.1.1 工況要求機架行走系統(tǒng)的目的是

39、為了在噴淋、刷洗時，滿足噴頭、頂刷、大側(cè)刷在Y軸上的運動。一共有三種運動方式：前進、后退和停止。因為這些部件在Y軸上的運動沒有變速等精密的要求，所以機架的運動保持勻速即可。因而對機架行走系統(tǒng)的功能要求不高并且也不需要進行監(jiān)測控制。而在頂刷、大側(cè)刷、小側(cè)刷繞著自身做回轉(zhuǎn)運動的方面也相對容易實現(xiàn)，因為這些都是以恒定的速度轉(zhuǎn)動。除了大側(cè)刷在運行過程中需要進行正反轉(zhuǎn)運動，別的都是單一方向的運轉(zhuǎn)。4.1.2 電動機的選擇電動機一般包括種類、功率、電壓、形式和轉(zhuǎn)速這幾個要素。所以在選擇電動機時也有必要考慮這些要素。從種類選擇上來講，電子驅(qū)動系統(tǒng)主要有直流驅(qū)動控制系統(tǒng)和交流驅(qū)動控制系統(tǒng)。直流驅(qū)動控制系統(tǒng)以直

40、流電動機為動力，交流驅(qū)動控制系統(tǒng)以交流電動機為動力。由于直流電動機具有良好的調(diào)速性能，一般用于控制精度和要求比較高的設備。常用的交流電動機有異步電動機和同步電動機兩類。異步交流電動機與直流電動機相比較，具有結(jié)構簡單、價格便宜、運行可靠、堅同耐用、維修方便等特點。所以選擇異步交流電動機。本系統(tǒng)共需要11臺電動機。其中包括機架行走電動機兩臺，大側(cè)刷旋轉(zhuǎn)電動機兩臺，小側(cè)刷旋轉(zhuǎn)電動機兩臺，頂刷電動機一臺，吹干系統(tǒng)風機電動機兩臺，主水泵電動機一臺，潛水泵電動機一臺。其中，風機、水泵、潛水泵電機與風機和水泵配套使用，根據(jù)風機鼓風量、水泵的流量和揚程的需要，在選擇風機、水泵、潛水泵時，其配套的電機已經(jīng)確定，

41、均為丫系列三相異步電動機。每臺風機所配電動機功率為4W。主水泵電機功率為3KW。潛水泵電機功率為3KW。而根據(jù)工況的要求，本系統(tǒng)其余電機也均選用交流異步電動機。汽車清洗機中的電動機的功率的選用，一是取決于各機構完成加工工藝中消耗的有效功率;二是取決于傳動系統(tǒng)中消耗在摩擦上的功率:三是取決于克服各種機構慣性而消耗的功率。一般情況下無法精確計算，但通過參考其他汽車消洗機的情況，采用類比方法，本系統(tǒng)確定選用額定電壓為380V。大側(cè)刷電機為0.55KW，小側(cè)刷電機為0.37KW，頂刷電機為0.55KW。機架行走電機為0.37KW的交流異步電動機。額定功率相同的電動機，轉(zhuǎn)速高、體積小、造價低，但如果輸出

42、轉(zhuǎn)速要求較低，則減速機構將越復雜，成本也會上升。綜合考慮洗車機的實際情況，選定電動機的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。4.2 汽車清洗機電氣控制系統(tǒng)電路設計4.2.1 電動機正反轉(zhuǎn)控制電路汽車消洗機需要控制11臺電動機的運行，其中行走電機和大側(cè)刷電機需要進行正反轉(zhuǎn)控制，其他電機只需要控制啟動、停止即可。KM1控制電機的止轉(zhuǎn)，KM2控制電動機的反轉(zhuǎn)，按 卜啟動按鈕SB2，接觸器KM1吸合，電動機止轉(zhuǎn)。需要電動機反轉(zhuǎn)時，必須先按下停止按鈕SB1，使KM1失電斷開，電動機停轉(zhuǎn)，然后按下啟動按鈕SB3,接觸器KM2 吸合，電動機反轉(zhuǎn)。為保證電動機正反轉(zhuǎn)電路不能同時吸合，以免造成短路，應將止反轉(zhuǎn)接觸器KM

43、I的一個動斷觸點接在反轉(zhuǎn)接觸器KM2的線圈電路中，而反轉(zhuǎn)接觸器的一個動斷觸點接在止轉(zhuǎn)接觸器的線圈電路中，以實現(xiàn)互鎖控制狀態(tài)。同時，電路中熔斷器FU1和FU2起短路保護作用。繼電器FR起過載保護作用。圖4-1 大側(cè)刷正反轉(zhuǎn)控制電路4.2.2 主電路的設計汽車清洗機供電電源為三相380V交流電。主電路電源開關根據(jù)汽車清洗機在最大功耗狀態(tài)下(兩風機運行，行走電動機運行)的峰值電流，選擇自動空氣開關K1，完成過載、短路保護功能。電動機D1、D2為大側(cè)刷電機，由接觸器KM1和KM2控制其正反轉(zhuǎn)。D3A、D3B為小側(cè)刷電機。由接觸器KM3控制。D4為頂刷電動機，由接觸器KM5控制啟動和停止。D5、D6為行

44、走電機，由KM5、KM6控制其正反轉(zhuǎn)。D7為主水泵電機，由接觸器KM7控制啟動和停止。D8為風機1電動機，由接觸器KM8控制啟動和停止。D9為風機2電動機，由接觸器KM9控制。同時為進行過載保護，每個接觸器線路中加裝一個熱保護器TRl-TR9。4.2.3 控制電路的設計根據(jù)總體方案設計，控制電路采用PLC控制系統(tǒng)，因此較繼電器控制，本控制電路省略了很多按鈕，簡化了線路。在控制電路中除要求通過編程來實現(xiàn)各電機的自動運行控制外，還應該對機架的前進、后退進行手動控制。手動控制的實現(xiàn)可通過PLC的編程使對應電機的控制線路接通，實現(xiàn)電機的控制要求。在汽車清洗機的整個運行過程中，要求控制使機架的運行與大側(cè)

45、刷、小側(cè)刷、頂刷、吹干風管的運動協(xié)調(diào)一致，以保證消洗過程的順利進行;同時，由于廂式車消洗時與普通轎車有所不同，除了在消洗機正式開始進行消洗前由操作人員選擇以外，為避免失誤操作，還應該設置相應的光電測距傳感器以檢測車型的差異。這就需要在控制電路中設計相應的線路，使各類傳感器的檢測結(jié)果能輸入到PLC中，由PLC控制相應的執(zhí)行機構。4.2.4 輔助電路的設計為了使操作人員充分了解洗車機的運行狀態(tài)，特設定了各洗車程序的顯示燈和啟動后的運行指示燈。這些指示燈都分別與各自的按鈕結(jié)合在一起，一旦接通指示燈均接通。具有斷電警告顯示。當控制線路斷路時，串接于控制線路上的接觸器線圈斷電，動斷觸點斷開，PLC供電電

46、源斷開，同時，動合觸電接通，蜂鳴器報警，控制面板上的電源正常指示燈熄滅。具有油路液壓欠壓保護功能。由于大側(cè)刷、小側(cè)刷、頂刷和吹干風管的驅(qū)動均為液壓驅(qū)動，當沒有達到工作壓力時，如果洗車機繼續(xù)運行，則活塞桿的移動速度和毛刷對車身的壓力會發(fā)生變化，輕者會影響洗車效果，重者會打亂洗車機的工步節(jié)拍和各個機構的協(xié)調(diào)配合，甚至會造成洗車機和被洗車輛的損壞。所以在氣源端安裝一個氣電轉(zhuǎn)換器，控制PLC和控制線路上的供電。洗車機總電源接通后，如油路系統(tǒng)液壓不足，控制線路斷電，洗車機不能啟動1作;如在運行過程。則主電路和控制線路斷電，洗車機停止運行，各機構回位。第5章 自動汽車清洗機PLC控制系統(tǒng)設計第5章自動清洗

47、機PLC控制系統(tǒng)設計5.1 PLC控制系統(tǒng)設計的原理、功能特點和步驟可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）它采用一種可編程的存儲器，用于內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機械式生產(chǎn)過程。5.1.1 PLC控制系統(tǒng)的設計原理當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 一、輸入采樣階段 在輸入采樣階

48、段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。二、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏

49、輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸

50、入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。三、輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。5.1.2 PLC控制系統(tǒng)的功能特點一、系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。二、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序