一种多功能节水型汽车清洗机的设计

陈庆平,卢孔宝,张亮亮,赵洪飞

(浙江水利水电学院 机械与汽车工程学院,浙江 杭州 310018)

0 引 言

随着国民经济的快速发展，汽车越来越多的进入了普通家庭，因此洗车市场空前庞大.

目前的洗车方法主要有人力洗车、电脑自动洗车、小型设备洗车等.人力洗车主要靠人工用一块海绵和一把喷水枪来完成，这种方法效率低且对车子表面有一定的伤害，同时耗水量也很大；电脑自动洗车需要专门的洗车设备、地点固定不方便、收费较高、用水量大，如果控制不好的话也容易损伤车漆.小型设备洗车一般采用手动加压方式，因其水压较小，不能用水冲洗掉汽车表面的泥沙，而是借助海绵或毛巾，在刷洗过程，无异于用砂纸摩擦汽车表面，会损伤汽车表面的烤漆.除此之外，现在市场上的洗车机功能单一而且又占用空间.不能将洗车需要的几个功能同时集中在一个机体上.所以设计一种高效、便携、环保的洗车设备，具有重大的现实意义且市场前景广阔.多功能节水型汽车清洗机是在理论设计的基础上，通过模拟实验验证并完善.

1 总体设计思路

多功能节水型汽车清洗机通过车载电源驱动电动机，电动机再带动小型增压水泵提供洗车水压.在吸尘方面，也是利用车载电源使电动机运转，通过扇叶的转动产生一个逆向的压力差，使得车内的碎屑、微尘能够被吸到一个专门装垃圾的地方.在打气方面，同样利用车载电源使电动机的旋转带动小型气泵工作，通过专用的耐压管以及打气头给轮胎打气.在耐压管上还配有专门的压力表以及时了解胎压大小，以便能更加安全便捷的打气.由于本产品的开发主要是最针对小轿车，所以它的功能除了具备清洗、吸尘、打气的功能以外，考虑到现在的家庭都很喜欢自驾游，所以这款汽车清洗机还具备了休闲功能，它的整个框架展开后就变成一张休闲的小桌子，可以用于郊游之时摆放饮食以及进行一些棋牌类的休闲活动.同时在机体上还有一个收纳箱，可以放置实现多功能的配件，在洗车时可以作为储水箱使用.

2 设计关键点介绍

2.1 电源和功率的选用

从使用方便性和节能考虑，选择车载电源作为能源，此电源可以反复利用，并且在汽车行驶中可以对电瓶进行冲电，从而提高能源的利用率.为了实现清洗、吸尘、打气的功能，多功能汽车清洗机上应安装水泵、吸尘器和打气泵，由于以上装置在市场上设计和使用都比较成熟，所以根据使用要求选择相应的电压和功率后直接安装，经过对整个洗车过程的分析和研究，最终选择水泵、吸尘器、打气泵的功率分别(见表1).

表1 多功能汽车清洗机核心部件电压和功率

根据功率公式P=U·I，由于选择了12 V，6.3 A的电源，所以能够满足单个用电器使用的能源需求.

2.2 水枪设计

为了实现洗车的功能，故设计了水枪机构，用以调整水量大小以及喷水形状(见图1).

图1 水枪机构

此水枪可以通过四档可转换蓬头控制出水量，可在有效清洗汽车表面污物的情况下，使用者可以按照汽车表面脏污程度，来决定选择喷嘴的喷水速度及流量，达到有效节水的目的.当车身较为干净时可选择雾化状出水接头洗洁车身，此时节水可达日常洗车的75%.

此水枪枪头还有自带的水回收装置，其整体结构为扇形，能增大洗车的接触面积.内部结构分为内外两部分，中间为中空，用来流通洗车用水.利用气泵的功能，内部管道可以通过气泵增压，加大水压，外部利用气泵增压的逆差，使外部管道回收喷出去的水，使之达到回收节水的目标.

2.3 多功能汽车清洗机整体结构设计

多功能汽车清洗机整个机体设计时考虑力学结构，通过四连杆铰链机构展开组成一张休闲桌，在机体下方还装有四个可以自锁的轮子，在自锁机构的作用下可以将桌面固定；需要移动时，可以将轮子解锁，方便整个机体的移动.其他的洗车、吸尘、打气功能通过相应的功能按钮使得电机运转来实现目标功能.其整体结构图(见图2)，在整体结构设计中，四连杆机构和自锁机构是设计的关键点，分别在下面做说明.

2.3.1 四连杆机构设计

为了实现休闲功能，在设计展开桌面的时候，考虑到平面连杆机构广泛的应用于各种机械和仪表中.所以最终决定就用平面四连杆机构来实现目标功能.图3是平面四连杆机构的简化图，其理论计算(见图4、图5).

(1)选取比例尺u，按已知的条件画出两连杆机构的三组对应位置，并连接DB1和DB2(见图6).

(2)用反转法将DB2和DB3分别绕D点反转，得到B’2和B’3.

(3)作B1B2’和B2B’3的垂直平分线b12b23交于C1点，连接AB1C1D即为该铰链四杆机构.

(4)杆BC和杆CD的长度Lbc、Lcd为

Lbc=u×B1C1，Lcd=u×C1D

代入数据得Lbc=10cm，Lcd=12 cm

2.3.2 自锁机构设计

考虑到当桌面展开至水平位置时，防止其滑动，故而设计了一套自锁机构，结构简图(见图6).其具体实施方式为当给按钮①施加外力后，从动轴④压下弹簧⑥，使从动轴④与伸出轴⑧接触，并且在施加外力情况下使得伸出轴⑧向右侧伸出一个固定长度.随弹簧力的作用从动轴④与连接轴②均复位，因伸出轴⑧的最左端有个棘轮锁死机构，即使此时在外力消失后，伸出轴⑧也不会复位，以确保机构的稳定可靠.当需要将伸出轴⑧复位时，可以再次按动按钮①，使其棘轮上升至原始位置，随外力消失后，在弹簧力作用下伸出轴⑧复位.可实现机构的收讫.使得整体机构符合设计需要，实现将四连杆机构自锁的目的.

图2 多功能节水型汽车清洗机整体结构图①出水口插座 ②打气口插座 ③除尘口插座 ④电源线插座 ⑤洗车按钮 ⑥吸尘按钮 ⑥打气按钮 ⑧机箱把手⑨四连杆机构 ⑩侧翼 万向轮 增压电机 电机支座 控制面板 水箱 水箱把手吸尘机构 吸尘电机 增压水泵 自锁机构

图3 平面四连杆机构简化图

图4 四连杆机构计算

图5 四连杆机构计算

图6 自锁机构①按钮；②连接轴；③套管；④从动轴；⑤基座；⑥、⑦弹簧；⑧伸出轴；⑨传动轴

2.3.3 水位报警装置

考虑到在洗车的时候，箱体自带的储水箱有可能会出现溢水和水位低于工作水位的情况，考虑设计安装一个水位报警装置，实现水位的有效监控，保证安全高效的洗车.

2.3.4 机体重要零件图

为了携带和使用方便，家庭用多功能洗车机采用高强度塑料制成，重量控制在4 kg以内，外形尺寸为80 mm×60 mm×135 mm.各主要机体零件(见图7，图8).

图7 电机支座

3 多功能节水型汽车清洗机优势

(1)洗车机配备的节水型洗车龙头使得洗车时用水量为普通洗车的40%左右.冲洗一辆小轿车，用软管要耗水200～300 L，用高压水枪要耗水60～80 L，用多功能节水型汽车清洗机洗车则只要耗水12～25 L.

(2)该洗车机能结合洗车、车内除尘、胎压检测等功能为一体，即可以节约存放空间，又能综合降低成本，便捷的服务与车主.

(3)该洗车机可开发为家庭用、社区公共用设备两款.家庭用洗车机轻巧可随车携带，除上述功能外还通过关节的转换可转换成餐桌用于户外活动时用.社区公共洗车机可根据洗车情况投币使用，每枚硬币可供水5 min，达到节水目的.

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