龙门式自动洗车机设计
2018-04-25陈韦松谢永智
陈韦松，谢永智
0 引言
中国的汽车清洗行业于上世纪90年代开始出现，诞生了一批比较正规的人工洗车店铺。目前中国的洗车行发展迅速，在北上广等一线的城市涌现出了许多的人工洗车连锁店，但国内人工洗车店主要还是采取水桶加抹布、加压水枪、无水洗车（棉布擦拭）[1]，半自动的就是蒸汽洗车和无刷毛高压喷水洗车。洗车的方法大多存在许多不利于洗车的问题[2]，例如：洗车用到的水资源不能得到有效循环利用。因此，根据作者主持的学院大学生创新创业项目成果，本文拟设计一款新颖实用的龙门式自动洗车机。
1 龙门式自动机洗车机总体方案设计
龙门式自动洗车机的机械结构主要包括支架、裙刷、立刷、横刷、减速器、气压系统。通过采用用PLC控制气压系统去驱动裙刷、立刷、横刷上下、左右的移动，通过PLC控制电机、减速器，驱动裙刷、立刷、横刷的旋转，来对汽车进行清洗工作。其总体结构示意如图1所示。
2 龙门式自动洗车机裙刷设计
2.1 裙刷结构方案
裙刷有两个状态，一个是收拢，一个是外伸，收拢时静止，外伸时工作。当洗车机裙刷处于收拢状态时，最大的要求是裙刷保持稳定，所以裙刷的收拢动作可以选择气缸来执行，这样可以防止裙刷不稳定摆动。当裙刷处于伸出去的状态，夹住车身内侧进行洗刷清洁时，由于小汽车的车宽各异，外部形状多变，那么就要求裙刷外伸的位置应该灵活变化，夹持力也需柔性的，以保证刷子不会损伤车身表面油漆。根据经验[3]，柔性的夹持力可以由弹簧提供。车身宽度的变化可以改变弹簧的工作长度，从而改变了刷子的夹持力度。根据上述分析，裙刷主要是由以下部分来组成：固定架、摇臂组件、传动装置、毛刷和气路单元，而两个裙刷必须是对称布置。固定架安装在龙门式自动洗车机侧面机架上，上面安装有气路单元的气缸座、提供夹持力的弹簧座。摇臂组件通过轴承座倾斜地安装在摇臂上，然后带动裙刷旋转。裙刷安装在摇臂前端，这样可以伸出的距离更远。毛刷的结构如图2。
图2 裙刷结构
2.2 裙刷涡轮蜗杆减速器设计
模数m=5 mm，蜗杆直径d1=50 mm，蜗杆头数z1=4，蜗轮齿数z2=30。蜗杆材料用45钢，齿面淬火；蜗轮材料用ZCuSn10P1[4]，金属模铸造。因为 z1=4时：b1≥(12.5+0.09z2)m=76 mm，确定b1=80 mm。
图3 卧式蜗轮蜗杆减速箱
卧式蜗轮蜗杆减速箱的三维模型图如图3。
2.3 裙刷气压回路设计
根据裙刷工作情况，气泵出来的空气必须要经过过滤，才能获得稳定的气压，所以从气泵出来的压缩空气经过三联体的过滤，减压和润滑后进入一个小型气罐，三联体如图4。
图4 三联体简图
洗车机各部分所需压缩空气均从三联体引出。左、右裙刷各引一路压缩空气到各自电磁阀，电磁阀采用两位三通常通阀，电磁阀工作口接气缸前端气口，为使裙刷收缩时不会外摆且过程平缓，气缸后端气口接一个单向节流阀。洗车机开机时，压缩空气直接进入气缸前端，缸杆收缩，由于气缸后端排气时受到单向节流阀的控制，缸杆拉动裙刷平缓地收缩到两边；开始洗车时，电磁阀得电换向，压缩空气断开，裙刷在弹簧的拉力下伸出，带动气缸杆伸出，此时后端的单向节流阀不会阻碍气缸进气，裙刷可以迅速伸出，夹住车身。洗完车后，电磁阀断电换向气缸杆再拉动裙刷收缩到两边，直到下次开始洗车。气路原理图如图5。
图5 裙刷气压回路系统
2.4 裙刷三维模型
如图6，按照前面的设计目的，有4个部分：毛刷、减速器、摇臂组件、气缸元件。减速器的作用主要是平稳高效的将电机转向转为裙刷的工作转向，摇臂组件和气缸元件搭配使用，可以使摇臂带动裙刷的伸出和收缩，起到方便清洗的作用。
图6 裙刷三维模型
3 总结
裙刷、立刷、横刷是龙门式自动洗车机的重要组成部分，裙刷会征对性地洗刷车轮和车身下侧面这些污垢较重的部分，对整车清洗效果有明显影响。通过设计，配置的裙刷的洗车机采用前进行程洗刷、回退过程吹干的程序，即可达到满意的清洗效果，而没有配置裙刷的洗车机需要二次清洗或人工使用水枪辅助清洗。立刷主要是针对车门车窗部分进行清洗，导轨可以有效方便地随时地改变两个立刷之间的距离，对汽车车门的弧线可以有效贴合。而横刷是清洗车顶的有效部件，泡沫棉不仅可以贴合车顶，允许的变形程度也大，并且不会把雨刷卷入毛刷中。
参考文献：
［1］杨守立，杨祖荣译.汽车零件清洗工艺：第5版［M］.北京：人民交通出版社，2012.
［2］王开春.工业清洗技术［J］.工业清洗科技，2015（3）：125-128.
［3］张伶艳，陆一平，李建平.小型汽车清洗设备的研制［J］.机械设计与制造，2014（6）：77-82.
［4］Wolf R K.Recent developments at the numerical simula⁃tion of landing gear dynamics ［J］ .CEAS Aeronaut，2011（1）：55-68.
