第2章 自動清洗機的基本介紹
2.1 總體的介紹
本次設計的是全自動電腦洗車機，考慮到隧道式全自動洗車機在清洗汽車時需要汽車來回運動，而且水和清洗劑也需要不停噴灑，這就會浪費很多水資源和清洗劑。并且當噴灑了清洗劑和水以后，司機需要謹慎駕駛汽車，這就顯得不舒適不夠人性化。或者在架子的下面裝一處導軌帶動車子前進，這樣就可以在清洗中不需要人操作，車就可以沿著正確的行車路線行駛，但是這樣一來，就會增加設備用量和加大投資成本，而且會增加清洗機的長度和寬度，從而增加了占用空間。而龍門式全自動洗車機是將車開入洗車房內，由龍門架沿導軌作往復運動來清洗汽車，這樣不僅不需要人為的操控汽車，由于汽車是不動的，動的是清洗機的橫刷和豎刷，水和清洗劑就可以很準確的噴向所需的地方，所以很大程度上減少了水資源和清洗劑浪費。
圖2-1 汽車自動清洗機總體圖
2.2 主要參數(shù)
主要技術參數(shù)：
機型 龍門往復式
機器尺寸 長×寬×高（m） 2.0×3.5×3.0
洗車尺寸 寬×高（m） 2.0×2.0
輸送機長度 10.0m
使用面積 10×4.0m
電源供給 380V三相四線
使用電力 19Kw
水 源 1.5吋2支
耗水量 100L/輛
洗車能力 15-20輛/時
洗滌滾刷 5組
2.3 場地要求
場地要求：
寬度不小于4米，高度不小于3米，長度不小于10米，車輛可以退出或直行離開清洗區(qū)域。
2.4 洗車毛刷的選擇
洗車毛刷是自動洗車機中最為重要的組成部分，也是唯一與車漆面進行直接接觸的部件。毛刷質量的好壞直接影響到洗車質量。該問題短期內用戶不會察覺，劣質毛刷在連續(xù)使用一個月后，會使車輛的光澤度大大降低。中國洗車機市場上的洗車毛刷按時間的先后順序可大致分為布刷、棉刷、纖維刷、泡沫刷四種。
本次設計采用的是目前市場上最廣泛使用的毛刷是泡棉刷，也就是第四代洗車機毛刷，特點是輕盈，洗凈度高，脫水性好 不吸水不夾砂
第3章 相關部件的設計
3.1 橫刷結構設計
橫刷是一根鋼制空心軸，其長度為3米，其撓度要小于0.00031，即必須控制在1毫米之內。橫刷的轉速不能過高，轉速過高會使車窗或車身損壞，甚至會影響橫刷的正常工作，橫刷的壁厚應控制在4-6毫米，過厚會使橫刷過重。橫刷做成空心軸是為了增加其強度，而且可以節(jié)省材料。
橫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運動。
圖3-1橫刷運動軌跡示意圖
3.2 大側刷的分析與設計
大側刷的作用是完成汽車前后端以及汽車側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心軸轉動。其回轉中心運動軌跡與車身形狀相似，即在X—Y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。
大側刷刷洗機構由大側刷定位機構和刷子轉動機構組成。刷子轉動由兩臺交流異步電動機作為驅動源，且需要對刷子轉動通過對兩個交流接觸器的控制來實現(xiàn)正反轉控制，大側刷定位機構以兩支汽缸作為驅動源，汽缸的狀態(tài)通過控制電磁閥來實現(xiàn)，同時大側刷要進行原位，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3-2大側刷運動軌跡示意圖
3.3 小側刷的分析與設計
小側刷的作用是清洗汽車側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轉。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刷整個裝置回轉支架軸擺來實現(xiàn)。初始位置應保持在整機的兩側。
小側刷刷洗機構由定位機構和刷子轉動機構組成。刷子轉動由兩臺交流異步電動機作為驅動源，不需要對刷子進行止反轉控制。小側刷定位機構以兩支雙作用的汽缸作為驅動源，其運行通過控制電磁閥來實現(xiàn)對小側刷的定位。
圖3-3 1.軌道；2.機架；3、4.大側刷；5.頂刷；6.小側刷；
3.4 減速機
第一、減速機的設計和裝配圖的繪制：
本洗車機要求減速機能傳遞互相垂直軸的運動，而且因為蝸輪蝸桿傳動結構緊湊且輪廓尺寸小，可用于傳動比大的場合，且能減小整個清洗機的尺寸，滿足本系統(tǒng)的要求。因此，決定選擇蝸輪蝸桿減速機。標準的蝸輪蝸桿減速機的體積較大，為了減小占用空間，蝸輪與蝸輪軸用平鍵連接，并在無凸緣的一側用螺釘固定，防止蝸輪竄動，平鍵則固定了蝸輪與蝸輪軸的徑向位置。由于在橫刷裝置中，減速機蝸輪軸并不承受軸向力。因此，可采取兩對向心球軸承支撐，因此，蝸輪軸是兩向支撐。因蝸桿需承受軸向力，蝸桿自身重量和一部分嚙合力，因此蝸桿一端采用圓錐滾子軸承，因為這部分力并不算大，另一端與電機相連由電機承受，即蝸桿為三支撐。在減速機箱體外部上端有一個注油孔用來對軸承進行潤滑，內部由嵌入式軸承端蓋內的填充物來密封防止漏油。解決上述問題后通過校核計算會之減速機裝配圖。然后，就一些非標準件繪制減速機上的一些結構的零件圖，力求將減速機各部分結構表達明確清楚。其中最重要的當屬蝸輪蝸桿圖。因為要達到一定的傳動精度才能使減速機準確的傳動，尤其是蝸輪蝸桿的配合公差要達到較高的精度要求，當選擇精度等級為7級時，對蝸桿的圓跳動和徑向跳動要求較小，對蝸輪與蝸輪軸的同軸度即蝸輪鍵槽與平鍵間的配合要求也較高。當作完上述工作后，減速機的設計基本完成。
第二、橫刷裝配圖的繪制：
這部分需重點說明的是連桿和機架。
機架作為支撐橫軸運動電機的唯一部件，是由鋼板焊接而成。它不僅承受橫軸的重量還能向前擺動一個角度，使橫刷能夠隨車型刷洗車輛，避免產生不必要的損傷，并通過擺動角度來控制提升電機的起停。在電機的上端有一螺紋孔，通過一個螺栓與連桿相連，以實現(xiàn)橫刷的擺動。
連桿是用來使橫刷上升和下降的，并能夠與機架相連，從而使橫刷能夠平穩(wěn)的上升。在連桿上方兩側均探出一個耳朵，中間安放一個滑輪，把繩子套在里面，并通過連桿與滑輪系列的連接和配合，使橫刷能夠平穩(wěn)的上升、下降。在連桿的外側面安裝了幾個機輪與外機架之間形成摩擦力較小的滾動摩擦，使橫軸的機架能順利的上升和下降，不發(fā)生鎖住和出現(xiàn)不連續(xù)的運動。同時他還能起到定向作用，使機架在上升和下降過程中不產生擺動，是橫軸的壓力避免產生忽大忽小的變化，使程序控制器不能根據(jù)的壓力的大小判斷是否摩擦力足夠大，而橫軸繼續(xù)上升。
3.5 減速機的設計與說明
3.5.1.選電機
根據(jù)設計要求選電機
電動機型號
額定功率
載轉速
步轉速
轉轉矩/額定轉矩
大轉炬/額定轉矩
Y112M-4
.
4.0kw
1140r/min
1500r/min
2.2
22.2
3.5.2.減速機部分設計[3]
橫刷減速機采用一級蝸輪蝸桿傳動減速。
材料：蝸桿采用45#碳素結構鋼，蝸輪采用ZcuSn10P1材料，金屬型制造，預計使用1200h.
傳動比i=1440/100=14.4 故按標準取i=14。
計算項目
計算內容
計算結果
初選[d1/a]值
當摩擦系數(shù)選[[d1/a]值
選[d1/a]值
中心矩計算
蝸輪轉矩
使用系數(shù)
轉速系數(shù)
彈性系數(shù)
壽命系數(shù)
接觸系數(shù)
接觸疲勞極限
接觸疲勞最小安全系數(shù)
中心距
傳動基本尺寸
蝸桿頭數(shù)
蝸輪齒數(shù)
模數(shù)
蝸桿分度圓直徑
蝸輪分度圓直徑
蝸桿導程角
蝸輪寬度
蝸桿圓周速度
相對滑動
當量摩擦系數(shù)
齒面接觸疲勞強度驗算
許用接觸應力
最大接觸應力
輪齒彎曲疲勞強度驗算
齒根彎曲疲勞極限
安全疲勞最小安全系數(shù)
許用彎曲疲勞應力
輪齒最大彎曲應力
蝸桿軸撓度驗算
轉慣性距
允許蝸桿撓度
蝸桿軸撓度
溫度計算
傳動齒全效率
攪油效率
軸承效率
總效率
散熱面積估算
箱體工作溫度
潤滑油黏度和潤滑方法
潤滑油黏度
潤滑方式
蝸桿幾何尺寸
蝸桿尺寸L
蝸桿齒頂圓直徑
蝸桿齒根圓直徑
退刀槽直徑
蝸輪幾何尺寸
蝸輪齒寬b2
蝸輪長度
f
c
d’1
蝸輪齒高da1
df2
設VS=4m/s-7m/s。取最大值uv=0.03
當i=14的線上取A點，查的[d1/a]=0.37,r=18(z1=4), η1=0.92
T2=T1*I*η1=9.55*106*（P1/n1 ）*η1 =9.55*106*(4/1440)*12.5*0.92
Zn=(n2/8+1)-1/8=(100/8+1)-1/8
根據(jù)蝸輪副查表13.2
Zn=(25000/Lh)1/6=(25000/12000)1/6
由圖13.12 I線查出
查表13.2
自定
a=（Ka*T2*（（（ZE*ZP）/（Zn*Zn）*（SHmin/σHmin））2）1/3=120.7
查得 r=18°，Z1=4
Z2=iZ1=12.5*4
m=（1.4～1.7）a/Z2
=（1.4～1.7）120/50=3.36～4.08
d1=[d1/a]*a=46.25
d2=m*Z2=3.75*50=187.5
tan r=Z1m/d=4*3.75/50=0.3
b2=2m（0.5+ （d1/m+1）１／２ ）
=2*3.75(0.5+（50/3.75+1）1/2)=32.145
v1=πd1n1/(60*1000)
=π*50*1440/(60*1000)
vs=v1/Cosr=3.77/Cos16.9°
由表13.6查得
[σH]=Zn*Zh(σHmin/Shmin)
=0.72*1.13*265/1.2
σH=ZE*ZP*(KAT2/a3)1/2
=147*2.8*(1.1*305070/125)1/2
由表13.2查得
自取
[σF]= σFlim/SFmin=115/1.3(式13.24)
σF=(2KA*T2)/(m*b2*d2) (式13.24)
=2*1.1*305070/(3.75*33*200)
I=πd14/64=π*504/64
[σ]=0.004m=0.004*3075
σ=Fτ2ρ（tan2at+tan2(r+ρv)）1/3/(48EI)
=(2*231678)/210*2103*(tan220°+tan2
(16.7°+1.72°))1/3/48*346*3.07*106
(此處取ρ≈D2)
η1=tgr/tg(r+ρr) (式13.12)
=tg16.7°/ tg(16.7°tg16.7°+1.72°)
自定
自定
η=η1η2η3=0.901*0.99*0.99
A=9*10-5a1.88
=9*101-5a1.88 (式13.27)
t1=(1000p1(1-η))/awA+t0 (式13.26)
=1000*4*(1-0.883)/15*0.788+20
此處取aw=15w/(m2.c)中等通風環(huán)境
根據(jù)Vs=4m/s.由表13.7選取
由表13.7，可采用浸油潤滑。
取L=b2+11=33+11
da1=d1=ha1=50+2*3.75(取ha=m)
df1=d1-2hf1=50-2*4.75
d≤df1-(2～4)=40.5-(2～4)=36.5～38.5
有設計計算得b2=33mm
取l=55mm
f≥10mm
c≈0.3B=0.3*33=9.9mm
d’1=(1.6～1.8)d=(1.6～1.8)*25
=40～45
da1=da2+2ha2=d2+2.375 ha2=k2*mg
可查得k2=1.01 mg≈m
ha2=1.01*3.75≈3.75
df2=d2-2hf2=200-2*4.75=190.5
uv=0.03
pv=1.72。
T2=306070N.mm
KA=1.1
Zn=0.72
ZE=14MAP
Zn=1.13〈1.6
Zp=2.8
σHmin=265Mpa
SHmin=1.2
取a=125
取Z1=4
取Z2Of=50
m=3.75
取d1=50mm
d2=200
r=16.7°
取b2=33mm
v1=3.77m/s
vs=4m/s
uv=0.03
pv=1.72°
[σH]=180Mpa
σH<180 Mpa
合格
σFlim=115 Mpa
SFmin=1.3
[σF]=82 Mpa
σF=26<82 Mpa
合格
I=3.07*106mm4
[σ]=0.015mm
σ=0.00125＜[σ]
合格
η1=0.901
η2=0.99
η3=0.99
η=0.883
A=0.788m2
t1=51°
合格
V40℃=320mm2/s
L=44mm
da1=57.5mm
df1=40.5mm
故取d=37mm
b2=33mm
l=55mm
故取f=14mm
故取c=10mm
取d’1=44mm
da2=207.5mm
df2=190.5
根據(jù)[3]查表13.6得到：
根據(jù)[3]圖13.11可查得：
根據(jù)[3]查表12.9可得到：
根據(jù)[3]查式13.17可得到：
根據(jù)[3]查式13.19可得到：
根據(jù)[3]查圖13.21可得到：
根據(jù)[3]查表13.2可得到：
根據(jù)[3]查式13.15可得到：
根據(jù)[3]查圖13.11可得到也可以用式13.22計算得到：
根據(jù)[3]查式13.23可得到：
根據(jù)[3]查式13.21可得到，查表13.4取標準值
根據(jù)[3]查式13.21可得
到
根據(jù)[3]查表13.5可得到
根據(jù)[3]查表13.5可得到：
根據(jù)[3]查式13.13可得
根據(jù)[3]查表13.6可得
到
根據(jù)[3]查式13.14可得
到：
根據(jù)[3]查表13.2可得到：
根據(jù)[3]查式13.24可得
到：
根據(jù)[3]查式13.24可得
到：
根據(jù)[3]查式13.20可得
到：
根據(jù)[3]查式13.12可得
到：
根據(jù)[3]查式13.27可得到
根據(jù)[3]查式13.26可得
到：
根據(jù)[3]查表13.7可得
到：
根據(jù)[3]查表13.5可得
到：
根據(jù)[3]查表13.5可得
到：
根據(jù)[3]查式13.5可得
到
根據(jù)[2]查表16-42可得到：
根據(jù)[2]查表16-42可得到：
根據(jù)[2]查表16-42可得到：
第4章 自動清洗機液壓系統(tǒng)的設計
4.1 液壓系統(tǒng)設計方案
如圖 5-1 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, 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、大側刷、小側刷開始刷洗工作。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。
空壓機
電磁換向閥1
壓力調節(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4-1 液壓系統(tǒng)設計方案
4.2 小型清洗機元器件和構件選擇
4.2.1 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: ; 流量:,
選擇CNY1A- 1.0/2.5型齒輪泵;
氣動隔膜泵選擇QBY- 10多用氣動隔膜泵,其最大供氣壓為,揚程為,滿足工作要求。
4.2.2 管路元件選擇與連接
根據(jù)軟管的選擇及設計中應注意內徑, 選擇, 氣動隔膜泵的液體流量為。
則泡沫發(fā)生部分PU管的內徑, 齒輪泵的液體流量為。
噴水部分單層鋼絲膠管內徑, 則根據(jù)通用管子的內徑及齒輪泵和氣動隔膜泵的進出口直徑選擇:
根據(jù)要求選擇擴口式管接頭, 其型號為。
4.2.3 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:;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,選取聯(lián)合設計電磁換向閥, 型號為:。
根據(jù)P638 選擇 Y2- ha10L型溢流閥; 根據(jù)調壓閥與單向閥連接, 相關管接頭螺紋直徑為故選擇型調壓閥。
根據(jù)流量控制閥與單向閥連, 其相關管接口直徑為, 故選擇型流量控制閥。
4.2.4 空氣壓縮機
根據(jù)氣動系統(tǒng)所需要的最高工作壓力 ( 缸筒內最高壓力為, 液壓泵輸出基液壓力為) 和輸出流量兩個參數(shù),選擇型滑片式空壓機, 其指定的潤滑油是: 回轉壓縮機油,壓縮機油，輪機油,高速柴油機油。
4.3 泡沫發(fā)生器的設計
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圓柱筒, 內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, 而產生均勻、致密泡沫; 鋼筒兩端均用法蘭聯(lián)結, 鋼筒上安裝壓力表以讀取其內部工作壓力。
泡沫洗車時, 鋼筒內壓力為，考慮到一定余量，發(fā)生器的工作壓力取為，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:
4.3.1 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式計算:
式中: —缸筒材料強度要求的最小值;
—缸筒外徑公差余量;
—腐蝕余量。
當泡沫發(fā)生器缸筒的壁厚與內徑D之比不大于0.08時,可將其看作薄壁缸來計算:
式中: —缸筒內最高工作壓力MPa;
D—缸筒內徑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。
計算時, 取, , 泡沫發(fā)生器內最大工作壓力為。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。若取缸筒內徑, 則.令, ,,則缸壁厚。
對計算出的缸筒壁厚應做三方面驗算:
( 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,.
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, 缸筒內徑為80mm時, 壁厚為 4.5mm能夠滿足應力設計要求。
4.3.2 泡沫發(fā)生器的高度
考慮到產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。
4.3.3 其它參數(shù)
至此, 泡沫發(fā)生器缸筒內最大工作壓力 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。