毕业设计喷淋式全自动汽车清洗机设计.docx

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毕业设计喷淋式全自动汽车清洗机设计

喷淋式全自动汽车清洗机设计

摘要：

通过对当今洗车机市场和洗车行业的调查研究,研发一种具有清洗、打蜡和底盘清洗的全自动汽车清洗机是很适应市场需求的。

本文主要介绍了此全自动清洗机的结构组成、工作原理、控制系统及操作方法等方面的相关内容,为产品实现产业化提供了依据。

针对汽车清洗机的特点，采用电力和液压两种驱动方式。

此全自动清洗机以良好的经济性、安全性、环保性及高效性将得到广大客户的青睐。

本文主要研究的内容包括：

一、总体方案的设计；二、5刷运动轨迹分析；三、喷枪、泡沫发生器、液压系统设计；四、电气系统设计；五、PLC控制电路设计；六、水循环处理系统设计。

关键词：

全自动汽车清洗机；液压系统；自动清洗；PLC

Sprayingautomaticcarcleaningmachinedesign

Abstract：

Throughtheinvestigationsofthemarketofthecarwashingmachineandthecarwashingtrade,itisfoundthattoresearchanddevelopanautomaticcarwashingmachine,whichcanwash,waxandchassiswash,meetsthemarketdemandverymuch.Thisarticlemainlyintroducestherelevantcontentofthisautomaticwashingmachineinstructure,operationprinciple,controlsystemandoperationmethod,etc.whichoffersabasisfortheindustrializationoftheproducts.Inthedrivingsystem,power-drivensystemandhydraulicsystemaredetermined.Thisautomaticwashingmachinewillbefavoredbythemassesofcustomerswithhighcostperformance,security,environmentalprotectionandefficiency.Thismainachievementsareasfollows:

Ⅰ、Theoverallplanofautomaticcarwasher.Ⅱ、5brushtrajectoryanalysis.Ⅲ、Thenozzle,foamgenerator,hydraulicsystemdesign.Ⅳ、Electricalsystemdesign.Ⅴ、PLCcontrolcircuitdesign.Ⅵ、Waterprocessingsystemdesign.

Keywords：

Automaticcarwashingmachine；Hydraulicsystem;Automaticcleaning;PLC

第1章绪论....................................................1

1.1研究的背景及意义...........................................1

1.2国内外研究的现状...........................................1

1.3研究的主要内容.............................................2

第2章喷淋式自动汽车清洗机总体方案设计........................4

2.1喷淋式自动汽车清洗机的设计依据.............................4

2.1.1清洗机的功能要求.........................................4

2.1.2清洗机的主要配备方案.....................................4

2.2主要机构运行过程分析及初步设计.............................4

2.2.1顶刷的分析与设计.........................................4

2.2.2大侧刷的分析与设计.......................................5

2.2.3小侧刷的分析与设计.......................................6

2.2.4吹干系统分析与设计.......................................6

2.3喷淋式全自动汽车清洗机总体方案设计.........................7

2.3.1汽车清洗机的组成与技术参数...............................7

2.3.2汽车清洗机的运动顺序.....................................7

2.3.3汽车清洗机设备硬件的选择.................................7

2.4清洗机喷嘴设计.............................................8

2.4.1喷嘴的理论基础...........................................8

2.4.2喷嘴的形式...............................................8

2.4.3喷嘴形式对性能的影响.....................................9

第3章自动清洗机液压系统的设计...............................10

3.1液压系统设计方案..........................................10

3.2小型清洗机元器件和构件选择................................10

3.2.1气动隔膜泵、液压泵及其匹配电机的选择...................10

3.2.2管路元件选择与连接......................................10

3.2.3阀类的选择..............................................11

3.2.4空气压缩机..............................................11

3.3箱体设计及底盘清洗系统....................................11

3.4泡沫发生器的设计..........................................11

3.4.1泡沫发生器的钢筒厚度....................................12

3.4.2泡沫发生器的高度........................................13

3.4.3其它参数................................................13

第4章自动汽车清洗机电气控制系统的设计.......................14

4.1电气系统工况要求及电机选择................................14

4.1.1工况要求................................................14

4.1.2电动机的选择............................................14

4.2汽车清洗机电气控制系统电路设计............................15

4.2.1电动机正反转控制电路....................................15

4.2.2主电路的设计............................................15

4.2.3控制电路的设计..........................................16

4.2.4辅助电路的设计..........................................16

第5章自动汽车清洗机PLC控制系统设计..........................17

5.1PLC控制系统设计的原理、功能特点和步骤.....................17

5.1.1PLC控制系统的设计原理...................................17

5.1.2PLC控制系统的功能特点...................................18

5.1.3PLC控制系统的设计步骤...................................18

5.2自动汽车清洗机PLC控制系统的硬件设计.......................18

第6章自动汽车清洗机水循环处理系统设计.....................22

6.1水循环处理系统研究内容.....................................22

6.1.1设计规模................................................22

6.1.2主要技术经济指标.........................................22

6.1.3主要采用的新技术和工艺...................................22

6.2主要清洗设施及技术性能.....................................23

结论..........................................................25

参考文献......................................................26

致谢..........................................................27

第1章绪论

1.1研究的背景及意义

随着汽车数量的迅速增长和人们汽车养护意识的提高，这极大的带动了汽车清洗保养、美容护理等行业的发展。

而汽车清洗是汽车美容的首要环节，同时也是一个重要环节。

它既是一项基础性的工作，也是一种经常性的美容作业。

汽车在使用过程中，其表面会受到风吹、日晒、雨淋等自然侵蚀，使表面逐渐沉积灰尘和各类污物。

如果这些污垢不及时清除，不仅影响到汽车的外观，还会诱发锈蚀和损伤。

因此，汽车清洗对保持车容美观，延长车辆使用寿命有着重要作用。

因此汽车清洗越来越显示出惊人的市场活力。

近两年来，从事汽车清洗的公司如雨后春笋般冒出来。

精明的生意人之所以热衷于汽车清洗，不仅仅在于汽车清洗所需投资不大，技术难度也不高，更重要的在于该行业是一个硕大无比的蛋糕。

因为各个投资者的实力不一样，所以大多数汽车清洗站点只是简单而粗糙的人工擦洗或采用高压水枪冲洗，没有站房和自动清洗打蜡设备，都是由人工完成。

更别说污水处理设备和污泥处置措施。

洗车污水不能循环使用，有些甚至随意排放，既浪费了大量的水资源，又造成环境污染，严重地影响了城市的市容卫生。

因此政府也鼓励加油站、大型停车场和有一定规模的洗车服务公司使用电脑全自动洗车设备从事洗车。

市场上的电脑洗车机主要产自德国、意大利、美国、荷兰、日本和韩国等。

引进国外技术并在中国大陆装配的设备保有量较大。

原装进口电脑洗车机的价格居高不下，同类产品、同样配置的设备的设备往往要比国内组装的价格高出60%左右，维修费用要高出5-10倍，且维修周期要比国内产品的长10-20倍以上，设备投资较大，投资回收期较长，这无疑限制了电脑洗车机的推广和使用。

从市场发展、节水和环境保护以及洗车业投资和成本控制的角度出发，开发一种既满足汽车清洗速度快、效率高的要求又能节水环保且设备投资较低的洗车机，对促进我国汽车清洗美容、汽车保养等产业的发展，将具有重要的现实意义。

1.2国内外研究的现状

其实无论是国内还是国外，洗车方法主要有以下几种：

1、人工洗车：

规范的洗车方法是先用抹布蘸上水润湿车身，再均匀涂上洗车液用抹布擦洗一遍，然后用清水冲洗，在用干抹布吸水，用抹布将水完全吸干。

这种洗车方法不仅存在损伤车身油漆，降低车身漆面光洁程度的缺点，而且会造成浪费水资源和污染环境的恶果。

2、高压水枪洗车：

高压水枪洗车是先用高压水枪喷洒水雾润湿车身，再用高压射流清洗车身，然后用清洗液清洗，最后用高压射流清洗干净，用魔皮将水吸干。

高压水枪清洗速度快、效果好；但高压水枪压力大，容易对车漆造成损害：

高压水柱的喷淋会改变空调冷凝器散热的方向，导致空调制冷失灵；会直接导致车灯胶条密封不良，影响车灯的正常工作，产生危险；会使密封不是很严的汽车侧门玻璃进水，锈蚀金属件，造成电线短路；劣质洗涤液会降低车漆的亮度；洗后用毛巾多次擦拭会使车身增加划痕。

3、蒸汽洗车：

蒸汽洗车是将水加热成蒸汽后，用蒸汽来消洗汽车。

其具有节水、节能的特点。

但由于设备质量问题，存在安全性不高，极易产生污水造成污染，洗车效果和效率差的缺点。

4、无水洗车：

无水洗车是先用掸子掸去车身表面浮土，再用无水洗车液进行汽车消洗的一种新型环保洗车方式。

它具有节约水资源，绿色环保等优点，受到政府的扶持，但是，它并不能完全替代有水洗车，对于较脏车辆以及汽车底盘等部位，无水洗车不能满足要求。

5、无刷毛自动洗车机：

采用高速水刀喷出的高压力水雾从上往下清洗汽车，灰尘冲掉后，自动泡沫喷头喷淋，然后用高压清水进行清洗。

它具有消洗速度快，效果好，不损伤车漆的优点，但存在水耗大，设备投资和运行费用高昂的缺点。

6、全自动电脑洗车机：

电脑洗车机是利用电脑控制毛刷和高压水枪来清洗汽车的一种设备。

主要由电路、气路、水路和机械部分构成。

它可通过编制多种洗车程序来完成不同要求地洗车效果。

具有洗车效果好，效率高，节水等特点。

洗车方法是只有这几种，但是汽车清洗是近几年才在我国逐渐发展起来的，所以相关的行业标准不是十分完备，对环保、设备、管理等方面也没有明确的规定和要求，所以我国的洗车方式还是比较原始。

但在欧美等发达国家，经过多年的发展，洗车市场的洗车方式主要是以全自动电脑洗车为主。

所以必须要用环保的、科学的洗车方式，要用新的理念、方法来管理洗车行业，提升行业的形象和竞争力，才能使中国的洗车行业健康的发展。

现在全自动电脑洗车机也可以分为隧道式和龙门式，通过对毛刷、水泵、机体行走机构和风干等部件的驱动控制，全自动完成对车辆的刷洗和风干。

两者的不同就是前者是汽车移动，设备固定；后者是汽车固定，部分设备移动。

两者的优缺点也就显而易见，前者占用场地较大，设备前期投资较大；后者效率低，设备占用场地小，前期投资小。

而两者的清洗顺序是相同的：

高压喷淋、清洗液清洗、毛刷刷洗、液体打蜡、强力风干。

图1-1两种电脑洗车机工艺过程示意图

1.3研究的主要内容

伴随着汽车数量的日益增加，截至2012年，中国私人汽车拥有量8650万辆。

汽车清洗机作为洗车工作必不可少的设备，其清洗效果、清洗速度，清洗成本以及对节水和环境保护的要求，成为其开发和生产必须要考虑的内容。

采用电力和液压驱动两种驱动方式，为后续精密控制顶刷、小侧刷、大侧刷和吹干系统的运行满足仿形要求创造了条件。

在控制部分，应用传感器和可编程序控制器技术，对汽车清洗机PLC控制系统进行了硬件设计，实现了汽车清洗机的传动和控制要求，满足了环保、高效、可靠和低成本的要求。

经过对大量方面资料的分析整理，发现当前市场上销售的各类电脑洗车机，从功能、价格、产品质量和可靠性、节水环保、洗车效果等方面综合分析，都存在不同程度的欠缺，鉴于此，非常有必要从技术和经济的角度出发，在借鉴现有技术的基础上，设计开发一种适合中国国情的汽车固定式电脑洗车机，以满足市场的需要，从而促进我国洗车行业的健康发展。

本课题研究的主要内容有：

1、喷淋式全自动汽车清洗机的总体方案设计

2、喷淋式全自动汽车清洗机液压系统设计

3、喷淋式全自动汽车清洗机电气系统设计

4、喷淋式全自动汽车清洗机控制系统硬件设计

5、喷淋式全自动汽车清洗机水循环处理系统设计

第2章喷淋式自动汽车清洗机总体方案设计

2.1喷淋式自动汽车清洗机的设计依据

2.1.1清洗机的功能要求

现今，在我国洗车行业清洗的车型主要包括轿车、小型面包车等小型车辆。

而中、大型客运车都是人工清洗。

因此本课题设计所设计的清洗机清洗的车型主要是轿车等小型车辆。

而设计的功能要求主要集中在清洗汽车的外表和轮毂。

而汽车底盘经常会受到极大的腐蚀，如不清洗就会影响底盘的寿命。

所以清洗机应该有清洗车辆底盘的功能。

但是并非所有的客户都会要求打蜡，所以本课题设计的清洗机应该满足客户的不同需求，这三种需求分为：

标准清洗、标准清洗且打蜡、打蜡清洗。

并且从降低运行费用和环保节水的角度出发，洗车机应配备水循环处理装置，以达到节约用水的目的。

另外，由于汽车清洗机的工作环境较潮湿，机件容易被腐蚀，因此本课题设计设计的清洗机应耐腐蚀。

2.1.2清洗机的主要配备方案

根据清洗机的功能要求，就包括车身外表的清洗、底盘的清洗、毛刷刷洗、强力风干、客户选择性打蜡。

结合当前轿车、小型面包车的外形尺寸，可确定全自动洗车机的洗车高度为2.3m，洗车机的宽度为3.5m。

根据清洗的部位和效果不同，应配备顶刷一支，大侧刷两支，小侧刷两支。

顶刷用于仿形清洗车顶。

大侧刷主要用于汽车前后以及汽车侧面等部位的清洗。

小侧刷用于清洗汽车侧面靠下部位。

仿形吹干系统用于清洗、打蜡和吹干。

有些设计方案中，另配备有轮刷，但用小侧刷一样也可以达到轮毂清洗的要求，且有轮刷会增加洗车机的复杂程度和控制要求，降低了整机的可靠性，增加了设备成本，降低了洗车机的市场竞争力。

2.2主要机构运行过程分析及初步设计

本课题设计的是龙门往复式，由于各部分相对于汽车的相对运动轨迹不同，必须对洗车机各机构进行运行过程分析，为使各机构在时间和空间上能够协调工作，保证清洗过程的顺利进行。

所以有必要建立一个坐标系，以汽车前进方向为X轴，以与轮轴平行方向为Y轴，以垂直地面方向为Z轴。

2.2.1顶刷的分析与设计

顶刷的作用是对汽车顶部进行仿形刷洗，它的运动可分解为在Z轴上仿车顶形状的上下运动和自身绕中心轴的回转运动。

顶刷刷洗结构由定位机构和刷子转动机构组成。

刷子转动由一台交流异步电动机作为驱动源，不需要进行正反转控制。

顶刷定位机构以一支汽缸作为驱动源，其运行通过控制电磁阀来实现，同时由于机架运行状态要受顶刷位置的影响，为保证运行的安全.顶刷原位设计安装一支定位接近开关，以判定顶刷是否回位。

图2-1顶刷运动轨迹示意图

2.2.2大侧刷的分析与设计

大侧刷的作用是完成汽车前后端以及汽车侧面等部位的清洗打蜡。

它的运动可分解为沿车身的运动和自身绕中心轴转动。

其回转中心运动轨迹与车身形状相似，即在X—Y面。

X轴方向运动靠机架运动来实现，初始位置应保持在整机两侧。

大侧刷刷洗机构由大侧刷定位机构和刷子转动机构组成。

刷子转动由两台交流异步电动机作为驱动源，且需要对刷子转动通过对两个交流接触器的控制来实现正反转控制，大侧刷定位机构以两支汽缸作为驱动源，汽缸的状态通过控制电磁阀来实现，同时大侧刷要进行原位，中间位置和与车头、车尾相碰位置的识别，这些位置识别则通过四个接近开关和两个行程开关来实现。

图2-2大侧刷运动轨迹示意图

2.2.3小侧刷的分析与设计

小侧刷的作用是清洗汽车侧面靠下部位和汽车的轮毂。

它的运动可分解为Y轴方向上的运动分量和自身绕中心轴旋转。

X轴方向上的运动靠机架的运动实现，Y轴方向上的采用汽缸推动小侧刷整个装置回转支架轴摆来实现。

初始位置应保持在整机的两侧。

小侧刷刷洗机构由定位机构和刷子转动机构组成。

刷子转动由两台交流异步电动机作为驱动源，不需要对刷子进行止反转控制。

小侧刷定位机构以两支双作用的汽缸作为驱动源，其运行通过控制电磁阀来实现对小侧刷的定位。

2.2.4吹干系统分析与设计

吹干系统的作用是清洗后将车身上的水采用强力吹干，而吹干的效果与出风口距车身距离有很大的关系，因此，吹干系统出口的仿形要求较顶刷更严格。

其运动轨迹与顶刷相似。

为实现仿形要求和安全吹干，应设计光电防护和接触防护功能。

同时，为实现保护车辆的功能，风箱的初始位置应保持在车辆的顶端。

吹干系统包括风管运行机构和吹风系统，吹风系统由两台风机和相应管路组成。

它的通断可通过控制两支交流接触器来实现。

风管运行机构以一支汽缸作为驱动源，其运行通过控制电磁阀来实现，但由于吹干效果受风管仿形效果影响很大，加上风管坚硬，一旦与车体接触易造成汽车外观的损伤，因此设计风管吹风定位光电开关和风管定位安全接近开关来保证风管位置的精确识别。

2.3喷淋式全自动汽车清洗机总体方案设计

2.3.1汽车清洗机的组成与技术参数

为满足设计的要求，本系统组成有机械系统、驱动系统、控制系统及循环水处理系统等。

适用车型

轿车

设备尺寸（mm）

6000（长）*3500（宽）*2300（高）

轨道长度（mm）

7000

汽车尺寸（mm）

5000（长）*2100（宽含后视镜）*1800（高）

清洗方式

水洗、打蜡、风干

汽车能力（辆/小时）

12

设备配置

顶刷1支、大侧刷2支、小侧刷2支、底盘清洗架1组

2.3.2汽车清洗机的运动顺序

1、汽车停靠到车位；

2、洗车机启动并开始移动；

3、特制高压喷头喷水冲掉车体上（包括底盘）的泥沙等附着物；

4、各个刷子开始清洗车辆的表面；

该步的具体过程如一下：

洗车机五支车刷开始转动，顶刷向下运动，大侧刷沿导轨向中间移动到目标位置，当它在整机的带动下接触到车后端时，洗车机停止运动，同时顶刷和小侧刷到位，开始清洗，此过程为清洗车的前端。

上面的过程结束后，大侧刷沿轨道向两侧分开，同时，顶刷和小侧刷也复位，其中，顶刷运动到初始位置，各自到达指定位置后，洗车机开始重新启动，同时五个车刷到位，随整机一起沿轨道运动，此过程为洗车身两侧和顶盖。

上面过程结束后，洗车机停止运动，同时，顶刷和小侧刷也复位，大侧刷沿导轨向中间运动直到目标位置，然后，顶刷和小侧刷也到达目标位置，此过程为清洗车的后端。

5、各车刷复位，开启风干装置，洗车机沿轨道返回。

2.3.3汽车清洗机设备硬件的选择

根据对洗车机控制要求的研究,在电气控制部分主要解决两个问题:

1）对车头、车尾、顶部和两侧的检测;2）通过控制器对刷子进行控制。

1）第一个问题也就是解决车辆定位的问题,决定控制各机构什么时候动,什么时候停,我们采取的车辆定位方式是:

水平定位采用在洗车架中部上安装两对光电传感器（A-A’和B-B’）来实现。

光电传感器的状态有“通”和“断”两种状态,“