毕业设计-喷淋式全自动汽车清洗机设计毕业设计-喷淋式全自动汽车清洗机设计 本科生毕业设计说明书 2012 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、控制管理系统及操作方法等方面的相关联的内容, 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新老客户的青睐。本文主要研究的内容有:一、总体方案的设计;二、5刷运动轨...
-喷淋式全自动汽车清洗机设计 本科生毕业设计说明书 2012 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、控制管理系统及操作方法等方面的相关联的内容, 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新老客户的青睐。本文主要研究的内容有:一、总体
的设计;二、5刷运动轨迹分析;三、喷枪、泡沫发生器、液压系统模块设计;四、电气系统模块设计;五、PLC控制电路设计;六、水循环处理系统模块设计。 关键词:全自动汽车清洗机;液压系统;自动清洁洗涤;PLC I 喷淋式全自动汽车清洗机设计 Spraying automatic car cleaning machine design Abstract: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. 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 determined. 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 generator, 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 II 本科生毕业设计说明书 2012 目 录 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按照.............................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 自动清洁洗涤机液压系统的设计...............................10 3.1 液压系统模块设计方案..........................................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 III 喷淋式全自动汽车清洗机设计 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 5.1 PLC控制系统设计的原理、功能特点和步骤.....................17 5.1.1 PLC控制系统的设计原理...................................17 5.1.2 PLC控制系统的功能特点...................................18 5.1.3 PLC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 IV 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 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:
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: 1 喷淋式全自动汽车清洗机设计 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。 、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6 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。 强力风干 毛刷刷洗 液体打蜡高压喷淋 清洗液清洗 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。 2 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 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 、喷淋式全自动汽车清洗机电气系统设计 3 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 3 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 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。 有些设计的具体方案中，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， 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 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。 5 喷淋式全自动汽车清洗机设计 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 6 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 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、控制管理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) 7000 轨道长度(mm) 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 12 汽车能力(辆/小时) 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。 7 喷淋式全自动汽车清洗机设计 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,“通”表示无车辆通过,“断”表示有车通过。 通过光电传感器A- A’来对车头进行检测, B - B’对车尾进行检测, 在清洗车头的过程中, 通过定时的方式来让过倒车镜。 大侧刷、小侧刷、顶刷与车辆的清洗距离定位采用电流传感器, 根据电流传感器的电流信号自动控制横刷与车的距离。电流传感器检测刷子旋转时的工作电流, 通过现场调节, 确定刷子与车身的最佳距离。在工作时, 当刷子靠近车身时, 工作电流逐渐增大, 当电流增大到设定值时认为刷子与车身的距离刚好合适, 这时控制管理系统就让刷子停下来, 如果电流继续增加, 就让刷子远离车身。 同时, 如果在 PLC上选择模拟量输入模块, 还可以对数据的采集对象 (刷子的旋转电机) 进行建模, 对输入量进行数字化处理, 从而消除由于电机等模拟器件的参数不稳定造成的影响。 2.4清洗机喷嘴设计 2.4.1喷嘴的理论基础 泵的流量是固定的，泵排出的水一部分经过溢流阀回到水箱，一部分经过管线进入喷嘴形成高压水射流，为了达到去除污垢的目的，必须使经过喷嘴小孔的流体具备一定的速度，这就要求泵必须具备一定的输入功率。当泵的压力和流量等参数确定以后，与之相匹配的喷嘴孔径就能确定下来: qd,0.69 ,p 式中: d为喷嘴小孔出口截面直径，mm ; q为泵的流量，L/min ; u为流体的流量系数; P为泵的额定压力，M P a ( 以上讨论的只是单孔喷嘴的孔径计算，实际应用中以多孔喷嘴为主，在这种情况下，多孔喷嘴的孔径计算应以单孔喷嘴的孔径为当量直径，如果 d为单孔喷嘴的孔径，d ’为多孔喷嘴的孔径，则它们之间的关系为 22,,dnd, 式中:n 为孔的个数。 2.4.2喷嘴的形式 喷嘴按工作孔数分为单孔喷嘴和多孔喷嘴;按射流形状分为实心锥形喷嘴、 空心锥形喷嘴、扇形喷嘴;按工作状态分为固定喷嘴、二维旋转喷嘴、三维旋转 8 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 喷嘴。 多孔向前喷嘴用在管垢比较难打、需要多次清洗的情况下，通过人工控制硬管连续冲洗。单孔身前喷嘴只有一孔所有水射流的能量集中，能够增强打击力，用于清洗管程短的管道。大流量喷嘴的适应工况是压力低( 30MPa ) 、流量大。一孔向前多孔向后喷嘴中心孔用于疏通被堵塞的管道，向后喷孔产生反作用力，利用水射流的反冲力，使喷嘴不需要人工向前送，就可以和软管沿着管道自进。 2.4.3喷嘴形式对性能的影响 喷嘴形式很多，出于性能和加工工艺的要求，在清洗
中应用的大多是圆锥收敛型喷嘴。 o该喷嘴的基本特征是a=， ld/=2,4 13 9 喷淋式全自动汽车清洗机设计 第3章 自动清洗机液压系统的设计 3.1 液压系统设计方案 如图 3-1 所示, 其工作过程及工作特点为: 启动齿轮泵及空压机电机, 打开电磁换向阀 4 开始对车辆进行水冲洗, 去除灰尘和泥渍, 完成后关闭电磁换向阀 4, 然后电磁换向阀 1、 电磁换向阀 2 和电磁换向阀 3 打开, 开始对车辆进行洗涤剂泡沫清洗, 然后顶刷、大侧刷、小侧刷开始刷洗工作。接着关闭电磁换向阀 1、 电磁换向阀 2 和电磁换向阀 3, 打开电磁换向阀 4, 用水将洗涤剂泡沫冲洗掉, 最后关闭电磁换向阀 4, 打开电磁换向阀 1、 电磁换向阀2、 电磁换向阀 3 和电磁换向阀 5, 进行打蜡。泡沫清洗使洗涤液充分发挥作用, 清洗效果较好, 节约了水资源; 五个电磁换向阀有效的控制管路的通断, 使机器工作性能良好, 易于实现自动控制和功能的单一控制; 在泡沫发生器系统中, 安装有压力调节阀和流量控制阀, 可根据实际情况调出适当的气液比例, 产生丰富泡沫, 使清洗效果最佳。 空压机 电磁换向阀1 压力调节阀 泡 沫 发 生气动泵 电磁换向阀2 流量控制阀 器 电电溢流阀 磁电磁换向阀5 磁换换向向阀3 阀4 液压泵 图3-1 液压系统设计方案 3.2 小型清洗机元器件和构件选择 3.2.1 气动隔膜泵、 液压泵及其匹配电机的选择 因本设计中对液压泵的工作要求是: 压力: 2MPa; 流量:10~15L/min, 由P1372选择CNY1A- 1.0/2.5型齿轮泵; 气动隔膜泵选择上海开立泵业制造有限公司型号为 QBY- 10多用气动隔膜 2泵,其最大供气压为4~7Kgf/cm,扬程为0~50m,满足工作要求。 3.2.2 管路元件选择与连接 10 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 根据软管的选择及设计中应注意事项P646, 内径d?1129(Q/v)1/2mm, 选择 v=0.8m/s, 气动隔膜泵的液体流量为0.8L/min。 则泡沫发生部分PU管的内径 d?1129(0.0008/60*0.8)1/2=4.6mm, 齿轮泵1 的液体流量为16.7L/min, 。 喷水部分单层钢丝胶管内径d?1129(0.0167/60*0.8)1/2=21mm, 则根据通用2 管子的内径及齿轮泵和气动隔膜泵的进出口直径选择: d=10mm d=25mm 12 根据P1799~P1902 选择扩口式管接头, 其型号为GB9065.1- 88(mm)。 3.2.3 阀类的选择 换向阀可分为手动换向阀、电磁换向阀、机动换向阀、液动换向阀、电液换向阀等, 本设计要求换向阀即可实现手控又可实现自动控制, 且要求成本低、结构简单, 选择“引进德国力士乐公司WE型电磁二位三通的换向阀”,型号为: 3WE5A6-60FAWZ4;在泡沫发生器前后等相关回路中都需要两位两通的换向阀, 以控制管路的通断, 根据P883选取联合设计电磁换向阀, 型号为: 22DH- H10B- Z。 根据P638 选择 Y2- ha10L型溢流阀; 根据P782~P783调压阀与单向阀连接, 相关管接头螺纹直径为10mm 故选择QTY- 8 型调压阀。 根据P379~P380, 流量控制阀与单向阀连, 其相关管接口直径为10mm, 故选择 FCG- 01- Y2 型流量控制阀。 3.2.4 空气压缩机 根据气动系统所需要的最高工作压力 0.5MPa ( 缸筒内最高压力为 0.3MPa, 3液压泵输出基液压力为 0.2MPa) 和输出流量( 0.13,0.15m/min) 两个参数, 由P78选取选择 HP0.15/7 型滑片式空压机, 其指定的润滑油是: 回转压缩机油 N100(GB5904- 86),压缩机油 HS13 (SY1216- 77), 汽轮机油 HQB- 10(485- 84),高速柴油机油 HC- 11(GB5323- 85)。 3.3 箱体设计及底盘清洗系统 箱体采用不锈钢材料, 尺寸为: 6000×3100×2300底盘清洗采用自动清洗。选用硬管线前装有 WJ/XP- 00B型旋转喷头, 旋转喷头与固定喷头比较, 清洗效率可提高 1 倍。 3.4 泡沫发生器的设计 所设计的孔式泡沫发生器构造图如图: 泡沫发生器缸筒两端焊接法兰, 其主体部分是耐热不锈钢Icr13 圆柱筒, 内装不锈钢铁屑等填充物, 气体和液体在钢筒中混合并受到铁屑的切割作用, 而产生均匀、致密泡沫; 钢筒两端均用法兰联结, 钢筒上安装压力表以读取其内部工 11 喷淋式全自动汽车清洗机设计 作压力。 泡沫洗车时, 钢筒内压力为2.5,3MPa，考虑到一定余量，发生器的工作压 力取为3MPa，并按压力容器的有关准则来设计发生器，其主要参数如下: 3.4.1 泡沫发生器的钢筒厚度 参考液压缸的有关设计规则, 泡沫发生器的缸筒壁厚按下式计算: , ,,=+C+C012 式中: —缸筒材料强度要求的最小值, m; ,0 —缸筒外径公差余量, m; C1 —腐蚀余量, m。 C2 当泡沫发生器缸筒的壁厚与内径D之比不大于0.08时,可将其看作薄壁缸, PDmax,,,,,/n来计算: ,,,0b02,,, 式中: Pmax—缸筒内最高工作压力MPa; D—缸筒内径m; ,—缸筒材料的许用拉应力, MPa; ,, 缸筒材料的抗拉强度极限, MPa; ,b n—安全系数, 一般取 n=5。 计算时, 取=540MPa, =345MPa, 泡沫发生器内最大工作压力为 ,,b0.2 Pmax3MPa。将、、代入上式, 得 ,,,,,3/2*540/50.0139DDb0.20 由此式可知: 当缸筒材料选定后, 与 D存在一定的对应关系。若取缸筒内,0 径 D=80mm, 则?1.11mm.令=1.5mm, =1mm,=2mm,则缸壁厚,,CC0012,=4.5mm。 ,对计算出的缸筒壁厚=4.55mm应做三方面验算: Pmax( 1) 最大按理应低于一定极限值, 以保证工作安全,即要满足: 22,(D-D)s21 (1) Pmax0.35,2D1 式中: —缸筒外径; D1 —缸筒材料的屈服极限; ,s2222,(D-D)34589-80，()0.210.35=0.35=28.69MPa，因为 22D80 所以, 式 ( 1) 成立。 Pmax( 2) 大工作压力应与完全塑性变形压力有一定比例范 围, 以避免塑性变形的发生, 即要满足: 12 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 (2) P,,(0.350.42)Prmax1 ;—指缸筒发生完全塑性变形的压力, MPa. Pr2.3logD/D,,Pr10.211 Pr2.3logD/D=2.3345log89/8036.74MPa,，，,,10.21 则0.35Pr=0.3536.74=12.86MPa，1 所以, 式 ( 2) 成立。 ( 3) 最大工作压力Pmax 应远小于缸筒爆裂压力 Pr ,即要满足: (3) PPr2.3logD/D,,max1b 因为 2.3D/D=2.3540log89/8057.50MPa,，，,b1 所以式 ( 3) 成立。 以上验算证明: 泡沫发生器的材料为 Icr13 钢, 缸筒内径为80mm时, 壁厚为 4.5mm能够满足应力设计要求。 3.4.2 泡沫发生器的高度 考虑到产品设计尺寸和使泡沫发生器发生较多泡沫, 选择泡沫发生器的高度为 250mm。 3.4.3 其它参数 至此, 泡沫发生器缸筒内最大工作压力 P ( 3MPa) 、 缸筒直径 D(80mm)、 考虑到开孔强度补偿, 故选择公称压力 P=6.3MPa,公称通径 D=80mm 的环连NN接面对焊钢制管法兰: 选择法兰80- 6.3 GB115.34- 88。 13 喷淋式全自动汽车清洗机设计 第4章 自动汽车清洗机电气控制管理系统的设计 4.1 电气系统工况要求及电机选择 在总体设计方案中，明确了机架的行走，顶刷、大侧刷、小侧刷的转动及它们的运动轨迹。汽车清洗机的供水、吹干系统的风机等采用电力驱动的方式。 4.1.1 工况要求 机架行走系统的目的是为了在喷淋、刷洗时，满足喷头、顶刷、大侧刷在Y轴上的运动。一共有三种运动方式:前进、后退和停止。因为这些部件在Y轴上的运动没有变速等精密的要求，所以机架的运动保持匀速即可。因而对机架行走系统的功能要求不高并且也不需要进行监测控制。而在顶刷、大侧刷、小侧刷绕着自身做回转运动的方面也相对容易实现，因为这些都是以恒定的速度转动。除了大侧刷在运行过程中需要进行正反转运动，别的都是单一方向的运转。 4.1.2 电动机的选择 电动机一般包括种类、功率、电压、形式和转速这几个要素。所以在选择电动机时也有必要考虑这些要素。 从种类选择上来讲，电子驱动系统主要有直流驱动控制管理系统和交流驱动控制系统。直流驱动控制系统以直流电动机为动力，交流驱动控制系统以交流电动机为动力。由于直流电动机具有良好的调速性能，一般用于控制精度和要求比较高的设备。常用的交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步交流电动机与直流电动机相比较，具有结构简单、价格便宜、运行可靠、坚同耐用、维修方便等特点。所以选择异步交流电动机。 本系统共需要11台电动机。其中包括机架行走电动机两台，大侧刷旋转电动机两台，小侧刷旋转电动机两台，顶刷电动机一台，吹干系统风机电动机两台，主水泵电动机一台，潜水泵电动机一台。其中，风机、水泵、潜水泵电机与风机和水泵配套使用，根据风机鼓风量、水泵的流量和扬程的需要，在选择风机、水泵、潜水泵时，其配套的电机已经确定，均为丫系列三相异步电动机。每台风机所配电动机功率为4W。主水泵电机功率为3KW。潜水泵电机功率为3KW。而根据工况的要求，本系统其余电机也均选用交流异步电动机。 汽车清洗机中的电动机的功率的选用，一是取决于各机构完成加工工艺中消耗的有效功率;二是取决于传动系统中消耗在摩擦上的功率:三是取决于克服各种机构惯性而消耗的功率。一般情况下无法精确计算，但通过参考其他汽车消洗机的情况，采用类比方法，本系统确定选用额定电压为380V。大侧刷电机为0.55KW，小侧刷电机为0.37KW，顶刷电机为0.55KW。机架行走电机为0.37KW的交流异步电动机。 额定功率相同的电动机，转速高、体积小、造价低，但如果输出转速要求较 14 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 低，则减速机构将越复杂，成本也会上升。综合考虑洗车机的实际情况，选定电动机的额定转速为1500r/min。 4.2 汽车清洗机电气控制系统电路设计 4.2.1 电动机正反转控制电路 汽车消洗机需要控制11台电动机的运行，其中行走电机和大侧刷电机需要进行正反转控制，其他电机只需要控制启动、停止即可。 KM1控制电机的止转，KM2控制电动机的反转，按 卜启动按钮SB2，接触器KM1吸合，电动机止转。需要电动机反转时，必须先按下停止按钮SB1，使KM1失电断开，电动机停转，然后按下启动按钮SB3,接触器KM2 吸合，电动机反转。为保证电动机正反转电路不能同时吸合，以免造成短路，应将止反转接触器KMI的一个动断触点接在反转接触器KM2的线圈电路中，而反转接触器的一个动断触点接在止转接触器的线圈电路中，以实现互锁控制状态。同时，电路中熔断器FU1和FU2起短路保护作用。继电器FR起过载保护作用。 图4-1 大侧刷正反转控制电路 4.2.2 主电路的设计 汽车清洗机供电电源为三相380V交流电。主电路电源开关根据汽车清洗机在最大功耗状态下(两风机运行，行走电动机运行)的峰值电流，选择自动空气开关K1，完成过载、短路保护功能。电动机D1、D2为大侧刷电机，由接触器KM1和KM2控制其正反转。D3A、D3B为小侧刷电机。由接触器KM3控制。D4为顶刷电动机，由接触器KM5控制启动和停止。D5、D6为行走电机，由KM5、KM6控制其正反转。D7为主水泵电机，由接触器KM7控制启动和停止。D8为风机1电动机，由接触器KM8控制启动和停止。D9为风机2电动机，由接触器 15 喷淋式全自动汽车清洗机设计 KM9控制。同时为进行过载保护，每个接触器线路中加装一个热保护器TRl-TR9。 4.2.3 控制电路的设计 根据总体方案设计，控制电路采用PLC控制系统，因此较继电器控制，本控制电路省略了很多按钮，简化了线路。在控制电路中除要求通过编程来实现各电机的自动运行控制外，还应该对机架的前进、后退进行手动控制。手动控制的实现可通过PLC的编程使对应电机的控制线路接通，实现电机的控制要求。 在汽车清洗机的整个运行过程中，要求控制使机架的运行与大侧刷、小侧刷、顶刷、吹干风管的运动协调一致，以保证消洗过程的顺利进行;同时，由于厢式车消洗时与普通轿车有所不同，除了在消洗机正式开始进行消洗前由操作人员选择以外，为避免失误操作，还应该设置相应的光电测距传感器以检测车型的差异。这就需要在控制电路中设计相应的线路，使各类传感器的检测结果能输入到PLC中，由PLC控制相应的执行机构。 4.2.4 辅助电路的设计 为了使操作人员充分了解洗车机的运行状态，特设定了各洗车程序的显示灯和启动后的运行指示灯。这些指示灯都分别与各自的按钮结合在一起，一旦接通指示灯均接通。 具有断电警告显示。当控制线路断路时，串接于控制线路上的接触器线圈断电，动断触点断开，PLC供电电源断开，同时，动合触电接通，蜂鸣器报警，控制面板上的电源正常指示灯熄灭。 具有油路液压欠压保护功能。由于大侧刷、小侧刷、顶刷和吹干风管的驱动均为液压驱动，当没有达到工作压力时，如果洗车机继续运行，则活塞杆的移动速度和毛刷对车身的压力会发生变化，轻者会影响洗车效果，重者会打乱洗车机的工步节拍和各个机构的协调配合，甚至会造成洗车机和被洗车辆的损坏。所以在气源端安装一个气电转换器，控制PLC和控制线路上的供电。洗车机总电源接通后，如油路系统液压不足，控制线路断电，洗车机不能启动1作;如在运行过程。则主电路和控制线路断电，洗车机停止运行，各机构回位。第5章 自动汽车清洗机PLC控制系统模块设计 16 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 第5章自动清洗机PLC控制管理系统设计 5.1 PLC控制管理系统设计的原理、功能特点和步骤 可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)它采用一种可编程的存储器，用于内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械式生产过程。 5.1.1 PLC控制管理系统的设计原理 当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一、输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 二、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 三、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的线 喷淋式全自动汽车清洗机设计 5.1.2 PLC控制管理系统的功能特点 一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长;也能进行连续过程的PID回路控制;并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。 二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。 5.1.3 PLC控制系统的设计步骤 1)根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定PLC的I/O点数，包括开关量I/O,模拟量I/O以及特殊功能模块等。 2)充分估计被控对象今后发展的需要，所选的PLC的I/O的点数应留有一定的余量。另外。在性能价格比变化不大的情况下 ，尽可能选用同类型中功能强的新一代PLC; 3)确定选用的PLC机型。 4)建立I/O分配表，绘制PLC控制系统的输入、输出接线)根据控制要求绘制用户程序的
图。 6)编制用户程序，并借助编程器将用户程序装入PLC的用户程序存储器。 7)在实验室模拟调试用户程序。 8)进入现场联机调试用户程序。 9)整个系统的调试工作结束后，编制技术文件。 10)交付使用。 5.2 自动汽车清洗机PLC控制系统的硬件设计 系统选用日本光洋电子无锡公司的S H -6 4 R 1型P L C。该机共有3 2点D C 2 4 V输入、3 2点继电器输出。在设计I/O点数时，应留有一定的余量，这些备用点的分配应分别考虑到每块模板上，最好分布到每组输入点，一旦有一点发生故障，只要把接线点从故降点改接到备用点，再修改相应的地址，系统就可以恢复止常，这种考虑有利于系统的设计修改和故障的处理。控制系统结构框图见图5-1。 18 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 PLC 操作面板 交流接触器 各电机 检测信号 电磁阀、面板指示及报警 图5-1控制系统结构 操作面板上集中了洗车机所有的功能按键( 见表5-1 I 0—I 7) 检测信号( 见表5-1的I 10 — I 21 ) 包括各毛刷的位置检测、吹风装置的位置检测、洗车机机体的位置检测以及各电机的缺相和过载检测。所有的检测信号均以检测器件的常开点接人P L C的输人端。系统出现异常时，根据P L C输人端各指示灯的ON / OFF状态，可以很快发现故障点，维护工作非常简单。 PLC输出端的负载包括交流接触器(用作电机控制) 、直流电磁阀(用作液压缸及供水控制) 、发光二极管(用作面板指示)及蜂鸣报警器(用作故障提醒) 。 P L C的I / O分配如表5-1 和表5-2所示。 PLC输入 输入端按键及检测信号 I 0 停止按键 I 1 启动按键 I 2 手动前进按键 I 3 复位按键 I 4 顶刷升降选择按键 I 5 底盘冲洗选择按键 I 6 吹风选择按键 I 7 程序选择按键 I 10 缺相与过载检测信号 I 11 机体定位检测信号 I 12 大侧刷合拢检测信号 I 13 大侧刷分开检测信号 I 14 出轨保护检测信号 I 15 大侧刷超程检测信号 19 喷淋式全自动汽车清洗机设计 I 16 大侧刷倾斜检测信号 I 17 顶刷到位检测信号 I 20 吹风位置检测信号 I 21 小侧刷位置检测信号 表5-1 PLC输入端I/O分配 PLC输出 输出端负载 Q0 大侧刷正转接触器 Q1 大侧刷反转接触器 Q2 顶刷正转接触器 Q3 洗车机前进接触器 Q4 洗车机后退接触器 Q5 小侧刷正转接触器 Q6 左风机接触器 Q7 右风机接触器 Q10 清水泵接触器 Q11 循环泵接触器 Q12 底盘冲洗泵接触器 Q13 蜂鸣报警器 Q14 清水电磁阀 Q15 洗涤剂电磁阀 Q16 蜡液电磁阀 Q17 大侧刷气阀 Q20 顶刷气阀 Q21 小侧刷气阀 Q22 吹风气阀 Q23 复位指示灯 Q24 底盘冲洗指示灯 20 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2012 Q25 简洗指示灯 Q26 打蜡指示灯 Q27 顶刷指示灯 Q30 顶刷降指示灯 Q31 吹风升指示灯 Q32 吹风降指示灯 Q33 吹风禁止指示灯 表5-2 PLC输出端I/O分配 21 喷淋式全自动汽车清洗机设计 第6章自动汽车清洗机水循环处理系统模块设计 6.1 水循环处理系统研究内容 运用“三级串联沉淀法”工艺,处理后的水经提升加压送到清洗机,刷车用过的水返回沉淀池再进行处理 ,形成合理的闭路循环用水系统 。 6.1.1设计规模 3处理水量 : 5 0 m / h 总装机容量: 9 7?7 k w 3新水补充量 : 1.5,2.0m /h(每日刷洗100辆,系统总损失率按3 %~ 4 %计)。 6.1.2 主要技术经济指标 1、旋转喷嘴出口 压力
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2019—2020江苏高考招生计划与录取分数（理科提前录取的其他院校）（院校）
2019年电大{广播电视大学}专科水利水电工程【水利工程施工】历年期末考试试题及答案整理
