陳慶平,盧孔寶,張亮亮,趙洪飛

(浙江水利水電學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

0 引 言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車越來越多的進(jìn)入了普通家庭，因此洗車市場空前龐大.

目前的洗車方法主要有人力洗車、電腦自動洗車、小型設(shè)備洗車等.人力洗車主要靠人工用一塊海綿和一把噴水槍來完成，這種方法效率低且對車子表面有一定的傷害，同時耗水量也很大；電腦自動洗車需要專門的洗車設(shè)備、地點固定不方便、收費較高、用水量大，如果控制不好的話也容易損傷車漆.小型設(shè)備洗車一般采用手動加壓方式，因其水壓較小，不能用水沖洗掉汽車表面的泥沙，而是借助海綿或毛巾，在刷洗過程，無異于用砂紙摩擦汽車表面，會損傷汽車表面的烤漆.除此之外，現(xiàn)在市場上的洗車機(jī)功能單一而且又占用空間.不能將洗車需要的幾個功能同時集中在一個機(jī)體上.所以設(shè)計一種高效、便攜、環(huán)保的洗車設(shè)備，具有重大的現(xiàn)實意義且市場前景廣闊.多功能節(jié)水型汽車清洗機(jī)是在理論設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過模擬實驗驗證并完善.

1 總體設(shè)計思路

多功能節(jié)水型汽車清洗機(jī)通過車載電源驅(qū)動電動機(jī)，電動機(jī)再帶動小型增壓水泵提供洗車水壓.在吸塵方面，也是利用車載電源使電動機(jī)運轉(zhuǎn)，通過扇葉的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生一個逆向的壓力差，使得車內(nèi)的碎屑、微塵能夠被吸到一個專門裝垃圾的地方.在打氣方面，同樣利用車載電源使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)帶動小型氣泵工作，通過專用的耐壓管以及打氣頭給輪胎打氣.在耐壓管上還配有專門的壓力表以及時了解胎壓大小，以便能更加安全便捷的打氣.由于本產(chǎn)品的開發(fā)主要是最針對小轎車，所以它的功能除了具備清洗、吸塵、打氣的功能以外，考慮到現(xiàn)在的家庭都很喜歡自駕游，所以這款汽車清洗機(jī)還具備了休閑功能，它的整個框架展開后就變成一張休閑的小桌子，可以用于郊游之時擺放飲食以及進(jìn)行一些棋牌類的休閑活動.同時在機(jī)體上還有一個收納箱，可以放置實現(xiàn)多功能的配件，在洗車時可以作為儲水箱使用.

2 設(shè)計關(guān)鍵點介紹

2.1 電源和功率的選用

從使用方便性和節(jié)能考慮，選擇車載電源作為能源，此電源可以反復(fù)利用，并且在汽車行駛中可以對電瓶進(jìn)行沖電，從而提高能源的利用率.為了實現(xiàn)清洗、吸塵、打氣的功能，多功能汽車清洗機(jī)上應(yīng)安裝水泵、吸塵器和打氣泵，由于以上裝置在市場上設(shè)計和使用都比較成熟，所以根據(jù)使用要求選擇相應(yīng)的電壓和功率后直接安裝，經(jīng)過對整個洗車過程的分析和研究，最終選擇水泵、吸塵器、打氣泵的功率分別(見表1).

表1 多功能汽車清洗機(jī)核心部件電壓和功率

根據(jù)功率公式P=U·I，由于選擇了12 V，6.3 A的電源，所以能夠滿足單個用電器使用的能源需求.

2.2 水槍設(shè)計

為了實現(xiàn)洗車的功能，故設(shè)計了水槍機(jī)構(gòu)，用以調(diào)整水量大小以及噴水形狀(見圖1).

圖1 水槍機(jī)構(gòu)

此水槍可以通過四檔可轉(zhuǎn)換蓬頭控制出水量，可在有效清洗汽車表面污物的情況下，使用者可以按照汽車表面臟污程度，來決定選擇噴嘴的噴水速度及流量，達(dá)到有效節(jié)水的目的.當(dāng)車身較為干凈時可選擇霧化狀出水接頭洗潔車身，此時節(jié)水可達(dá)日常洗車的75%.

此水槍槍頭還有自帶的水回收裝置，其整體結(jié)構(gòu)為扇形，能增大洗車的接觸面積.內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為內(nèi)外兩部分，中間為中空，用來流通洗車用水.利用氣泵的功能，內(nèi)部管道可以通過氣泵增壓，加大水壓，外部利用氣泵增壓的逆差，使外部管道回收噴出去的水，使之達(dá)到回收節(jié)水的目標(biāo).

2.3 多功能汽車清洗機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

多功能汽車清洗機(jī)整個機(jī)體設(shè)計時考慮力學(xué)結(jié)構(gòu)，通過四連桿鉸鏈機(jī)構(gòu)展開組成一張休閑桌，在機(jī)體下方還裝有四個可以自鎖的輪子，在自鎖機(jī)構(gòu)的作用下可以將桌面固定；需要移動時，可以將輪子解鎖，方便整個機(jī)體的移動.其他的洗車、吸塵、打氣功能通過相應(yīng)的功能按鈕使得電機(jī)運轉(zhuǎn)來實現(xiàn)目標(biāo)功能.其整體結(jié)構(gòu)圖(見圖2)，在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，四連桿機(jī)構(gòu)和自鎖機(jī)構(gòu)是設(shè)計的關(guān)鍵點，分別在下面做說明.

2.3.1 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計

為了實現(xiàn)休閑功能，在設(shè)計展開桌面的時候，考慮到平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛的應(yīng)用于各種機(jī)械和儀表中.所以最終決定就用平面四連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)目標(biāo)功能.圖3是平面四連桿機(jī)構(gòu)的簡化圖，其理論計算(見圖4、圖5).

(1)選取比例尺u，按已知的條件畫出兩連桿機(jī)構(gòu)的三組對應(yīng)位置，并連接DB1和DB2(見圖6).

(2)用反轉(zhuǎn)法將DB2和DB3分別繞D點反轉(zhuǎn)，得到B’2和B’3.

(3)作B1B2’和B2B’3的垂直平分線b12b23交于C1點，連接AB1C1D即為該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu).

(4)桿BC和桿CD的長度Lbc、Lcd為

Lbc=u×B1C1，Lcd=u×C1D

代入數(shù)據(jù)得Lbc=10cm，Lcd=12 cm

2.3.2 自鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計

考慮到當(dāng)桌面展開至水平位置時，防止其滑動，故而設(shè)計了一套自鎖機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡圖(見圖6).其具體實施方式為當(dāng)給按鈕①施加外力后，從動軸④壓下彈簧⑥，使從動軸④與伸出軸⑧接觸，并且在施加外力情況下使得伸出軸⑧向右側(cè)伸出一個固定長度.隨彈簧力的作用從動軸④與連接軸②均復(fù)位，因伸出軸⑧的最左端有個棘輪鎖死機(jī)構(gòu)，即使此時在外力消失后，伸出軸⑧也不會復(fù)位，以確保機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定可靠.當(dāng)需要將伸出軸⑧復(fù)位時，可以再次按動按鈕①，使其棘輪上升至原始位置，隨外力消失后，在彈簧力作用下伸出軸⑧復(fù)位.可實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的收訖.使得整體機(jī)構(gòu)符合設(shè)計需要，實現(xiàn)將四連桿機(jī)構(gòu)自鎖的目的.

圖2 多功能節(jié)水型汽車清洗機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖①出水口插座 ②打氣口插座 ③除塵口插座 ④電源線插座 ⑤洗車按鈕 ⑥吸塵按鈕 ⑥打氣按鈕 ⑧機(jī)箱把手⑨四連桿機(jī)構(gòu) ⑩側(cè)翼 萬向輪 增壓電機(jī) 電機(jī)支座 控制面板 水箱 水箱把手吸塵機(jī)構(gòu) 吸塵電機(jī) 增壓水泵 自鎖機(jī)構(gòu)

圖3 平面四連桿機(jī)構(gòu)簡化圖

圖4 四連桿機(jī)構(gòu)計算

圖5 四連桿機(jī)構(gòu)計算

圖6 自鎖機(jī)構(gòu)①按鈕；②連接軸；③套管；④從動軸；⑤基座；⑥、⑦彈簧；⑧伸出軸；⑨傳動軸

2.3.3 水位報警裝置

考慮到在洗車的時候，箱體自帶的儲水箱有可能會出現(xiàn)溢水和水位低于工作水位的情況，考慮設(shè)計安裝一個水位報警裝置，實現(xiàn)水位的有效監(jiān)控，保證安全高效的洗車.

2.3.4 機(jī)體重要零件圖

為了攜帶和使用方便，家庭用多功能洗車機(jī)采用高強(qiáng)度塑料制成，重量控制在4 kg以內(nèi)，外形尺寸為80 mm×60 mm×135 mm.各主要機(jī)體零件(見圖7，圖8).

圖7 電機(jī)支座

3 多功能節(jié)水型汽車清洗機(jī)優(yōu)勢

(1)洗車機(jī)配備的節(jié)水型洗車龍頭使得洗車時用水量為普通洗車的40%左右.沖洗一輛小轎車，用軟管要耗水200～300 L，用高壓水槍要耗水60～80 L，用多功能節(jié)水型汽車清洗機(jī)洗車則只要耗水12～25 L.

(2)該洗車機(jī)能結(jié)合洗車、車內(nèi)除塵、胎壓檢測等功能為一體，即可以節(jié)約存放空間，又能綜合降低成本，便捷的服務(wù)與車主.

(3)該洗車機(jī)可開發(fā)為家庭用、社區(qū)公共用設(shè)備兩款.家庭用洗車機(jī)輕巧可隨車攜帶，除上述功能外還通過關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)換可轉(zhuǎn)換成餐桌用于戶外活動時用.社區(qū)公共洗車機(jī)可根據(jù)洗車情況投幣使用，每枚硬幣可供水5 min，達(dá)到節(jié)水目的.

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