全自动电脑洗车机系统的设计李建平，谭彧中国农业大学工学院, 100083E-mail: li62337285@摘要：通过对汽车清洗机功能的要求，清洗过程中各主要清洗机构运动轨迹分析，完成了清洗机总体方案设计；完成了汽车清洗机驱动系统设计，使洗车机在断电或气压不足时，各机件都能处于安全位置，从根本上避免了在失电等情况下对汽车损害的可能，同时采用硬件电气联锁设计，保证了驱动电机的安全性；完成了汽车清洗机控制系统的设计，硬件设计采用了PLC控制器，提高了控制系统运行的可靠性，保证了洗车机的安全运行。
关键词：汽车清洗机 PLC 自动控制1 引言随着我国汽车保有量的迅速提高，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展机遇。
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。
2 全自动洗车机的总体方案设计汽车清洗机主要由机械系统、驱动系统、控制系统以及水循环系统等组成[1]。
机械系统主要由机架、导轨、顶刷摆臂机构、小侧刷摆臂传动机构、大侧刷摆臂传动机构和吹干系统等构成。
驱动系统的作用是根据控制系统发出的指令，将来自电液压和气压等各种能转化为直线运动或旋转运动的机械能的系统。
根据能量转换方式，可分为电气驱动、液压驱动和气压驱动[2]。
从运行精度、功能、结构、体积、成分等角度综合考虑，本设计选用电气驱动和气压驱动方式，其中，机架的行走，顶刷、大侧刷和小侧刷和吹干风箱运行采用气动驱动方式。
控制系统的设计：可编程控制器PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存命令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序[3]。
水循环系统的作用是将汽车清洗机洗车废水净化，循环利用。
3 全自动洗车机气路系统的设计通过对汽车清洗机气动系统的工况分析，可确定顶刷、大侧刷、风管选用单作用气缸即可完成控制要求，但由于受力状况均为活塞杆退回状态，若通过机构转换不仅增加了成本，而且传动效率和机构尺寸将受很大的影响，因此，气缸均选用双作用气缸[4]，工作原理如图1所示。
顶刷依靠气缸活塞杆拉动摆臂而下降，回位则依靠平衡机构实现。
吹干管的工作原理与顶刷基本相同，只是又加了一重机械保护装置，图中元件17为滚轮杠杆式换向阀，当风管距离车身到达滚轮的保护距离时，阀芯被压下，阀换向，从而使风- 1 -0气源 1继电器 2过滤器 3、5、9、15、20、24、28 减压阀 4油雾器 6、10二位四通换向阀 7、11、12、18节流阀 8、13、14、19、22、23气缸 16、17、21 二位三通换向阀 25、29 二位二通换向阀 26清洗剂箱 30水蜡箱 27、31发泡器图1 洗车机气动原理图管配重的作用下向上运动，避免风管损伤车体。
小侧刷运动为双向运动控制，因此其双作用气缸的两个腔室均要求起作用。
当换向阀21不通电时，小侧刷气缸活塞收回，小侧刷不张开；当换向阀21通电时，小侧刷气缸活塞推出，以使小侧刷靠近车轮。
为实现这一目的，选用一个二位五通阀作为换向机构。
在汽车清洗机喷洒清洗液和水蜡时，如果加入一定压力的空气对溶液进行泡沫化处理，则洗车效果更加，因此在气动回路中加入了一个二位二通阀25和29以控制气路的通断，同时，空气压力需控制在一定的范围，否则影响泡沫化程度，甚至会阻断液路的喷淋，所以各需要在回路中安装一个减压阀，以保证压力波动在合理的范围。
4 全自动洗车机控制系统软硬件设计4.1全自动洗车机控制系统硬件设计汽车清洗机主要包括机架行走结构、大侧刷刷洗结构、小侧刷刷洗结构、顶刷刷洗结构、吹干系统以及清洗液管路系统。
机架采用两台交流异步电动机作为驱动源。
通过控制行走电机的正转、反转，使机架前进或后退。
同时，为保证汽车清洗机在轨道上运行的安全性，在轨道两端特设立两个行程开关，以控制机架行走的范围。
机架行走电机的控制由手动前进按钮、手动后退按钮。
两个行程开关等控制两台电机的接触器来实现[5]。
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气缸作为驱动源，气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- 2 -行程开关来实现。
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，不需要对刷子进行正反转控制。
小侧刷定位机构以两支双作用的气缸作为驱动源，其运行通过控制电磁阀来实现对小侧刷的定位。
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气缸作为驱动源，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。
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气缸作为驱动源，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。
清洗液管路系统主要由一台潜水泵、一台水泵以及各种洗车药剂的控制阀组成，潜水泵和水泵运转通过控制两支交流接触器来完成，而管路的通断则由电磁阀来实现。
总之，整个汽车清洗机运行需要各个机构以及管路电磁阀协调配合，只有这样，才能保证洗车机安全运行，达到安全、高效清洗车辆的目的。
PLC与输入、输出设备之间的接线如图2所示。
图2 PLC与输入、输出设备之间的接线图4.2全自动洗车机控制系统软件设计本汽车清洗机共有三种洗车程序可供选择：程序一为标准清洗，其工作内容为清洗剂清洗并吹干，洗车机需往返一次；程序二为打蜡清洗，其工作内容为清洗剂清洗、打蜡、吹干，洗车机需往返两次，才可完成工作；程序三为打蜡清洗，其工作内容为清水清洗打蜡并吹干，- 3 -洗车机需往返一次。
汽车清洗机的工作过程为：当洗车机接通电源后，首先根据需要选择不同的清洗程序，程序选定后，按动启动按钮，则洗车机按照选定的程序的洗车程序进行自动循环清洗，若需要对底盘进行清洗，则按动底盘冲洗开关，启动潜水泵，进行车辆的底盘的高压冲洗。
在运行过程中，若出现紧急情况，按下停止按钮，则洗车机停止运行，洗车机原有选择清零，故障排除后，采用手动按钮使洗车机回位后，进行下一轮清洗作业的选择。
根据汽车清洗机工艺流程和软元件应用设计，将ＰＬＣ程序分成11个状态模块，进行动作顺序控制。
主要模块包括：程序选择启动模块、定位模块、清洗车身模块、打蜡模块、吹干模块、急停模块和停止模块。
5 结束语本论文主要是基于国内汽车清洗行业市场的发展，节水和环境保护以及洗车业投资和成本控制的要求，设计的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。
所设计的洗车机采用PLC作为控制器，能够实现自动洗车过程，具有一定的实用价值。
参考文献[1] 杨刚、柳旭东、周强.地铁列车自动清洗机.哈尔滨铁道科技:,2003(10)[2] 方建军等编著．光机电一体化设计．北京：化学工业出版社,2003[3] 李丽英、黄季平 自动洗车机可编程控制器的控制系统 中国农业大学学报第1卷第4期 1996年[4] 陆鑫盛等．气动自动化系统的优化设计．上海科学技术文献出版社，2000年[5] 程宪平编著.机电传动与控制.华中科技大学出版社,2003(9)Design of Automatic Car WasherJianping Li,Yu TanCollege of Engineering,China Agricultural University,Beijing,PRC,100083E-mail: li62337285@AbstractIn the thesis, according to analyze the function and the operating process of car washer, the overall plan of design is determined. The detail design of the driving and controlling system of car washer are designed. In the driving system, power-driven system and pneumatic system are determined. In the control system, adopt the technology of sensor and PLC, designed the composition of PLC hardware and programmed the controlling software. The controller is Mitsubishi FX2 series PLC and the program is ladder program. Meet the demands of the efficiency, the cost and the protect of environment.Keywords: Car washer, PLC, Automatic control,作者简介：李建平：男，1968年出生。
中国农业大学工学院讲师，主要研究方向机电一体化。
谭彧：女，1963年出生。
中国农业大学工学院博士生导师，主要研究方向机电一体化，自动化控制等。
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