太陽能下的汽車車衣結(jié)構(gòu)與電路設(shè)計(jì)

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摘要:汽車車衣可有效解決汽車被弄臟、被高溫暴曬和被刮花等問題，文中設(shè)計(jì)了一種采用太陽能供電的汽車車衣結(jié)構(gòu)，首先利用UGNX8．0軟件對(duì)汽車車衣進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后根據(jù)車衣的結(jié)構(gòu)和功能要求對(duì)車衣進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)，繪制出了電氣原理圖，并完成了車衣電氣元件的選型，最后完成了車衣電控部分實(shí)物制作和實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了電路設(shè)計(jì)的合理性。該車衣具有手動(dòng)和自動(dòng)操作功能，節(jié)能環(huán)保、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，為汽車車衣的后續(xù)研究提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞:太陽能;車衣;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);電路設(shè)計(jì)

我國汽車使用量成指數(shù)上升的趨勢，室內(nèi)停車場的匱乏，導(dǎo)致很多車主被迫將車停放在室外。室外停車帶來了諸多問題，如灰塵會(huì)弄臟汽車，夏季汽車在高溫下暴曬，影響駕駛員操作的舒適性，冬季掉落到汽車上的雨雪冰雹也會(huì)損壞汽車，同時(shí)室外停車也極易被其他車刮傷。近年來有學(xué)者針對(duì)室外停車問題展開了研究，其研究方向有三個(gè)，一是給汽車包裹車衣，最典型的是劉思緲等人［1－5］設(shè)計(jì)的車衣，此類車衣重點(diǎn)研究了車衣結(jié)構(gòu)和控制方法，車衣使用需要人協(xié)助完成，屬于半自動(dòng)化車衣，該車衣需要定時(shí)給電瓶充電，操作不便，能源消耗大。二是給汽車安裝遮陽傘，最典型的是王開寶等人［6－12］使用液壓連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遮陽傘的打開和收回，具有使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但不能將汽車全面包裹，防護(hù)效果較差。三是使用車棚，包括固定式和移動(dòng)式車棚。最典型的是黃朝陽等人［10－11］設(shè)計(jì)的移動(dòng)式車棚，防護(hù)效果較好，但是需要有較大的安裝空間，安裝復(fù)雜，局限性較大，難以推廣使用。以上三種汽車防護(hù)車衣操作方式和功能并不完善，因此設(shè)計(jì)新型汽車車衣意義重大。文中闡述了一種采用太陽能供電，具有防盜報(bào)警功能，可手動(dòng)和自動(dòng)操作的新型汽車車衣設(shè)計(jì)過程，重點(diǎn)對(duì)車衣的結(jié)構(gòu)和控制電路進(jìn)行研究。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1．1關(guān)鍵尺寸確定

汽車車衣通過橡膠吸盤安裝在汽車車頂正中間位置，為保證車衣適用于各種車型，設(shè)計(jì)之初便進(jìn)行了大量的調(diào)查，通過對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，確定了車衣長、寬、高尺寸，分別為500mm、400mm和170mm。

1．2功能定位

如圖1所示，該車衣具有太陽能充電功能，防盜報(bào)警功能，防護(hù)功能和手、自動(dòng)操作功能。其中太陽能充電功能可以通過安裝在車衣頂蓋上的太陽能電池板及其附件來實(shí)現(xiàn)，報(bào)警功能可以通過安裝在車衣上的報(bào)警器來實(shí)現(xiàn)，防護(hù)功能可以通過安裝在車衣上的防暴曬和防刮傷包布來實(shí)現(xiàn)，手、自動(dòng)操作功能可以通過手輪和電磁離合器配合使用來實(shí)現(xiàn)。

1．3三維建模

綜合考慮了汽車車衣的關(guān)鍵尺寸和功能，利用三維建模軟件UGNX8．0對(duì)汽車車衣進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖2是車衣整體結(jié)構(gòu)圖，圖3是車衣整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖4車衣內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。該車衣主要由殼體、手輪、滾筒、氣壓缸、齒輪機(jī)構(gòu)、直流電機(jī)、報(bào)警器、電磁離合器、橡膠吸盤、包布等元件組成。當(dāng)裝置電源未接通時(shí)，可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪打開和收回包布;當(dāng)裝置通電后，可以通過按鈕實(shí)現(xiàn)包布的自動(dòng)打開和收回。圖5是齒輪機(jī)構(gòu)圖，圖6是氣壓機(jī)構(gòu)圖，圖7是導(dǎo)環(huán)結(jié)構(gòu)圖，圖8是滾筒包布結(jié)構(gòu)圖，圖9是車衣與汽車整體結(jié)構(gòu)圖。圖9(a)和圖9(b)分別是車衣未打開和車衣打開時(shí)的汽車整體結(jié)構(gòu)圖。從圖9(b)中可以看出，車衣打開后，前后左右包布可以將汽車車身全面包裹起來，實(shí)現(xiàn)汽車的全面防護(hù)。如圖2～圖8所示，組成汽車車衣的各個(gè)零件的功能及其加工方法如表1所示。

2電路設(shè)計(jì)

2．1工作流程

圖10是車衣工作流程圖。用手抓住車衣上的手環(huán)，然后利用車衣底部的橡膠吸盤將車衣固定在汽車車頂正中間位置。車衣電源開關(guān)斷開，車衣處于手動(dòng)工作模式，用手先后順時(shí)針方向搖動(dòng)兩個(gè)手輪，纏繞在滾筒上的前后包布打開，等包布打開到合適位置時(shí)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，然后用手先后抓住氣壓機(jī)構(gòu)上的拉手，將氣壓桿拉出氣壓缸，固定在氣壓桿上的左右包布被打開，同時(shí)，通過導(dǎo)環(huán)和細(xì)繩連接的前后包布被拉開，直到前后左右包布能夠?qū)⑵囓嚿砣姘鼤r(shí)，停止拉出氣壓桿。若要手動(dòng)收回包布，只需先將氣壓桿壓回氣壓缸，收回左右包布，然后逆時(shí)針搖動(dòng)兩個(gè)手輪，即可收回前后包布。車衣電源開關(guān)接通，車衣處于自動(dòng)工作模式下，此時(shí)車衣由太陽能電池板供電。按下遙控器上的打開按鈕，兩臺(tái)直流電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，齒輪機(jī)構(gòu)的輸出軸通過電磁離合器與滾筒軸相連，滾筒軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，纏繞在滾筒上的前后包布打開。與此同時(shí)，氣壓缸通電工作，氣壓桿伸出氣壓缸，打開左右包布，當(dāng)前后、左右包布打開到能夠全面包裹汽車車身時(shí)，按下遙控器上的停止按鈕，車衣斷電，直流電機(jī)和氣壓缸停止工作，完成包布的打開。若要自動(dòng)收回包布，按下遙控器上的收回按鈕，氣壓桿縮回氣壓缸，左右包布被收回，同時(shí)，滾筒逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，打開的前后包布纏繞在滾筒上，當(dāng)前后、左右包布均收回后，按下遙控器上的停止按鈕，車衣斷電，完成包布的收回。無論車衣處于手動(dòng)還是自動(dòng)工作模式下，車衣報(bào)警器通過橡膠吸盤內(nèi)部的傳感器控制，當(dāng)橡膠吸盤內(nèi)部的報(bào)警器開關(guān)打開時(shí)，只要車衣上的橡膠吸盤離開汽車車頂，防盜報(bào)警器就會(huì)響起。

2．2控制電路

車衣電氣原理圖如圖11所示，圖中的電氣符號(hào)對(duì)應(yīng)的電氣元件如表2所示。如圖11所示，按下常開按鈕SB2，接觸器線圈KM1得電，主觸點(diǎn)KM1閉合，主電路接通，同時(shí)輔助觸點(diǎn)KM1－1閉合，形成局部自鎖回路，保持主電路持續(xù)接通。安裝在可吸附吸盤上的傳感器開關(guān)SM處于常開狀態(tài)，報(bào)警器斷路，不響鈴，若此時(shí)將吸盤與汽車外殼車頂分離，便會(huì)觸發(fā)傳感器開關(guān)，使其閉合，報(bào)警器接通，報(bào)警器響鈴。在主電路接通的狀態(tài)下，按下電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕SB4，反轉(zhuǎn)回路被切斷，接觸器線圈KM2得電，其主觸點(diǎn)KM2閉合，電動(dòng)機(jī)M1、M2和液壓缸HC1、HC2正向接通，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，氣壓桿伸出氣壓缸，前后左右包布打開，同時(shí)接觸器KM2的輔助觸點(diǎn)KM2－1閉合，形成自鎖回路;若按下電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕SB5，正轉(zhuǎn)回路被切斷，接觸器線圈KM3線圈得電，主觸點(diǎn)KM3閉合，輔助觸點(diǎn)KM3－2斷開，電動(dòng)機(jī)M1、M2和氣壓缸HC1、HC2反向接通，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，氣壓桿被壓回氣壓缸，前后左右包布收回，同時(shí)接觸器KM3的輔助觸點(diǎn)KM3－1閉合，形成自鎖回路;當(dāng)包布打開或收回到位時(shí)，按下停止按鈕SB3，電動(dòng)機(jī)和氣壓缸控制回路被切斷;若要取下車衣，按下總電源斷開按鈕SB1后，報(bào)警器回路被切斷，取下即可。

3電氣元件選型與實(shí)物圖

3．1電氣元件選型

圖12是汽車車衣電氣元件構(gòu)成圖，由太陽能電池板、電瓶、按鈕、繼電器、直流電機(jī)、報(bào)警器、氣壓缸組成，表3是電氣元件選型表。

3．2實(shí)物圖

圖13是汽車車衣電控部分實(shí)物圖，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該電路能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)機(jī)正向、反向接通和停止，具有自鎖和互鎖功能，從而驗(yàn)證了車衣電路設(shè)計(jì)的合理性。

4結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了一種采用太陽能供電的汽車車衣結(jié)構(gòu)，利用UGNX8．0軟件對(duì)車衣進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了車衣的關(guān)鍵尺寸，完成了車衣關(guān)鍵零件的三維建模和整體裝配。(2)完成了車衣電路設(shè)計(jì)和電控部分實(shí)物制作，通過實(shí)驗(yàn)證明了電路設(shè)計(jì)的合理性。所設(shè)計(jì)的車衣采用太陽能供電，利用直流電機(jī)、齒輪機(jī)構(gòu)、氣壓缸、滾筒和手輪等實(shí)現(xiàn)包布的打開與收回，具有防盜報(bào)警、防護(hù)效果好、自動(dòng)和手動(dòng)操作等優(yōu)點(diǎn)。

作者：牟如強(qiáng) 徐一心 魏永峭 單位：成都理工大學(xué)