CN203862612U - 非浸入式超声波洗毛刷及洗车器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超声波清洗领域，旨在提供一种非浸入式超声波洗毛刷及洗车器，洗毛刷包括一扁平的变幅板，变幅板上垂直地设有若干根弯曲模量在0.8GPa以上的刷毛；变幅板与超声波换能器相连，带动刷毛变为超声波振动源，与物体表面的水分产生空化作用；洗车器中的洗毛刷与一手柄相连，手柄上设有水喷头和用来控制水流的按钮。本实用新型的洗毛刷可以针对不适合浸入式清洗的巨大物体清洗，比如汽车、楼宇幕墙、硬化地面、玻璃等，可大大提高清洗效率，减少清洗用水量，降低水污染，减轻劳动强度，可独立也可作为其他设备的一个组成部分使用；本实用新型对汽车清洗完成后不需用抹布抹干，自然晾干也不会出现水渍，可实现清洗打蜡的一体完成。

Description

非浸入式超声波洗毛刷及洗车器

技术领域

本实用新型涉及超声波清洗领域，具体地说，是一种非浸入式超声波洗毛刷，以及带这种洗毛刷的一种新型洗车器。

背景技术

众所周知，超声波清洗方式较传统清洗方式的效果显著，清洗效率高。超声波清洗的原理是使用了超声波的“空化”作用，其“空化”作用的一般解释是：超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象；在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。

以往超声波清洗基本都是采用浸入式法，即通过换能器振动拉压一定容积的水或其他液体，直至超声波振动传输至被清洗物表面的液体层，产生“空化”作用。这种浸入式法存在着使用效率低的弊端，其一，众所周知，超声波振动传输的“路途”中遇到其他物质，特别是柔性物质，将损耗大量的超声波能量在传输的“路途”中，而且以往的超声波清洗作为传输用的液体中，由于水或液体中混杂着颗粒，或由于循环泵等设施带动的水流中混杂着清洗下来的颗粒，这种颗粒本身混在水中会与超声波振动产生“空化”效果，存在降低超声波能量传输效率的问题；其二，超声波换能器通过带动一定容积的水或其他液体而后传输至被清洗物表面的运送途径中，由于超声波换能器需要通过拉压一定质量的液体才能将超声波振动传输至被清洗物表面，尽管超声波的频率在20KHz以上，在水或其他液体中可看成直线传输，但相比在一定截面的刚性固体中传递超声波，其扩散后的通道截面就宽广多了，即，超声波在水或其他液体中传输，相对于在一定截面的刚性固体中传输需要带动更多的质量。

根据W＝F/S(W是功，F是使用的力，S是力F移动的距离)，而F＝Ma(F是使用的力，M是物体的质量，a是物体的加速度)，我们可以看出，如果需要传输给目标相同功率能量，通过水或其他液体传输较之通过刚性固体传输，需要提供更多的能量；换而言之，就是使用刚性固体传输超声波，才可以提高超声波能量的传输效率，继而提高超声波的使用效率，而以往的容积水中浸入式清洗方法是难以控制超声波传输至被清洗物表面的实际功率；并且不同的液体存在不同的空化临界点，而超声波能量必须超过该临界点才能达到清洗效果，也就是说，只有能量超过临界点才能产生空化泡，以便进行超声波清洗，因此传统的浸入式超声波清洗中的超声波的功率密度要达到0.3W/cm²以上。

随着目前人们物质文化生活的日臻丰富，社会保有车辆也越来越多，而一般清洗车辆需要消耗大量水资源，但是水资源是越来越匮乏，如何针对节约用水、提高清洗效果，降低清洗劳动强度的目的，是对新时代的我们提出的一种新课题。但目前通用的超声波刷洗方法，大多数采用的还是浸入式清洗方式，即采用容器式结构，超声波振动通过液体在容器内传递，到达同在容器内的被清洗物体表面产生空化作用，继而达到清洗的效果。这种方式对于类似汽车的巨大物体进行超声波清洗，或对于需要进行移动清洗，就显得不具备经济与社会效益。为此，目前有些超声波清洗技术就采用过一些相对封闭液体的技术，即：将超声波换能器置于倒扣的容器中，容器面对清洗物的开口处使用了罩布或刷毛，使用时将水或其他液体注入该容器内，注入容器的液体透过封闭容器的罩布或刷毛流到清洗物表面，容器中的超声波换能器振动通过液体传输，并在被清洗物表面产生空化作用。由于超声波的频率较高，能量传输路线基本属于直线传输路线，在传输过程如遇阻挡物，特别是柔性阻挡物，将不会绕过该阻挡物，即被阻挡的超声波到达不了预设的目标。因此这种清洗方法的效率较低，并且遇到不规则物体表面，或尖锐物体表面，则清洗的效率大打折扣。如一项中国专利(授权公告号：202803671U)公开的一种超声波清洁刷，其实质就是浸入式超声波清洗的方法，清洗类似车辆表面等光洁表面时，可能由于罩布压住尘粒移动导致划伤被清洗物体表面，并存在超声波传输密度需要透过罩布传到清洗物体表面被削减的问题；又如另一项中国专利(CN202011380U)，其超声波清洗方法使用的实质同样如上例，而且存在被清洗物污渍较多较厚时，超声波难以产生明显清洗效果，依然需要依靠水枪冲洗的方法。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种非浸入式超声波洗毛刷，以及带这种洗毛刷的一种新型洗车器。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种非浸入式超声波洗毛刷，用于在湿润物体表面的清洗，包括一扁平的变幅板，变幅板上垂直地设有若干根弯曲模量在0.8GPa以上的刷毛；所述变幅板与超声波换能器相连，带动刷毛变为超声波振动源，与物体表面的水分产生空化作用。

作为本实用新型的进一步改进，所述刷毛的直径在0.08mm以上；长度在5-100mm之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述变幅板由金属材料或高强度塑料材料制成，弹性模量大于70GPa，与所述超声波换能器紧密固定或是一体结构。

作为本实用新型的进一步改进，所述超声波换能器为压电夹心式，振动频率在18KHz与45KHz之间；使所述变幅板的电功率密度在0.6W/CM²以上。

本实用新型还公开了一种带所述的非浸入式超声波洗毛刷的洗车器，所述洗毛刷与一手柄相连；所述手柄上设有水喷头和用来控制水流的按钮。

作为本实用新型的进一步改进，所述手柄上还设有照明用的LED。

作为本实用新型的进一步改进，所述按钮还兼具皂洗或上蜡的功能，可传递信号至超声波电源的控制板，进而控制供水泵、清洗剂泵或液体蜡泵的启动。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制板由超声波脉冲调制电路与MCU(Micro Control Unit)及控制电路组成，产生从18KHz到45KHz之间的超声波脉冲；并根据刷毛的形变情况由MCU控制输出频率，始终保持变幅板的输出的功率密度处于0.6W/CM2以上。

本实用新型通过使用喷或淋的方式提供少量水或水混合清洗剂或水混合液体蜡，在被清洗物体的表面产生覆水层，再通过刷毛的末端在物体表面覆水层中的超声波振动，带动被清洗物体表面的水层起到“空化”作用，进而达到在覆水物体表面去除污物的效果；由于清洗中的刷毛末端实质就是超声发射端，由刷毛末端压拉覆水层起“空化”作用，与被清洗物体表面不形成有效的摩擦接触，因此对于被清洗物体表面不产生损伤。最后本实用新型再通过少量的喷或淋的水或其他液体流动带走污物就完成清洗结果，能大大降低水的消耗量。经实际验测，本实用新型的清洗完成时可不需用抹布抹干车辆，自然晾干状态下也不会有因剩污导致的水渍，因此可实现清洗打蜡一体完成效果。

相比现有技术，本实用新型的有益效果有：

一、减少超声波振动传输“路途”中的损失，超声波振动的传输路途由液体改成了一定刚性的固体(刷毛)，即将刷毛直接送到了被清洗物的覆水层中，提高了超声波能量的利用效率。

二、解决了部分物体难以浸入水或其他液体中进行浸浴式清洗，但又需要精细清洗的难题。

三、通过高强度变幅板的变幅与分配，提高了超声波能量的功率密度，并可调制刷毛末端产生的超声波强度，使其清洗强度可控。以往的超声波清洗方法可以理解为黑暗中我们将电筒相隔一定距离照在墙壁上，现在提供的方式可以理解为黑暗中我们将一把通有光线的光纤尾端近距离地照在墙壁上。因此在清洗相同单位表面积的物体，相对以往需要放置在浴液中或缓慢移动，来承受一段时间的超声波“空化”清洗，本实用新型由于经过了超声波的变幅与调制，使刷毛可以更快的时间，进行单位表面积的超声波“空化”清洗。

另外，本实用新型还可以针对其它的不适合浸入式清洗的巨大物体清洗，比如楼宇幕墙、硬化地面、玻璃等，可大大提高清洗效率，减少清洗用水量，降低水污染，减轻劳动强度；本实用新型可独立也可作为其他设备的一个组成部分使用。

附图说明

图1为本实用新型非浸入式超声波洗车器的结构示意图；

图2为图1中的非浸入式超声波洗毛刷的结构放大示意图。

图中：1刷毛、2超声波换能器、3变幅板、4超声波电源线、5连接扁钢、6LED、7水喷头、8手柄、9按钮、10电源控制线、11供水软管、12控制板、13进水管、14供水泵、15液体蜡泵、16液体蜡罐、17清洗剂泵、18清洗剂罐、19水罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

如图1所示，本实用新型的非浸入式超声波洗车器包括刷毛1、超声波换能器2、高强度变幅板3、超声波电源线4、连接手柄8与刷头的连接扁钢5、LED6、水喷头7、手柄8、按钮9、电源控制线10、供水软管11、超声波电源的控制板12(可由车载点烟器或市电变压后供电)、进水管13、供水泵14、液体蜡泵15、液体蜡罐16、清洗剂泵17、清洗剂罐18和水罐19，市售部分液体蜡包含清洗剂成分，若采用此种包含清洗剂成分的液体蜡，也可省略上述的清洗剂泵17和清洗剂罐18。

图1中的非浸入式超声波洗毛刷的放大结构见图2，包括高强度的变幅板3和刷毛1。变幅板3起的作用是对超声波换能器2传递给刷毛1的超声频率振动进行分配与变幅。高强度变幅板3使用金属材料或高强度塑料材料制成，要求弹性模量大于70GPa，与超声波换能器2之间紧密固定；也可以在生产超声波换能器2时一次加工成型，形成高强度变幅板材与超声波换能器一体的结构。刷毛1在竖直方向上与超声波换能器2保持振动一致；刷毛要求弯曲模量在0.8GPa以上，毛径在0.08MM以上，使作业中的毛刷不会软趴在清洗物表面形成摩擦，提高超声波的使用效率。

本实用新型洗车器的工作过程是先由水泵供水至供水管，供水管通过手柄上的喷淋头持续提供少量水或清洗剂至被清洗物体表面，再由超声波电源的控制板产生超声频率电脉冲，由导线传输至超声波换能器，换能器径向将产生的超声波机械振动传输至高强度变幅板，由高强度变幅板分配与变幅超声波振动，并将超声波振动传输至植于高强度变幅板中的刷毛，由刷毛径向将超声波振动传递至刷毛末端与被清洗物体表面的水层中，压拉物体表面的覆水层形成“空化”作用，去除污物，并在水流的带动下将污物带离被清洗物体表面，继而达到清洗效果。在超声波电源与控制板中使用MCU(Micro Control Unit微控制器)，由MCU监控毛刷形变引起的清洗结构的机械本振变化，并随时跟踪调整电脉冲的频率，使装置一直处于匹配状态。

该超声波电源的控制板也可根据手柄上按钮传回的加清洗剂信号，启动清洗剂计量泵，根据MCU预设的量将清洗剂加入供水管中。也可以根据手柄上按钮传回的加液体蜡信号，启动液体蜡计量本，根据MCU预设的量将液体蜡加入供水管中。也可以根据手柄上按钮传回的照明信号，开启手柄上喷头附近的照明灯，提供照明功能，方便不同照明条件下的清洗作业。

具体可以表述如下：

第一步，检查液体蜡罐16、清洗剂罐18中的液体容量是否足够，将水罐19加满水，接通洗车器电源，使机器处于备用状态。

第二步，按动手柄上“皂洗”按钮，“皂洗”指示灯亮起，手柄按钮上其他相关指示灯熄灭，小喇叭发出“滴”一声。超声波电源与控制板12控制供水泵14从水罐19中将水通过进水管13、供水软管11、水喷头7喷至被清洗物表面，同时超声波电源与控制板12控制清洗剂泵17从清洗剂罐18将清洗剂混入供水管13的水流中。而后，超声波电源与控制板12给超声波换能器2提供超声波脉动电源，驱动超声波换能器2振动，超声波换能器2径向将产生的超声波机械振动传输至高强度变幅板3，由高强度变幅板3分配与变幅超声波振动，并将超声波振动传输至植于高强度变幅板3中的刷毛1，由刷毛1径向将超声波振动传递至刷毛1末端与被清洗物体表面的水层中，压拉物体表面的覆水层形成“空化”作用，去除污物，并在水喷头7喷出的水流带动下将污物带离被清洗物体表面，皂洗的移动方法是：从上向下的移动方式。

第三步，按动手柄上“清洗”按钮，“清洗”指示灯亮起，手柄按钮上其他相关指示灯熄灭，小喇叭发出“滴”一声。超声波电源与控制板12控制供水泵14从水罐19中将水通过进水管13、供水软管11、水喷头7喷至被清洗物表面，而后，超声波电源与控制板12给超声波换能器2提供超声波脉动电源，驱动超声波换能器2振动，超声波换能器2径向将产生的超声波机械振动传输至高强度变幅板3，由高强度变幅板3分配与变幅超声波振动，并将超声波振动传输至植于高强度变幅板3中的刷毛1，由刷毛1径向将超声波振动传递至刷毛1末端与被清洗物体表面的水层中，压拉物体表面的覆水层形成“空化”作用，去除剩余污物与清洗剂，并在水喷头7喷出的水流带动下将剩余污物与清洗剂带离被清洗物体表面，清洗的移动方法是：从上向下的移动方式，而且注意向一个方向推动，利于快速集中污物与清洗剂，并推离被清洗物。

第四步，按动手柄上“上蜡”按钮，“上蜡”指示灯亮起，手柄按钮上其他相关指示灯熄灭，小喇叭发出“滴”一声。超声波电源与控制板12控制供水泵14从水罐19中将水通过进水管13、供水软管11、水喷头7喷至被清洗物表面，此时MCU将降低供水泵14的转速，以降低水喷头7喷出的水量与压力。同时超声波电源与控制板12控制液体蜡泵15从液体蜡罐16中将液体蜡混入供水管13的水流中。而后，超声波电源与控制板12给超声波换能器2提供降低了占空比的超声波脉动电源，驱动超声波换能器2振动，超声波换能器2径向将产生的超声波机械振动传输至高强度变幅板3，由高强度变幅板3分配与变幅超声波振动，并将超声波振动传输至植于高强度变幅板3中的刷毛1，由刷毛1径向将超声波振动传递至刷毛1末端与被清洗物体表面的水层中，压拉物体表面的覆水层形成微“空化”作用，使刷毛在被清洗物表面借助水层滑动自如，形成平敷水层上蜡效果，皂洗的移动方法是：从上向下的移动方式。如果机器采用市售含清洁剂成分的液体蜡，机器不使用液体蜡泵15、液体蜡罐16。则使用时跳过此第四步骤。

第五步，按动手柄上“停止”按钮，“停止”指示灯亮起，手柄按钮上其他相关指示灯熄灭，小喇叭发出“滴”一声。超声波电源与控制板12将停止供水泵14、液体蜡泵15和清洗剂泵17的工作，并停止超声波脉冲的输出，使超声波换能器2停止工作。

最后，还要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种非浸入式超声波洗毛刷，用于在湿润物体表面的清洗，其特征在于，包括一扁平的变幅板(3)，变幅板(3)上垂直地设有若干根弯曲模量在0.8GPa以上的刷毛(1)；所述变幅板(3)与超声波换能器(2)相连，带动刷毛(1)变为超声波振动源，与物体表面的水分产生空化作用。

2.根据权利要求1所述的非浸入式超声波洗毛刷，其特征在于，所述刷毛(1)的直径在0.08mm以上；长度在5-100mm之间。

3.根据权利要求1所述的非浸入式超声波洗毛刷，其特征在于，所述变幅板(3)由金属材料或高强度塑料材料制成，弹性模量大于70GPa，与所述超声波换能器(2)紧密固定或是一体结构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的非浸入式超声波洗毛刷，其特征在于，所述超声波换能器(2)为压电夹心式，振动频率在18KHz与45KHz之间，使所述变幅板(3)的电功率密度在0.6W/CM²以上。

5.一种包括权利要求1所述的非浸入式超声波洗毛刷的洗车器，其特征在于，所述洗毛刷与一手柄(8)相连；所述手柄(8)上设有水喷头(7)和用来控制水流的按钮(9)。

6.根据权利要求5所述的洗车器，其特征在于，所述手柄(8)上还设有照明用的LED(6)。

7.根据权利要求5或6所述的洗车器，其特征在于，所述按钮(9)还兼具皂洗或上蜡的功能，可传递信号至超声波电源的控制板(12)，进而控制供水泵(14)、清洗剂泵(17)或液体蜡泵(15)的启动。

8.根据权利要求7所述的洗车器，其特征在于，所述控制板(12)由超声波脉冲调制电路与MCU(Micro Control Unit)及控制电路组成，产生从18KHz到45KHz之间的超声波脉冲；并根据刷毛(1)的形变情况由MCU控制输出频率，始终保持变幅板(3)的输出的功率密度处于0.6W/CM²以上。