一種非浸泡式洗鞋機的設計

秦 鍇 劉 揚 陳小文 楊志維 董 雷 陶 珊 解全志

湖南工業大學機械工程學院，湖南 株洲 412000

一種非浸泡式洗鞋機的設計

秦 鍇 劉 揚 陳小文 楊志維 董 雷 陶 珊 解全志

湖南工業大學機械工程學院，湖南 株洲 412000

該非浸泡式洗鞋機集多種功能于一體，主要用于鞋面清潔以及鞋內的殺菌、除臭、烘干。設計內容包括外部清洗機構設計、刷輥結構形式設計、鞋子固定裝置設計、內部空心軸通氣設計、轉位設計等內容。

非浸泡式；行星輪；螺紋型刷輥；殺菌；除臭；烘干；多功能一體化

non-immersion；planet gear；thread brusher；sterilization；deodorization；stoving；multi-function引言

隨著經濟的快速發展和人們物質生活水平的極大提高，鞋子作為生活必需品在給我們帶來舒適、美觀的穿著體驗的同時，我們對鞋子的清潔也提出了更高的要求，人們在對鞋子的清洗方面變得越來越苦惱。通過調查我們發現，當下主流的清洗方式分為人工清洗和機器清洗。人工清洗效率低，而機器清洗也多數采用浸泡的洗滌方式，易對鞋子造成開膠、變形等各種損傷，這些清洗方式都給人們帶來了不少的困擾。

為此我們設計了一款新型的洗鞋機，主要采用了行星輪機構和螺紋式毛刷，從避免洗鞋過程中對鞋子造成各種損傷，實現了高效洗鞋功能。

1 設計方案及構思

理想的機械設備可模仿人工動作，而又超越人工動作。前者是依處理效果而言，后者是據處理效率而言。人工刷洗鞋時，是用一只手將鞋固定，另一只手拿毛刷，從多個方向進行刷鞋。洗鞋的全過程是：鞋子潤濕、噴洗滌液、刷鞋、沖洗干凈、晾曬。

由人工刷鞋動作分析，對應機械部分設計，可確定以下四個設計要求：

1）洗鞋前應將鞋子可靠固定；

2）鞋子的潤濕、噴洗滌液、刷鞋、沖洗等過程要按一定的次序并且全自動化；

3）為實現高效地清洗干凈，應使設計的機構能對鞋全方位的刷洗，并且增加每次洗鞋數量；

4）同時要洗后能在較短時間內就能穿和鞋內衛生，應有烘干和殺菌功能。

5）由此，可以確定洗鞋的全過程：鞋子的安裝固定、噴水潤濕、噴洗滌液、刷鞋、噴水清洗、烘干。

2 主要結構及原理

2.1 總體方案設計

由上述設計要求可知，為實現高效地清洗，應使設計的機構能對鞋全方位的刷洗。但是鞋子的大小不等，外形規則不一，要達到上述目的，并且還要求機構的結構不宜過多和太復雜，因此不能簡單地模仿人工洗鞋的動作。經過方案構思，擬定多方案進行比較，形成了本機型的總體結構，如圖1所示。

圖1中鞋子通過鞋撐8的卡口固定在行星輪支座6上，減速電機16轉動，通過皮帶（13、14、15）帶動中心軸轉動，進而帶動行星輪5做公轉和行星輪作自轉運動，通過行星輪5的旋轉，使刷輥12與鞋子形成相對運動來實現鞋面清潔。

電機啟動的同時，臭氧發生器和內部烘干器工作，通過空心軸氣流通路導入鞋撐內部。噴水器9在設定的時間內向鞋面依次噴清水和洗滌劑，刷鞋過程中電機正反轉交替變化，使洗滌劑與鞋面各部位充分接觸。清洗結束后電機仍然工作，同時外部烘干器11運行，向圓桶內鼓入暖氣流，利用離心力和暖氣流達到鞋體烘干效果，整個過程由單片機控制。

圖1 工作原理圖

2.2 鞋面的清潔的工作原理:

本設計選用行星輪系來實現鞋面的清潔運動，原理簡圖如圖2所示：

圖2 行星輪系示意圖

為了獲得良好的清潔效果，就要使鞋子與毛刷有較復雜的旋轉運動。為此，我們采用了行星輪機構，巧妙地利用了行星輪系中行星輪繞中心軸的公轉和繞行星輪中心軸的自轉來完成主運動。行星輪運動軌跡的多變性，能使鞋面得到全方位的清潔。

此外，在總結、分析我們平時洗鞋經驗時還發現，刷鞋過程中如果只有刷毛與鞋面的單一的相對旋轉運動，則鞋面上的一些污漬不能完全清除，而且還會留下刷痕以及存在死角，洗鞋效果不是很好。為了解決這一問題，達到更好的清潔效果，我們采用了刷毛呈螺紋狀分布的刷輥，即刷輥旋轉時，在垂直旋轉軸線的方向上，增加了一個軸向的相對運動，這樣一來，鞋與刷毛就產生了一個復合的相對運動，并且對刷毛的螺旋角進行了優化設計，高度模仿了人工洗鞋動作，實現了全方面、高強度、高效率的清潔效果。刷輥簡圖如下：

圖3 刷輥示意圖

2.3 鞋子固定裝置的工作原理

鞋子取放的方便、快捷，也是設計的重點。因為鞋子的安裝和取放是人工實現的，如果取鞋過程不方便，勢必會使得該產品的自動化程度和實際使用價值降低。受鉆頭快換裝置的啟發，我們設計了一款可快裝可調鞋撐。快裝可調鞋撐整體裝配示意圖如圖4所示。

圖4 快裝可調鞋撐

圖4中通過可調螺栓1可以調節鞋撐的長度，從而適應不同尺碼鞋子的固定。鞋撐調節好后，通過快裝裝置3即可快速安裝在鞋撐固定支座上?？煅b裝置原理如圖5所示，通過彈簧4擠壓套筒1，帶動鋼珠7壓緊鞋撐卡口2達到夾緊的效果；拆卸時，只需按下套筒1便可輕松的取出鞋撐卡口2，整個過程方便快捷。

圖5 鞋撐快裝部分原理圖

2.4 內部空心軸通氣設計

傳統的洗鞋只包含清洗工作，沒有殺菌功能。有時鞋子不一定要頻繁清洗，我們只要消除鞋子的異味，對鞋內殺菌即可。為此，我們設計了臭氧殺菌功能，能有很好地滿足人們這一需求。同時為了能在較短的時間內就能穿上剛洗過的鞋子（特別是在冬天），我們還增加了烘干功能。為了便于實現上述功能，我們在行星架、行星軸、鞋撐內部均采用了空心結構，通過氣泵將臭氧發生器產生的臭氧送入鞋子內部以實現鞋內的殺菌、除臭，這樣不僅簡化了通氣線路，而且還能將氣體準確送入鞋內;同時利用內設烘干機產生的暖氣流，實現鞋子的烘干功能。通氣示意圖如圖6所示。

圖6 內部通氣路線圖

2.5 轉位裝置的設計

由于外箱采用斜開門，為便于鞋子的取放，提高自動化程度，我們采用了紅外對射轉位裝置來實現四個裝鞋位置的轉換，具體原理如下：

定位板固定于中心軸上，定位板上開有四個定位孔，定位板兩端固定了紅外對射開關的發射端和接收端。當定位孔轉到開關位置時，紅外對射開關將發出一個高電平信號給控制端，從而實現轉位控制。

圖7 轉位裝置圖

3 結語

該洗鞋機采用了非浸泡的洗滌方式進行鞋面清洗，集鞋面清洗，鞋內殺菌、除臭，整體烘干于一體。綜合運用了機電一體化設計思路，巧妙的利用了行星輪機構的運動特點從而很好地完成了上述設計要求。該洗鞋機具有以下優點：

1）適應性好，可以針對不同尺碼的鞋子進行清洗；

2）采用水霧洗滌的方式，節能減排，符合社會發展的趨勢；

3）利用機電一體化技術實現自動化洗滌，自動化程度高，減輕人的負擔；

4）本裝置體積小巧，可實現分檔清洗,清洗效率高，能耗少，能夠廣泛地用于家庭的鞋類清洗，具有較高的推廣價值，是現代家庭生活必備的基本電器。

由于篇幅所限，文中僅對設計的原理進行了簡略的敘述，希望能夠為社會提供一種新型洗鞋機。本設計已經申報了專利 (申請號:201220116376.5)，同時做出了實物模型，并于2012年5月代表湖南工業大學參加了湖南省大學生創新設計大賽榮獲了湖南省大學生創新設計大賽一等獎。

[1]朱理.機械原理(第二版)[M].北京:高等教育出版社，2010.226-232.

[2]濮良貴,紀名剛主編.機械設計(第八版)[M].北京:高等教育出版社，2006.186-212.

[3]成大先.機械設計手冊(單行本卷減(變速箱-電機與電氣))[M].北京:化學工業出版社，2004.102-118.

Non-immersion washing machine for shoes

Qin Kai，Liu Yang，Chen Xiaowen，Yang Zhiwei，Dong Lei，Tao Shan，Xie Quanzhi School of Mechanical Engineering，Hunan University of Technology，Hunan zhuzhou 412000

In this project, an inovative washing machine is introduced, which is mainly applied to clean the vamp of various type of shoes.Meanwhile, it can disinfect, deodorize, and stove the inside of shoes.The design of this multi-functioned machinefocuses on mechanism of external cleaning, roller brush, shoe-fastening, and ventilation.

TS976.8

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.23.053

湖南省教改項目“基于創新素質培養的機械基礎類課程的教學改革研究”，項目編號：湘教通[2011]333號

秦鍇（1991-），男，本科在讀，研究方向：機械設計制造及其自動化。