一種新型自動刷鞋機的設計

姜曉雨 李景春 呂曉萌

（沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽 110000）

一種新型自動刷鞋機的設計

姜曉雨 李景春 呂曉萌

（沈陽航空航天大學，遼寧 沈陽 110000）

本文設計了一款自動刷鞋機，通過PLC控制，實現刷鞋機的完全智能控、利用帶傳動及凸輪機構傳動，對鞋子內外表面進行反復刷洗，達到刷凈的目的。該自動刷鞋機市場前景廣闊，效率高，工作穩定，自動化程度高，安全可靠。

刷鞋機；PLC；自動控制；市場

本文是沈陽航空航天大學2014年度“大學生創新創業訓練計劃”立項項目的階段性成果，項目編號為DCX142001

一、研究背景

隨著人類社會的發展，生活的進步，精神及物質生活的豐富，時間越來越成為人們目前最寶貴的東西，同時也是人類生活中最重視的東西。與此同時，人們對物質生活的要求越來越高，對衣著的要求也越來越高。通過一個人的鞋子，便可以判斷出一個人的生活質量，精神面貌及他的素質修養。然而隨著現代人們工作和生活節奏的加快，刷鞋的便捷性越來越成為廣大人們的生活需求。因此，解決這個問題的自動刷鞋機具有無限寬廣的市場潛力。自動刷鞋機取代手工刷鞋的想法便由此產生。

目前市面上大多數的刷鞋機都是在現有洗衣機的基礎上進行改造而成，這種方案對鞋子的內部損害嚴重，而且使鞋子變形嚴重且對鞋子的形狀也有較高的要求，這也影響了鞋子的耐穿性及舒適性。同時，用洗衣機或者手工刷鞋時，我們只是將洗衣粉或洗衣液簡單地涂在鞋刷上或者需要刷洗的部位上，當鞋子浸入水中時，洗衣粉或洗衣液便會迅速地溶解到水盆之中，既浪費了洗衣粉和洗衣液，又不能使其在需要刷洗的部分充分作用。而且，鞋子的內部我們用普通鞋刷很難刷到的，通常在刷洗當中會出現無法將內部完全刷到的方法。

二、刷鞋機的設計

（一）機械系統原理設計

此次設計的自動刷鞋機由外筒、內滾刷、外滾刷、多速電機、注水裝置、支撐裝置、傳動裝置、計時裝置、帶及帶傳動裝置、報警裝置等組成。將電機產生的動力傳送至內筒及外筒，采用繼電器的方式來控制水的注入及實現電機的正反轉。為實現多方位刷鞋的功能，采用固定鞋子，毛刷往復運動的方法來模擬手動刷鞋的動作，從而可以對鞋子內部和外部進行完全徹底地清洗，本設計由兩套走來著獨立的機械系統組成。一是清洗鞋子內部，內滾刷采用帶傳動的方法，通過毛刷在鞋內的往復運動，實現內部的清洗；鞋子外部采用凸輪機構，電機通過凸輪與前后傳動機構相連接，傳動機構帶動前后毛刷做往復運動，進行外表面的清洗。系統設計如圖1所示。

（二）控制系統原理設計

系統主要由可編程控制器（PLC）、計時器、水位檢測系統、注水系統、注液系統、排水系統、變頻調速系統、報警系統及動力系統共同組成，利用計時器、變頻傳感器來實現電機的自動化控制。其工作方式如圖2所示。

自動控制系統以可編程控制器為核心，接受啟動及停止按鈕、洗滌程度按鈕、水位控制傳感器、質量傳感器、計時器等的信號輸入，通過程序控制注水排水電磁閥、注液器、電機等執行機構，來實現刷鞋機的自動刷鞋控制。其工作流程如圖3所示。當按下啟動按鈕，系統開始工作，當用戶選擇洗滌強度后，系統開始自動注水，當水位達到預定水位后，水位控制傳感器輸出反饋信號，可編程控制器收到反饋信號后控制注水系統停止注水，注液器開始注入洗衣液，當洗衣液減少量達到預定值后，重量傳感器反饋信號，滾刷開始工作，電機正轉，當達到時間t1后，電機反轉，達到t2后，滾刷再次反轉，如此循環，當達到T后，滾刷停止工作，排水系統啟動，當達到最低水位時，停止排水，開始注水，進行二次刷洗，循環工作至預定次數后，洗滌工作完成，啟動報警程序通知用戶，當運行10s后結束全部過程并自動關機。

三、前景分析

隨著經濟社會的縱深發展和人們物質生活水平的不斷提高，人們的購買力也自然而然地大大增長，鞋子作為人們每天生活必不可少的生活必需品，為我們帶來舒適、溫暖、美觀的同時，我們對鞋子的清潔也提出了更高的要求，隨之而來的還有對那一雙雙鞋子清洗問題的苦惱。通過網上資料顯示，目前我國大多數人還處于中產階級以下，其中約有30%左右為中產階級，人口基數大，需求量大，還有客觀數量的潛在客戶。目前市面上擦鞋機、修鞋機隨處可見，卻尚未出現自動刷鞋機類似的產品，所以目前自動刷鞋機屬于市場空缺狀態，而本次所研究的自動刷鞋機很好地填補了市場空缺，所以企業的利潤將相當可觀。

通過近幾日對社會上各類人群進行的關于日常生活中刷鞋存在的弊端與問題的社會調研，歸納總結的數據如圖4所示。

通過圖4統計數據我們可以發現，人們對于日常生活中刷鞋的煩惱35%集中在刷鞋“用時較長”方面。現代人生活節奏越來越快，尤其是正處于事業拼搏期的年輕人，更無法拿出長時間來處理這種日常清潔瑣事上，這顯然是傳統手動刷鞋的一大重大弊端。其次便是刷鞋“不干凈”、“干洗店價格高”等方面；而此次設計的自動刷鞋機有效地避開了傳統人工刷鞋的弊端，對刷鞋的工作方式進行了創新型設計，完成刷鞋從手工刷鞋到自動刷鞋的跨越。

在社會的快節奏的工作狀態中，自動刷鞋機將會因為它的自動、智能、高效為現代社會中的人們節約大量的個人時間，從而創造更多的社會價值。與此同時，自動刷鞋機的出現也代表了社會的進步，通過可編程控制器實現對工作方式的控制，也為將來的智能社會打下良好的基礎。

結語

本設計采用了創新型的設計，通過PLC的控制，實現了完全自動化的刷鞋過程。它既可以對鞋子的內外表面進行全面徹底地清洗，還可以通過輸入刷洗強度，實現對不同類型鞋子不同程度地清洗，具有高效性、適用性、經濟性、實用性的特點，可適用在家庭、酒店、洗衣店等多種場合。通過此創新型設計，可是使人們放開雙手，用自動刷鞋機代替傳統刷鞋，實現創新型生活，為人們帶來更多便捷與舒適。

［1］楊松華.機械原理［M］.北京：北京大學出版社，2011.

［2］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［3］張均.可編程控制原理及應用［M］.北京：中國鐵道工業出版社，2007.

［4］孫衛青.機電一體化技術［M］.北京：科學出版社，2012.

［5］王文華.基于PLC控制的多方位自動刷鞋機［J］.輕工機械，2014（3）：77-79.

In order to fill gaps in the market of shoe machine， design an automatic machine， through the coordination of PLC，timer， water level sensors and quality sensor， to achieve full control of intelligent shoe machine. Using a belt drive and a cam mechanism， through hard and soft brush， all kinds of shoes inside and outside surfaces repeatedly brushing， to make the shoe clean. The automatic shoe brush machine market prospects， high efficiency， stable， high degree of automation， safe and reliable； market prospects， fully adapt to the rhythm of today's society， liberating the human's hands and reducing the trouble of washing shoe-s，truly intelligent production， convenient ， and promote smart social progress.

Shoe Machine；PLC：Automatic Control；Market

TH133.35

A

本文是沈陽航空航天大學2014年度“大學生創新創業訓練計劃”立項項目的階段性成果，項目編號為DCX142001。