一種新型洗鞋機的研究分析

代國軍　張志行　姚詠航　田俊豪　趙小勇

摘? 要：洗鞋是一種繁瑣的家務勞動，日常生活中，采用人工刷洗的方式，不但勞累還費時。洗鞋機的出現代替了人工刷洗方式，方便了人們的生活。文章將介紹洗鞋機的發展歷程，主要研究分析一種可實現刷洗、烘干、消毒集一體的新型多功能洗鞋機，詳細分析了其六大組成系統及相關結構，并按工作步驟闡述該新型洗鞋機的工作原理。

關鍵詞：洗鞋;洗鞋機;多功能

中圖分類號：TS959.9? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）07-0038-02

Abstract： Shoe washing is a kind of tedious housework. In daily life， manual brushing is used， which is not only tiring but also time-consuming. The emergence of shoe washing machine replaces manual brushing and facilitates people's life. This paper will introduce the development course of the shoe washing machine， mainly study and analyze a new type of multi-function shoe washing machine which can realize the integration of brushing， drying and disinfection， and analyze its six components and related structures in detail. and the working principle of the new shoe washing machine is described according to the working steps.

Keywords： shoe washing; shoe washing machine; multi-function

前言

洗鞋機是2008年出現在市場上的一種家用電器，其外型跟洗衣機相似，但關鍵機構并不相同，主要特征是在內桶中的波輪軸和內桶內側部分都裝了毛刷，在機器運轉時通過毛刷摩擦鞋子達到清洗效果，結構整體方便簡約，大受市場歡迎。不過，由于其結構和工作機理的局限性，鞋子會存在“死區”難以被徹底清潔，無法達到良好的清洗效果。2010年在市場上開始出現投幣洗鞋機，主要應用于學校、工廠、洗衣吧、社區等公共場所，為人們提供洗鞋服務。

本文研究設計的新型洗鞋機在不采用傳統的浸泡式洗鞋方式下，能達到清洗徹底和快速洗鞋的效果，并能夠對洗好的鞋做進一步的烘干消毒工作，滿足人們的生活需求。

1 結構組成分析

通過不同類型洗鞋方案調研之后，本文給出了一種全新的自動洗鞋機類型。該新型洗鞋機主要由6個部分組成：夾持系統、刷子系統、噴淋系統、翻轉系統、輔助系統、控制系統。利用Autodesk Inventor等相關軟件，構建出該新型洗鞋機的三維模型并進行仿真分析。下文將從這六個部分進行詳析（見圖1）：

1.1 夾持系統

夾持系統用于對鞋樣的夾持與固定。該系統采用了絲桿滑臺機構，通過轉動絲桿使兩滑臺沿預設滑軌相離或相向移動，達到帶動滑臺上的夾具牢固夾持鞋樣的目的。同時為了避免對鞋樣造成損傷，夾具與滑臺之間采用若干彈簧元件固定連接，以達到柔性夾持的效果（見圖2）。

1.2 刷子系統

刷子系統為主要的刷洗工具，共分為四類刷型，其中橫刷和縱刷位于表面刷框架上，底刷和內刷分別位于鞋樣上方和下方：

（1）橫刷：單個橫刷橫置在表面刷框架上，由電機驅動自轉，并復合表面刷框架的直線往復運動，以此達到刷洗鞋樣上表面的目的。

（2）縱刷：四個縱刷固定在表面刷框架上，隨著框架的直線往復運動摩擦鞋樣兩側表面來刷洗鞋樣。

（3）底刷：兩只底刷安裝在夾持平臺鞋樣下方，由電機驅動并配合齒輪傳動帶動底刷旋轉刷洗鞋樣底部。

（4）內刷：采用定塊機構，當刷頭向下運動接觸鞋內部底端時，因輕度彎曲的角度和兩側彈簧伸縮作用，會順勢進入鞋內進行刷洗;同時，固結于桿上的刷頭專用于清洗腳后跟內部位置。

1.3 噴淋系統

為了更好地契合該機器的工作特點，噴淋系統采用間歇式壓力噴淋裝置并安裝在洗鞋機上方，其工作過程主要分為三個階段：

（1）待鞋樣夾持工作完成后對鞋樣進行噴水潤濕。

（2）刷洗工作進行期間對鞋樣做間歇噴灑。

（3）刷洗工作完成后對鞋樣進行最終沖刷清洗。

1.4 翻轉系統

鞋子的刷洗工作完成后因鞋子內部殘留了較多積水，故不可直接對濕潤的鞋子進行烘干工作，因此需要設計一種翻轉裝置實現倒晾鞋子的功能。經過分析篩選后，翻轉系統采用圓銷外嚙合槽輪機構，由電機驅動槽輪旋轉帶動夾持平臺翻轉180°從而使鞋樣倒置，以達到倒去鞋內積水的目的。

1.5 輔助系統

輔助系統主要實現對清洗晾倒后的鞋子的烘干消毒，由烘干裝置和消毒裝置組成。

烘干裝置采用了一種陶瓷電熱元件——PTC：將PTC陶瓷發熱元件作為熱源，它具有升溫快、熱效率高、不發光、無明火、使用壽命長等優點，還具有雙保險功能，使用起來安全可靠。同時利用濕度傳感器實時控制烘干的時間。消毒裝置則采用無臭氧型紫外線燈管。

烘干消毒裝置固定在整個機器內部的上方。當所有清洗翻倒工作結束，表面刷框架和夾持平臺回位至起點，之后夾持平臺往復勻速運動使得鞋子可以得到充分的烘干和消毒。

1.6 控制系統

控制系統主要處理和協調洗鞋機各工作進程中不同工作步驟之間的配合，使洗鞋工作按人們預定的程序進行。控制系統以PLC控制器為主體，輔以各類自動控制儀表裝置，通過編寫調試相應的嵌入式系統程序文件，將不同機構的運動先后連貫，針對洗鞋機器各工作部分控制相應的電動機等執行元件相繼工作，以實現洗鞋機對鞋子的刷洗、烘干、消毒等一系列功能。

2 工作步驟總結

該新型洗鞋機的具體工作步驟過程如下：

（1）將待洗鞋樣放置在夾持平臺上夾持牢固。

（2）噴淋裝置對鞋樣進行濕潤工作。

（3）刷洗工作進行：

a.表面刷框架由電機驅動齒輪齒條機構做直線往復運動;

b.橫刷由電機驅動自轉并復合直線往復運動刷洗鞋樣上表面;

c.縱刷由表面刷框架帶動做直線往復運動摩擦刷洗鞋樣兩側表面;

d.底刷由電機驅動齒輪機構旋轉刷洗鞋樣底部;

e.待鞋樣外表面刷洗干凈后，表面刷框架回位至起點位置，內刷機構開始工作刷洗鞋樣內部（刷洗工作進行期間噴淋系統持續做間隙噴灑工作）。

（4）刷洗工作結束，噴淋裝置加大噴水壓力和噴水量，對鞋樣進行最終沖刷清洗。

（5）槽輪翻轉機構運行，驅動夾持平臺翻轉180度，以此倒去鞋內積水并晾置。

（6）翻倒晾置工作結束后，翻轉機構運行使夾持平臺回至原位，烘干消毒裝置啟動，與此同時，夾持平臺緩慢運動使得鞋樣得到均勻充分的烘干消毒效果。

（7）烘干消毒過后的鞋樣煥然一新，關閉電源后，取下鞋樣即可。

3 結束語

洗鞋機體積較小，初次安裝刷子之后可以保持機器長時間的使用。洗鞋行業目前是服務業中的一種朝陽產業，其市場前景廣闊，而且與人們的日常生活息息相關，它市場風險性較小。

本文研究設計的新型洗鞋機器，能夠更好地實現鞋的清洗、烘干、消毒功能，相對于市面上已有的洗鞋機，該機器功能較全面，清洗效果較顯著，能夠讓洗鞋更加輕松、方便。

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