快速自動清鞋機的設計

楊豪 蔣雨璇 駱彥朝 陳雅琪 馬淑英 馬雪亭

摘 要：新疆地區屬于溫帶大陸性干旱氣候，每年春夏之交會出現長時間的沙塵天氣，長期處于室外環境中鞋外易沾染灰塵，鞋內由于腳部出汗的原因，易導致細菌滋生。立足于新疆特殊氣候我們設計了一款智能除塵殺菌清鞋系統，可一體化地清除鞋子外部灰塵與內部細菌，方便使用者清潔鞋子并且保護腳部舒適健康。

關鍵詞：無水清潔;殺菌箱 ;一體化

0 引言

隨著人們生活水平的提高，人們對生活質量的要求越來越高，大到對居住環境的要求，小到對衣物鞋子舒適度的要求。新疆地區空氣濕度低，平日里會刮沙塵暴，所以要是長時間在戶外，回家時便需要對外衣及鞋子表面的灰塵進行清洗[1]。如果在缺水地區或者衣物的主人非常忙碌時，減少清洗的頻率會對人體產生有害影響。

為了解決上述問題，我們設計了一款無水清鞋兼殺菌的一體化清鞋機模型。從環保角度考慮，我們特別設計集塵系統，由電動機帶動葉輪高速旋轉在集塵室內形成局部真空，利用氣壓差產生的吸力將灰塵吸入集塵室內，吸入后的空氣經過濾網凈化后排出，減少對空氣污染。

1快速自動清鞋機設計思路

在學校時我們就會經常煩惱于鞋子穿幾天表面就會沾染一層灰塵，尤其是在刮沙塵暴的時候，只要出門無論是鞋子還是衣服上，都會掛上一層沙子。這便讓我們不得不常常清理，但是根據每個人的空閑時間或者區域限制的人來說可能無法做到每日清洗。市面上的清鞋機有感應清潔全自動擦鞋機、家用進門擦鞋底清鞋機、快速自動化洗鞋機等，他們分別具有各自的優點，適用于不同的場所。

其中，關鍵要考慮如何實現機器功能一體化，在設計改清鞋機時，我們團隊主要利用傳感器檢測、單片機控制、機械傳動等。并且設計利用四個清潔刷、三個滾輪刷，用可調速電機驅動毛刷結構對鞋表面灰塵進行清潔的同時給予鞋子前進動力。雖然現在大家的疫情防護意識有所提高，會用酒精，消毒水等殺菌液體噴灑外衣。但是鞋子常常會被忘記，設備中設計的紫外線殺菌燈，在清鞋的過程中會對鞋子進行安全有效的滅菌工作。快速自動清鞋機適用于家庭、酒店等多個場所讓人們對自身及公共衛生安全多一份保障、多一份安心。

2快速自動清鞋機運行原理

當要清潔鞋子時接通電源，鞋子放置清滾輪導軌，鞋子經過滾輪導軌滾下觸發系統第一個光電門開關，隨后啟動清鞋系統運行，同時吸塵模塊同時工作，鞋子進入清潔模式，利用可調速電機驅動的毛刷結構對鞋表面灰塵進行清潔的同時給予鞋子前進動力，在清潔完成后通過升降臺和推板自動傳輸，將鞋子傳輸至紫外線殺菌箱，殺菌消毒后傳送帶將鞋子傳送至最底層，至此清鞋工作全部完成[2]。

3快速自動清鞋機關鍵結構設計

3.1 清洗機構

清潔機構，主要有四個清潔刷、三個滾輪刷組成，工作原理是利用調速電機驅動進行工作。在毛刷結構的選材上，滾輪刷選擇了同等大小的碎布條組成的毛刷，清潔刷的選材與滾輪刷不同，我們選用了硬度較為高的材料，這樣在對鞋表面灰塵進行清潔的同時也能給予鞋子前進動力，整個清鞋清鞋系統的長度為600mm，寬度為380mm，足夠放下一雙成人的鞋子。

如圖2所示。

3.2 升降機構

升降臺，在機器工作時起到將清潔完成的鞋子傳送至第二層消毒箱的作用。主要工作原理是懸臂梁的一端是固定支座，另一端為自由端在荷載作用下，可根據力的平衡條件求得懸臂梁的固定端的支座反力。升降臺的材料使用選擇了亞克力板，壽命長，與其它材料制品相比，壽命長三年以上，可塑性強，造型變化大，加工成型容易;可回收率高，為日漸加強的環保意識所認同;維護方便，易清潔，用肥皂和軟布擦洗即可。

基于SolidWorks軟件的智能清鞋機的虛擬樣機設計與有限元分析，虛擬樣機的初步建立已完成，確定了清鞋機系統的選材并進行完善。通過制作原樣機的實驗驗證了虛擬樣機設計的可行性，同時在實驗過程中不斷進行修改選擇更加安全、環保、穩定的材料。為今后清鞋機新功能的開發提供了更多參考信息。

4結論與展望

本文立足解決南疆特殊氣候給人們生活帶來的不便，擬設計一款全自動、兼外部除塵與內部殺菌一體化快速自動清鞋機。望解決臟鞋子給人們身體帶來不健康影響的問題。為保證運行平穩，還對機架結構做了有限元分析，并進行現場清鞋試驗，得出以下結論：

1）利用可調速電機驅動的毛刷結構運作正常，達到了預期對于毛刷結構工作的預期，毛刷結構既起到了清潔鞋子表面灰塵的作用又給與了鞋子前進的動力。

2）紫外線殺菌箱運作正常，對鞋子上攜帶的大部分普通細菌進行消毒。基本滿足人們日常生活中的消毒要求。

3）機器中的升降推臺平穩運行，機器達到全自動化效果

4） 清鞋試驗結果表明： 機具性能整體較為穩定，對于布鞋的表面清潔工作達到預期效果，清潔工作較為成功，紫外線殺菌箱對鞋子內部細菌消滅有明顯效果，達到了目的。

該機器在試驗過程中發現了不足之處：例如在機器工作時直流電機動力不足，清潔模塊無法正常工作;導軌滾輪在工作時摩擦阻力較大，運轉不順暢;電機太多，過于耗電;升降臺是一個懸臂梁，自由度太多。在后期的改進中，應針對上述不足提出有針對性的改進措施，一方面要在二代機的設計中會換成減速直流電機，加強動力。在導軌滾輪兩側需要加軸承，能更好的實現滾動等，另一方面將升降臺改為夾持機構[3]。另外，對于耗電問題的改進設想是后期用齒輪組或者帶輪等來減少電機數量，這樣在使用時耗電將會減少。這樣，不僅會增強整個機具清鞋效果，而且一定程度上降低能耗。

參考文獻：

[1] 李小康，王紅，李彬，王槐樸，劉雪艷，郝勇，李霜天.超聲波洗鞋機及其夾持裝置的改進建議[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2020（07）：176-177.

[2] 王寅斌，王玉勤，季海龍，丁澤文.基于超聲波原理的一種新型多功能洗鞋機的設計[J].產業與科技論壇，2018，17（13）：53-54.

[3] 秦鍇，劉揚，陳小文，楊志維，董雷，陶珊，解全志.一種非浸泡式洗鞋機的設計[J].中國科技信息，2012（23）：102-103.

作者簡介：楊豪（1998-），男，重慶梁平人，本科在讀，機械設計制造及其自動化? .

（塔里木大學機械電氣化工程學院? 新疆? ?阿拉爾? 843300）