一種新型洗鞋機(jī)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(wù)勞動(dòng)，日常生活中，采用人工刷洗的方式，不但勞累還費(fèi)時(shí)。洗鞋機(jī)的出現(xiàn)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(jī)的發(fā)展歷程，主要研究分析一種可實(shí)現(xiàn)刷洗、烘干、消毒集一體的新型多功能洗鞋機(jī)，詳細(xì)分析了其六大組成系統(tǒng)及相關(guān)結(jié)構(gòu)，并按工作步驟闡述該新型洗鞋機(jī)的工作原理。

關(guān)鍵詞：洗鞋;洗鞋機(jī);多功能

中圖分類號：TS959.9? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)是2008年出現(xiàn)在市場上的一種家用電器，其外型跟洗衣機(jī)相似，但關(guān)鍵機(jī)構(gòu)并不相同，主要特征是在內(nèi)桶中的波輪軸和內(nèi)桶內(nèi)側(cè)部分都裝了毛刷，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過毛刷摩擦鞋子達(dá)到清洗效果，結(jié)構(gòu)整體方便簡約，大受市場歡迎。不過，由于其結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理的局限性，鞋子會(huì)存在“死區(qū)”難以被徹底清潔，無法達(dá)到良好的清洗效果。2010年在市場上開始出現(xiàn)投幣洗鞋機(jī)，主要應(yīng)用于學(xué)校、工廠、洗衣吧、社區(qū)等公共場所，為人們提供洗鞋服務(wù)。

本文研究設(shè)計(jì)的新型洗鞋機(jī)在不采用傳統(tǒng)的浸泡式洗鞋方式下，能達(dá)到清洗徹底和快速洗鞋的效果，并能夠?qū)ο春玫男鲞M(jìn)一步的烘干消毒工作，滿足人們的生活需求。

1 結(jié)構(gòu)組成分析

通過不同類型洗鞋方案調(diào)研之后，本文給出了一種全新的自動(dòng)洗鞋機(jī)類型。該新型洗鞋機(jī)主要由6個(gè)部分組成：夾持系統(tǒng)、刷子系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。利用Autodesk Inventor等相關(guān)軟件，構(gòu)建出該新型洗鞋機(jī)的三維模型并進(jìn)行仿真分析。下文將從這六個(gè)部分進(jìn)行詳析（見圖1）：

1.1 夾持系統(tǒng)

夾持系統(tǒng)用于對鞋樣的夾持與固定。該系統(tǒng)采用了絲桿滑臺機(jī)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿使兩滑臺沿預(yù)設(shè)滑軌相離或相向移動(dòng)，達(dá)到帶動(dòng)滑臺上的夾具牢固夾持鞋樣的目的。同時(shí)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(dá)到柔性夾持的效果（見圖2）。

1.2 刷子系統(tǒng)

刷子系統(tǒng)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(nèi)刷分別位于鞋樣上方和下方：

（1）橫刷：單個(gè)橫刷橫置在表面刷框架上，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)自轉(zhuǎn)，并復(fù)合表面刷框架的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以此達(dá)到刷洗鞋樣上表面的目的。

（2）縱刷：四個(gè)縱刷固定在表面刷框架上，隨著框架的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦鞋樣兩側(cè)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(jī)驅(qū)動(dòng)并配合齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)底刷旋轉(zhuǎn)刷洗鞋樣底部。

（4）內(nèi)刷：采用定塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)刷頭向下運(yùn)動(dòng)接觸鞋內(nèi)部底端時(shí)，因輕度彎曲的角度和兩側(cè)彈簧伸縮作用，會(huì)順勢進(jìn)入鞋內(nèi)進(jìn)行刷洗;同時(shí)，固結(jié)于桿上的刷頭專用于清洗腳后跟內(nèi)部位置。

1.3 噴淋系統(tǒng)

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

（1）待鞋樣夾持工作完成后對鞋樣進(jìn)行噴水潤濕。

（2）刷洗工作進(jìn)行期間對鞋樣做間歇噴灑。

（3）刷洗工作完成后對鞋樣進(jìn)行最終沖刷清洗。

1.4 翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)

鞋子的刷洗工作完成后因鞋子內(nèi)部殘留了較多積水，故不可直接對濕潤的鞋子進(jìn)行烘干工作，因此需要設(shè)計(jì)一種翻轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)倒晾鞋子的功能。經(jīng)過分析篩選后，翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用圓銷外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)槽輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)夾持平臺翻轉(zhuǎn)180°從而使鞋樣倒置，以達(dá)到倒去鞋內(nèi)積水的目的。

1.5 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)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(fā)熱元件作為熱源，它具有升溫快、熱效率高、不發(fā)光、無明火、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，還具有雙保險(xiǎn)功能，使用起來安全可靠。同時(shí)利用濕度傳感器實(shí)時(shí)控制烘干的時(shí)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(gè)機(jī)器內(nèi)部的上方。當(dāng)所有清洗翻倒工作結(jié)束，表面刷框架和夾持平臺回位至起點(diǎn)，之后夾持平臺往復(fù)勻速運(yùn)動(dòng)使得鞋子可以得到充分的烘干和消毒。

1.6 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要處理和協(xié)調(diào)洗鞋機(jī)各工作進(jìn)程中不同工作步驟之間的配合，使洗鞋工作按人們預(yù)定的程序進(jìn)行?？刂葡到y(tǒng)以PLC控制器為主體，輔以各類自動(dòng)控制儀表裝置，通過編寫調(diào)試相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)程序文件，將不同機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)先后連貫，針對洗鞋機(jī)器各工作部分控制相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)等執(zhí)行元件相繼工作，以實(shí)現(xiàn)洗鞋機(jī)對鞋子的刷洗、烘干、消毒等一系列功能。

2 工作步驟總結(jié)

該新型洗鞋機(jī)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(jìn)行濕潤工作。

（3）刷洗工作進(jìn)行：

a.表面刷框架由電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng);

b.橫刷由電機(jī)驅(qū)動(dòng)自轉(zhuǎn)并復(fù)合直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)刷洗鞋樣上表面;

c.縱刷由表面刷框架帶動(dòng)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦刷洗鞋樣兩側(cè)表面;

d.底刷由電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)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(diǎn)位置，內(nèi)刷機(jī)構(gòu)開始工作刷洗鞋樣內(nèi)部（刷洗工作進(jìn)行期間噴淋系統(tǒng)持續(xù)做間隙噴灑工作）。

（4）刷洗工作結(jié)束，噴淋裝置加大噴水壓力和噴水量，對鞋樣進(jìn)行最終沖刷清洗。

（5）槽輪翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)夾持平臺翻轉(zhuǎn)180度，以此倒去鞋內(nèi)積水并晾置。

（6）翻倒晾置工作結(jié)束后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行使夾持平臺回至原位，烘干消毒裝置啟動(dòng)，與此同時(shí)，夾持平臺緩慢運(yùn)動(dòng)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(guān)閉電源后，取下鞋樣即可。

3 結(jié)束語

洗鞋機(jī)體積較小，初次安裝刷子之后可以保持機(jī)器長時(shí)間的使用。洗鞋行業(yè)目前是服務(wù)業(yè)中的一種朝陽產(chǎn)業(yè)，其市場前景廣闊，而且與人們的日常生活息息相關(guān)，它市場風(fēng)險(xiǎn)性較小。

本文研究設(shè)計(jì)的新型洗鞋機(jī)器，能夠更好地實(shí)現(xiàn)鞋的清洗、烘干、消毒功能，相對于市面上已有的洗鞋機(jī)，該機(jī)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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