快速自动清鞋机的设计

杨豪 蒋雨璇 骆彦朝 陈雅琪 马淑英 马雪亭

摘 要：新疆地区属于温带大陆性干旱气候，每年春夏之交会出现长时间的沙尘天气，长期处于室外环境中鞋外易沾染灰尘，鞋内由于脚部出汗的原因，易导致细菌滋生。立足于新疆特殊气候我们设计了一款智能除尘杀菌清鞋系统，可一体化地清除鞋子外部灰尘与内部细菌，方便使用者清洁鞋子并且保护脚部舒适健康。

关键词：无水清洁;杀菌箱 ;一体化

0 引言

随着人们生活水平的提高，人们对生活质量的要求越来越高，大到对居住环境的要求，小到对衣物鞋子舒适度的要求。新疆地区空气湿度低，平日里会刮沙尘暴，所以要是长时间在户外，回家时便需要对外衣及鞋子表面的灰尘进行清洗[1]。如果在缺水地区或者衣物的主人非常忙碌时，减少清洗的频率会对人体产生有害影响。

为了解决上述问题，我们设计了一款无水清鞋兼杀菌的一体化清鞋机模型。从环保角度考虑，我们特别设计集尘系统，由电动机带动叶轮高速旋转在集尘室内形成局部真空，利用气压差产生的吸力将灰尘吸入集尘室内，吸入后的空气经过滤网净化后排出，减少对空气污染。

1快速自動清鞋机设计思路

在学校时我们就会经常烦恼于鞋子穿几天表面就会沾染一层灰尘，尤其是在刮沙尘暴的时候，只要出门无论是鞋子还是衣服上，都会挂上一层沙子。这便让我们不得不常常清理，但是根据每个人的空闲时间或者区域限制的人来说可能无法做到每日清洗。市面上的清鞋机有感应清洁全自动擦鞋机、家用进门擦鞋底清鞋机、快速自动化洗鞋机等，他们分别具有各自的优点，适用于不同的场所。

其中，关键要考虑如何实现机器功能一体化，在设计改清鞋机时，我们团队主要利用传感器检测、单片机控制、机械传动等。并且设计利用四个清洁刷、三个滚轮刷，用可调速电机驱动毛刷结构对鞋表面灰尘进行清洁的同时给予鞋子前进动力。虽然现在大家的疫情防护意识有所提高，会用酒精，消毒水等杀菌液体喷洒外衣。但是鞋子常常会被忘记，设备中设计的紫外线杀菌灯，在清鞋的过程中会对鞋子进行安全有效的灭菌工作。快速自动清鞋机适用于家庭、酒店等多个场所让人们对自身及公共卫生安全多一份保障、多一份安心。

2快速自动清鞋机运行原理

当要清洁鞋子时接通电源，鞋子放置清滚轮导轨，鞋子经过滚轮导轨滚下触发系统第一个光电门开关，随后启动清鞋系统运行，同时吸尘模块同时工作，鞋子进入清洁模式，利用可调速电机驱动的毛刷结构对鞋表面灰尘进行清洁的同时给予鞋子前进动力，在清洁完成后通过升降台和推板自动传输，将鞋子传输至紫外线杀菌箱，杀菌消毒后传送带将鞋子传送至最底层，至此清鞋工作全部完成[2]。

3快速自动清鞋机关键结构设计

3.1 清洗机构

清洁机构，主要有四个清洁刷、三个滚轮刷组成，工作原理是利用调速电机驱动进行工作。在毛刷结构的选材上，滚轮刷选择了同等大小的碎布条组成的毛刷，清洁刷的选材与滚轮刷不同，我们选用了硬度较为高的材料，这样在对鞋表面灰尘进行清洁的同时也能给予鞋子前进动力，整个清鞋清鞋系统的长度为600mm，宽度为380mm，足够放下一双成人的鞋子。

如图2所示。

3.2 升降机构

升降台，在机器工作时起到将清洁完成的鞋子传送至第二层消毒箱的作用。主要工作原理是悬臂梁的一端是固定支座，另一端为自由端在荷载作用下，可根据力的平衡条件求得悬臂梁的固定端的支座反力。升降台的材料使用选择了亚克力板，寿命长，与其它材料制品相比，寿命长三年以上，可塑性强，造型变化大，加工成型容易;可回收率高，为日渐加强的环保意识所认同;维护方便，易清洁，用肥皂和软布擦洗即可。

基于SolidWorks软件的智能清鞋机的虚拟样机设计与有限元分析，虚拟样机的初步建立已完成，确定了清鞋机系统的选材并进行完善。通过制作原样机的实验验证了虚拟样机设计的可行性，同时在实验过程中不断进行修改选择更加安全、环保、稳定的材料。为今后清鞋机新功能的开发提供了更多参考信息。

4结论与展望

本文立足解决南疆特殊气候给人们生活带来的不便，拟设计一款全自动、兼外部除尘与内部杀菌一体化快速自动清鞋机。望解决脏鞋子给人们身体带来不健康影响的问题。为保证运行平稳，还对机架结构做了有限元分析，并进行现场清鞋试验，得出以下结论：

1）利用可调速电机驱动的毛刷结构运作正常，达到了预期对于毛刷结构工作的预期，毛刷结构既起到了清洁鞋子表面灰尘的作用又给与了鞋子前进的动力。

2）紫外线杀菌箱运作正常，对鞋子上携带的大部分普通细菌进行消毒。基本满足人们日常生活中的消毒要求。

3）机器中的升降推台平稳运行，机器达到全自动化效果

4） 清鞋试验结果表明： 机具性能整体较为稳定，对于布鞋的表面清洁工作达到预期效果，清洁工作较为成功，紫外线杀菌箱对鞋子内部细菌消灭有明显效果，达到了目的。

该机器在试验过程中发现了不足之处：例如在机器工作时直流电机动力不足，清洁模块无法正常工作;导轨滚轮在工作时摩擦阻力较大，运转不顺畅;电机太多，过于耗电;升降台是一个悬臂梁，自由度太多。在后期的改进中，应针对上述不足提出有针对性的改进措施，一方面要在二代机的设计中会换成减速直流电机，加强动力。在导轨滚轮两侧需要加轴承，能更好的实现滚动等，另一方面将升降台改为夹持机构[3]。另外，对于耗电问题的改进设想是后期用齿轮组或者带轮等来减少电机数量，这样在使用时耗电将会减少。这样，不仅会增强整个机具清鞋效果，而且一定程度上降低能耗。

参考文献：

[1] 李小康，王红，李彬，王槐朴，刘雪艳，郝勇，李霜天.超声波洗鞋机及其夹持装置的改进建议[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2020（07）：176-177.

[2] 王寅斌，王玉勤，季海龙，丁泽文.基于超声波原理的一种新型多功能洗鞋机的设计[J].产业与科技论坛，2018，17（13）：53-54.

[3] 秦锴，刘扬，陈小文，杨志维，董雷，陶珊，解全志.一种非浸泡式洗鞋机的设计[J].中国科技信息，2012（23）：102-103.

作者简介：杨豪（1998-），男，重庆梁平人，本科在读，机械设计制造及其自动化  .

（塔里木大学机械电气化工程学院  新疆   阿拉尔  843300）