姜曉雨 李景春 呂曉萌

（沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110000）

一種新型自動刷鞋機(jī)的設(shè)計

姜曉雨 李景春 呂曉萌

（沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110000）

本文設(shè)計了一款自動刷鞋機(jī)，通過PLC控制，實現(xiàn)刷鞋機(jī)的完全智能控、利用帶傳動及凸輪機(jī)構(gòu)傳動，對鞋子內(nèi)外表面進(jìn)行反復(fù)刷洗，達(dá)到刷凈的目的。該自動刷鞋機(jī)市場前景廣闊，效率高，工作穩(wěn)定，自動化程度高，安全可靠。

刷鞋機(jī)；PLC；自動控制；市場

本文是沈陽航空航天大學(xué)2014年度“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)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(fā)展，生活的進(jìn)步，精神及物質(zhì)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(zhì)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(zhì)量，精神面貌及他的素質(zhì)修養(yǎng)。然而隨著現(xiàn)代人們工作和生活節(jié)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(jī)具有無限寬廣的市場潛力。自動刷鞋機(jī)取代手工刷鞋的想法便由此產(chǎn)生。

目前市面上大多數(shù)的刷鞋機(jī)都是在現(xiàn)有洗衣機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造而成，這種方案對鞋子的內(nèi)部損害嚴(yán)重，而且使鞋子變形嚴(yán)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(jī)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(dāng)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(nèi)部我們用普通鞋刷很難刷到的，通常在刷洗當(dāng)中會出現(xiàn)無法將內(nèi)部完全刷到的方法。

二、刷鞋機(jī)的設(shè)計

（一）機(jī)械系統(tǒng)原理設(shè)計

此次設(shè)計的自動刷鞋機(jī)由外筒、內(nèi)滾刷、外滾刷、多速電機(jī)、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(jī)產(chǎn)生的動力傳送至內(nèi)筒及外筒，采用繼電器的方式來控制水的注入及實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。為實現(xiàn)多方位刷鞋的功能，采用固定鞋子，毛刷往復(fù)運動的方法來模擬手動刷鞋的動作，從而可以對鞋子內(nèi)部和外部進(jìn)行完全徹底地清洗，本設(shè)計由兩套走來著獨立的機(jī)械系統(tǒng)組成。一是清洗鞋子內(nèi)部，內(nèi)滾刷采用帶傳動的方法，通過毛刷在鞋內(nèi)的往復(fù)運動，實現(xiàn)內(nèi)部的清洗；鞋子外部采用凸輪機(jī)構(gòu)，電機(jī)通過凸輪與前后傳動機(jī)構(gòu)相連接，傳動機(jī)構(gòu)帶動前后毛刷做往復(fù)運動，進(jìn)行外表面的清洗。系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

（二）控制系統(tǒng)原理設(shè)計

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

自動控制系統(tǒng)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(zhì)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(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來實現(xiàn)刷鞋機(jī)的自動刷鞋控制。其工作流程如圖3所示。當(dāng)按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，當(dāng)用戶選擇洗滌強度后，系統(tǒng)開始自動注水，當(dāng)水位達(dá)到預(yù)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(tǒng)停止注水，注液器開始注入洗衣液，當(dāng)洗衣液減少量達(dá)到預(yù)定值后，重量傳感器反饋信號，滾刷開始工作，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到時間t1后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，達(dá)到t2后，滾刷再次反轉(zhuǎn)，如此循環(huán)，當(dāng)達(dá)到T后，滾刷停止工作，排水系統(tǒng)啟動，當(dāng)達(dá)到最低水位時，停止排水，開始注水，進(jìn)行二次刷洗，循環(huán)工作至預(yù)定次數(shù)后，洗滌工作完成，啟動報警程序通知用戶，當(dāng)運行10s后結(jié)束全部過程并自動關(guān)機(jī)。

三、前景分析

隨著經(jīng)濟(jì)社會的縱深發(fā)展和人們物質(zhì)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(wǎng)上資料顯示，目前我國大多數(shù)人還處于中產(chǎn)階級以下，其中約有30%左右為中產(chǎn)階級，人口基數(shù)大，需求量大，還有客觀數(shù)量的潛在客戶。目前市面上擦鞋機(jī)、修鞋機(jī)隨處可見，卻尚未出現(xiàn)自動刷鞋機(jī)類似的產(chǎn)品，所以目前自動刷鞋機(jī)屬于市場空缺狀態(tài)，而本次所研究的自動刷鞋機(jī)很好地填補了市場空缺，所以企業(yè)的利潤將相當(dāng)可觀。

通過近幾日對社會上各類人群進(jìn)行的關(guān)于日常生活中刷鞋存在的弊端與問題的社會調(diào)研，歸納總結(jié)的數(shù)據(jù)如圖4所示。

通過圖4統(tǒng)計數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，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?，F(xiàn)代人生活節(jié)奏越來越快，尤其是正處于事業(yè)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(tǒng)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(shè)計的自動刷鞋機(jī)有效地避開了傳統(tǒng)人工刷鞋的弊端，對刷鞋的工作方式進(jìn)行了創(chuàng)新型設(shè)計，完成刷鞋從手工刷鞋到自動刷鞋的跨越。

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

結(jié)語

本設(shè)計采用了創(chuàng)新型的設(shè)計，通過PLC的控制，實現(xiàn)了完全自動化的刷鞋過程。它既可以對鞋子的內(nèi)外表面進(jìn)行全面徹底地清洗，還可以通過輸入刷洗強度，實現(xiàn)對不同類型鞋子不同程度地清洗，具有高效性、適用性、經(jīng)濟(jì)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(chuàng)新型設(shè)計，可是使人們放開雙手，用自動刷鞋機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)刷鞋，實現(xiàn)創(chuàng)新型生活，為人們帶來更多便捷與舒適。

［1］楊松華.機(jī)械原理［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2011.

［2］成大先.機(jī)械設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［3］張均.可編程控制原理及應(yīng)用［M］.北京：中國鐵道工業(yè)出版社，2007.

［4］孫衛(wèi)青.機(jī)電一體化技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2012.

［5］王文華.基于PLC控制的多方位自動刷鞋機(jī)［J］.輕工機(jī)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(xué)2014年度“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”立項項目的階段性成果，項目編號為DCX142001。