楊豪　蔣雨璇　駱彥朝　陳雅琪　馬淑英　馬雪亭

摘 要：新疆地區(qū)屬于溫帶大陸性干旱氣候，每年春夏之交會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的沙塵天氣，長(zhǎng)期處于室外環(huán)境中鞋外易沾染灰塵，鞋內(nèi)由于腳部出汗的原因，易導(dǎo)致細(xì)菌滋生。立足于新疆特殊氣候我們?cè)O(shè)計(jì)了一款智能除塵殺菌清鞋系統(tǒng)，可一體化地清除鞋子外部灰塵與內(nèi)部細(xì)菌，方便使用者清潔鞋子并且保護(hù)腳部舒適健康。

關(guān)鍵詞：無(wú)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(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，大到對(duì)居住環(huán)境的要求，小到對(duì)衣物鞋子舒適度的要求。新疆地區(qū)空氣濕度低，平日里會(huì)刮沙塵暴，所以要是長(zhǎng)時(shí)間在戶(hù)外，回家時(shí)便需要對(duì)外衣及鞋子表面的灰塵進(jìn)行清洗[1]。如果在缺水地區(qū)或者衣物的主人非常忙碌時(shí)，減少清洗的頻率會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生有害影響。

為了解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款無(wú)水清鞋兼殺菌的一體化清鞋機(jī)模型。從環(huán)保角度考慮，我們特別設(shè)計(jì)集塵系統(tǒng)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)在集塵室內(nèi)形成局部真空，利用氣壓差產(chǎn)生的吸力將灰塵吸入集塵室內(nèi)，吸入后的空氣經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)凈化后排出，減少對(duì)空氣污染。

1快速自動(dòng)清鞋機(jī)設(shè)計(jì)思路

在學(xué)校時(shí)我們就會(huì)經(jīng)常煩惱于鞋子穿幾天表面就會(huì)沾染一層灰塵，尤其是在刮沙塵暴的時(shí)候，只要出門(mén)無(wú)論是鞋子還是衣服上，都會(huì)掛上一層沙子。這便讓我們不得不常常清理，但是根據(jù)每個(gè)人的空閑時(shí)間或者區(qū)域限制的人來(lái)說(shuō)可能無(wú)法做到每日清洗。市面上的清鞋機(jī)有感應(yīng)清潔全自動(dòng)擦鞋機(jī)、家用進(jìn)門(mén)擦鞋底清鞋機(jī)、快速自動(dòng)化洗鞋機(jī)等，他們分別具有各自的優(yōu)點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)所。

其中，關(guān)鍵要考慮如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器功能一體化，在設(shè)計(jì)改清鞋機(jī)時(shí)，我們團(tuán)隊(duì)主要利用傳感器檢測(cè)、單片機(jī)控制、機(jī)械傳動(dòng)等。并且設(shè)計(jì)利用四個(gè)清潔刷、三個(gè)滾輪刷，用可調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)毛刷結(jié)構(gòu)對(duì)鞋表面灰塵進(jìn)行清潔的同時(shí)給予鞋子前進(jìn)動(dòng)力。雖然現(xiàn)在大家的疫情防護(hù)意識(shí)有所提高，會(huì)用酒精，消毒水等殺菌液體噴灑外衣。但是鞋子常常會(huì)被忘記，設(shè)備中設(shè)計(jì)的紫外線(xiàn)殺菌燈，在清鞋的過(guò)程中會(huì)對(duì)鞋子進(jìn)行安全有效的滅菌工作?？焖僮詣?dòng)清鞋機(jī)適用于家庭、酒店等多個(gè)場(chǎng)所讓人們對(duì)自身及公共衛(wèi)生安全多一份保障、多一份安心。

2快速自動(dòng)清鞋機(jī)運(yùn)行原理

當(dāng)要清潔鞋子時(shí)接通電源，鞋子放置清滾輪導(dǎo)軌，鞋子經(jīng)過(guò)滾輪導(dǎo)軌滾下觸發(fā)系統(tǒng)第一個(gè)光電門(mén)開(kāi)關(guān)，隨后啟動(dòng)清鞋系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)吸塵模塊同時(shí)工作，鞋子進(jìn)入清潔模式，利用可調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的毛刷結(jié)構(gòu)對(duì)鞋表面灰塵進(jìn)行清潔的同時(shí)給予鞋子前進(jìn)動(dòng)力，在清潔完成后通過(guò)升降臺(tái)和推板自動(dòng)傳輸，將鞋子傳輸至紫外線(xiàn)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(dòng)清鞋機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 清洗機(jī)構(gòu)

清潔機(jī)構(gòu)，主要有四個(gè)清潔刷、三個(gè)滾輪刷組成，工作原理是利用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行工作。在毛刷結(jié)構(gòu)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(duì)鞋表面灰塵進(jìn)行清潔的同時(shí)也能給予鞋子前進(jìn)動(dòng)力，整個(gè)清鞋清鞋系統(tǒng)的長(zhǎng)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(jī)構(gòu)

升降臺(tái)，在機(jī)器工作時(shí)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(jù)力的平衡條件求得懸臂梁的固定端的支座反力。升降臺(tái)的材料使用選擇了亞克力板，壽命長(zhǎng)，與其它材料制品相比，壽命長(zhǎng)三年以上，可塑性強(qiáng)，造型變化大，加工成型容易;可回收率高，為日漸加強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)所認(rèn)同;維護(hù)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(jī)的虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)與有限元分析，虛擬樣機(jī)的初步建立已完成，確定了清鞋機(jī)系統(tǒng)的選材并進(jìn)行完善。通過(guò)制作原樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的可行性，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷進(jìn)行修改選擇更加安全、環(huán)保、穩(wěn)定的材料。為今后清鞋機(jī)新功能的開(kāi)發(fā)提供了更多參考信息。

4結(jié)論與展望

本文立足解決南疆特殊氣候給人們生活帶來(lái)的不便，擬設(shè)計(jì)一款全自動(dòng)、兼外部除塵與內(nèi)部殺菌一體化快速自動(dòng)清鞋機(jī)。望解決臟鞋子給人們身體帶來(lái)不健康影響的問(wèn)題。為保證運(yùn)行平穩(wěn)，還對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)做了有限元分析，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清鞋試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1）利用可調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的毛刷結(jié)構(gòu)運(yùn)作正常，達(dá)到了預(yù)期對(duì)于毛刷結(jié)構(gòu)工作的預(yù)期，毛刷結(jié)構(gòu)既起到了清潔鞋子表面灰塵的作用又給與了鞋子前進(jìn)的動(dòng)力。

2）紫外線(xiàn)殺菌箱運(yùn)作正常，對(duì)鞋子上攜帶的大部分普通細(xì)菌進(jìn)行消毒。基本滿(mǎn)足人們?nèi)粘Ｉ钪械南疽蟆?/p>

3）機(jī)器中的升降推臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行，機(jī)器達(dá)到全自動(dòng)化效果

4） 清鞋試驗(yàn)結(jié)果表明： 機(jī)具性能整體較為穩(wěn)定，對(duì)于布鞋的表面清潔工作達(dá)到預(yù)期效果，清潔工作較為成功，紫外線(xiàn)殺菌箱對(duì)鞋子內(nèi)部細(xì)菌消滅有明顯效果，達(dá)到了目的。

該機(jī)器在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了不足之處：例如在機(jī)器工作時(shí)直流電機(jī)動(dòng)力不足，清潔模塊無(wú)法正常工作;導(dǎo)軌滾輪在工作時(shí)摩擦阻力較大，運(yùn)轉(zhuǎn)不順暢;電機(jī)太多，過(guò)于耗電;升降臺(tái)是一個(gè)懸臂梁，自由度太多。在后期的改進(jìn)中，應(yīng)針對(duì)上述不足提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施，一方面要在二代機(jī)的設(shè)計(jì)中會(huì)換成減速直流電機(jī)，加強(qiáng)動(dòng)力。在導(dǎo)軌滾輪兩側(cè)需要加軸承，能更好的實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)等，另一方面將升降臺(tái)改為夾持機(jī)構(gòu)[3]。另外，對(duì)于耗電問(wèn)題的改進(jìn)設(shè)想是后期用齒輪組或者帶輪等來(lái)減少電機(jī)數(shù)量，這樣在使用時(shí)耗電將會(huì)減少。這樣，不僅會(huì)增強(qiáng)整個(gè)機(jī)具清鞋效果，而且一定程度上降低能耗。

參考文獻(xiàn)：

[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(jī)及其夾持裝置的改進(jìn)建議[J].中小企業(yè)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(jī)的設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2018，17（13）：53-54.

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

作者簡(jiǎn)介：楊豪（1998-），男，重慶梁平人，本科在讀，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化? .

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院? 新疆? ?阿拉爾? 843300）