李小康　王紅　李彬　王槐樸　劉雪艷　郝勇　李霜天

【摘 ?要】論文全面介紹了超聲波洗鞋機的發(fā)展現(xiàn)狀，就目前市場上洗鞋機在其結構和夾持裝置設計的不足作了簡單的陳述，通過介紹一種新型的超聲波洗鞋機，其在結構模型和夾持裝置等設計上均作出新的優(yōu)化，有望打破傳統(tǒng)夾持裝置的結構設計。此外，論文結合現(xiàn)有技術進行了適當?shù)挠懻摗?/p>

【Abstract】This paper comprehensively introduces the developing situation of the ultrasonic shoes washing machine， and makes a simple statement on the deficiencies of the structure and clamping device design of the shoes washing machine in the current market， and introduces a new ultrasonic shoes washing machine， which makes new optimization in the structure model and clamping device design， which is expected to break the traditional clamping device structure design. In addition， the paper combines the existing technology to carry on the appropriate discussion.

【關鍵詞】超聲波洗鞋機;結構設計;夾持裝置

【Keywords】ultrasonic shoes washing machine; structural design; clamping device

【中圖分類號】TM925.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）07-0176-02

1 引言

目前，超聲波清洗技術已經廣泛用于各種清潔領域，例如，制藥、電子、食品行業(yè)的生產車間中各種潔凈鞋和潔凈衣物的清洗。鞋子是人們在日常生活中不可或缺的必需品，由于出汗、雨水和風沙等污染，鞋面和鞋內很容易變臟，現(xiàn)有技術一般通過三種方式清潔臟了的運動鞋：一是人工用刷子刷鞋，人工刷鞋耗時耗力，極大地影響了生活品質，還會對鞋子造成嚴重磨損;二是用洗衣機洗鞋，使用傳統(tǒng)的洗衣機洗鞋時，清潔效果較差，而且離心力作用使鞋子產生切割力，碰撞洗鞋機缸體，容易損壞洗鞋機和鞋子，且噪聲大;三是使用一般的超聲波洗鞋機清洗，缺乏鞋子固定機構或者固定不牢固，這也就導致在一定的轉速條件下洗滌或脫水時，鞋子與桶壁容易產生摩擦和碰撞，造成對鞋子的破壞，如脫膠、鞋面破損等。因此，基于對現(xiàn)有超聲波洗鞋機在高速旋轉脫水中固定或夾持裝置的不足，結合一款新型的超聲波洗鞋機，提出相應的改進建議。

2 超聲波洗鞋機

隨著超聲波技術的發(fā)展和應用，傳統(tǒng)洗鞋機因易造成鞋面破損和鞋膠開裂等情況慢慢在共享或公共場合退出，一種新型的超聲波洗鞋機開始嶄露頭角。施文平[1]首次公開一種免洗滌超聲波洗鞋機的部分結構及其外觀設計，致力于緩解化學洗滌劑對環(huán)境造成的影響。隨后，研究人員注意到一種采用棒敲打衣物的滾筒式洗衣機在清洗和高效上的優(yōu)勢。唐陽衡[2]將超聲波發(fā)生裝置安裝在圓筒上側，采用微波加熱輔助超聲清洗共同作用達到清潔目的。盡管此后劉揚等[3]、吳紹蘭[4]和葉喬[5]等人分別在此基礎上進行了新的超聲波裝置的設計和改進，但一種具備清洗、烘干和脫水的全自動超聲波洗鞋機仍然尚未出現(xiàn)在廣大使用者家中。隨著科學技術的進步，國內外家用電器逐步趨于自動化，此后，洛陽理工學院李彬教授團隊[6]注意到盡管現(xiàn)有全自動超聲波洗鞋機在功能上基本已經滿足用戶需求，但如何更加高效地使用洗鞋機內部空間和利用率等情況仍存在不足，因此，其采用一種爪式夾持機構，并在其上以不同的圓形半徑和分布梯度陣列排列，設計出一種帶有新型夾持機構的全自動超聲波洗鞋機。

3 創(chuàng)新設計

有鑒于此，為進一步彌補現(xiàn)有超聲波洗鞋機在空間利用率和夾持固定裝置中的不足，在此提供一種全自動超聲波洗鞋機，能滿足在一定的水溫條件下，采用一種特殊的夾持裝置將不同類型或不同年齡所屬鞋類進行超聲波清洗，如圖1所示。

通過在盛水桶3的外壁上安裝多塊疊加的加熱金屬板加熱裝置4，在超聲波通過水介質清洗鞋的過程中，加熱金屬板將啟動（可由用戶設定最終溫度，如用戶未設定加熱環(huán)節(jié)，系統(tǒng)輔助自動設定一段非常緩慢的升溫過程，伴隨整個超聲波的清洗過程），能保證在一定的水溫條件下清洗鞋子。為進一步利用洗鞋機的空間，通過在盛水桶3和脫水桶2底部連接處設計一種獨特的凹陷區(qū)域用于安裝六組超聲波發(fā)生器，在最大程度上提高了洗鞋機的空間占空比，并能有效發(fā)揮超聲波清洗的效果。

基于現(xiàn)有超聲波洗鞋機在夾持狀態(tài)和使用范圍無法滿足用戶的條件下，采用一種“手爪”仿生結構夾持裝置，如圖2所示。將脫水軸8上端和小端采用不同直徑一定厚度的上下圓盤（圖示101和102），并在圓盤各處以60°分布3組支持點，以一定的角度將上述圓盤采用鏤空質量支撐103連接，最大限度地降低高速脫水過程中鞋子所受離心力。此外，按照人體腳部結構將夾持裝置設計成兩個部分，呈現(xiàn)一種梯度分布的陣列，即上部分采用相同圓弧半徑的開口爪5以一定的間距安裝于支撐板103上，下部分則同樣采用一種以相同半徑縮減量的三組鞋中部開口爪6安裝，兩者不同在于，后者同樣以上述半徑縮減量進行設計一種閉口固定式環(huán)形爪，用于童鞋的夾持，而此點是傳統(tǒng)洗鞋機夾持裝置無法做到的。當其在工作過程中，由于夾持裝置內部采用中空的結構，在高速旋轉過程中，上圓盤101受到的離心力相較于小圓盤102更大，根據(jù)流體力學和經典牛頓力學理論，鞋頭內側水流將向鞋跟處流動，最終從鞋幫側流出，特別對于一種非運動型無網(wǎng)格鞋類其特征表現(xiàn)明顯，而此點同樣是傳統(tǒng)懸掛式夾持裝置無法完成的。

總的而言，上述提供一種新型的超聲波洗鞋機及其夾持裝置，有望緩解傳統(tǒng)洗鞋機中缺乏鞋子固定機構或者固定不牢固導致鞋面受損和脫膠等情況。綜上所述，其具有如下特點：①結構簡單，制造成本低;②適用性強;③洗滌和脫水效果顯著。

4 結語

目前，超聲波清洗技術已經廣泛應用于食品、藥品和機電產品等領域中，超聲波洗鞋機因具備高效率、低能耗和清潔效果顯著等特點受到企業(yè)或家庭的追捧。當然，洗鞋機技術以此為契機，從最初單一超聲波技術慢慢發(fā)展到具備清洗、甩干、殺菌消毒和烘干等一體化全自動技術。然而，產品的結構和夾持固定系統(tǒng)仍存在諸多的問題，因此，通過介紹一種新型的超聲波洗鞋機結構及其夾持裝置，有望改善現(xiàn)有洗鞋機的不足之處。

【參考文獻】

【1】施文平.免洗滌劑超聲波洗鞋機，CN202397428U[P].2012-08-29.

【2】唐陽衡.超聲波洗鞋機，CN202891850U[P].2013-04-24.

【3】劉揚，秦鍇，許海生.一種超聲波洗鞋機，CN103300804A[P].2013-09-18.

【4】吳紹蘭.一種超聲波洗鞋機，CN104887166A[P].2015-09-09.

【5】葉喬.一種超聲波洗鞋機，CN105212871A[P].2016-01-06.

【6】李彬，李小康，徐鹿輝，李軍偉，郝勇，任睿卓，景凱亮.一種全自動超聲波洗鞋機，CN210095664U[P].2020-02-21.

【基金項目】國家自然科學基金（51475222）：多元多尺度仿生自修復刀具及其增效機理研究。國家級大學生創(chuàng)新訓練項目（201911070002）：自潤滑刀具碳納米涂層。

【作者簡介】李小康（1998-），男，湖北天門人，本科在讀，從事刀具材料開發(fā)研究。

【通訊作者】李彬（1982-），男，山東濟南人，從事干切削刀具的相關研究。