劉 敬,胡坤明,李道勇,韓振邦,郭世航

(濱州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 濱州 256603)

鞋子是我們生活中的必需品，洗鞋子是我們生活中必須要做的事。然而每家每戶(hù)都會(huì)購(gòu)買(mǎi)洗衣機(jī)卻幾乎不會(huì)購(gòu)買(mǎi)洗鞋機(jī)，原因是市面上的洗鞋機(jī)都多多少少存在問(wèn)題。市面上家用洗鞋機(jī)大致分為兩種：一種整體結(jié)構(gòu)類(lèi)似于洗衣機(jī)，鞋子不固定；另一種集成了撐開(kāi)裝置，將鞋子撐開(kāi)進(jìn)行內(nèi)部清洗[1-2]。以上兩種機(jī)器均存在不足之處，前者無(wú)法對(duì)鞋子內(nèi)部進(jìn)行有效清洗，后者的鞋子撐開(kāi)技術(shù)并不成熟，用起來(lái)并不能實(shí)現(xiàn)真正意義上對(duì)內(nèi)部清洗，洗鞋機(jī)對(duì)鞋子損傷比較大[3-4]。針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一款能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鞋子內(nèi)外清洗、風(fēng)干和殺菌等一系列工作的自動(dòng)化機(jī)器，能夠有效提高洗鞋效率。機(jī)器通過(guò)電機(jī)和螺紋的配合實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)毛刷自由進(jìn)出鞋子內(nèi)部，且通過(guò)毛刷的高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鞋子內(nèi)部清洗。鞋架采用通用型固定機(jī)構(gòu)[5-6]，在不損傷鞋子的前提下將鞋子牢牢固定，固定機(jī)構(gòu)采用了鏤空結(jié)構(gòu)，大大方便了鞋子底部的清洗，并集合了風(fēng)干殺菌功能，使機(jī)器更加自動(dòng)化，大大提升了用戶(hù)的體驗(yàn)效果。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

圖1為多功能洗鞋機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括機(jī)體外殼，機(jī)體外殼包括殼體,殼體內(nèi)固接有內(nèi)筒，內(nèi)筒底端開(kāi)設(shè)有若干出水孔，內(nèi)筒內(nèi)設(shè)置風(fēng)干殺菌裝置、刷洗裝置和上升機(jī)構(gòu)；殼體底端中部固接有上升螺柱，上升螺柱貫穿內(nèi)筒底端并伸入內(nèi)筒；上升機(jī)構(gòu)包括套設(shè)在上升螺柱外側(cè)的動(dòng)力傳動(dòng)柱和連接部，動(dòng)力傳動(dòng)柱底端貫穿內(nèi)筒并與殼體底端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且動(dòng)力傳動(dòng)柱與內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接；連接部滑動(dòng)套設(shè)在動(dòng)力傳動(dòng)柱上，連接部的內(nèi)側(cè)與上升螺柱螺紋連接，鞋架機(jī)構(gòu)和外刷機(jī)構(gòu)均安裝在連接部外側(cè)；內(nèi)筒底端與殼體底端之間設(shè)置有動(dòng)力機(jī)構(gòu)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)與動(dòng)力傳動(dòng)柱傳動(dòng)連接，且動(dòng)力機(jī)構(gòu)固接在殼體底端內(nèi)壁[7]。該機(jī)器能夠?qū)π拥膬?nèi)外部均進(jìn)行刷洗，保證了對(duì)鞋子的清潔效果。

圖1 多功能洗鞋機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 工作原理

打開(kāi)殼體蓋，電機(jī)啟動(dòng)，電機(jī)通過(guò)皮帶帶動(dòng)上升機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，上升機(jī)構(gòu)把鞋架帶出殼體外，手動(dòng)按壓彈簧鎖扣取下U型夾，把鞋子套在U型夾上，手動(dòng)按壓U型夾把鞋子夾緊在鞋架上。電機(jī)通過(guò)上升機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鞋子向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鞋架運(yùn)動(dòng)到底部時(shí)，鞋架脫離與上升螺柱的螺紋配合，且中柱內(nèi)的彈簧被壓縮。傳感器接收到信號(hào)打開(kāi)注水口，水和洗滌液一起加注到內(nèi)筒中，傳感器檢測(cè)到達(dá)水位停止加注[8]。電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)鞋子轉(zhuǎn)動(dòng)，鞋子上表面與固定在內(nèi)筒上的毛刷接觸，鞋子側(cè)面與固定在鞋架上的毛刷接觸,鞋子外表面得到高效的清洗。

鞋子外表面清洗結(jié)束后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),鞋口正對(duì)內(nèi)毛刷出口。內(nèi)刷機(jī)構(gòu)電機(jī)支架可在滑槽內(nèi)上下滑動(dòng)，電機(jī)固定在電機(jī)支架上，小螺紋柱連接在電機(jī)上，內(nèi)部橡膠毛刷連接在小螺紋柱上，電機(jī)帶動(dòng)小螺紋柱轉(zhuǎn)動(dòng)，小螺紋柱與螺紋筒螺紋配合，當(dāng)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)支架、電機(jī)小螺紋柱、內(nèi)部橡膠毛刷整體向下運(yùn)動(dòng)，伸入正對(duì)的鞋口中，小螺紋柱脫離與螺紋筒的螺紋配合，彈簧被壓縮，電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)內(nèi)部橡膠毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)洗刷鞋子內(nèi)部，此時(shí)由于小螺紋柱與螺紋筒脫離螺紋配合,當(dāng)鞋子內(nèi)部洗刷完成后，電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于彈簧處于壓縮狀態(tài)給電機(jī)支架向上的力，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)小螺紋柱反轉(zhuǎn)時(shí)，小螺紋柱會(huì)和螺紋筒螺紋配合帶動(dòng)電機(jī)支架電機(jī)小螺紋柱內(nèi)部橡膠毛刷整體向上運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部清洗結(jié)束。

內(nèi)部清洗結(jié)束后電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)鞋子上升到風(fēng)干殺菌層，4個(gè)風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng),通過(guò)電熱絲的加熱作用對(duì)鞋子進(jìn)行烘干[9]，同時(shí)紫外線(xiàn)燈通電對(duì)鞋子進(jìn)行殺菌,清洗結(jié)束。

2 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 內(nèi)刷機(jī)構(gòu)

內(nèi)刷機(jī)構(gòu)包括固接在內(nèi)筒內(nèi)壁上第一螺紋筒，第一螺紋筒頂部?jī)?nèi)壁開(kāi)設(shè)有螺紋槽；第一螺紋筒內(nèi)螺紋連接有內(nèi)刷動(dòng)力部，內(nèi)刷動(dòng)力部底端固接有內(nèi)部橡膠毛刷；第一螺紋筒內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有滑槽，滑槽底端固接有第一彈簧；第一螺紋筒底部開(kāi)設(shè)有內(nèi)刷孔，筒內(nèi)固接有與內(nèi)刷孔相適配的擋板，擋板傾斜設(shè)置。內(nèi)刷電機(jī)帶動(dòng)小螺紋柱轉(zhuǎn)動(dòng)，小螺紋柱與第一螺紋筒螺紋配合，當(dāng)內(nèi)刷電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)刷電機(jī)支架、內(nèi)刷電機(jī)、小螺紋柱、內(nèi)部橡膠毛刷整體向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)部橡膠毛刷的頭部與擋板接觸時(shí)會(huì)彎曲，內(nèi)部橡膠毛刷從內(nèi)刷孔伸出，伸入正對(duì)的鞋口中，內(nèi)部橡膠毛刷的頭部與鞋底接觸彎曲進(jìn)入鞋子內(nèi)部，小螺紋柱脫離與螺紋筒的螺紋配合，第一彈簧被壓縮，內(nèi)刷電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)內(nèi)部橡膠毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)洗刷鞋子內(nèi)部，此時(shí)由于小螺紋柱與第一螺紋筒脫離螺紋配合，所以?xún)?nèi)刷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并不會(huì)引起內(nèi)刷電機(jī)支架電機(jī)、小螺紋柱、內(nèi)部橡膠毛刷整體向下移動(dòng)。當(dāng)鞋子內(nèi)部洗刷完成后，內(nèi)刷電機(jī)反轉(zhuǎn)，由于第一彈簧處于壓縮狀態(tài)給內(nèi)刷電機(jī)支架向上的力，當(dāng)內(nèi)刷電機(jī)帶動(dòng)小螺紋柱反轉(zhuǎn)時(shí)，小螺紋柱會(huì)和第一螺紋筒螺紋配合帶動(dòng)內(nèi)刷電機(jī)支架、內(nèi)刷電機(jī)、小螺紋柱、內(nèi)部橡膠毛刷整體向上運(yùn)動(dòng)，如圖2所示。

圖2 內(nèi)刷機(jī)構(gòu)

2.2 風(fēng)干機(jī)構(gòu)

風(fēng)干殺菌機(jī)構(gòu)包括與內(nèi)筒固接的風(fēng)扇外殼，風(fēng)扇外殼上固接有風(fēng)扇電機(jī)支架，風(fēng)扇電機(jī)支架上固接有風(fēng)扇電機(jī)，風(fēng)扇電機(jī)的輸出軸上固接有若干風(fēng)扇葉，風(fēng)扇葉呈周向等距分布，風(fēng)扇外殼的出風(fēng)口處固接有電熱絲[10]，如圖3所示。

圖3 風(fēng)干機(jī)構(gòu)

2.3 殺菌機(jī)構(gòu)

內(nèi)筒內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有紫外線(xiàn)燈槽，紫外線(xiàn)燈通過(guò)紫外線(xiàn)燈槽與內(nèi)筒固接風(fēng)扇電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)吹風(fēng)，通過(guò)電熱絲的加熱將熱風(fēng)吹到鞋子上，對(duì)鞋子進(jìn)行風(fēng)干，紫外線(xiàn)燈通電，通過(guò)紫外線(xiàn)的照射作用對(duì)鞋子進(jìn)行消毒。

2.4 上升機(jī)構(gòu)

上升機(jī)構(gòu)主要由固定架、動(dòng)力傳動(dòng)柱、第三彈簧、彈簧孔、彈簧壓縮柱、第二螺紋筒、主軸承、防水軸承等組成，如圖4所示。滑動(dòng)套設(shè)在動(dòng)力傳動(dòng)柱上的固定架上，動(dòng)力傳動(dòng)柱與上升螺柱之間設(shè)置有第二螺紋筒，第二螺紋筒內(nèi)側(cè)與上升螺柱螺紋連接，固定架內(nèi)側(cè)固接有連接件，連接件末端與第二螺紋筒外側(cè)固接，動(dòng)力傳動(dòng)柱底部側(cè)壁嵌設(shè)有第三彈簧,外刷機(jī)構(gòu)和鞋架機(jī)構(gòu)均安裝在固定架上。連接件包括與固定架內(nèi)側(cè)固接的連接桿，動(dòng)力傳動(dòng)柱上開(kāi)設(shè)有長(zhǎng)孔，連接桿末端穿過(guò)長(zhǎng)孔與第二螺紋筒外側(cè)固接，長(zhǎng)孔底端開(kāi)設(shè)有彈簧孔，第三彈簧固接在彈簧孔底端,連接桿底端固接有與彈簧孔相適配的彈簧壓縮柱。長(zhǎng)孔的寬度與連接桿的寬度相適配，彈簧壓縮柱的大小和位置均與彈簧孔相適配。

圖4 上升機(jī)構(gòu)

2.5 鞋架機(jī)構(gòu)

鞋架機(jī)構(gòu)主要由鞋托板、U型夾、彈簧鎖扣、U型夾連接筒、彈簧鎖扣筒、鎖孔、第二彈簧等組成,如圖5所示。若干鞋架部呈周向等距分布。若干鞋架部固定在固定架外壁上的鞋托板，鞋托板頂端固接有U型夾連接筒，U型夾連接筒內(nèi)設(shè)置在U型夾的一端，U型夾與U型夾連接筒卡接。

圖5 鞋架機(jī)構(gòu)

為了防止固定鞋子和洗刷鞋子過(guò)程中對(duì)鞋子造成損傷，鞋托板使用鏤空結(jié)構(gòu)。U型夾與U型夾連接筒連接的一端內(nèi)嵌彈簧鎖扣筒，彈簧鎖扣筒底端固接有第二彈簧，第二彈簧頂端固接有彈簧鎖扣，彈簧鎖扣頂端伸出彈簧鎖扣筒，U型夾連接筒上開(kāi)設(shè)有若干與彈簧鎖扣相適配的鎖孔，U型夾通過(guò)鎖孔與U型夾連接筒卡接。

3 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一款新型多功能洗鞋機(jī)，該機(jī)器包括上升機(jī)構(gòu)、鞋架機(jī)構(gòu)、內(nèi)刷機(jī)構(gòu)和風(fēng)干殺菌機(jī)構(gòu),能對(duì)鞋內(nèi)外進(jìn)行全方位清洗，并集合了風(fēng)干殺菌功能增強(qiáng)用戶(hù)的體驗(yàn)效果，具有良好的創(chuàng)新性和經(jīng)濟(jì)性?？蛇m用于跑步鞋、籃球鞋、板鞋等多種鞋子的清洗，應(yīng)用前景廣闊。