呂媛媛尚華龍戴佳榮耿嘯

1、山東工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)交通工程學(xué)院 2、濟(jì)南易恒技術(shù)有限公司

隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)生活的節(jié)奏也逐漸加快，越來越多輔助人類生活的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷出現(xiàn)。目前市場(chǎng)上缺少一款可以自動(dòng)洗鞋子的刷鞋機(jī)，現(xiàn)在我們普遍采用的手洗方法不但勞累還費(fèi)時(shí)，尤其是晾干時(shí)間長(zhǎng)短還要依賴天氣情況。開發(fā)一款隨時(shí)可以給運(yùn)動(dòng)鞋、布鞋等常用的、易臟的鞋子清洗的同時(shí)達(dá)到脫水烘干的功能，使鞋子在短時(shí)間內(nèi)煥然一新并且可以使用的全自動(dòng)刷鞋機(jī)勢(shì)必會(huì)受到市場(chǎng)的歡迎。

目前大多數(shù)家庭仍采用手工刷鞋的方法，只是將洗衣粉或洗衣液簡(jiǎn)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(shí)，洗衣粉或洗衣液便會(huì)迅速地溶解到水盆之中，這樣既浪費(fèi)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。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上近幾年陸續(xù)推出幾款刷鞋機(jī)，但大多數(shù)的刷鞋機(jī)都是在現(xiàn)有洗衣機(jī)的基礎(chǔ)上改造而成，并沒有較為成熟的產(chǎn)品，功能單一，效率低，洗刷位置不全面，對(duì)鞋子損害較大，并且只能清洗鞋面比較硬的鞋子。

市面上出現(xiàn)的類似這種的刷鞋機(jī)，雖然有少數(shù)的會(huì)帶有甩干和烘干功能，但是由于在烘干的時(shí)候散熱并不好，會(huì)造成鞋子的開膠，并且烘干一雙鞋子的時(shí)間在30-90分鐘而且最高僅可以烘干到9成干，需要客戶再進(jìn)行單獨(dú)的晾曬才可完全干燥，無法做到用戶想要的洗完、烘干完就立即可以穿的效果，所以用戶的反饋并不好。

現(xiàn)在市面上有兩種主流的刷鞋機(jī)，一種是利用高壓水流立體噴淋系統(tǒng)[1]對(duì)鞋子進(jìn)行全方位清潔，它能夠深度滲透到纖維內(nèi)部從而達(dá)到清潔以及去除異味的目的，但由于這款洗鞋機(jī)內(nèi)部沒有毛刷，僅靠水流沖洗來清潔鞋子，因此也在最大程度上減少了對(duì)鞋子的損傷。但是這款刷鞋機(jī)在清洗過程中，對(duì)水的消耗量較大，并且這種刷鞋機(jī)只能清潔鞋的表面，內(nèi)部無法做到有效的清潔，因?yàn)闆]有毛刷，所以比較細(xì)節(jié)的地方也無法清洗干凈，并且每次僅能清洗一雙鞋子，無法做到多雙鞋子的清洗，而絕大多數(shù)的家庭每次都要清洗多雙鞋子，每次只能清洗一雙鞋子也會(huì)給他們帶來很大的困擾。

另一種是使用靜態(tài)微沖擊和高功率脈沖離子氧技術(shù)的刷鞋機(jī)[2-3]，它在運(yùn)行的過程中，微沖擊波能夠在壓縮階段生成高能雙向波拉伸，通過液體流動(dòng)和加速效應(yīng)沖擊鞋子表面的污垢，讓污垢分散從而達(dá)到深度清潔的效果，無論鞋面或者鞋子里、鞋底的污垢，都能被徹底清洗干凈。但從目前來看，這種洗鞋機(jī)僅可以做到對(duì)鞋子污垢的清洗，而其他洗鞋機(jī)所需要的功能，例如：甩干、烘干等則都不具備，并且該刷鞋機(jī)一次同樣只能清洗一雙鞋子，且耗時(shí)較長(zhǎng)。若是顧客想清洗多雙鞋子，就可能要花費(fèi)幾小時(shí)的時(shí)間，顯然洗鞋機(jī)并不能適應(yīng)現(xiàn)在這種快節(jié)奏的生活方式。

本設(shè)計(jì)是一款基于單片機(jī)控制的自動(dòng)刷鞋機(jī)，與其他刷鞋機(jī)不同，這款刷鞋機(jī)不僅能完成對(duì)鞋子表面灰塵的清潔，對(duì)在鞋子內(nèi)部的污垢也能做到很好的清潔，同時(shí)該洗鞋機(jī)也能滿足一次性清洗3-4雙鞋子的清洗工作，并且具有烘干功能。因?yàn)檫@款自動(dòng)刷鞋機(jī)可以做到對(duì)鞋子內(nèi)部以及外表面的多方位清潔，所以它的清潔效果，與其他類型的刷鞋機(jī)相比更好，本刷鞋機(jī)在清潔過程中，將鞋子固定在鞋腔軸上，在清洗時(shí)鞋子的位置相對(duì)固定，這樣一來可以固定鞋子，不讓鞋子在清洗的過程中到處亂撞，清洗比較安靜，二來能使鞋子得到更好的清洗，并且在對(duì)鞋子進(jìn)行烘干的過程中烘干器頂部的散熱裝置，不會(huì)使鞋子溫度過高，造成開膠等現(xiàn)象，這種設(shè)計(jì)滿足了大多數(shù)家庭的需求，因此這款刷鞋機(jī)對(duì)于絕大多數(shù)的家庭來說是比較好的。

1 工作原理

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刷鞋的功能，刷鞋機(jī)內(nèi)有兩個(gè)位置的軸——中間軸和鞋腔軸，兩個(gè)軸上均有毛刷。鞋子需要套在鞋腔軸上，如圖1所示。鞋子的運(yùn)動(dòng)主要包括鞋子自身的繞鞋腔軸自轉(zhuǎn)和繞中間軸的公轉(zhuǎn)。鞋子外邊的清潔主要是公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中與中間軸和邊軸的摩擦，鞋子與側(cè)面毛刷接觸除了能清潔外表面外，還能讓鞋子產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，和鞋腔軸上的毛刷摩擦從而做到對(duì)鞋子的清洗。

圖1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其脫水功能主要是利用了物理學(xué)當(dāng)中的離心力原理，即在需要對(duì)鞋子進(jìn)行脫水時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)鞋桶高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力將水分從鞋子里甩出，最后通過排水口排出刷鞋機(jī)外部，從而達(dá)到對(duì)鞋子脫水的目的。

烘干功能主要是依靠安裝在刷鞋機(jī)頂部的烘干器來進(jìn)行，在進(jìn)行烘干的同時(shí)，烘干機(jī)開始工作，對(duì)桶內(nèi)進(jìn)行加熱，使桶內(nèi)溫度迅速提高到70-80℃左右，使鞋子內(nèi)殘留的水分快速蒸發(fā)。與此同時(shí)，為了防止鞋桶內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間溫度過高造成鞋子的開膠，便通過烘干器頂部的散熱孔進(jìn)行散熱，在加熱完成后再對(duì)鞋子進(jìn)行恒溫冷卻，以達(dá)到烘干的目的，其散熱孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 散熱孔

2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

機(jī)械部分主要由驅(qū)動(dòng)裝置及刷鞋桶這兩大部分組成。其中驅(qū)動(dòng)裝置部分包括電機(jī)、殼體、傳動(dòng)裝置和控制裝置。電機(jī)位于箱體的底部，通過減速器和離合器控制中間軸、鞋腔軸的轉(zhuǎn)速，在清洗鞋子時(shí)，所有動(dòng)力源是通過減速器連接中間軸傳遞動(dòng)力，之后通過行星齒輪機(jī)構(gòu)傳送各個(gè)鞋腔軸從而帶動(dòng)鞋腔軸轉(zhuǎn)動(dòng)，利用毛刷和鞋子間的摩擦力對(duì)鞋子的內(nèi)外表面進(jìn)行清洗。刷鞋桶形狀和普通洗衣機(jī)外形無異。其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 整體結(jié)構(gòu)圖

3 電氣控制部分

為降低成本，增加安全系數(shù)，電機(jī)選用24 V直流減速電動(dòng)機(jī)。整個(gè)洗刷過程采用AT89C51單片機(jī)自動(dòng)控制，在刷鞋桶內(nèi)完成注水、洗刷、沖刷、排水、脫水、烘干全流程。整個(gè)系統(tǒng)流程圖如圖4所示。刷鞋時(shí)控制系統(tǒng)打開進(jìn)水電磁閥進(jìn)行注水，當(dāng)水位達(dá)到水位設(shè)定值（水位傳感器）時(shí)，單片機(jī)發(fā)出低電平關(guān)閉進(jìn)水閥，同時(shí)開啟電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)，同時(shí)通過傳動(dòng)帶將動(dòng)力傳送給中間軸和其他鞋腔軸，進(jìn)而進(jìn)入沖刷主程序。直至達(dá)到設(shè)定時(shí)間，沖刷過程完成之后自動(dòng)打開排水閥排水，水排出后刷鞋桶旋轉(zhuǎn)脫水，1分鐘后停止并關(guān)閉排水閥，脫水過程結(jié)束。此時(shí)開啟加熱器將刷鞋桶內(nèi)加熱到一定溫度，熱風(fēng)均勻加熱，以烘干整個(gè)鞋體。

圖4 系統(tǒng)流程圖

4 結(jié)語

多方位自動(dòng)刷鞋機(jī)采用小型化創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多方位刷鞋。可以清洗鞋子的內(nèi)表面和外表面，清洗度高，對(duì)鞋子的損毀小。還可以通過更換毛刷頭以方便清洗不同尺寸的鞋子。采用單片機(jī)控制洗滌的整個(gè)過程，自動(dòng)化程度高，價(jià)格便宜。具有高效性、經(jīng)濟(jì)性和廣泛的適用性，可以廣泛地應(yīng)用在家庭、學(xué)校以及員工宿舍里，后期也可以通過對(duì)刷鞋機(jī)改裝從而使它應(yīng)用在更多的場(chǎng)合之中。