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，每年春夏之交會出現(xiàn)長時間的沙塵天氣，長期處于室外環(huán)境中鞋外易沾染灰塵，鞋內(nèi)由于腳部出汗的原因，易導致細菌滋生。立足于新疆特殊氣候我們設(shè)計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)部細菌，方便使用者清潔鞋子并且保護腳部舒適健康。

關(guān)鍵詞：無水清潔;殺菌箱 ;一體化

0 引言

隨著人們生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，大到對居住環(huán)境的要求，小到對衣物鞋子舒適度的要求。新疆地區(qū)空氣濕度低，平日里會刮沙塵暴，所以要是長時間在戶外，回家時便需要對外衣及鞋子表面的灰塵進行清洗[1]。如果在缺水地區(qū)或者衣物的主人非常忙碌時，減少清洗的頻率會對人體產(chǎn)生有害影響。

為了解決上述問題，我們設(shè)計了一款無水清鞋兼殺菌的一體化清鞋機模型。從環(huán)保角度考慮，我們特別設(shè)計集塵系統(tǒng)，由電動機帶動葉輪高速旋轉(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)過濾網(wǎng)凈化后排出，減少對空氣污染。

1快速自動清鞋機設(shè)計思路

在學校時我們就會經(jīng)常煩惱于鞋子穿幾天表面就會沾染一層灰塵，尤其是在刮沙塵暴的時候，只要出門無論是鞋子還是衣服上，都會掛上一層沙子。這便讓我們不得不常常清理，但是根據(jù)每個人的空閑時間或者區(qū)域限制的人來說可能無法做到每日清洗。市面上的清鞋機有感應(yīng)清潔全自動擦鞋機、家用進門擦鞋底清鞋機、快速自動化洗鞋機等，他們分別具有各自的優(yōu)點，適用于不同的場所。

其中，關(guān)鍵要考慮如何實現(xiàn)機器功能一體化，在設(shè)計改清鞋機時，我們團隊主要利用傳感器檢測、單片機控制、機械傳動等。并且設(shè)計利用四個清潔刷、三個滾輪刷，用可調(diào)速電機驅(qū)動毛刷結(jié)構(gòu)對鞋表面灰塵進行清潔的同時給予鞋子前進動力。雖然現(xiàn)在大家的疫情防護意識有所提高，會用酒精，消毒水等殺菌液體噴灑外衣。但是鞋子常常會被忘記，設(shè)備中設(shè)計的紫外線殺菌燈，在清鞋的過程中會對鞋子進行安全有效的滅菌工作?？焖僮詣忧逍瑱C適用于家庭、酒店等多個場所讓人們對自身及公共衛(wèi)生安全多一份保障、多一份安心。

2快速自動清鞋機運行原理

當要清潔鞋子時接通電源，鞋子放置清滾輪導軌，鞋子經(jīng)過滾輪導軌滾下觸發(fā)系統(tǒng)第一個光電門開關(guān)，隨后啟動清鞋系統(tǒng)運行，同時吸塵模塊同時工作，鞋子進入清潔模式，利用可調(diào)速電機驅(qū)動的毛刷結(jié)構(gòu)對鞋表面灰塵進行清潔的同時給予鞋子前進動力，在清潔完成后通過升降臺和推板自動傳輸，將鞋子傳輸至紫外線殺菌箱，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快速自動清鞋機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 清洗機構(gòu)

清潔機構(gòu)，主要有四個清潔刷、三個滾輪刷組成，工作原理是利用調(diào)速電機驅(qū)動進行工作。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，這樣在對鞋表面灰塵進行清潔的同時也能給予鞋子前進動力，整個清鞋清鞋系統(tǒng)的長度為600mm，寬度為380mm，足夠放下一雙成人的鞋子。

如圖2所示。

3.2 升降機構(gòu)

升降臺，在機器工作時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。升降臺的材料使用選擇了亞克力板，壽命長，與其它材料制品相比，壽命長三年以上，可塑性強，造型變化大，加工成型容易;可回收率高，為日漸加強的環(huán)保意識所認同;維護方便，易清潔，用肥皂和軟布擦洗即可。

基于SolidWorks軟件的智能清鞋機的虛擬樣機設(shè)計與有限元分析，虛擬樣機的初步建立已完成，確定了清鞋機系統(tǒng)的選材并進行完善。通過制作原樣機的實驗驗證了虛擬樣機設(shè)計的可行性，同時在實驗過程中不斷進行修改選擇更加安全、環(huán)保、穩(wěn)定的材料。為今后清鞋機新功能的開發(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的不便，擬設(shè)計一款全自動、兼外部除塵與內(nèi)部殺菌一體化快速自動清鞋機。望解決臟鞋子給人們身體帶來不健康影響的問題。為保證運行平穩(wěn)，還對機架結(jié)構(gòu)做了有限元分析，并進行現(xiàn)場清鞋試驗，得出以下結(jié)論：

1）利用可調(diào)速電機驅(qū)動的毛刷結(jié)構(gòu)運作正常，達到了預期對于毛刷結(jié)構(gòu)工作的預期，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的動力。

2）紫外線殺菌箱運作正常，對鞋子上攜帶的大部分普通細菌進行消毒?；緷M足人們?nèi)粘Ｉ钪械南疽蟆?/p>

3）機器中的升降推臺平穩(wěn)運行，機器達到全自動化效果

4） 清鞋試驗結(jié)果表明： 機具性能整體較為穩(wěn)定，對于布鞋的表面清潔工作達到預期效果，清潔工作較為成功，紫外線殺菌箱對鞋子內(nèi)部細菌消滅有明顯效果，達到了目的。

該機器在試驗過程中發(fā)現(xiàn)了不足之處：例如在機器工作時直流電機動力不足，清潔模塊無法正常工作;導軌滾輪在工作時摩擦阻力較大，運轉(zhuǎn)不順暢;電機太多，過于耗電;升降臺是一個懸臂梁，自由度太多。在后期的改進中，應(yīng)針對上述不足提出有針對性的改進措施，一方面要在二代機的設(shè)計中會換成減速直流電機，加強動力。在導軌滾輪兩側(cè)需要加軸承，能更好的實現(xiàn)滾動等，另一方面將升降臺改為夾持機構(gòu)[3]。另外，對于耗電問題的改進設(shè)想是后期用齒輪組或者帶輪等來減少電機數(shù)量，這樣在使用時耗電將會減少。這樣，不僅會增強整個機具清鞋效果，而且一定程度上降低能耗。

參考文獻：

[1] 李小康，王紅，李彬，王槐樸，劉雪艷，郝勇，李霜天.超聲波洗鞋機及其夾持裝置的改進建議[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的設(shè)計[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2018，17（13）：53-54.

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

作者簡介：楊豪（1998-），男，重慶梁平人，本科在讀，機械設(shè)計制造及其自動化? .

（塔里木大學機械電氣化工程學院? 新疆? ?阿拉爾? 843300）