可自動(dòng)殺菌鞋的設(shè)計(jì)

尹義鵬 李云芳

（臨沂大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 臨沂 276000）

1 研究背景及意義

普通鞋子很容易滋生細(xì)菌，產(chǎn)生異味，甚至可能誘發(fā)腳氣以及其他皮膚病。對(duì)城市重點(diǎn)醫(yī)院、普通診所和城市人口“香港腳”的情況的調(diào)查問(wèn)卷顯示，城市人口中成年男性都有不同程度的“香港腳”問(wèn)題，并且59.93%的“香港腳”患者會(huì)特別在意別人的看法。“香港腳”作為一種常見的影響生活以及健康的因素越來(lái)越受到不同程度的關(guān)注。目前，對(duì)于“香港腳”的治療，一般會(huì)采用藥物治療的方式，但復(fù)發(fā)性太強(qiáng)。

為解決上述具有現(xiàn)實(shí)意義的問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了能防止細(xì)菌滋生和自動(dòng)殺菌的鞋子。該鞋子包括鞋體和安裝在鞋體內(nèi)部的電子控制裝置。電子裝置由能量裝換裝置、儲(chǔ)能裝置、溫度監(jiān)測(cè)裝置和超聲波發(fā)生裝置組成。超聲波清洗能夠殺菌，其原理是穿透細(xì)菌細(xì)胞核，使其裂變而死。“香港腳”產(chǎn)生的根本原因是腳部在比較潮濕的鞋子這種細(xì)菌天然的溫床條件下得不到充足的通風(fēng)遭到侵害而產(chǎn)生的。利用超聲波裝置殺滅細(xì)菌，通風(fēng)條件的設(shè)計(jì)使得患者擁有健康雙腳。

2 主要功能和性能指標(biāo)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)殺菌鞋子不僅可以用于登山鞋，也可以用于其他鞋子。設(shè)計(jì)的自動(dòng)殺菌鞋，通過(guò)超聲波發(fā)生裝置發(fā)出的超聲波特有的殺菌作用，利用能穿透細(xì)菌核的能力使其爆裂而死的原理起到保護(hù)雙腳的作用。[1]溫度檢測(cè)器件能隨時(shí)檢測(cè)鞋子內(nèi)部雙腳的溫度，判斷是否應(yīng)該啟用殺菌功能。除殺菌作用外，透氣功能較好的鞋子能預(yù)防再次產(chǎn)生“香港腳”。此殺菌鞋能預(yù)防和根治“香港腳”，而且舒適透氣。

3 設(shè)計(jì)方案

此鞋子主要由鞋體和安裝在所述鞋體內(nèi)部的電子控制裝置組成。電子控制裝置包括將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電裝置、與能量轉(zhuǎn)換裝置連接并儲(chǔ)存電能的儲(chǔ)能裝置、用于檢測(cè)鞋體是否需要?dú)⒕臏囟葯z測(cè)裝置和用于殺菌的超聲波發(fā)生裝置。能量轉(zhuǎn)換裝置和儲(chǔ)能裝置放置在鞋跟位置，溫度檢測(cè)裝置設(shè)置在鞋掌下部，超聲波發(fā)生器裝置則放在鞋子前部，分布合理，效果理想。

本設(shè)計(jì)通過(guò)放置在鞋根位置的溫度檢測(cè)器件通過(guò)檢測(cè)溫度高低來(lái)判斷所述鞋體是否需要?dú)⒕?chǔ)能裝置與超聲波發(fā)生裝置之間設(shè)置開關(guān)S，開關(guān)S 由溫度檢測(cè)器件控制。通過(guò)設(shè)置在鞋體前端的超聲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的超聲波從內(nèi)向外擴(kuò)散，對(duì)鞋體進(jìn)行徹底殺菌。實(shí)用性主要表現(xiàn)在可自發(fā)電、環(huán)保節(jié)約、使用方便，不受地點(diǎn)限制、殺菌效果徹底。

3.1 能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能裝置圖

能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由壓電元件、電容器裝置和控制裝置組成，利用每次腳跟落地時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，如圖1 所示。為使它們承受相同的機(jī)械應(yīng)力，由壓電材料組成的壓電元件和所述電容器板片基本平行。能量轉(zhuǎn)換裝置利用壓電材料在外力撞擊條件下的變形使材料中產(chǎn)生電荷。當(dāng)壓電元件變形時(shí)，由壓電元件產(chǎn)生的電荷通過(guò)控制裝置傳送到電容器，電容器通過(guò)電容的變化會(huì)放大由壓電元件產(chǎn)生的電能。在壓電元件和電容器之間設(shè)置電荷傳送的控制裝置。電荷傳送的控制裝置由一個(gè)二極管和一個(gè)具有控制電路的開關(guān)形成。可變電容器由固定板片和移動(dòng)板片組成，移動(dòng)板片在外部振動(dòng)效果下移動(dòng)并且改變兩個(gè)板片之間的間隙，電容器電容改變。人在走動(dòng)的時(shí)候會(huì)利用頻繁的自身體重來(lái)沖擊鞋跟，而安裝在該位置的能量裝換裝置會(huì)將該機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能并以電能的形式儲(chǔ)存在儲(chǔ)能裝置，為超聲波發(fā)生裝置殺菌提供必要的能量來(lái)源。該方案發(fā)電簡(jiǎn)單方便，節(jié)能環(huán)保，特別適用野外環(huán)境。

3.2 殺菌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 超聲波發(fā)生裝置示意圖

自動(dòng)殺菌系統(tǒng)包括鞋體和安裝在所述鞋體內(nèi)部的電子控制裝置。電子控制裝置包括將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，儲(chǔ)存電能的儲(chǔ)能裝置，檢測(cè)所述的鞋體是否需要?dú)⒕臏囟葯z測(cè)器件和具有殺菌作用的超聲波發(fā)生裝置。儲(chǔ)能裝置，由整流電路和充電電池組成，起到儲(chǔ)存作用。在儲(chǔ)能裝置與超聲波發(fā)生裝置之間設(shè)置開關(guān)S，由溫度檢測(cè)器件通過(guò)感應(yīng)器控制。超聲波發(fā)生裝置，設(shè)置在鞋體前端，殺菌從內(nèi)向外進(jìn)行，可對(duì)整個(gè)鞋體進(jìn)行徹底殺菌，且功率適中，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。溫度檢測(cè)器件放置在鞋體的鞋跟位置，能隨時(shí)檢測(cè)雙腳溫度改變，判斷是否啟用殺菌功能。當(dāng)溫度檢測(cè)器件感應(yīng)到鞋體內(nèi)部溫度升高到特定溫度時(shí)，感應(yīng)器導(dǎo)通開關(guān)S，觸發(fā)所述的殺菌發(fā)生器工作。超聲波發(fā)生裝置發(fā)出的超聲波，能穿透細(xì)菌核使其爆裂致死的原理起到保護(hù)雙腳的作用，如圖2 所示。本設(shè)計(jì)通過(guò)鞋子的使用過(guò)程產(chǎn)生電能，使用方便，節(jié)能環(huán)保。[2]

3.3 透氣鞋面、鞋體設(shè)計(jì)

在全部或者部分鞋面面料層間襯貼一層防水透氣膜，保證足部良好的透氣性。[3]鞋子面料選擇性較廣，織物、皮革、合成材料均可使用，面料與防水透氣膜粘貼以后，能提高鞋面的曲撓性，延長(zhǎng)鞋子的使用壽命。

4 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

（1）本自動(dòng)殺菌鞋子的應(yīng)用技術(shù)均已十分成熟，先進(jìn)性在于其較好的整好了預(yù)防和殺菌的雙重技術(shù)，從根本上解決了“香港腳”一直危害生活健康的難題。

（2）本自動(dòng)殺菌鞋子雖然應(yīng)用較為先進(jìn)的技術(shù)，但是其制造成本并不高，結(jié)合現(xiàn)在鞋子行業(yè)的銷售，其價(jià)格不會(huì)超過(guò)現(xiàn)有價(jià)值的1.5倍，普通大眾人口皆有能力購(gòu)買。

（3）隨著健康意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)健康生活的追求不僅停留在衣食住行等基本的生活需求。此種自動(dòng)殺菌的鞋子與普通日常使用的鞋子具有相同的應(yīng)用環(huán)境但需求量會(huì)很大，應(yīng)用領(lǐng)域和范圍會(huì)很廣。

［1］沈其動(dòng).超聲及其它方法聯(lián)合滅菌實(shí)驗(yàn)性研究[D].陜西師范大學(xué)，2008.

［2］潘亞君.一種可自動(dòng)殺菌的鞋子：中國(guó)，200920306270[P].2010.05.19.

［3］張文華.防水透氣膜及其在建筑外墻工程中的應(yīng)用[C]//新防水堵漏工程標(biāo)準(zhǔn)宣貫與技術(shù)研討會(huì)論文集.2011.