一種新型自動布鞋洗鞋機的設計與制作

謝嘉誠　安小雪　梁逸波　周奕飛　楊陽　馬敏祺

【摘 要】針對目前洗鞋機在清洗過程中存在的鞋子容易發(fā)生形變、噪音過大和清洗不干凈等問題，本文設計并制作了一款集固定、清洗、脫水、消毒功能為一體的自動布鞋洗鞋機。整機分機械和控制兩大部分，其中機械部分包含鞋子固定裝置、清洗裝置、消毒裝置等，采用三維制圖軟件對其進行建模仿真及干涉檢查；控制部分使用stm32單片機控制烘干裝置和消毒裝置。測試機實驗表明，與市場上的洗鞋機相比，本機在清洗過程中具備鞋子不易形變、噪聲小和清洗效果好等功能。

【關鍵詞】布鞋洗鞋機；Solidworks建模；固定裝置；stm32單片機

中圖分類號： TB472 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）08-0262-002

Design and Fabrication of a New Automatic Shoes Washing Machine

XIE Jia-cheng AN Xiao-xue LIANG Yi-bo ZHOU Yi-fei YANG Yang MA Min-qi

（Engineering Training Center， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai Songjiang 201620， China）

【Abstract】In order to solve the problems that shoes in the cleaning process are easy to deform， excessive noise， and unclean cleaning，this paper designs and manufactures an automatic cloth washing machine that integrates fixing， cleaning，dewatering，and disinfecting functions. Shoe Machinery. The whole machine is divided into two parts： the machine and the control.The mechanical part includes the shoe fixing device， the cleaning device， the disinfection device，etc.The modeling and simulation and the interference check are performed by using the three-dimensional mapping software；the control part uses the stm32 single chip microcomputer to control the drying device and sterilize. Device.Test machine experiments show that compared with the shoe washing machine on the market，this machine has the functions of shoes that are not easy to deform，have little noise，and have good cleaning effect during the cleaning process.

【Key words】Cloth shoes washing machine；Solidworks modeling；Fixed device；Stm32 microcontroller

0 引言

隨著城市生活節(jié)奏的加快，傳統(tǒng)的布鞋清洗方法已不能滿足人們?nèi)找嫣岣叩纳钜螅藗儗η逑葱佑兄叩臉藴省６袌錾犀F(xiàn)有洗鞋機大都存在以下兩大問題，分別是不具備鞋子固定裝置和沒有消毒功能。在清洗過程中是直接將鞋子放入洗鞋筒中，這樣做不僅使鞋子在清洗過程中容易變形，還會產(chǎn)生較大噪聲，也無法確保鞋子被完全被清洗干凈。不具備消毒功能，只是在清洗完成后由用戶自行曬干，久而久之，大量鞋子交叉清洗容易產(chǎn)生真菌感染，給人們的雙腳帶來健康隱患。例如，上海某高校周邊洗鞋店中使用的洗鞋機雖一次能清洗兩雙鞋，清洗效率高。但他們的設備不具備鞋子固定的功能，同時，也沒有消毒功能。因此，本項目在原有洗鞋機的基礎上擬研究一款集固定、清洗、脫水、消毒功能為一體的自動布鞋洗鞋機，該機器將極大的改善人們傳統(tǒng)的布鞋清洗方式。

1 總體設計方案

新型自動布鞋洗鞋機主要由固定裝置、清洗裝置和消毒裝置組成。整機的動力來源于單相異步電動機，使用交流電。具體工作過程為：將一雙臟鞋分別裝入鞋撐，取出在中軸內(nèi)的四個滑塊和夾子，用四個手機自拍桿夾子分別固定鞋尖和后跟，再放入滑塊至中軸。然后，裝入洗滌劑并進水至淹沒中軸，按下啟動開關定時，進行清洗。電動機可以正轉反轉來清洗布鞋，洗鞋桶的內(nèi)壁附著刷子，刷子與布鞋摩擦。待清洗完畢后，將按鈕旋至排水。待排水完畢后，再啟動電動機，用于甩干布鞋。最后，啟動消毒裝置，對布鞋進行殺菌消毒。機械部分利用Solidworks 2017進行三維建模和干涉檢查，以檢測硬件裝置裝配的可行性。電氣部分通過編譯stm32單片機程序對電機及各裝置進行控制。

2 機械結構

2.1 固定裝置

根據(jù)布鞋的形狀，設計為長方體中軸模型。將設計好的中軸模型利用尼龍材料經(jīng)機械加工制作，具有質(zhì)輕、強度高、耐磨性和較好的耐腐蝕性，是代替金屬的好材料，也是重要的工程塑料。固定裝置包括四個滑塊、兩個滑槽和四個夾子。滑塊使用3D打印，做成T型，中間開有孔，便于用戶在清洗前取出滑塊將布鞋用夾子預先固定并放置。滑槽做成T型，長度控制在200mm。滑塊和中軸通過T型滑槽連接。因為布鞋的安裝和取出是依靠人工實現(xiàn)的，假如該過程不方便，一定會給用戶造成不小的麻煩。此外，將鞋夾通過14mm無頭螺絲與滑塊配合，一面兩個夾子，以完成對布鞋的夾持操作。鞋夾用彈簧進行鞋子固定，兩側均可拉伸，確保各種尺碼的布鞋有足夠的夾持范圍。最后，在板底部開M6孔以確保和原先的軸承固定。

2.2 清洗裝置

清洗裝置為一個圓筒結構，由以下部件組成：位于中心的主軸和圍繞主軸的內(nèi)壁，內(nèi)壁上裝有洗滌液和板刷。刷子為軟毛刷，主要用來清潔鞋面部分，適合布鞋清洗。板刷通過螺絲與內(nèi)壁固定。選用市面上常見的洗滌液。將洗滌液倒入內(nèi)壁儲液塊，接水管進水直至淹沒中軸頂部，開啟按鈕清洗，電動機帶動中軸旋轉，中軸帶動布鞋旋轉，與周圍的毛刷摩擦從而達到清洗效果。正轉后反轉，如此循環(huán)往復。清洗結束后將按鈕撥至排水，水由重力作用自動排出，結束清洗。

2.3 消毒裝置

消毒裝置采用功率為6瓦的無臭氧型紫外線燈管，在工作時不會產(chǎn)生臭氧以免引起身體不適。燈管安裝在洗鞋機內(nèi)部的頂部。供電方面，將洗鞋機的輸入電壓（220v）并聯(lián)一路直接為其供電，另外一路電壓經(jīng)過穩(wěn)壓器由220v轉化為5v對單片機進行供電，單片機同時起到開關設備的作用。控制程序詳見控制程序設計。

3 控制程序設計

采用stm32單片機，其包括顯示部分，按鍵部分和核心板。用戶界面顯示在單片機上的lcd屏上，打開控制系統(tǒng)按鍵，在用戶界面，用戶能看到當前的時間和洗鞋機內(nèi)部的溫度。由單片機根據(jù)溫度判斷執(zhí)行消毒。當機器內(nèi)部的溫度高于一定值時，會自動關閉消毒裝置。

4 結語展望

新型自動布鞋洗鞋機的產(chǎn)生，一定程度上緩解了噪音污染和鞋子形變的發(fā)生，其優(yōu)勢在集固定清洗消毒功能于一體，綜合了機電一體化的設計思路。但是，一款優(yōu)秀的洗鞋機應該兼顧各個方面，我們沒有考慮環(huán)境資源的節(jié)約利用，例如水資源、電力的循環(huán)利用，另外，我們也沒有考慮鞋底鞋內(nèi)部的刷洗，以及烘干功能，仍需要繼續(xù)研究。

【參考文獻】

[1]徐廣紅，等.新型多功能洗鞋機的研制與有限元分析[J]. 機械設計與制造2016（10）.

[2]秦鍇，等.一種非浸泡式洗鞋機的設計[J].中國科技信息2012（23）.

[3]張麗.一種新型洗鞋機的設計[J].裝備制造技術2011（12）.

[4]賴圣凌，等.淺談鞋子內(nèi)部清洗機構的設計[J].裝備制造技術2013（4）.

[5]濮良貴，等.機械設計：第九版[M].北京：高等教育出版社，2017.