夹持式小型洗鞋机的设计

李占彪 王涛 陈鹏东 宋玮 段纲 王海明

摘 要：新疆南部沙尘天气比较常见，鞋子容易变脏，需要经常洗刷。针对现有洗鞋机存在的耗时、耗水、鞋子损伤较大等问题，设计一种夹持式的小型洗鞋机。该机器具有夹持和清洗两大功能。采用伸缩鞋模机构+插拔式鞋架夹持鞋子，通过齿轮机构实现对滚式毛刷机构的反向、差速转动。清洗分为两步进行，第一步采用高压水泵，通过管路喷射高压水流进行清洗，去除鞋子表面大颗粒污物。第二步，启动电机后，动力通过齿轮机构驱动毛刷旋转，转向相反、转速不同的一组毛刷分别对鞋子两侧面进行洗刷，球销副机构可以保证鞋子在不同的转向下进行往复摆动，实现无死角、全方位清洗。由于鞋子固定放置，避免鞋子直接碰撞产生的损伤，利于延长使用寿命。

关键词：伸缩鞋模机构;球销副机构;对滚式毛刷机构;洗鞋机

Abstract： People′s shoes are easy to get dirty due to the common sandstorms in southern Xinjiang，washing shoes has become an essential thing.A small clamp-on washing machine has been designed due to the current washing machine is time water and consuming and shoe-damaging.The machine has two functions of clamping and cleaning，shoes are clamped onto a retractable shoe mold of a plug in shoe rack，combining the use of gear mechanism，reverse differential rotation of roller brush mechanism can be achieved.Cleaning is divided into two steps，firstly，high pressure water flow is ejected through water pipes and pumps to remove large particles of dirt from the shoes，roller brush mechanism is driven to rotate by gear mechanism which driven by a motor，two sides of the shoes are washed by a group of brushes with opposite turning direction and different rotating speed，shoes swing back and forth in different directions through the ball-pin pair mechanism，no dead corner and omni-directional cleaning can be realized finally.Damage caused by direct impact of shoes will be avoided due to shoes are fixed which is washing machine

Key words：retractable shoe mold;ball-pin pair mechanism;roller brush mechanism;washing machine

鞋子作為生活必需品，对它的清洗是一件必不可少的事情。随着生活水平的提高，我们不仅注重鞋子的观感和舒适度，也关心鞋子洁净度。随着城市生活节奏加快，而人工洗鞋费时、费力、劳动强度大，人工模式已经适应不了人们的需求。虽然已有少量洗鞋机面世，相比传统的人工清洗方式，洗鞋机均存在各种不足之处。销售的洗鞋机多数是在现有的洗衣机的基础上改造而成的。主要是通过浸泡+涡轮离心旋转方式来进行洗涤，浸泡、碰撞、挤压之后鞋子更容易发生变形、开胶、断面等问题，且耗时、耗水、耗清洗剂[1-3]，影响鞋子的使用寿命和穿着舒适感。

为此，我们设计了一款新型的洗鞋机，采用伸缩式鞋模机构+对滚式毛刷机构+高压清洗装置进行全方位清洗，避免鞋之间子的直接碰撞、变形小，能够有效缓解洗鞋机在洗鞋过程中对鞋子造成的损伤，实现高质量洗鞋，整个过程耗时、耗水、耗清洗剂较少。

1 整体结构设计和工作过程

1.1 整体结构设计

1.机架 2.水泵 3.内毛刷 4.伸缩式鞋模+球销副 5.洗鞋盖 6.机架盖 7.鞋模支架 8.内刷支撑 9.洗鞋座 10.大小齿轮 11.小带轮 12.主轴 13.电动机 14.后盖 15.外毛刷 16.高压水管 17.轴承 18.大带轮 19.机架底盖

如图1所示，该小型洗鞋机主要由对滚式毛刷3、15、伸缩鞋模+球销副4、高压清洗管路16组成，电机13驱动带传动机构11和定轴轮系10转动，与大小齿轮同轴相连的是均匀分布是三组内、外毛刷3、15，每组毛刷之间安装有鞋子夹持机构，改夹持机构由伸缩鞋模+球销副4+鞋模支架7+内刷支撑8+洗鞋座9四部分组成，三组夹持机构120°均匀分布，喷水装置主要由一台微型增压水泵2和管路16及可调节式喷嘴组成，实现预清洗功能。

1.2 工作过程

该机器工作过程主要分为具有夹持和清洗两大步骤。首先拉出鞋模支撑7，分别将每只鞋子嵌入伸缩鞋模4，然后将鞋支撑7插入洗鞋座9，即可实现整个鞋架在洗鞋桶内部的固定。启动电动机13驱动带传动机构11，再传递给同轴相连的定轴轮系10的大齿轮，大齿轮带动同轴相连的波轮转动，波轮上面固定三个内毛刷3，从而实现内毛刷的转动，与大齿轮同步啮合的为三个小齿轮，小齿轮带动与他们同轴相连的三个外毛刷作转动。同步启动喷水装置，水泵2通过管路16实现清洗功能。

2 关键机构设计

该夹持装置包括伸缩鞋模4、定轴轮系10、内外毛刷3和洗鞋座2组成。其中，定轴轮系10由一个大齿轮和三个小齿轮组成，由于大小齿轮尺寸不同，因此使得三组内外毛刷3的转速不同、转向相反;伸缩模4由弹簧式鞋撑和固定在支撑架5上的球销副组成，通过设计几组不同年龄段和性别的弹簧式鞋撑，即可实现成年男性、女性及儿童的鞋子支撑;内外毛刷的转速差有利于球销副的定向摆动，再结合变频器调节电机转速和转向，又可以方便实现球销副的反向运动。洗鞋座2保证了在清洗过程中鞋架的稳定，鞋子之间不会产生直接碰撞、也不会挤压变形，很大程度上减少了对鞋子的损伤。固定在球销副上的鞋子与内外毛刷反复的变速、变向的摩擦接触，再结合高压喷射的洗涤液的清洗作用，最终实现鞋子的全方位、无死角清洗。

3 结语

本文设计了一种夹持式小型洗鞋机，伸缩式鞋模利于不同人群的鞋子夹持，球销副机构可实现鞋子的定向摆动、对滚式毛刷+高压水流清洗对鞋子的作用力小，洗刷过程比较柔和，结合变频电机的变向、变速特性，间接实现了鞋子的反复变向摆动，鞋子与毛刷的摩擦力具有调节性，利于实现鞋子外围（不包括鞋子内部的清洗）全方位、无死角的清洗，避免了离心涡轮式洗鞋机中鞋子离心碰撞对鞋子造成的断底、开胶、变向等损伤，在一定程度上延长鞋子的使用寿命，具有一定的市场应用和推广价值。

参考文献：

[1]谢嘉诚，安小雪，梁逸波，等.一种新型自动布鞋洗鞋机的设计与制作[J].科技视界，2018（8）：262-263.

[2]胡进文.基于静态微冲击技术的洗鞋机清洗原理研究[J].科技风，2019（21）：11.

[3]赵在超.旋流静态微泡浮选柱冲洗水系统的设计改造及应用[J].内燃机与配件，2017（23）：3-4.

基金项目：本文为塔里木大学大学生创新创业训练计划《夹持式小型洗鞋机的设计》（202010757030）、“胡杨精神”引领下的“五位一体”课程育人模式——以《机械原理》为例（280001108）项目研究成果