超声波洗鞋机及其夹持装置的改进建议

李小康　王红　李彬　王槐朴　刘雪艳　郝勇　李霜天

【摘  要】论文全面介绍了超声波洗鞋机的发展现状，就目前市场上洗鞋机在其结构和夹持装置设计的不足作了简单的陈述，通过介绍一种新型的超声波洗鞋机，其在结构模型和夹持装置等设计上均作出新的优化，有望打破传统夹持装置的结构设计。此外，论文结合现有技术进行了适当的讨论。

【Abstract】This paper comprehensively introduces the developing situation of the ultrasonic shoes washing machine， and makes a simple statement on the deficiencies of the structure and clamping device design of the shoes washing machine in the current market， and introduces a new ultrasonic shoes washing machine， which makes new optimization in the structure model and clamping device design， which is expected to break the traditional clamping device structure design. In addition， the paper combines the existing technology to carry on the appropriate discussion.

【关键词】超声波洗鞋机;结构设计;夹持装置

【Keywords】ultrasonic shoes washing machine; structural design; clamping device

【中图分类号】TM925.3                                【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）07-0176-02

1 引言

目前，超声波清洗技术已经广泛用于各种清洁领域，例如，制药、电子、食品行业的生产车间中各种洁净鞋和洁净衣物的清洗。鞋子是人们在日常生活中不可或缺的必需品，由于出汗、雨水和风沙等污染，鞋面和鞋内很容易变脏，现有技术一般通过三种方式清洁脏了的运动鞋：一是人工用刷子刷鞋，人工刷鞋耗时耗力，极大地影响了生活品质，还会对鞋子造成严重磨损;二是用洗衣机洗鞋，使用传统的洗衣机洗鞋时，清洁效果较差，而且离心力作用使鞋子产生切割力，碰撞洗鞋机缸体，容易损坏洗鞋机和鞋子，且噪声大;三是使用一般的超声波洗鞋机清洗，缺乏鞋子固定机构或者固定不牢固，这也就导致在一定的转速条件下洗涤或脱水时，鞋子与桶壁容易产生摩擦和碰撞，造成对鞋子的破坏，如脱胶、鞋面破损等。因此，基于对现有超声波洗鞋机在高速旋转脱水中固定或夹持装置的不足，结合一款新型的超声波洗鞋机，提出相应的改进建议。

2 超声波洗鞋机

随着超声波技术的发展和应用，传统洗鞋机因易造成鞋面破损和鞋胶开裂等情况慢慢在共享或公共场合退出，一种新型的超声波洗鞋机开始崭露头角。施文平[1]首次公开一种免洗涤超声波洗鞋机的部分结构及其外观设计，致力于缓解化学洗涤剂对环境造成的影响。随后，研究人员注意到一种采用棒敲打衣物的滚筒式洗衣机在清洗和高效上的优势。唐阳衡[2]将超声波发生装置安装在圆筒上侧，采用微波加热辅助超声清洗共同作用达到清洁目的。尽管此后刘扬等[3]、吴绍兰[4]和叶乔[5]等人分别在此基础上进行了新的超声波装置的设计和改进，但一种具备清洗、烘干和脱水的全自动超声波洗鞋机仍然尚未出现在广大使用者家中。随着科学技术的进步，国内外家用电器逐步趋于自动化，此后，洛阳理工学院李彬教授团队[6]注意到尽管现有全自动超声波洗鞋机在功能上基本已经满足用户需求，但如何更加高效地使用洗鞋机内部空间和利用率等情况仍存在不足，因此，其采用一种爪式夹持机构，并在其上以不同的圆形半径和分布梯度阵列排列，设计出一种带有新型夹持机构的全自动超声波洗鞋机。

3 创新设计

有鉴于此，为进一步弥补现有超声波洗鞋机在空间利用率和夹持固定装置中的不足，在此提供一种全自动超声波洗鞋机，能满足在一定的水温条件下，采用一种特殊的夹持装置将不同类型或不同年龄所属鞋类进行超声波清洗，如图1所示。

通过在盛水桶3的外壁上安装多块叠加的加热金属板加热装置4，在超声波通过水介质清洗鞋的过程中，加热金属板将启动（可由用户设定最终温度，如用户未设定加热环节，系统辅助自动设定一段非常缓慢的升温过程，伴随整个超声波的清洗过程），能保证在一定的水温条件下清洗鞋子。为进一步利用洗鞋机的空间，通过在盛水桶3和脱水桶2底部连接处设计一种独特的凹陷区域用于安装六组超声波发生器，在最大程度上提高了洗鞋机的空间占空比，并能有效发挥超声波清洗的效果。

基于现有超声波洗鞋机在夹持状态和使用范围无法满足用户的条件下，采用一种“手爪”仿生结构夹持装置，如图2所示。将脱水轴8上端和小端采用不同直径一定厚度的上下圆盘（图示101和102），并在圆盘各处以60°分布3组支持点，以一定的角度将上述圆盘采用镂空质量支撑103连接，最大限度地降低高速脱水过程中鞋子所受离心力。此外，按照人体脚部结构将夹持装置设计成两个部分，呈现一种梯度分布的阵列，即上部分采用相同圆弧半径的开口爪5以一定的间距安装于支撑板103上，下部分则同样采用一种以相同半徑缩减量的三组鞋中部开口爪6安装，两者不同在于，后者同样以上述半径缩减量进行设计一种闭口固定式环形爪，用于童鞋的夹持，而此点是传统洗鞋机夹持装置无法做到的。当其在工作过程中，由于夹持装置内部采用中空的结构，在高速旋转过程中，上圆盘101受到的离心力相较于小圆盘102更大，根据流体力学和经典牛顿力学理论，鞋头内侧水流将向鞋跟处流动，最终从鞋帮侧流出，特别对于一种非运动型无网格鞋类其特征表现明显，而此点同样是传统悬挂式夹持装置无法完成的。

总的而言，上述提供一种新型的超声波洗鞋机及其夹持装置，有望缓解传统洗鞋机中缺乏鞋子固定机构或者固定不牢固导致鞋面受损和脱胶等情况。综上所述，其具有如下特点：①结构简单，制造成本低;②适用性强;③洗涤和脱水效果显著。

4 结语

目前，超声波清洗技术已经广泛应用于食品、药品和机电产品等领域中，超声波洗鞋机因具备高效率、低能耗和清洁效果显著等特点受到企业或家庭的追捧。当然，洗鞋机技术以此为契机，从最初单一超声波技术慢慢发展到具备清洗、甩干、杀菌消毒和烘干等一体化全自动技术。然而，产品的结构和夹持固定系统仍存在诸多的问题，因此，通过介绍一种新型的超声波洗鞋机结构及其夹持装置，有望改善现有洗鞋机的不足之处。

【参考文献】

【1】施文平.免洗涤剂超声波洗鞋机，CN202397428U[P].2012-08-29.

【2】唐阳衡.超声波洗鞋机，CN202891850U[P].2013-04-24.

【3】刘扬，秦锴，许海生.一种超声波洗鞋机，CN103300804A[P].2013-09-18.

【4】吴绍兰.一种超声波洗鞋机，CN104887166A[P].2015-09-09.

【5】叶乔.一种超声波洗鞋机，CN105212871A[P].2016-01-06.

【6】李彬，李小康，徐鹿辉，李军伟，郝勇，任睿卓，景凯亮.一种全自动超声波洗鞋机，CN210095664U[P].2020-02-21.

【基金项目】国家自然科学基金（51475222）：多元多尺度仿生自修复刀具及其增效机理研究。国家级大学生创新训练项目（201911070002）：自润滑刀具碳纳米涂层。

【作者简介】李小康（1998-），男，湖北天门人，本科在读，从事刀具材料开发研究。

【通讯作者】李彬（1982-），男，山东济南人，从事干切削刀具的相关研究。