設(shè)計(jì)目的
　　
　　鞋底是人頻繁接觸污物最直接的部位，各種有害物質(zhì)和影響環(huán)境的污物都極易附著在鞋底上，它也就成為傳播有害物質(zhì)的最重要的載體。清潔鞋底常見(jiàn)的方法有浸泡(偏重于消毒)、逐一吹掃(偏重于除塵)、鞋底墊(室內(nèi)清潔)，或其他工礦企業(yè)自行設(shè)計(jì)的、針對(duì)性極強(qiáng)的設(shè)備，這些方法都或多或少地存在各種不足，不適合民用領(lǐng)域。
　　所以，我們要設(shè)計(jì)一款能快速、徹底地去除鞋底污物、又能對(duì)鞋底消毒，而不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染的設(shè)備。它應(yīng)當(dāng)既能適合人員流動(dòng)量較少的特殊場(chǎng)合，供單一人員使用；又能將多套設(shè)備快速拼裝成一個(gè)通道，滿足人流較大的場(chǎng)合，同時(shí)不破壞場(chǎng)所的各項(xiàng)設(shè)施。當(dāng)然，百分之百的安全是這種設(shè)備必須滿足的首要條件。
　　
　　設(shè)計(jì)方案
　　
　　雙刷臂、旋轉(zhuǎn)式清刷方式
　　兩個(gè)充實(shí)的圓形毛刷，如果并排放置(圖1)，清刷范圍是不能重疊的。如果毛輪軸不能平移的話，在兩個(gè)毛輪之間，會(huì)存在一個(gè)無(wú)法清刷的盲區(qū)。而要使毛輪軸平移，機(jī)械結(jié)構(gòu)又會(huì)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。
　　我們采用雙刷臂、旋轉(zhuǎn)式的結(jié)構(gòu)(圖2)，可使毛刷清刷區(qū)域重疊。而且，每次刷臂與鞋底接觸的一瞬間，都會(huì)對(duì)鞋底和鞋幫產(chǎn)生一次拍擊，提高清刷效果。機(jī)械結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，只需在每根刷軸上安裝一個(gè)齒輪(圖3)，且齒輪間互相嚙合。刷臂的旋轉(zhuǎn)方向也會(huì)很自然地順時(shí)針、逆時(shí)針的成對(duì)地排列下去，為清潔毛刷和涂抹消毒液提供了便利。
　　
　　軸向間斷式植毛，配合徑向立板式支撐格柵
　　直徑3mm左右的毛刷，按8mm左右的間距(中到中)，沿同一角度固定在毛刷軸上(圖4)。而支撐人體重量的格柵，由厚度2mm的鐵板制成，每片格柵也按8mm的間距(中到中)焊接在一起，形成一個(gè)牢固的整體(圖5)。格柵與毛刷軸相垂直，毛刷可在格柵之間自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　每片格柵的上沿刻有長(zhǎng)、深各3mm的梯形鋸齒，其作用是確保毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鞋底不會(huì)打滑。同時(shí)，當(dāng)鞋底踩到格柵的一瞬間，難免有刷毛正好運(yùn)動(dòng)到格柵與鞋底之間，而梯形的鋸齒，既不會(huì)太尖；也可以讓那些被鞋底踩住的刷毛從鋸齒間溜掉。
　　
　　滴灌管式自消毒
　　任何清潔器具，在使用一段時(shí)間后，都會(huì)被污染。對(duì)清潔器具的消毒和清潔，是保證清潔效果的前提條件。我們?cè)谠O(shè)計(jì)清潔機(jī)時(shí)，首先考慮的就是如何對(duì)毛刷清掃鞋底后的再消毒。目前消毒劑的生產(chǎn)技術(shù)已相當(dāng)成熟，已經(jīng)有各種功效的無(wú)毒、環(huán)保的消毒劑被廣泛使用。但關(guān)鍵問(wèn)題是，如何在我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器上利用消毒劑對(duì)毛刷進(jìn)行消毒?我們借鑒了滴灌的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)清潔機(jī)的消毒。用一根內(nèi)徑6mm的高壓尼龍管，在上面打上0.5mm的小孔，成為一根滴灌管。外面再裹上一層柔軟的棉質(zhì)外套，由支撐槽均勻地固定在毛刷的下端。消毒液會(huì)延著滴灌管從儲(chǔ)液管流到清潔機(jī)毛刷下，并從小孔中滲出浸濕棉質(zhì)外套，但不流出，就像吸了水的海綿一樣。由于是雙刷臂，所以每當(dāng)毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)來(lái)時(shí)，就會(huì)對(duì)外套拍打一次，使里面的消毒液粘附在毛刷上，同時(shí)將毛刷上的固體物質(zhì)清除掉。調(diào)節(jié)支撐槽的高度，可調(diào)節(jié)毛刷粘附藥液的數(shù)量。
　　
　　
　　負(fù)壓清掃
　　清掃污物時(shí)會(huì)有大量的灰塵產(chǎn)生，病毒等有害物質(zhì)也會(huì)隨著灰塵飄散出去，鞋底的污物擴(kuò)散到了空氣中，會(huì)形成致命的二次污染。為此，我們考慮將清刷區(qū)變?yōu)樨?fù)壓區(qū)(圖6)。首先我們將“機(jī)房”與清刷區(qū)之間的立板提高，既可以為安裝紅外探頭做準(zhǔn)備，又可以在下部留出一個(gè)氣流通道(也為抽屜式污物托盤留出了空間)。在“機(jī)房”內(nèi)安裝一個(gè)離心式風(fēng)機(jī)，氣流通過(guò)濾網(wǎng)后向側(cè)面排出，使整個(gè)清掃區(qū)內(nèi)部均為負(fù)壓，被毛刷掃下的灰塵會(huì)被吸向下方。
　　
　　抽屜式污物托盤
　　被掃下的污物應(yīng)便于清除。所以，在清潔機(jī)的底部設(shè)計(jì)了一個(gè)側(cè)抽的抽屜式污物托盤，在不移動(dòng)清潔機(jī)的前提下，可以非常方便地清除被掃下的污物。
　　
　　遠(yuǎn)紅外自動(dòng)控制
　　清潔機(jī)的控制由紅外探頭控制。當(dāng)人腳踏上清潔機(jī)時(shí)，探頭會(huì)啟動(dòng)電機(jī)工作；當(dāng)人腳離開(kāi)后，探頭切斷電源。
　　
　　模塊式設(shè)計(jì)
　　在不同場(chǎng)合、不同條件下，人們對(duì)鞋底清潔機(jī)的大小，會(huì)有不同的要求。所以，我們采用模塊的方式，設(shè)計(jì)了清潔機(jī)的大小(長(zhǎng)600mm、寬500mm)，使其能夠完全滿足單人使用的需要。當(dāng)人流較小，每人可以單獨(dú)在清潔機(jī)上停留而不影響他人通過(guò)時(shí)，則可以選用單套設(shè)備；當(dāng)人流較大時(shí)，我們可以將幾套清潔機(jī)拼裝成一個(gè)或幾個(gè)任意長(zhǎng)度的通道，人們?cè)谕ǖ郎峡焖偻ㄟ^(guò)的同時(shí)，完成對(duì)鞋底的清掃。模塊之間互為獨(dú)立，無(wú)相互污染，潔凈度不同、清潔等級(jí)不同。
　　
　　待解決的問(wèn)題
　　由于機(jī)加工人員只具備業(yè)余水
　　平，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部件配合的效果較差，噪音太大。若為專業(yè)人員生產(chǎn)，噪音會(huì)非常小。
　　結(jié)構(gòu)過(guò)于笨重。由于設(shè)計(jì)時(shí)擔(dān)心強(qiáng)度不夠，所有構(gòu)件的尺寸均加大許多，導(dǎo)致最后的設(shè)備重量太大，優(yōu)化后估計(jì)能減去30％的重量，且不影響使用性能。
　　電機(jī)應(yīng)換為可調(diào)速電機(jī)。使用時(shí)會(huì)更方便，效果會(huì)更理想，且成本增加不多。
　　該項(xiàng)目獲得第25屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目中學(xué)組工程學(xué)一等獎(jiǎng)。
　　
　　專家評(píng)語(yǔ)
　　
　　該項(xiàng)目設(shè)計(jì)針對(duì)公共場(chǎng)所對(duì)鞋底清潔的需求，設(shè)計(jì)了一種具有清潔鞋底、消毒、粉塵自動(dòng)收集功能的全自動(dòng)清潔系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)巧妙、功能齊全、實(shí)用性強(qiáng)，經(jīng)改進(jìn)后具有商業(yè)前景。在旋轉(zhuǎn)清潔的結(jié)構(gòu)上，刷毛的磨損較大，機(jī)械噪聲需要進(jìn)一步減