ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ОЧИСТИТЕЛЬ ОБУВИ
SHOE AIR CLEANER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области очистки подошв обуви, более конкретно, к устройствам для очистки подошв обуви от загрязнений, в том числе химических, радиоактивных и биологических с помощью струй воздуха (или иного вещества) под давлением с возможным добавлением моющих, дезинфицирующих средств, а также подведения к очищаемой области разрежения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области очистки подошв обуви существует множество устройств, как технически простых, так и достаточно сложных. Простые устройства - коврики, щетки и решетки для очистки подошв не способны качественно выполнять возложенную функцию, особенно при большом потоке людей, сильных загрязнениях подошв. В детских учреждениях для решения этой проблемы вводят обязательную сменную обувь, а в медицинских и некоторых других - бахилы. Однако и это не решает проблему полностью, т.к. есть промежуточная зона для переобувания, из которой грязь разносится далее по чистой территории, а при надевании бахил люди пачкают руки. В более сложных - механизированных устройствах для очистки подошв применяются комбинации вращающихся щеток, в некоторых в область очистки предусмотрена дополнительная подача воды и чистящих веществ. Тем не менее, такие щетки не способны удалить вязкие загрязнения из глубокого протектора в подошве, а их использование не предусматривает больших потоков людей и требует значительного времени для очистки и заинтересованности в ней обслуживаемых людей.
Почти все известные в данной области устройства и способы требуют непосредственного участия человека в процессе очистки и защиты от загрязнений. Т.е. человеку необходимо замедлиться, потопать ногами, выполнить определенные действия по размещению подошвы в область очистки, подождать и т.д. Основные недостатки существующих решений - низкая скорость очистки и нежелание людей тратить на нее время, низкое качество очистки, низкая надежность и дорогое обслуживание механизированных устройств.
Известно устройство Air Vacuum Mat от компании Paionia Furyokuki Co. Ltd., Япония (http://www.paionia.co.jp/en/product/006.html, DUST CLEANER, Japanese Patent JP 3452859, applicant PAIONIA FURYOKUKI KK.), представляющее собой плоскую панель, располагающуюся на полу, на которую может встать и по которой может двигаться человек. На верхней поверхности панели располагается множество отверстий, каждое из которых изнутри закрыто клапаном - подпружиненным шариком. С помощью шланга панель соединена с внешним блоком, посредством которого внутри панели создается разрежение. Шарики-клапаны позволяют поддерживать внутри панели разрежение. Каждый шарик снабжен небольшой щеткой, которая в области контакта очищает подошву. При вдавливании шарика подошвой в панель, счищенные щеткой загрязнения вместе с потоком воздуха всасываются внутрь, через шланг поступают во внешний блок и скапливаются в специальном контейнере.
Производитель указывает, что устройство предназначено для удаления пыли и частиц почвы с подошв. Однако данное решение неприменимо для удаления большого количества влажной грязи, воды, снега, т.к. их невозможно удалить небольшими щетками, особенно из глубокого протектора. Кроме того, при больших потоках людей, и при высокой загрязненности обуви, как, например, в зимний период, щетинки маленьких щеток будут изнашиваться в течение одного-нескольких дней, что неприемлемо.
Из патента UA 58118 (U), опубл. 25.03.2011, A47L 23/00, КАРАМАН О.Е., известен коврик (трап) для очистки обуви, который конструктивно представляет собой прямой аналог Air Vacuum Mat от компании Paionia Furyokuki Co. Ltd. Отличительной чертой является использование дополнительной мембраны в корпусе устройства, которая подразделяет внутреннюю часть устройства на камеру низкого давления и камеру высокого давления. К камере высокого давления подводится сжатый воздух под давлением около 1.5 бар. Мембрана выполняется из эластичного материала и за счет разности давлений в камерах прижимает шарики-клапаны к верхней поверхности устройства. В Air Vacuum Mat для этой цели использованы пружины, расположенные под шариками-клапанами. Сведения о производстве данного устройства обнаружены не были.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство, описанное в патента CN 101972132, опубл. 11.01.2012, A47L 23/22, FAN TIEGANG. Оно представляет собой панель, располагающуюся на полу и предназначенную для наступания на нее человека. Внутри панель разделяется на две камеры, расположенные друг над другом, - высокого и низкого давлений, которые соединяются с системами подачи и откачки воздуха соответственно. Над верхней поверхностью панели выступает множество элементов - штоков, способных перемещаться вниз (утапливаться) при надавливании на них и возвращаться в исходное положение. Каждый подвижный элемент одновременно выполняет роль двух клапанов, отсекающих камеры высокого и низкого давлений от внешней атмосферы в состоянии покоя и позволяющих камерам сообщаться с внешней атмосферой в утопленном состоянии. При наступании человека на панель подошва его обуви вдавливает некоторое количество штоков. Описанные клапаны открываются, сжатый воздух из камеры высокого давления через отверстие в штоке поступает на подошву, в результате чего сдувает с нее загрязнения, которые за счет разрежения откачиваются в камеру низкого давления и далее в устройство сбора.
Ключевые недостатки описанного устройства заключены в его конструкции. Главным недостатком является опасность для здоровья и жизни человека, поскольку выступающие над поверхностью панели штоки при падении человека могут повредить кожные покровы и вызвать попадание сжатого воздуха в кровоток, что может привести к летальному исходу. При наступании на шток подошва будет блокировать выход воздуха из него, что не позволит производить очистку, т.е. фактически, в описанном виде устройство не работоспособно. В случае частичного наступания на шток загрязнения с края подошвы могут распыляться вверх со скоростью, которая может быть близка к скорости звука, что, помимо загрязнения окружающих устройство предметов, конструкций, одежды и частей тела человека, может нанести вред здоровью человека. В процессе работы устройства штоки будут испытывать серьезные нагрузки, направленные перпендикулярно осям штоков при ударах подошвами, шарканьи ногами и пр. Из рисунка, приведенного в патенте, следует, что подобные нагрузки будут ложиться на уплотняющие кинематические пары. Следовательно, при обычной эксплуатации устройства кинематические пары, показанные на схеме в патенте, уже в течение одного использования могут выйти из строя и устройство перестанет функционировать.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании нового устройства, недорогого в обслуживании, позволяющего осуществлять высокого качества очистку подошв обуви от загрязнений в процессе наступания человеком на рабочую поверхность устройства, размещаемого на конкретном участке движения потока людей (в том числе «в фоновом режиме»), применимого, в частности, для удаления большого количества влажной грязи, воды, снега, особенно из глубокого протектора и при больших потоках людей, обладающего повышенной износостойкостью и безопасностью для здоровья и жизни человека.
Техническим результатом, достигаемым при использовании предлагаемого изобретения, является упрощение конструкции устройства и повышение его надежности, т.е. повышение срока эксплуатации устройства, его износостойкости и безопасности для здоровья человека, при одновременном повышении качества очистки обуви от загрязнений.
Поставленная задача и требуемый технический результат, достигаются за счет нового пневматического очистителя подошв обуви, содержащего камеру высокого давления, предназначенную для соединения со средством подачи потока очистителя, с множеством отверстий, каждое из которых снабжено штоком, способным перемещаться вниз при надавливании на него и возвращаться в исходное положение и имеющим верхнюю часть с верхним срезом и нижнюю часть с нижним срезом, и камеру низкого давления, предназначенную для соединения со средством для откачки потока очистителя с загрязнениями, содержащую опорную решетку, в котором согласно изобретению верхняя часть штока снабжена средством для обеспечения зазора между подошвой обуви и верхним срезом штока при надавливании, а опорная решетка в верхней части снабжена множеством колодцев, при этом нижний срез штока закрыт элементом для уплотнения камеры высокого давления.
Средство для обеспечения зазора между подошвой и верхним срезом штока содержит отверстия для втягивания потока очистителя с загрязнениями, суммарная площадь которых, составляет не менее 1/3 площади проходного сечения колодца, и выполнено в виде элемента чашеобразной формы или в виде ребер. Нижняя часть штока снабжена, по меньшей мере, одним отверстием для входа потока очистителя, сообщающимся с внутренним каналом в штоке.
Элемент для уплотнения камеры высокого давления представляет собой пластинку, тарелку, шарик, конус и иные элементы, имеющие подобную конусу или сфере форму.
Верхний срез штока выполнен с возможностью профилирования потока очистителя и имеет, по меньшей мере, один элемент для формирования оптимальных потоков воздуха, действующих на всю поверхность подошвы в пределах конкретного колодца, и способных эффективно продувать даже глубокий протектор. Элементы для формирования потоков воздуха представляют собой, например, насечки, шлицы и/или другие элементы, обеспечивающие сужения и/или расширения канала в штоке и/или изменения формы проходного сечения канала.
Верхняя часть штока может иметь несколько соединенных с каналом в штоке отверстий для создания нескольких раздельных потоков очистителя.
Опорная решетка снабжена в нижней части перепускными каналами, обеспечивающими сообщение колодцев друг с другом.
Камера высокого давления содержит поддон с фланцем и крышку, в которой сформированы указанные выше отверстия для штоков и дополнительно снабжена, по меньшей мере, одним уплотнительным элементом, расположенным под крышкой, с множеством отверстий, имеющих диаметр меньший, чем отверстия в крышке. Уплотнительный элемент представляет собой уплотнительный лист или совокупность отдельных прокладок, уплотнительных колец или сальников, мембран. А крышка и поддон дополнительно снабжены стягивающими винтами, проходящими сквозь камеру высокого давления, и/или ребрами жесткости.
Шток дополнительно снабжен эластичной манжетой или плунжером, например, из металла, пластика, резины, керамики, для уплотнения камеры низкого давления находящегося в состоянии покоя устройства. При этом при наличие плунжера, колодец дополнительно может быть снабжен, по меньшей мере, одним уплотнительным элементом, закрепленным на его внутренней стенке с возможностью соприкосновения с плунжером.
КРАТКОЕ ОПСИАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 изображена схема устройства в разрезе.
На Фиг. 2 изображено средство для обеспечения зазора между подошвой обуви и верхним срезом штока в виде ребер (вид сверху).
На Фиг. 3 изображен альтернативный вариант уплотнения камеры низкого давления.
На Фиг. 4 изображен вариант итогового исполнения устройства.
На Фиг. 5 изображен общий вид очистительной панели.
На Фиг. 6 изображены варианты конструкции устройства: (а) вариант с чашкой согласно Фиг. 1 без пружин; (б, в) варианты с оперением согласно Фиг. 2 без пружин и с пружинами, соответственно.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБЕРЕТНИЯ
Принцип действия и принципиальная схема варианта исполнения рабочей панели устройства представлена на Фиг. 1.
2
2
Рабочая панель очистителя представляет собой своеобразный «сэндвич» (слоистая структура), состоящий из элементов, последовательно расположенных один над другим и описанных ниже. Нижняя часть устройства отвечает за «продувку» и представляет собой камеру высокого (P≤10 атм.) давления, в которую через средство подачи потока очистителя, например, подводящую магистраль, компрессор или иным способом нагнетается поток очистителя, например, воздух. Камера высокого давления состоит из поддона (1) с фланцем (2) и крышки (3). Непосредственно в камере высокого давления располагается, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, представляющий собой уплотнительный лист (4) из резины, толщиной, например, около 5 мм, расположенный по всей площади крышки (3), или совокупность уплотнительных элементов, например, в виде отдельных прокладок, уплотнительных колец, сальников, мембран (на чертежах не показано), расположенных, по меньшей мере, на части площади крышки (3), где каждому отверстию (6) крышки соответствует, по меньшей мере, один из указанных уплотнительных элементов. В уплотнительном элементе, в частности, листе (4) по всей площади (за исключением краев) располагаются отверстия (5) диаметром, например, около 2-6 мм, расположенные, например, равномерно в узлах треугольной решетки с шагом, например, около 10-20 мм (на чертежах не показано). Треугольная решетка обеспечит наиболее плотное расположение отверстий по поверхности, однако, отверстия могут быть расположены в узлах и квадратной, и иной структуры решетки, в том числе нерегулярной. Крышка (3) представляет собой лист достаточной толщины, например, из металла, нержавеющей стали, композитных материалов, пластика или иных материалов достаточной прочности, чтобы выдерживать нагрузку от избыточного давления P, и имеет ответные отверстия (6) с диаметром, большим, чем отверстия (5) в уплотнительном листе (4), также, соответственно, расположенные в узлах треугольной или иной формы (квадратной, шестигранной, иной нерегулярной и проч. формы) решетки (на чертежах не показано). Из камеры высокого давления в каждое отверстие (5, 6) вставлен шток (7). Шток - трубка из нержавеющей стали, или, например, металла, пластика, композитных и иных материалов с достаточной прочностью и износостойкостью, длиной несколько сантиметров, наружным диаметром, например, около 4 мм и с толщиной стенки, например, 1-2 мм, на нижнем торце которой закреплен элемент для уплотнения камеры высокого давления в виде, например, пластинки/тарелки (8), части шарика, конуса или иного элемента, имеющего подобную конусу или сфере прилегающую к уплотнительному листу (4) поверхность (на чертежах не показано). На расстоянии, например, около 1-3 мм от верхнего края пластины (8) в стенке штока (7) располагается отверстие (9), соединяющееся с внутренним каналом (10) в штоке. На расстоянии, например, около 20 мм от верхнего края штока (7) закреплена эластичная манжета (11), Фиг. 1, или плунжер (22), Фиг. 3, например, из металла, пластика, резины, керамики, для уплотнения камеры низкого давления находящегося в состоянии покоя устройства. Упомянутое выше расстояние от верхнего края штока (7) может быть и иным, но обязательно в пределах оптимального диапазона для эффективной работы устройства, с учетом его конкретного исполнения. С учетом специфики применения конкретного устройства, а именно потока людей, количества и характера загрязнений, на плунжере могут размещаться одно или несколько уплотнительных колец (на чертежах не показано), например, из резины или других эластичных материалов
1
1
Верхняя часть устройства - опорная решетка (12), выполняющая функцию опоры для ног человека, образует в области над крышкой (3) камеры высокого давления камеру низкого давления P, которая отвечает за «втягивание», и из которой через средство для откачки потока очистителя с загрязнениями, выполненного, например, в виде специального устройства откачки или промышленного пылесоса, отводится отработанный поток очистителя. Давление P ниже атмосферного и составляет, например, около 0,75 атм. - такая величина характерна для промышленных пылесосов. Опорная решетка (12) располагается на крышке (3) камеры высокого давления и упрощенно представляет собой панель, в которой равномерно располагаются колодцы (17), представляющие собой ответные цилиндрические отверстия под манжеты (11) или плунжеры (22) штоков (7), диаметром, например, около 10 мм. Центральная ось каждого из цилиндрических колодцев (17), соответственно отверстиям (5) и (6), располагается в узлах треугольной или иной формы (квадратной, шестигранной, иной нерегулярной и проч. формы) решетки (на чертежах не показано). Таким образом, устройство по всей рабочей площади можно условно разделить, например, на шестигранные (квадратные в случае квадратной решетки или иной формы в случае нерегулярной решетки расположения штоков (7)) соты или ячейки (на чертежах не показано). Под сотами или ячейками в контексте данного описания следует понимать совокупность всех повторяющихся элементов, т.е. шток (7), ребра (16), манжета (11), колодец (17), отверстия (5, 6) и т.д. Вся рабочая поверхность представляет из себя множество повторяющихся ячеек, одинаковых сот (далее - ячейки). В нижней части опорной решетки (12) располагаются перепускные каналы (13), соединяющие колодцы (17) между собой. Колодцы (17) крайних рядов могут быть соединены с проходящим по всему периметру опорной решетки (12) пазом (на чертежах не показано), к которому с внешней стороны подводится разрежение для эвакуирования обрабатываемых загрязнений. Также разрежение может создаваться в камере низкого давления и без использования контурного паза, от места подведения разрежения последовательно от одного колодца (17) к другому и так далее.
За счет большой площади крышка камеры высокого давления (3) и поддон (1) испытывают серьезные нагрузки. Для снижения нагрузок на поверхности крышки возможно размещение винтов (на чертежах не показано), проходящих сквозь камеру высокого давления, и стягивающих дно и крышку камеры. Подобное решение снимает жесткие требования к материалам и толщинам крышки и корпуса камеры, предотвращает нежелательные деформации и многократно повышает надежность устройства. Дополнительно на крышке камеры высокого давления и поддоне возможно размещение ребер жесткости (на чертежах не показано). Дополнительно в поддоне может располагаться один или несколько элементов, например из пластика, резины и др. материалов, заполняющих объем поддона и позволяющих штокам свободно перемещаться на весь рабочий ход. Подобные элементы уменьшают количество сжатого газа в камере высокого давления и снижают негативные последствия при разгерметизации или частичном разрушении устройства, а также ускоряют наполняемость камеры высокого давления.
Отверстия (6) могут иметь цилиндрическую, коническую и проч. формы.
Верхняя часть штока (7) снабжена средством для обеспечения зазора между подошвой обуви и верхним срезом штока при надавливании.
Средство для обеспечения зазора между подошвой обуви может быть выполнено чашеобразной формы, в таком случае, на верхней части штока (7) возможно закрепление, например, специальных чашек (15), Фиг. 1, или же в виде ребер (16), Фиг. 2, (оперения), например, от 3 до 15 ребер. Средства для обеспечения зазора выполнены из стали или других материалов с достаточными прочностными характеристиками и износоустойчивостью и служат, в частности для ограничения излишних радиальных и вертикальных перемещений и перекосов штоков (7) в колодцах (17) опорной решетки (12).
Имея наружную форму, схожую с формой внутренней поверхности колодцев (17) опорной решетки (12) чашки (15) или ребра (16) могут иметь чуть меньший радиальный размер, позволяя штоку (7) ограниченно играть в колодце (17) на эластичной манжете (11) или плунжере (22).
Средство для обеспечения зазора между подошвой и верхним срезом штока содержит отверстия (18, Фиг. 1 и 20, Фиг. 2) для втягивания потока очистителя с загрязнениями, суммарная площадь которых, составляет не менее 1/3 площади проходного сечения колодца (17). Такое соотношение площадей обеспечивает достаточную пропускную способность для качественного отведения загрязнений и потока очистителя в камеру низкого давления и далее в устройство сбора.
Например, в случае чашек (15) эти отверстия (18, Фиг. 1) располагаются на нижней поверхности чашки (15). Также возможно размещение отверстий или прорезей в боковых поверхностях чашки (15) (на чертежах не показано). Например, в случае ребер (16) эти отверстия (20, Фиг. 2) образованы пространством между ребрами. Данные отверстия позволяют воздуху с загрязнениями во время очистки проникать внутрь устройства. Помимо описанных функций средство для обеспечения зазора между подошвой и верхним срезом штока также не позволяет достаточно крупному мусору попасть внутрь устройства, предотвращает возможные повреждения обуви или частей тела человека, предотвращает попадание в ячейки каблуков и проч. предметов. Средство для обеспечения зазора между подошвой и верхним срезом штока может как закрепляться на штоке (7), так и выполняться заодно со штоком (7).
Следует особо отметить, что средство для обеспечения зазора между подошвой и верхним срезом штока, помимо, собственно, обеспечения зазора между подошвой и верхним срезом штока при наступании (что необходимо для свободного выхода очистителя из штока и достаточно равномерного распределения его потока по очищаемой области) выполняет одновременно несколько дополнительных функций:
а) обеспечивает безопасность эксплуатации - препятствует возможному контакту штоков с телом человека, например, при падении. Подобный контакт может быть крайне опасен при повреждении кожных покровов.
в) ограничивает избыточные перемещения штока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, препятствует повреждению штоков и других частей устройства. Указанное средство (чашка или ребра) с небольшим зазором посажено в колодце, таким образом, возникающие при эксплуатации нагрузки ложатся не на достаточно тонкие и длинные штоки, а на само упомянутое средство. Иными словами, колодцы в паре с указанным средством препятствуют избыточному движению и повреждению штоков из-за возникающих нагрузок и перекосов.
г) имеет достаточно малую площадь сечения и позволяет эффективно откачивать поток очистителя из загрязняемой области в камеру низкого давления в процессе очистки.
Верхний срез штока выполнен с возможностью профилирования потока очистителя. Иными словами, верхние торцы штоков (7), выполняющие роль сопел, могут иметь специальный профиль, обеспечиваемый, по меньшей мере, одним элементом (19, Фиг. 1) для формирования оптимальных потоков воздуха, действующих на всю поверхность подошвы в пределах данной ячейки, и способных эффективно «продувать» даже глубокий протектор. Таким элементом может являться, например, насечка, шлиц и/или другие элементы, обеспечивающие сужения и/или расширения канала (10) в штоке (7) и/или изменения формы проходного сечения канала (10). Иными словами, верхний срез штока должен быть соответствующим образом обработан для формирования необходимых воздушных потоков, чтобы:
а) распределять воздушный поток по возможности по всей площади очистки;
б) препятствовать чрезмерному распространению вверх потока очистителя в том случае, когда область над штоком не закрыта подошвой, но шток, тем не менее, вдавлен.
Помимо всего прочего сама верхняя часть штока (7) может, например, иметь несколько соединенных с каналом (10) в штоке (7) отверстий (на чертежах не показано) для создания нескольких раздельных потоков очистителя.
Дополнительно для обеспечения возвратного движения штоков в верхнее положение (соответствующее состоянию покоя устройства) между тарелкой (8) штока и дном поддона (1) или между манжетой (11) (плунжером) и крышкой (3) камеры высокого давления могут располагаться пружины (на чертежах не показано), которые также, наряду с избыточным давлением, прижимают клапан высокого давления к уплотнительному элементу. Данные пружины для простоты не показаны на Фиг. 1, т.к. не меняют принцип работы устройства. Схематично (без позиции) данные пружины изображены на Фиг. 6(в).
Для увеличения проходного сечения возможно размещение в стенке штока нескольких отверстий (9).
Вместо манжеты (11) возможно применение жесткого плунжера (22), Фиг. 3, например, из металла, пластика, резины, керамики и пр. Также возможны альтернативные варианты формы манжеты (11) и ответной поверхности колодца (17) в опорной решетке (12), в т.ч. сочетания сферических, конических поверхностей, плоскостей и др. Возможен альтернативный вариант уплотнения камеры низкого давления, когда уплотнительный элемент из резины или другого эластичного материала закрепляется в средней по высоте части колодца (Фиг. 3).
Опорная решетка (12) может изготавливаться из пластика, жестких резинотехнических смесей, или из алюминиевых и проч. сплавов, например, методом литья. Для особо жестких условий эксплуатации опорная решетка (12) может быть изготовлена в виде сварной сотовой панели из высокопрочной нержавеющей стали, а затем обрезинена. При этом резиновые поверхности колодцев (17) будут предохранять штоки (7) от повреждений при их перекашивании.
Размеры ячеек могут варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в зависимости от предполагаемой области применения устройства, при этом соответственно могут изменяться и размеры составных элементов ячейки. Характер периодичности решетки для расположения ячеек в очистительной панели не является принципиальным моментом. В зависимости от типа периодичности расположения радиальное сечение единичной ячейки может иметь шестигранную, треугольную формы, форму параллелограмма и пр. Применение непериодической структуры также способно обеспечить технический результат.
Дополнительно в устройстве могут применяться сетки (на чертежах не показано), блокирующие попадание в ячейки слишком крупных фрагментов, которые могут мешать нормальному функционированию. Такие сетки могут размещаться либо в каждой ячейке отдельно, либо накрывать всю панель полностью.
Дополнительно верхняя часть штока (7) может быть снабжена форсункой для создания одной или нескольких струй с определенными параметрами.
Дополнительно верхняя часть штока (7) может иметь насечки, шлицы, выступы, а так же различные генераторы вихрей.
Дополнительно верхняя часть штока (7) может быть снабжена клапаном (на чертежах не показано), открывающимся при контакте с подошвой и вдавливании внутрь штока (7). Например, шарик, гильза и пр.
Сжатый поток очистителя, например, воздух (др. газы и пр.) может подогреваться для просушки подошв обуви, или содержать водяную взвесь, в т.ч. с моющими или дезинфицирующими средствами. Возможно также комбинированное (последовательное) применение этих способов, как в одной панели, так и в нескольких последовательно расположенных, что позволит дополнительно увеличить эффективность очистки.
Предлагаемая технология позволяет изготавливать очистительные панели произвольной формы с размерами от нескольких сантиметров до нескольких метров (при модульном подходе) в зависимости от области применения. Возможно создание компактных устройств, например для бытового использования.
Следует отметить, что принцип действия устройства не накладывает жестких ограничений на герметичности кинематических пар «манжета/плунжер-колодец» и «шток-уплотнительный элемент». Устройство может не постоянно находиться в режиме готовности, а лишь при приближении человека к панели очистителя. Например, по сигналу с датчика движения, которым может быть дополнительно снабжено устройство, активизировать работу средств для нагнетания и откачки очистителя, которые быстро создают избыточное и пониженное давления в соответствующих камерах устройства.
Конструкции средств для подачи очистителя, откачки и сбора загрязнений не принципиальны. Данные средства могут быть объединены в единый модуль, который может быть объединен с рабочей панелью очистителя, расположен как в непосредственной близости от рабочей панели очистителя, так и удаленно - в отдельном помещении на некотором удалении от панели очистителя.
Устройство функционирует следующим образом.
В состоянии покоя устройства тарелка (8) каждого штока (7) прижата к уплотнительному листу (4) за счет избыточного давления в нижней камере и действия на штоки пружин (на чертежах не показано), при наличии последних. Манжета (11) штока (7) прилегает к внутренней поверхности колодца (17) и уплотняет верхнюю камеру низкого давления. Ребра штоков (16) (оперение) или чашка (15) выступают над верхней плоскостью опорной решетки (12) на расстояние, например, 5-20 мм. Когда человек наступает на панель, штоки (7) под подошвой перемещаются вниз. В результате чего открывается клапан высокого давления и камера высокого давления начинает сообщаться через отверстие (9) в стенке штока (7) с внешней атмосферой, и в области над штоком (7) создается струя (струи) сжатого потока очистителя, удаляющие загрязнения с подошвы в области данной ячейки. Двигаясь вниз, шток (7) также открывает и клапан низкого давления, например, перемещает манжету (11), открывая таким образом камеру низкого давления. При этом в данных ячейках происходит всасывание продуктов очистки вместе с потоками очистителя в камеру низкого давления, и затем в средство для откачки, например в промышленный пылесос. Остальные ячейки панели при этом остаются закрытыми. За счет негерметичности в них возможны небольшое всасывание и небольшие утечки сжатого потока очистителя, однако это не влияет на работу устройства в целом.
Устройство предназначено для очистки подошв обуви от разнообразных загрязнений во время наступания человека на рабочую панель устройства. Под загрязнениями понимаются посторонние вещества, материалы и предметы (в т.ч. химические, биологические, радиоактивные загрязнения, жидкости, грунт, пыль, стружка, снег и др., а также комбинации данных и проч. загрязнений), находящиеся на всей поверхности подошвы пользователя устройства. Очистка осуществляется путем воздействия на весь участок подошвы (и только на него) двумя независимыми, но взаимодополняющими способами одновременно. Первый - «продувка», заключается в воздействии на область подошвы, находящуюся в непосредственной близости от поверхности устройства, направленными потоками очистителя (газы, воздух, взвеси жидкостей, в т.ч. вода, чистящие средства). Второй - «втягивание», заключается в подведении к данной области подошвы разрежения, создающего направленные внутрь устройства потоки очистителя, увлекающие за собой загрязнения и продукты очистки первым способом.
Наиболее обще принцип работы и конструкцию устройства можно описать следующим образом. Ключевой элемент устройства - очистительная панель, которая предназначена для очистки подошв обуви во время наступания человеком на рабочую поверхность. Вся рабочая (верхняя) поверхность панели разделена на независимые участки - ячейки, функционирующие по общим для всех ячеек принципам. Единичная ячейка представляет собой область, объем устройства, в которой с помощью двух клапанов:
1) клапана низкого давления, образуемого манжетой 11 (или плунжером (22)) и поверхностью колодца 17, уплотняющего камеру низкого давления; и
2) клапана высокого давления, образуемого элементом для уплотнения камеры высокого давления, например, пластинкой (8) и крышкой (3) (или уплотнительным элементом, например, листом (4)),
внешняя атмосфера (конкретно область над ячейкой) может сообщаться с областями низкого и высокого давлений внутри панели. При наступании человека на устройство подошва обуви взаимодействует с набором ячеек. В результате в каждой ячейке из набора происходит открытие пары клапанов. Через один открывшийся клапан воздух (или др. очищающее вещество) через канал (10) поступает изнутри устройства, образуя направленную струю, удаляющую (сдувающую, смывающую) в области данной ячейки загрязнения с подошвы. Через второй открывшийся клапан воздух, вместе с загрязнениями, поступает внутрь устройства и далее через средство откачки в блок сбора загрязнений. После исчезновения контакта подошвы и ячейки клапаны вновь переходят в закрытое состояние.
2
1
При конструировании типы клапанов были расположены зеркально, наоборот, относительно прототипа. В предлагаемом устройстве «золотниковый клапан» низкого давления, образуемый манжетой 11 и поверхностью колодца 17, уплотняет камеру низкого давления, в то время как в прототипе золотниковый клапан уплотняет камеру высокого давления. С другой стороны в прототипе для уплотнения камеры низкого давления используется тарельчатый клапан (для этой цели данный тип клапана используется во всех приведенных в разделе «уровень техники» патентах), в предлагаемом же устройстве «тарельчатый клапан», образуемый пластинкой 8 и уплотнительным листом 4, используется для уплотнения камеры высокого давления. Такое т.н. «обратное расположение» клапанов обеспечивает дополнительную подвижность штоку (7) и предотвращает повреждение устройства при эксплуатации. Шток (7) может «играть» в посадочном месте и воспринимать нагрузки не повреждая клапаны. Однако, возможен вариант, когда для уплотнения камеры низкого давления также используется клапан особой конструкции (Фиг. 3). Уплотнительный элемент 21 данного клапана представляет собой, например, кольцо, закрепляемое в стенке колодца 17, имеющее эластичную губу, которая при соприкосновении с плунжером 22 создает уплотнение. Так как плунжер 22 вместе со штоком 7 при отсутствии внешнего воздействия перемещается в свое крайнее верхнее положение и удерживается в нем за счет давления P и действия пружин (на чертежах не показано), то губа дополнительно прижимается к верхней поверхности плунжера 22 за счет разности атмосферного давления и давления P, (что обеспечивает хорошее уплотнение. При этом из-за работы устройства с загрязнениями, возможной выработки и износа конструкция уплотнения обеспечивает закрытие клапана в диапазоне вертикального перемещения штока несколько миллиметров, что критически важно для работы устройства.
Конкретная реализация клапанов не принципиальна и не влияет на ключевые принципы функционирования устройства. Клапаны могут приводиться как механически, путем перемещения толкателей непосредственно подошвой, так и с помощью более сложных механизмов, в т.ч. иметь электро-, пневмо- и прочие приводы.
Преимущество предлагаемого решения заключается в том, что очистка производится мощными струями сжатого потока очистителя (например, воздуха, в т.ч. с добавками - водяной взвесью, с моющими, дезинфицирующими веществами и пр.), а не щетками. Струи сжатого очистителя способны проникать в глубокий протектор и выдувать из него любые загрязнения, в то время как щетинки щеток не способны проникнуть на всю глубину протектора и удалить оттуда загрязнения. При этом снимаются проблемы загрязнения самих щеток липкой грязью и износа щеток, т.к. трубки для потока очистителя могут быть изготовлены из высокопрочной стали и проч. материалов с износостойкостью на порядки выше, чем у полимерных щетинок щеток.
Пользователю не нужно «шаркать» по поверхности очистителя, чтобы щетки очистили подошвы, а достаточно просто наступить на него. Это сокращает время очистки, что очень важно для обслуживания больших потоков людей, например, в метро. Поток очистителя может содержать антисептик, водяную взвесь для более эффективной очистки, и/или подогреваться для просушки подошв. При этом обработанные загрязнения с помощью локального разрежения постоянно отводятся из области очистки, что повышает общую эффективность процесса.
Очистка происходит независимо от заинтересованности в ней конкретного человека в момент, когда она наступает на устройство. Технология очистки позволяет производить очистку «на лету», не требуя от человека замедлять свое движение и производить какие-либо дополнительные манипуляции с обувью. При этом загрязнения удаляются из зоны очистки и собираются в специальном контейнере, после чего утилизируются. В результате с подошв обуви удаляется значительная, большая часть загрязнений, за счет чего достигается более высокий уровень чистоты в зоне движения людей после устройства. Это также приводит к сокращению затрат на уборку помещений, ремонт и замену выходящего из строя из-за загрязнений оборудования.
Устройство позволяет обрабатывать разнообразные загрязнения - в том числе твердые, жидкие, химические, радиоактивные и проч., как по отдельности, так и в любых комбинациях. При этом загрязнения не распространяются вокруг и не остаются в зоне очистки, а автоматически собираются и могут быть утилизированы. Устройство позволяет задействовать в процессе очистки дезинфицирующие и проч. вспомогательные жидкости и вещества, а так же осуществлять подогрев используемого в очистке воздуха для просушки подошв. Устройство способно производить качественную очистку подошв даже с глубоким протектором. Предлагаемое устройство - за счет простоты конструкции и прочностных характеристик используемых материалов, обладает высокими антивандальными характеристиками и более высокой в сравнении с аналогами износостойкостью, поскольку вместо полимерных щеток могут применяться детали из нержавеющей стали. Варианты итогового исполнения устройства приведены на Фиг. 4-6.
Хотя настоящее изобретение было подробно описано на примерах вариантов, которые представляются предпочтительными, необходимо помнить, что эти примеры осуществления изобретения приведены только в целях иллюстрации изобретения. Данное описание не должно рассматриваться как ограничивающее объем изобретения, поскольку в этапы описанных способов и устройств специалистами в области физики, конструирования механизмов и др. могут быть внесены изменения, направленные на то, чтобы адаптировать их к конкретным устройствам или ситуациям, и не выходящие за рамки прилагаемой формулы изобретения. Специалисту в данной области понятно, что в пределах сферы действия изобретения, которая определяется пунктами формулы изобретения, возможны различные варианты и модификации, включая эквивалентные решения.