新型衛(wèi)生防護(hù)門(mén)鎖的創(chuàng)意思路與原理設(shè)計(jì)

趙世英，劉泓杰，左博飛，嚴(yán)志杰

(北京印刷學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 北京102600)

門(mén)作為最常見(jiàn)的區(qū)域劃分的工具之一，具有最基礎(chǔ)的安全保護(hù)功能和在特定使用情境下的隱私保護(hù)功能，尤其是在衛(wèi)生防疫方面可以發(fā)揮不可替代的重要作用。在辦公樓、商超、衛(wèi)生間、學(xué)校、醫(yī)院等公共場(chǎng)合，常見(jiàn)的普通門(mén)鎖大都是依靠按壓式門(mén)把手來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作。由于這些場(chǎng)所人流密集，門(mén)把手使用頻率非常高，很容易遭受微生物污染，故成為了病原體傳播和交叉感染的溫床。因此，除了保潔人員應(yīng)做好相關(guān)公共接觸部位的定期消毒滅菌工作之外，如果設(shè)計(jì)一種新型門(mén)鎖在開(kāi)門(mén)或反鎖時(shí)身體裸露部位不必接觸門(mén)把手和反鎖插銷(xiāo)，做到“門(mén)把手零接觸”，也必將大幅降低門(mén)把手傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

1 公共場(chǎng)所門(mén)把手是病原體高風(fēng)險(xiǎn)傳播媒介

1.1 門(mén)把手微生物污染狀況概述

公共場(chǎng)所門(mén)把手的衛(wèi)生狀況對(duì)人們身體健康的危害是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。對(duì)某項(xiàng)高校公共設(shè)施和公共用品微生物污染狀況調(diào)查時(shí)，抽取了從教室門(mén)把手、宿舍門(mén)把手、廁所門(mén)把手、餐廳餐桌椅和圖書(shū)館圖書(shū)等部位所采集的樣品進(jìn)行了細(xì)菌總數(shù)、大腸桿菌密度和 HBsAg(乙肝表面抗原)等方面的微生物污染情況分析，檢出情況顯示教學(xué)樓內(nèi)和宿舍樓內(nèi)廁所門(mén)把手污染程度最嚴(yán)重。究其原因主要有 2點(diǎn)：一是教學(xué)樓和宿舍樓廁所使用頻率都很高，學(xué)生如廁后也沒(méi)有用香皂或洗手液洗手的習(xí)慣；二是學(xué)校雖然有保潔人員對(duì)廁所進(jìn)行定期清掃消毒，但往往忽略廁所門(mén)把手這個(gè)關(guān)鍵部位[1]。

另有監(jiān)測(cè)結(jié)果表明醫(yī)院門(mén)把手同樣屬于使用率較高，并且與病人、醫(yī)護(hù)人員及陪護(hù)探視者的接觸關(guān)系密切，其細(xì)菌污染現(xiàn)象也非常嚴(yán)重。從病房門(mén)把手分離出的表皮葡萄球菌、微球菌、假單胞菌屬、產(chǎn)氣腸桿菌、不動(dòng)桿菌等6種條件致病菌均為醫(yī)院感染的常見(jiàn)病原菌，可通過(guò)門(mén)把手的間接接觸傳播導(dǎo)致病人與醫(yī)護(hù)人員間發(fā)生交叉感染[2]。

1.2 門(mén)把手是防疫不可忽視的環(huán)節(jié)

《新型冠狀病毒肺炎診療方案》指出，經(jīng)呼吸道飛沫和密切接觸傳播是新型冠狀病毒主要的傳播途徑；接觸被病毒污染的物品也可造成感染；人群普遍易感[3]。個(gè)人衛(wèi)生防護(hù)宣傳片中一再告誡民眾：乘坐公共交通工具時(shí)，盡量避免用手直接接觸公共物品；在公共空間需要觸碰電梯按鍵、門(mén)把手時(shí)，可通過(guò)牙簽、紙巾等間接接觸的方式按電梯或開(kāi)關(guān)門(mén)。下面以客運(yùn)列車(chē)衛(wèi)生間門(mén)把手使用情境為例，說(shuō)明門(mén)把手是防疫不可忽視的重要環(huán)節(jié)。

2021年，全國(guó)鐵路旅客發(fā)送量達(dá)到 26.12億人次，列車(chē)衛(wèi)生間的門(mén)把手無(wú)疑是列車(chē)上不可避免的被人們頻繁觸摸的公共物品。但是列車(chē)上的旅客在使用衛(wèi)生間時(shí)，也許是個(gè)人防護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，也許是忘記攜帶紙巾，絕大部分旅客還是習(xí)慣性地用手直接按壓門(mén)把手來(lái)開(kāi)關(guān)廁所門(mén)。被頻繁接觸的衛(wèi)生間門(mén)把手在反復(fù)使用過(guò)程中非常容易被污染，成為包括新型冠狀病毒在內(nèi)的各種疾病傳播的媒介和溫床。

2 衛(wèi)生防護(hù)功能性門(mén)鎖的創(chuàng)意思路

既然直接接觸門(mén)把手存在感染病毒和病菌的重大隱患，那么能否設(shè)計(jì)一種新型門(mén)鎖，不用手接觸就能實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)和從門(mén)內(nèi)反鎖等動(dòng)作呢？這就是衛(wèi)生防護(hù)功能性門(mén)鎖的創(chuàng)意起源。不用手開(kāi)門(mén)就大幅降低了門(mén)把手被新型冠狀病毒或其他病原體污染的可能性，也必將大幅降低人與人之間交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)不必浪費(fèi)紙巾來(lái)抓握門(mén)把手，有利于環(huán)境清潔和節(jié)約用紙。該新型門(mén)鎖的創(chuàng)意思路流程圖如圖1所示。

圖1 新型門(mén)鎖創(chuàng)意思路流程圖Fig.1 Innovative roadmap for new door lock

首先，我們要思考除了手之外的其他各種開(kāi)門(mén)方式。經(jīng)過(guò)對(duì)比論證小臂開(kāi)門(mén)、膝蓋開(kāi)門(mén)、聲控開(kāi)門(mén)、腳動(dòng)開(kāi)門(mén)等多種方案之后，我們選擇了采用“腳動(dòng)(踏板)”的開(kāi)門(mén)方式。其他幾種方式要么不能有效避免身體裸露部位接觸門(mén)上公共部位，要么技術(shù)復(fù)雜、成本高、需要額外增加電源。只有“腳動(dòng)(踏板)”的開(kāi)門(mén)方式最適合人們的動(dòng)作習(xí)慣，開(kāi)門(mén)時(shí)只需要用腳底向下輕踏裝在門(mén)板底部的踏板，踏板與原有門(mén)鎖的門(mén)把手采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)連接，稍加用力鎖舌即可產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)動(dòng)作縮回，門(mén)便被打開(kāi)了。整個(gè)過(guò)程不需要用手，只需要鞋底接觸門(mén)上公共部位——踏板，方便衛(wèi)生，簡(jiǎn)單實(shí)用。

第 2個(gè)重要設(shè)計(jì)任務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)門(mén)內(nèi)反鎖。如像列車(chē)衛(wèi)生間這樣的私密空間在使用時(shí)，內(nèi)部一般是需要反鎖的，在反鎖時(shí)也應(yīng)該實(shí)現(xiàn)非手動(dòng)的“零接觸”操作。我們調(diào)研和嘗試了多種反鎖裝置，設(shè)計(jì)思路是在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中“滑塊”(腳動(dòng)踏板)的下方安裝一個(gè)可以左右移動(dòng)的插銷(xiāo)類(lèi)裝置。該插銷(xiāo)在需要時(shí)可以阻擋踏板向下移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)門(mén)內(nèi)反鎖功能。如果選擇普通的手動(dòng)插銷(xiāo)，用腳來(lái)左右撥弄必然會(huì)比較吃力；如果選擇諸如一些鎖緊、夾緊等裝置，反鎖倒是容易，但取消反鎖一般比較困難。最終我們選擇的是彈簧插銷(xiāo)，一種常見(jiàn)于柜櫥、窗戶上的鎖緊裝置。彈簧插銷(xiāo)的特點(diǎn)是在銷(xiāo)軸鎖定到位后按動(dòng)解鎖按鍵，銷(xiāo)軸可以在彈簧力作用下自動(dòng)回彈復(fù)位，于是解除鎖止?fàn)顟B(tài)。

最后，面臨的技術(shù)難題是如何不用手操作就可以使彈簧插銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)反鎖動(dòng)作，也就是使銷(xiāo)軸橫向移動(dòng)到鎖定位置。設(shè)計(jì)要求是“只需腳底板輕輕一按”即可鎖定。在研究了眾多具有特定運(yùn)動(dòng)的裝置后，選擇確定了一種可以改變直線運(yùn)動(dòng)方向的裝置——楔形滑塊裝置[3]。該裝置具有輸入動(dòng)作方向與輸出動(dòng)作方向相互垂直的特點(diǎn)，把楔形滑塊裝置與彈簧銷(xiāo)軸設(shè)計(jì)為垂直布局。在楔形滑塊輸入端加裝一個(gè)按鍵，需要反鎖時(shí)只需用腳輕點(diǎn)，使得楔形滑塊垂直運(yùn)動(dòng)，就可以驅(qū)動(dòng)彈簧插銷(xiāo)的銷(xiāo)軸橫向移動(dòng)到鎖定位置，以實(shí)現(xiàn)門(mén)內(nèi)反鎖。

3 新型門(mén)鎖工作原理與概念設(shè)計(jì)

該新型門(mén)鎖不但具備衛(wèi)生防護(hù)功能，還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要電源和電控裝置，完全是純機(jī)械結(jié)構(gòu)。新型門(mén)鎖結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，在保留原有門(mén)鎖不做任何變更的前提下就可以加裝如圖中所示的各個(gè)結(jié)構(gòu)和裝置，最大限度地節(jié)約了制造成本。同時(shí)，對(duì)于少數(shù)下肢行動(dòng)不便或有殘疾人士，他們依然可以使用原有門(mén)鎖門(mén)把手進(jìn)行開(kāi)關(guān)門(mén)的操作，2套機(jī)構(gòu)協(xié)同聯(lián)動(dòng)、互不影響。

圖2 新型門(mén)鎖結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of new door lock structure

下面以列車(chē)衛(wèi)生間門(mén)鎖為例對(duì)新型門(mén)鎖工作原理和設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)旅客如廁時(shí)，不需要用手或用紙巾按壓門(mén)把手 1，只需要用腳輕踩曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2的滑塊下部，該位置被設(shè)計(jì)成腳踏板形式，門(mén)外門(mén)內(nèi)可以共用一套，方便完成開(kāi)門(mén)動(dòng)作。旅客進(jìn)入衛(wèi)生間后用腳底接觸門(mén)板5完成關(guān)門(mén)動(dòng)作后，接下來(lái)同樣用腳底按壓楔形滑塊機(jī)構(gòu) 4上標(biāo)記為“關(guān)”的按鍵，即可驅(qū)動(dòng)彈簧插銷(xiāo)3中銷(xiāo)軸橫移到腳踏板下方的鎖定位置，以實(shí)現(xiàn)門(mén)內(nèi)反鎖功能；當(dāng)旅客腳底離開(kāi)反鎖按鍵后，楔形滑塊在底部彈簧的作用力之下就會(huì)回復(fù)到初始位置。待到旅客如廁結(jié)束后，用腳底輕觸 3上標(biāo)記為“開(kāi)”的按鍵，則彈簧插銷(xiāo)中的銷(xiāo)軸被彈簧力驅(qū)動(dòng)橫向移動(dòng)復(fù)位，解除反鎖狀態(tài)。接下來(lái)旅客就可以在門(mén)內(nèi)重復(fù)腳動(dòng)(踏板)開(kāi)門(mén)動(dòng)作，走出衛(wèi)生間，最后仍然可以用腳底關(guān)門(mén)。

由此可見(jiàn)，從旅客如廁開(kāi)門(mén)到如廁結(jié)束后關(guān)門(mén)，新型門(mén)鎖實(shí)現(xiàn)了如廁時(shí)“門(mén)把手零接觸”，具備方便實(shí)用、衛(wèi)生防護(hù)的特點(diǎn)。

應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，如SolidWorks、AutoCAD 等軟件，通過(guò)概念設(shè)計(jì)和做圖法可以很方便地確定門(mén)鎖中主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。門(mén)把手距離地面高度一般為 80～100cm；曲柄采用桿狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有效尺寸范圍設(shè)定為 50～60mm，根據(jù)實(shí)際需求也可以適當(dāng)延長(zhǎng)或縮短，曲柄越長(zhǎng)則腳踏板(滑塊)運(yùn)動(dòng)越省力；曲柄與滑塊之間用連桿相連接，連桿的長(zhǎng)度范圍一般為 75～90cm，在確定連桿最終長(zhǎng)度時(shí)，要能夠滿足腳踏板上下位移范圍區(qū)間處于30～50mm這個(gè)條件，因?yàn)檫@個(gè)區(qū)間范圍可以保障旅客在腳動(dòng)開(kāi)門(mén)時(shí)腳跟不需要離開(kāi)地面，只靠腳底板即可以實(shí)現(xiàn)腳踏開(kāi)門(mén)的動(dòng)作，符合人機(jī)工程學(xué)對(duì)產(chǎn)品的效率、安全、健康、舒適等方面的基本要求。彈簧插銷(xiāo)中銷(xiāo)軸橫向最大位移一般設(shè)計(jì)為15～20mm，不宜過(guò)大，否則就要相應(yīng)加大楔形滑塊移動(dòng)行程，而且楔形滑塊行程越大，所占空間就大，既不利于在門(mén)板內(nèi)安裝，也不方便反鎖時(shí)使用。

4 結(jié) 語(yǔ)

社會(huì)的進(jìn)步總在不停地給設(shè)計(jì)從業(yè)者提出不同的時(shí)代要求，當(dāng)下即是一個(gè)給公共產(chǎn)品設(shè)施設(shè)計(jì)提出更高衛(wèi)生性要求的時(shí)代[4]。一款新型機(jī)械產(chǎn)品在創(chuàng)意階段必須充分考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等諸多制約因素，然后結(jié)合產(chǎn)品自身特點(diǎn)和功能，經(jīng)過(guò)充分調(diào)研、研討、分析和篩選之后選擇最容易實(shí)現(xiàn)的方案。文中所設(shè)計(jì)的新型門(mén)鎖適用于辦公樓、居民樓、宿舍樓、學(xué)校、醫(yī)院、車(chē)站、商場(chǎng)、超市等人流密集公共場(chǎng)所的簡(jiǎn)單門(mén)戶區(qū)域，具有非常廣泛的使用范圍和應(yīng)用前景。