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)

門作為最常見的區(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)院等公共場合，常見的普通門鎖大都是依靠按壓式門把手來實(shí)現(xiàn)開關(guān)門動(dòng)作。由于這些場所人流密集，門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)一種新型門鎖在開門或反鎖時(shí)身體裸露部位不必接觸門把手和反鎖插銷，做到“門把手零接觸”，也必將大幅降低門把手傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

1 公共場所門把手是病原體高風(fēng)險(xiǎn)傳播媒介

1.1 門把手微生物污染狀況概述

公共場所門把手的衛(wèi)生狀況對人們身體健康的危害是一個(gè)不可忽視的問題。對某項(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)，抽取了從教室門把手、宿舍門把手、廁所門把手、餐廳餐桌椅和圖書館圖書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廁所進(jìn)行定期清掃消毒，但往往忽略廁所門把手這個(gè)關(guān)鍵部位[1]。

另有監(jiān)測結(jié)果表明醫(yī)院門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)院感染的常見病原菌，可通過門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、門把手時(shí)，可通過牙簽、紙巾等間接接觸的方式按電梯或開關(guān)門。下面以客運(yùn)列車衛(wèi)生間門把手使用情境為例，說明門把手是防疫不可忽視的重要環(huán)節(jié)。

2021年，全國鐵路旅客發(fā)送量達(dá)到 26.12億人次，列車衛(wèi)生間的門把手無疑是列車上不可避免的被人們頻繁觸摸的公共物品。但是列車上的旅客在使用衛(wèi)生間時(shí)，也許是個(gè)人防護(hù)意識不強(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把手來開關(guān)廁所門。被頻繁接觸的衛(wèi)生間門把手在反復(fù)使用過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)功能性門鎖的創(chuàng)意思路

既然直接接觸門把手存在感染病毒和病菌的重大隱患，那么能否設(shè)計(jì)一種新型門鎖，不用手接觸就能實(shí)現(xiàn)開門和從門內(nèi)反鎖等動(dòng)作呢？這就是衛(wèi)生防護(hù)功能性門鎖的創(chuàng)意起源。不用手開門就大幅降低了門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)紙巾來抓握門把手，有利于環(huán)境清潔和節(jié)約用紙。該新型門鎖的創(chuàng)意思路流程圖如圖1所示。

圖1 新型門鎖創(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門方式。經(jīng)過對比論證小臂開門、膝蓋開門、聲控開門、腳動(dòng)開門等多種方案之后，我們選擇了采用“腳動(dòng)(踏板)”的開門方式。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)”的開門方式最適合人們的動(dòng)作習(xí)慣，開門時(shí)只需要用腳底向下輕踏裝在門板底部的踏板，踏板與原有門鎖的門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，門便被打開了。整個(gè)過程不需要用手，只需要鞋底接觸門上公共部位——踏板，方便衛(wèi)生，簡單實(shí)用。

第 2個(gè)重要設(shè)計(jì)任務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)門內(nèi)反鎖。如像列車衛(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)的插銷類裝置。該插銷在需要時(shí)可以阻擋踏板向下移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)門內(nèi)反鎖功能。如果選擇普通的手動(dòng)插銷，用腳來左右撥弄必然會(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，一種常見于柜櫥、窗戶上的鎖緊裝置。彈簧插銷的特點(diǎn)是在銷軸鎖定到位后按動(dòng)解鎖按鍵，銷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實(shí)現(xiàn)反鎖動(dòng)作，也就是使銷軸橫向移動(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)彈簧插銷的銷軸橫向移動(dòng)到鎖定位置，以實(shí)現(xiàn)門內(nèi)反鎖。

3 新型門鎖工作原理與概念設(shè)計(jì)

該新型門鎖不但具備衛(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)。新型門鎖結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，在保留原有門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鎖門把手進(jìn)行開關(guān)門的操作，2套機(jī)構(gòu)協(xié)同聯(lián)動(dòng)、互不影響。

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

下面以列車衛(wèi)生間門鎖為例對新型門鎖工作原理和設(shè)計(jì)過程進(jìn)行說明。當(dāng)旅客如廁時(shí)，不需要用手或用紙巾按壓門把手 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，門外門內(nèi)可以共用一套，方便完成開門動(dòng)作。旅客進(jìn)入衛(wèi)生間后用腳底接觸門板5完成關(guān)門動(dòng)作后，接下來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3中銷軸橫移到腳踏板下方的鎖定位置，以實(shí)現(xiàn)門內(nèi)反鎖功能；當(dāng)旅客腳底離開反鎖按鍵后，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”的按鍵，則彈簧插銷中的銷軸被彈簧力驅(qū)動(dòng)橫向移動(dòng)復(fù)位，解除反鎖狀態(tài)。接下來旅客就可以在門內(nèi)重復(fù)腳動(dòng)(踏板)開門動(dòng)作，走出衛(wèi)生間，最后仍然可以用腳底關(guān)門。

由此可見，從旅客如廁開門到如廁結(jié)束后關(guān)門，新型門鎖實(shí)現(xiàn)了如廁時(shí)“門把手零接觸”，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，通過概念設(shè)計(jì)和做圖法可以很方便地確定門鎖中主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。門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)延長或縮短，曲柄越長則腳踏板(滑塊)運(yùn)動(dòng)越省力；曲柄與滑塊之間用連桿相連接，連桿的長度范圍一般為 75～90cm，在確定連桿最終長度時(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)開門時(shí)腳跟不需要離開地面，只靠腳底板即可以實(shí)現(xiàn)腳踏開門的動(dòng)作，符合人機(jī)工程學(xué)對產(chǎn)品的效率、安全、健康、舒適等方面的基本要求。彈簧插銷中銷軸橫向最大位移一般設(shè)計(jì)為15～20mm，不宜過大，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，既不利于在門板內(nèi)安裝，也不方便反鎖時(shí)使用。

4 結(jié) 語

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)的新型門鎖適用于辦公樓、居民樓、宿舍樓、學(xué)校、醫(yī)院、車站、商場、超市等人流密集公共場所的簡單門戶區(qū)域，具有非常廣泛的使用范圍和應(yīng)用前景。