一種防濕滑組合門墊的結構設計與優化

張靖廉 郭伊凡 蒲俊

摘要：雨雪天氣，在公共場所常發生人們摔倒受傷的事件，例如學校大廳，居民住宅樓前等，這些場所在雨雪天氣的防滑措施不足，通常只是鋪紙板、毯子這類簡單方法來防滑，防滑效果不明顯。對此情況，本文研究一種防濕滑組合化門墊，并對其結構進行優化設計，通過對鞋底的水分進行加熱烘干并附加防滑材料的方式，解決因雨雪天氣門前濕滑引發的安全問題。

Abstract： People often fall down and get hurt in public places because of rain and snow， such as school halls， residential buildings， etc. These places do not have enough anti-skid measures in rain and snow weather， which usually use the simple methods like laying cardboard and blankets to prevent slipping. In this case， this paper studies a kind of combination doormat with anti-moisture and anti-skid， and optimizes its structure， by heating and drying the water of the sole and adding anti-skid material， in order to solve the rain and snow weather in front of the door caused by wet and slippery security issues.

關鍵詞：自動烘干;電氣回路;防濕滑

Key words： automatic drying;electric circuit;wet skid resistance

中圖分類號：TF802.64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）02-0149-02

0? 引言

城市居民樓和許多公眾場所，裝修中地板種類繁多，其中大多都十分光滑，據不完全統計，摔傷事故占有較大比例，其中就不乏是由于雨雪天氣，地面濕滑而受傷的例子。本文設計一種防濕滑組合門墊，主要讓鞋子保持干燥，以防止地面過于光滑而摔倒至傷，同時，家庭住戶門口以及浴室、廚房、陽臺也可通過本產品大大減少帶入客廳臥室的水漬，以此防止地面濕滑、減少安全隱患。

1? 材料選擇

本產品研發過程首先考慮適宜的材料和防滑性。如表1所示，本文通過比對常見物質，綜合考慮其物理性質，選擇了橡膠作為表層，因為其具有很好的防滑性能且成本低[1]。

另外導熱材料選擇了普通發熱線，由公式得，

I=U2/R? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

Q=I2Rt? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

用萬用表測出發熱線電阻，根據不同場所需求鋪設適宜長度。與防火布粘貼的材料用的是熱傳導膠帶，該材料能同時實現導熱、絕緣和固定的功能，有效減小設備體積，降低成本。

防滑門墊內部加入壓力傳感器，當感應到表面壓力變化時，發出電信號使得加熱電阻通電，從而實現自主加熱，快速烘干腳底的水分，避免從前類似雨雪天氣人們將地上的積水攜帶入室的情況，也可避免浴室濕滑帶來的隱患[2]。

絕緣材料的作用是在電氣設備中把電勢不同的帶電部分隔離開來。首先，絕緣材料應具有較高的絕緣電阻和耐壓強度，并能避免發生漏電、擊穿等事故;其次，絕緣材料耐熱性能要好，避免因長期加熱而老化變質;此外，該材料還具有良好的導熱性、耐潮防雷性和較高的機械強度以及較好的加工工藝性等特點。根據上述要求，采用絕緣材料的性能指標需要滿足絕緣強度、抗張強度、比重、膨脹系數等。針對電線、發熱線可能引起的安全事故，如表2所示，通過對耐熱材料的的研究，本設計決定用防火布將其包裹，這種材料不僅耐腐蝕、防火防潮還是環保材質，也可進行自由裁剪[2]。

2? 總體設計

2.1 結構設計? 防滑墊由吸水材料（參考高分子吸水樹脂、海綿等吸水材料）、絕緣耐高溫材料（參考需要達到的等級）、轉接頭、電阻絲、壓力傳感器、總線和接口等硬件組成。

初步模型構建中，本設計選擇了防火布作為最底層，并用蛇形纏繞發熱線的方式使其發熱均勻，底層結構如圖1所示，測得工作需要的發熱線電阻大約為509Ω，為達到合適熱量，通過改變發熱線長度或使用變壓器改變電壓。此外表層用尼龍布和橡膠材料，并在尼龍布中填充海綿進行初步吸水處理，鋪設中我們將把橡膠嵌入尼龍布表面形成凹槽，結構如圖2所示，可以更好的達到防滑效果。

2.2 電路設計? 輸入端內接熔斷器，當系統過載、短路時，可以起到安全保護作用。如圖3所示，一個定值電阻和一個晶體三極管構成溫度傳感器電路，其作用是把溫度的變化改變成直流電壓的變化。由相關的實驗可以證明，當溫度發生改變時，發射結的電壓也會隨之而發生改變，二者之間呈線性關系，即當溫度升高時，發射結電壓會逐漸下降。在防濕滑模塊化組合門墊工作的過程之中，其表面的溫度緩慢升高，相關電壓也在逐漸減小，通過相關發光二極管的實際控制，沒有電流在經過光電耦合器，于是防滑墊中的蛇形纏繞發熱線停止工作，溫度也不會再繼續升高[3-4]。

2.3 拼接結構設計? 通過設計多塊防濕滑模塊化組合到一起的連接方式，如圖4所示，以此滿足不同場所對尺寸的需求，其中電壓通過變壓器調節。在每一塊門墊兩端留有轉接頭，實現自由拼接，我們將做好防水措施，避免發生漏電事故。

3? 工作原理

3.1 操作步驟? 防濕滑模塊化組合門墊表面上的吸水材料先簡單吸水，再通過墊子上的壓力傳感器連接感應電阻絲，當壓力達到一定數值時，電阻減小使得內部電流增大，電流經過發熱線，通電時由電能轉化成為熱能進而產生熱量，從而對鞋子起到烘干作用。

為保證防濕滑模塊化組合門墊的烘干效果，墊子中也相應的設計了一個恒溫控制器。該裝置本身主要由停電自鎖電路、溫度傳感器以及光電耦合器組成。接通防濕滑模塊化組合門墊的電源后，當壓力傳感器到達一定數值之后，繼電器才會再次吸合，防濕滑模塊化組合門墊也才會再次進行工作。當壓力消失后，防濕滑模塊化組合門墊中的繼電器斷電釋放，繼而加熱部分停止工作。

3.2 注意事項? ①使用前要仔細檢查設備，保證電源電線通電安全正常。②不能折疊使用，因為在折疊使用時，發熱線會因長時間在高溫環境下工作而加速老化，導致本設計使用壽命大幅度縮短，也極大程度的削弱了其安全性。③每次使用完成，檢查無誤后放置在干燥環境中。④使用超過五年的防濕滑模塊化組合門墊，應該盡快更換門墊中的發熱線，不能再重復維修使用，否則容易引發火災或觸電事故。

3.3 擴展功能? 防濕滑模塊化組合門墊除家用外也可通過改變尺寸大小應用在高速公路上，無論是晴天還是雨雪天氣，都可以通過防滑墊有效降低機動車因地面打滑而發生交通事故的概率。醫院的康復中心或養老院也具備應用條件，因骨科病人術后行動不便或年邁老人骨骼脆弱，光滑地板變相的增加了意外發生的概率，若使用防滑墊，則可以降低意外發生的概率。

4? 總結

本設計主要研究的是一個基于耐火材料層式結構的防濕滑組合門墊，并對其主要結構進行優化。防濕滑模塊化組合門墊的出現，很好的解決了因雨雪天氣導致地面濕滑讓人摔倒受傷的問題，尤其是在很大程度上保障了老年人和小孩的安全，還可廣泛的應用于相對來說比較復雜的交通路段，避免很多交通事故的發生。

參考文獻：

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