一种防湿滑组合门垫的结构设计与优化

张靖廉 郭伊凡 蒲俊

摘要：雨雪天气，在公共场所常发生人们摔倒受伤的事件，例如学校大厅，居民住宅楼前等，这些场所在雨雪天气的防滑措施不足，通常只是铺纸板、毯子这类简单方法来防滑，防滑效果不明显。对此情况，本文研究一种防湿滑组合化门垫，并对其结构进行优化设计，通过对鞋底的水分进行加热烘干并附加防滑材料的方式，解决因雨雪天气门前湿滑引发的安全问题。

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.

关键词：自动烘干;电气回路;防湿滑

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

中图分类号：TF802.64                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）02-0149-02

0  引言

城市居民楼和许多公众场所，装修中地板种类繁多，其中大多都十分光滑，据不完全统计，摔伤事故占有较大比例，其中就不乏是由于雨雪天气，地面湿滑而受伤的例子。本文设计一种防湿滑组合门垫，主要让鞋子保持干燥，以防止地面过于光滑而摔倒至伤，同时，家庭住户门口以及浴室、厨房、阳台也可通过本产品大大减少带入客厅卧室的水渍，以此防止地面湿滑、减少安全隐患。

1  材料选择

本产品研发过程首先考虑适宜的材料和防滑性。如表1所示，本文通过比对常见物质，综合考虑其物理性质，选择了橡胶作为表层，因为其具有很好的防滑性能且成本低[1]。

另外导热材料选择了普通发热线，由公式得，

I=U2/R                              （1）

Q=I2Rt                              （2）

用萬用表测出发热线电阻，根据不同场所需求铺设适宜长度。与防火布粘贴的材料用的是热传导胶带，该材料能同时实现导热、绝缘和固定的功能，有效减小设备体积，降低成本。

防滑门垫内部加入压力传感器，当感应到表面压力变化时，发出电信号使得加热电阻通电，从而实现自主加热，快速烘干脚底的水分，避免从前类似雨雪天气人们将地上的积水携带入室的情况，也可避免浴室湿滑带来的隐患[2]。

绝缘材料的作用是在电气设备中把电势不同的带电部分隔离开来。首先，绝缘材料应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免发生漏电、击穿等事故;其次，绝缘材料耐热性能要好，避免因长期加热而老化变质;此外，该材料还具有良好的导热性、耐潮防雷性和较高的机械强度以及较好的加工工艺性等特点。根据上述要求，采用绝缘材料的性能指标需要满足绝缘强度、抗张强度、比重、膨胀系数等。针对电线、发热线可能引起的安全事故，如表2所示，通过对耐热材料的的研究，本设计决定用防火布将其包裹，这种材料不仅耐腐蚀、防火防潮还是环保材质，也可进行自由裁剪[2]。

2  总体设计

2.1 结构设计  防滑垫由吸水材料（参考高分子吸水树脂、海绵等吸水材料）、绝缘耐高温材料（参考需要达到的等级）、转接头、电阻丝、压力传感器、总线和接口等硬件组成。

初步模型构建中，本设计选择了防火布作为最底层，并用蛇形缠绕发热线的方式使其发热均匀，底层结构如图1所示，测得工作需要的发热线电阻大约为509Ω，为达到合适热量，通过改变发热线长度或使用变压器改变电压。此外表层用尼龙布和橡胶材料，并在尼龙布中填充海绵进行初步吸水处理，铺设中我们将把橡胶嵌入尼龙布表面形成凹槽，结构如图2所示，可以更好的达到防滑效果。

2.2 电路设计  输入端内接熔断器，当系统过载、短路时，可以起到安全保护作用。如图3所示，一个定值电阻和一个晶体三极管构成温度传感器电路，其作用是把温度的变化改变成直流电压的变化。由相关的实验可以证明，当温度发生改变时，发射结的电压也会随之而发生改变，二者之间呈线性关系，即当温度升高时，发射结电压会逐渐下降。在防湿滑模块化组合门垫工作的过程之中，其表面的温度缓慢升高，相关电压也在逐渐减小，通过相关发光二极管的实际控制，没有电流在经过光电耦合器，于是防滑垫中的蛇形缠绕发热线停止工作，温度也不会再继续升高[3-4]。

2.3 拼接结构设计  通过设计多块防湿滑模块化组合到一起的连接方式，如图4所示，以此满足不同场所对尺寸的需求，其中电压通过变压器调节。在每一块门垫两端留有转接头，实现自由拼接，我们将做好防水措施，避免发生漏电事故。

3  工作原理

3.1 操作步骤  防湿滑模块化组合门垫表面上的吸水材料先简单吸水，再通过垫子上的压力传感器连接感应电阻丝，当压力达到一定数值时，电阻减小使得内部电流增大，电流经过发热线，通电时由电能转化成为热能进而产生热量，从而对鞋子起到烘干作用。

为保证防湿滑模块化组合门垫的烘干效果，垫子中也相应的设计了一个恒温控制器。该装置本身主要由停电自锁电路、温度传感器以及光电耦合器组成。接通防湿滑模块化组合门垫的电源后，当压力传感器到达一定数值之后，继电器才会再次吸合，防湿滑模块化组合门垫也才会再次进行工作。当压力消失后，防湿滑模块化组合门垫中的继电器断电释放，继而加热部分停止工作。

3.2 注意事项  ①使用前要仔细检查设备，保证电源电线通电安全正常。②不能折叠使用，因为在折叠使用时，发热线会因长时间在高温环境下工作而加速老化，导致本设计使用寿命大幅度缩短，也极大程度的削弱了其安全性。③每次使用完成，检查无误后放置在干燥环境中。④使用超过五年的防湿滑模块化组合门垫，应该尽快更换门垫中的发热线，不能再重复维修使用，否则容易引发火灾或触电事故。

3.3 扩展功能  防湿滑模块化组合门垫除家用外也可通过改变尺寸大小应用在高速公路上，无论是晴天还是雨雪天气，都可以通过防滑垫有效降低机动车因地面打滑而发生交通事故的概率。医院的康复中心或养老院也具备应用条件，因骨科病人术后行动不便或年迈老人骨骼脆弱，光滑地板变相的增加了意外发生的概率，若使用防滑垫，则可以降低意外发生的概率。

4  总结

本设计主要研究的是一个基于耐火材料层式结构的防湿滑组合门垫，并对其主要结构进行优化。防濕滑模块化组合门垫的出现，很好的解决了因雨雪天气导致地面湿滑让人摔倒受伤的问题，尤其是在很大程度上保障了老年人和小孩的安全，还可广泛的应用于相对来说比较复杂的交通路段，避免很多交通事故的发生。

参考文献：

[1]马德生.橡胶浴室防滑垫出口英国[J].特种橡胶制品，1991（01）：61.

[2]王振球，齐书祥，宫尚宝.耐火材料物理性能检验中的误差及分析[J].安徽冶金，2002（02）：18-21，35.

[3]甘慧.调温型电热毯[J].集成电路应用，1987（05）：20.

[4]郝秦霞，韩晓冰.嵌入式远程智能供暖温控系统的设计[J].西安科技大学学报，2019，39（04）：693-700.

[5]徐叶松.探究压力传感器温度漂移补偿的控制电路设计[J].世界有色金属，2017（12）：287-288.

[6]赵志国，曹祥红，马秀艳.电热毯恒温控制器[J].安阳师范学院学报，2000（04）：21-22.

[7]吴广华.双温电热毯的控制原理、使用及维修[J].家庭电子，2000（02）：55.