一种电梯扶手带的自驱动消毒清洁装置设计

张喜喜 李程 孟鑫

摘 要：【目的】电梯扶手带消毒是一项重要的公共场所卫生安全工作。当前通常采用人工消毒方式，既耗时又耗力，为降低人工成本、提高消毒效率，设计出一种电梯扶手带的自驱动消毒装置。【方法】该装置利用电梯扶手带的运行驱动发电装置为紫外线灯发电，通过紫外线为扶手带消毒。同时，采用铲斗装置清除扶手带上附着的大块污物，粘性滚轮去除扶手带表面的微小污物，从而完成对电梯扶手带的自动消毒工作。【结果】经实践检验，该装置成功解决了电梯扶手带人工消毒方式的缺点，且具有便捷性、多功能性等特点。【结论】该装置的应用，不仅节约了人力和物力，还提高了工作效率，拓宽了工作范围，为投入实际的生产研发奠定坚实基础。

关键词：自驱动；电梯扶手带；自动消毒；紫外线灯

中图分类号：TH122       文献标志码：A   文章编号：1003-5168（2024）07-0025-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.07.005

Design and Research of a Self-driving Disinfection and Cleaning Device for Elevator Handrail

ZHANG Xixi LI Cheng MENG Xin

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Xuzhou Institute of Technology， Xuzhou 221018，China）

Abstract：[Purposes] Disinfection of elevator handrails is an important part of public health and safety work. Due to the fact that manual disinfection is usually used in practical situations， which is time-consuming and labor-intensive， in order to improve disinfection efficiency， it is necessary to design a self driving elevator handrail disinfection device. [Methods] The device utilizes the operation of the elevator handrail to drive the power generation device， and lights up ultraviolet lights to disinfect the handrail. At the same time， a bucket is used to remove large pieces of dirt attached to the handrail， and a sticky roller is used to remove small dirt on the surface of the handrail， Thus achieving automatic disinfection of elevator handrails. [Findings] Through practical testing， the device has successfully solved the shortcomings of manual disinfection methods for elevator handrails， and has the characteristics of convenience and multifunctionality. [Conclusions] The application of this device not only saves manpower and material resources， but also improves work efficiency， expands work scope， and lays a solid foundation for practical production and research and development.

Keywords： self-driving; elevator handrail; automatic disinfection; ultraviolet lamp

0 引言

自動扶梯是现代城市公共场所中常见的一种运载工具，在车站、码头、商场、机场、地铁站等人流密集的地方都会用到。而电梯上的扶手带是乘坐电梯时的安全依靠，许多安全事故的发生皆与乘客未正确紧握扶手带有关，安全乘梯必须紧握扶手带，才能够保证乘客安全。由于电梯扶手带使用频繁，使用人员复杂，并且其橡胶材质极具吸附性，容易附生病菌，会造成细菌病毒在使用扶梯的行人中交叉感染。目前已经在电梯扶手带表面检测出细菌及耐药菌污染，并且微生物物种丰富，因此电梯扶手带已成为公共场所中细菌病毒散播的一种感染源和媒介［1］。

目前对电梯扶手带消毒主要采用人工消毒和消毒装置消毒。人工消毒的方法借助人力来完成，由清洁人员利用毛巾或海绵等沾水或消毒剂，手动擦拭来清洁消毒扶手带。然而，公共场所人流量大，人员搭乘时间长造成电梯空窗期短，清洁时间有限，清洁频率较低，且人工消毒对消毒液的滥用也会影响人的健康。消毒装置消毒是通过海绵蘸取清洗液后，擦拭在移动中的扶手上的，但清洗液的消毒能力较差，无法将扶手上的细菌消除。对于景区、商场来说，每天晚上人流量逐渐减少，但如果只在晚上清洁，那么清洁频率太低，无法满足场所电梯扶手带的消毒清洁要求。如果高峰时段增加人工清洁工作，那会对清洁员造成安全隐患。综上所述，在现有技术中缺乏非人工的，能够定时定量、高效安全地对电梯扶手带进行消毒清洁的方法［2］。

本研究设计了一种电梯扶手带自驱动的消毒装置。本装置利用扶手带的运转驱动滚轮转动，带动发电装置为紫外线灯发电，紫外线照射对扶手带消毒。同时，压紧在扶手带表面的铲斗装置和滚轮外圈的粘性层装置可以清洁扶手带上的大小污物。该装置不影响自动扶梯的正常运行，且无需额外增加驱动电源，就能实时对电梯扶手带清洁消毒，避免了消毒人员与细菌的直接接触，节能环保，提高清洁消毒效率。

1 装置总体设计

电梯扶手带自驱动清洁消毒装置主要包含三个部分：清洁机构、消毒机构、由传动机构和发电机组成的供电机构，如图1所示。

清洁机构能够对电梯扶手带上粘附的污物进行彻底地清洁。为了避免化学消毒带来的“二次污染”，消毒机构采用紫外线灯进行消毒，实现对扶手带上的细菌病毒的灭杀。供电机构主要将扶手带的动能转化为电能，以保证装置的正常运转。

此外，为了便于机构的使用和安装，在设计该消毒装置时采用了可拆卸轴承座、可调螺栓等零件。

2 电梯扶手带自驱动消毒装置结构设计与实现

2.1 基本工作原理

电梯扶手带运转带动传动机构中的滚轮转动，驱动发电机构发电为消毒机构提供电能。扶手带经过清洁机构和消毒机构时，实现对扶手带的清洁和消毒。该清洁消毒装置的整体结构，如图2所示。

1.第一支撑杆；2.可调旋钮；3.吸盘；4.吸盘杆；5.大齿轮；

6.滚轮（表面有粘纸套圈）；7.第三支撑杆；8.UVC紫外线灯管；9.第四支撑杆；10.电容；11.二极管；12.小带轮；13.发电机；14.传动带；15.轴承座；16.大带轮；17.阶梯轴（细）；

18.螺栓；19.第二支撑杆；20.铲斗；21.支架；22.阶梯轴（粗）；23.UVC紫外线灯座；24.螺纹孔；25.轴承座孔。

2.2 清洁机构的设计

清洁机构由铲斗、滚轮（表面有粘纸套圈）组成。铲斗固定在支架上并可在支架上来回移动，铲斗的铲刃，包括横刃和侧刃，横刃紧贴扶手带，与扶手带正面接触，侧刃与扶手带侧面接触，分别实现对扶手带正面和侧面大块污物的清除［3］。铲斗装置结构，如图3所示。

滚轮安装在铲斗的下方，滚轮外圈有可拆卸的粘附件，用于粘附扶手带上细小的灰尘。另外，铲斗和滚轮上设有调整螺栓，使用时可灵活调整铲斗和滚轮的安装位置，使其紧贴扶手带。滚轮及相关零件，如图4所示。

2.3 供电机构的设计

供电机构由齿轮和带轮等组成的传动机构、发电机、整流穩压电路组成。

由图2可知，转轴上安装有大齿轮，当滚轮在扶手带的作用下开始转动，大齿轮会同步转动并带动与其啮合的小齿轮转动，在小齿轮转动的同时，大带轮也将同步转动并通过传动带将动力传至小带轮上，使发电机转动，从而达到发电的目的。因此，本装置的传动路线为：滚轮—大齿轮—小齿轮—大带轮—小带轮—发电机。

本装置通过齿轮传动、带轮传动来获得足够的传动比，实现发电机发电所需的转速要求，从而满足紫外线灯正常使用的功率。本装置的总传动比约为0.13，当扶手带速度为500 mm/s，滚轮直径为50 mm，带速为5.3 m/s时，发电机转速为1 443 r/min［4］。本装置选用的发电机型号为3IK15WC1-GN，功率为15 W，额定转速为1 500  r/min，故采用15 W的消毒灯以满足装置正常工作的需求。各齿轮、带轮的参数，见表1。

当扶梯运转时，大齿轮随扶手带同步转动并带动与其啮合的小齿轮转动，进而带动传动机构驱动发电机发电。发出的电流经过电容和二极管组成的稳压整流电路后，供电给紫外线灯管。

2.4 消毒机构的设计

本装置采用紫外线灯进行消毒。根据波长不同，紫外线有UVA波段（波长：320～400 nm）、UVB波段（波长：275～320 nm）、UVC波段（波长200～280 nm）、UVD波段（波长：100～200 nm）。UVA波段和UVB波段的紫外线穿透力较强，会加速电梯扶手带的老化速度；UVD波段的紫外线又称为真空紫外线，照射时会产生臭氧，不适合室内场所使用；UVC波段紫外线，即短波灭菌紫外线，具有杀菌消毒效率高、穿透性适中、对电梯零部件影响较小的特点［5］。因此，本装置采用UVC紫外线灯管对电梯扶手带进行消毒。

2.5 夹紧装置的设计

夹紧装置由吸盘、可调节的吸盘杆等组成。本装置安装在扶手带向下运动的一侧，如图5所示。安装时将滚轮紧贴在扶手带的正面，并使铲斗的缺口与扶手带紧密贴合，且确保UVC紫外线灯管距扶手带保持适当的距离。在确定消毒机构和清洁机构的位置后，调节可调旋钮，使各个吸盘紧密贴合在电梯侧板上。

3 结论

电梯扶手带自驱动消毒装置可对流感等一些病毒起到辅助预防作用，无论是在百货商场、超市购物，还是在医院看病以及在地铁、机场、酒店等场所乘坐扶梯，都能提供一个清洁的环境。乘用者不再因担心扶手上充满各类病菌而不愿意抓握扶手，降低了乘客触碰扶手导致病菌交叉感染的风险，又保证了乘客乘坐电梯时的健康安全。与现有技术相比，本研究设计的电梯扶手带自驱动消毒装置具有以下功效。

①本装置通过在支架上设置铲斗，利用铲斗将扶手带上粘附的污物铲下，铲下的污物通过滚轮上的粘附部件粘附掉，能对电梯扶手带上粘附的污物进行更彻底地清洁。

②本装置在将扶手带上粘附的污物清洁后，通过紫外线灯对扶手带进行消毒，不仅减少了保洁人员与病菌的接触，也有效预防了公共场合电梯扶手带上细菌滋生与传播。

③本装置的滚轮能够在扶手带的带动下实现自驱动，并通过发电机将扶手带的动能转化为电能，为消毒灯供电，无需要外接电源，使用更加方便。

参考文献：

［1］宛明，李炜娟，张琦，等.江西省某大型超市自动扶梯扶手表面细菌污染特征分析［J］.环境与健康杂志，2018，35（7）：609-612.

［2］徐正为，卢艳.2018～2019年清江浦区公共场所国家双随机监督抽查结果分析［J］.产业与科技论坛，2023，22 （6）：87-88.

［3］李耀强.一种电梯扶手清洁用刷子：CN201710584559.7［P］.2017-07-14.

［4］濮良贵，纪名刚.机械设计［M］.8版.北京：高等教育出版社， 2006.

［5］吴信蔚，洪艺军，刘柳.紫外线在医疗消毒的应用［J］.中国照明电器，2023（12）：48-50，46.

收稿日期：2024-01-24

基金项目：徐州工程学院校级大学生创新创业训练计划资助项目（xcx2023352）。

作者简介：张喜喜（2001—），男，本科生，研究方向：机械设计制造及其自动化；孟鑫（1984—），男，博士，讲师，研究方向：动力机械的设计及工作过程研究。