帶式黑板檫的設計與應用研究

張重繼　劉繼廣

【摘 要】粉筆和黑板是傳統(tǒng)和原始的主要教學用具，由粉筆粉塵引起的危害早已備受關注。本文設計了一種具有擦字、清灰、集灰、防止擦黑板時粉塵飛揚功能的帶式黑板擦。其組成原理是運用浮動彈簧推動浮動壓板，支撐擦帶，利用擦黑板時所施加正壓力的大小控制擦帶的運動，實現(xiàn)擦字和倒帶、清灰并配以集灰裝置實現(xiàn)集灰構(gòu)成的。它具有一種結(jié)構(gòu)小巧，成本低廉，實用性強等特點。其有效解決了傳統(tǒng)黑板檫使用時粉塵在空中飛揚及粉筆灰難以收集的問題，是一款真正意義的環(huán)保黑板擦，給教師創(chuàng)造一個舒適健康的教學環(huán)境。

【關鍵詞】黑板擦；帶式；除塵；浮動壓板

0 引言

傳統(tǒng)黑板擦主要弊端有無法控制粉筆灰的污染；無法有效清除黑板擦毛層上的粉筆灰，當人體長期吸入粉筆灰，可刺激上呼吸道粘膜，引起鼻炎、咽喉炎、支氣管炎、哮喘、塵肺、慢性肺心病等疾病，危害人們健康。解決粉筆灰的方法有使用無塵粉筆；采用多媒體教學；采用交互式電子白板等，但效果不佳。教室粉筆灰塵一直都在困擾著我們，為減少粉筆灰塵的污染，研制一款帶式黑板擦，提高除塵效率，有效解決粉筆灰塵的污染，具有重要意義。

1 帶式黑板擦總體方案設計

1.1 帶式黑板擦設計的性能要求

要求該帶式黑板擦不同于傳統(tǒng)的清灰方式，利用板擦運動提供動力，實現(xiàn)自動集灰和除塵，避免二次污染，且要結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)良、使用方便，經(jīng)濟性好，讓老師上課更舒適。

1.2 帶式黑板擦的除塵原理及總體結(jié)構(gòu)

本設計總體結(jié)構(gòu)分為三個主要部分，外殼、擦灰機構(gòu)和集灰裝置。

外殼是用塑膠板做成與傳統(tǒng)黑板擦大小相當?shù)暮凶樱鈿ぜ孀龊诎宀恋墓羌?，并將其他組成部分裝入其中。

擦灰機構(gòu)是黑板擦最核心的部分，它由兩個部分組成，中間部分是浮動板，浮動板的兩側(cè)各有一個滾筒，滾筒的兩軸端固定在外殼上，滾筒與浮板長短相同，擦布帶將滾筒和浮板包在中間，寬度比滾筒與浮板稍短，浮板通過一組彈簧將浮板撐起，使其工作面壓向擦布帶將擦布帶繃緊并向外殼外伸出，，這時浮板比兩側(cè)的滾筒稍突起一定的尺寸，保證擦黑板時使擦布帶與黑板首先充分接觸。擦黑板時，由于彈簧的彈性作用使擦布不滾動，即與浮動版保持相對靜止，擦布帶和黑板是相對滑動的。此時粉筆灰粘附在擦布上，此狀態(tài)是板擦的主要擦字狀態(tài)。當稍用力按住黑板擦移動時，浮動板壓縮彈簧，使其與滾筒平齊，擦布在滾筒和黑板的夾持下，可以隨滾筒做圓周轉(zhuǎn)動（即倒帶），此狀態(tài)即是倒帶清灰狀態(tài)并兼有一定的擦字能力。

集灰裝置包括除灰刷、集灰盒和罩灰舌板。在刷灰?guī)У谋趁妫春凶拥谋趁嬉粋?cè)裝有刷子，刷毛壓向刷帶。擦黑板時當按壓黑板擦力量稍大，即倒帶時刷子和布帶為相對滑動，刷毛即可將粘在擦布帶上的粉灰刷掉，實現(xiàn)清理粉筆灰。清下的粉灰在重力的作用下，下落于設在外殼下部的集灰盒中。在集灰盒粉灰入口處設有迷宮式阻止粉塵反流裝置。集灰盒可以收集至少一天擦黑板產(chǎn)生的粉筆灰，只要打掃衛(wèi)生的同學將集灰盒蓋打開即可清理粉筆灰。這樣就可以實現(xiàn)擦字、除塵和收集粉筆灰的功能，結(jié)構(gòu)簡單，方便好用。

2 帶式黑板擦裝置結(jié)構(gòu)設計

帶式黑板擦在設計過程中充分考慮粉筆灰的特性，對樣機進行優(yōu)化設計及分析，應滿足以下的要求：

（1）對不同材質(zhì)的黑板都具有良好的除塵效果；

（2）對擦布上的粉塵有很好的收集效果，防止二次污染；

（3）保證除塵效果的同時盡量降低能耗（省力）；

（4）能使用模塊化設計；

（5）使用材料廉價、制造工藝簡單，以降低成本；

為了實現(xiàn)上述要求，黑板擦的機械結(jié)構(gòu)設計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：擦字裝置的結(jié)構(gòu)設計、集灰裝置機構(gòu)設計、外殼的結(jié)構(gòu)設計等。

擦字、倒帶、刷灰組件的設計：設計采用擦字、倒帶、刷灰一體化模塊式設計。擦黑板時壓力小時帶式布刷的正面擦字；壓力大時背面除灰。擦帶套裝在兩個帶滾和中間的浮動板上，浮動板是利用浮動彈簧使其突出壓緊刷帶，彈簧力的大小與正常擦黑板時所用的壓力相當。當壓力小于彈簧力時，浮動板正面高于帶滾工作母線，此時帶滾與黑板間具有間隙，擦帶與浮動板之間的摩擦力大于擦帶與黑板的摩擦力，擦帶相對于浮動板靜止，實現(xiàn)擦字；當壓力大于彈簧力時，浮動板正面與帶滾工作母線在一個平面內(nèi)，此時帶滾與黑板間的壓力變大，便可夾持擦帶運動，實現(xiàn)倒帶，倒帶時利用設置在浮動板背面的清灰刷除去粘附在擦帶上的粉筆灰。

外殼及集灰盒組件的設計：采用整體式結(jié)構(gòu)，即集灰盒與外殼為一體的結(jié)構(gòu)。集灰盒位置設在外殼的下部（擦黑板時的），集灰盒上部沿外殼內(nèi)邊緣開設—進灰口，進灰口處設置迷宮式灰塵止逆裝置，防止板擦倒置時集灰盒內(nèi)粉灰溢出。在外殼的下部—集灰盒處設有清倒灰口。

3 材料選擇

擦布應具有擦字效果好、具有一定厚度、具一定抗帶寬方向褶皺能力。本設計采用的是絨布，效果好，價格低廉。

帶滾、浮動板使用普通塑料、木材均可，本設計使用的是塑料和木材制成。

除塵刷：和浮動板尺寸相當，刷毛應具有一定彈性、長度。刷毛密度應稀疏（較普通毛刷），以保證落灰效果。本設計采用毛刷改制而成。

外殼采用4mm厚的塑料板，迷宮式反溢舌板采用2mm塑料板，清灰口采用滑蓋式圓口結(jié)構(gòu)，滑蓋采用2mm塑料板，結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟性好。

浮動彈簧：采用普通（較軟）壓簧，數(shù)量按實際需要設定，一般為2-6個。

4 研制結(jié)論

帶式黑板擦經(jīng)測試使用效果較好，總體性能指標都達到了設計要求。

帶式黑板擦主要技術指標：

（1）主體質(zhì)量：300g

（2）主體外形：（長×寬×厚）151×109×58mm

（3）擦字效果：與傳統(tǒng)板擦相同。

（4）擦字效率：與傳統(tǒng)板擦相同。

（5）粉塵收集效果：粉塵收集比例。>90%

經(jīng)濟指標：生產(chǎn)成本約每只6-8元。

5 結(jié)語

帶式黑板擦擦字、防塵、集灰效果好，加工制作簡單，成本低廉，在對環(huán)境污染要求越來越嚴格的今天，帶式黑板擦在使用中具有顯著地環(huán)保效果，具有廣闊的市場前景。

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