基于負(fù)壓式的吸塵黑板擦設(shè)計(jì)*

王 婷

(1.武昌工學(xué)院，湖北 武漢 430065；2.綠色風(fēng)機(jī)制造湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430065）

0 引言

在普通教室、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、家庭教育等很多場(chǎng)合，粉筆作為一個(gè)重要的工具，用于教育者向受教育者傳遞知識(shí)和信息，這種教學(xué)模式也是現(xiàn)今最普遍的形式，因此粉筆的應(yīng)用很廣泛。但是目前的黑板擦多單純采用棉墊、絨布或海綿制作而成，僅采用棉墊、絨布或海綿的黑板擦，在擦拭粉塵的過(guò)程中只能將黑板上的印跡擦掉，無(wú)法吸附粉塵，這會(huì)造成在擦拭黑板的過(guò)程中，飛塵四處飄散在空氣，非常容易被周圍人員呼吸進(jìn)入身體。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在上課過(guò)程中，教學(xué)人員吸入的粉塵量每人每年大約會(huì)達(dá)到200 g，其中每年會(huì)有20%概率導(dǎo)致教師人員患肺部疾病和呼吸道疾病等，對(duì)人體的直接傷害和隱形危害非常大。基于負(fù)壓式的吸塵黑板擦設(shè)計(jì)，旨在擦拭黑板粉筆印記的同時(shí)，用黑板擦吸收粉塵，減少粉塵在空氣中的傳播。

1 除塵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 除塵方式的選擇

常見(jiàn)除塵方法有：1）慣性力除塵法。利用粉塵與氣體在運(yùn)動(dòng)中慣性力不同，使粉塵從氣流中分離出來(lái)。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)慣性分離的一般方法是使含塵氣流沖擊在擋板上，使氣流方向發(fā)生改變，氣流中塵粒的慣性較大，不能隨氣流急劇轉(zhuǎn)彎，便從氣流中分離出來(lái)。2）離心力除塵法。利用含塵氣體的流動(dòng)速度，使氣流在除塵裝置內(nèi)沿某一定方向連續(xù)地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，粒子在隨氣流的旋轉(zhuǎn)中獲得離心力，導(dǎo)致粒子從氣流中分離出來(lái)。3）過(guò)濾除塵法。使含塵氣體通過(guò)多孔濾料，把氣體中的塵粒截留下來(lái)，使氣體得到凈化。過(guò)濾式除塵器的濾料是通過(guò)濾料孔隙對(duì)粒子的篩分作用、粒子隨氣流運(yùn)動(dòng)中的慣性碰撞作用、細(xì)小粒子的擴(kuò)散作用以及靜電引力和重力沉降等機(jī)制綜合作用的結(jié)果，達(dá)到除塵的目的。本設(shè)計(jì)采用以上3種除塵方式有機(jī)結(jié)合的綜合除塵方式。風(fēng)機(jī)葉片圖如圖1所示。

圖1 風(fēng)機(jī)葉片圖

1.2 吸塵收集蓋的設(shè)計(jì)

粉塵經(jīng)過(guò)負(fù)壓式吸附之后，由風(fēng)機(jī)葉片帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，靠負(fù)壓式能量可將粉塵吸入相應(yīng)吸塵盒蓋內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)儲(chǔ)存的粉塵到達(dá)一定量之后，可以很方便地打開(kāi)盒蓋，將粉塵倒掉之后繼續(xù)使用本黑板擦。因此，本產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保，使用十分便捷。吸塵收集盒部分的拆分圖如圖2所示。

圖2 吸塵收集盒拆分圖

黑板擦盒蓋側(cè)面裝入電池，可以為風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，利用風(fēng)機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)將粉塵吸入盒蓋內(nèi)，并可定期清理粉塵收集盒。

1.3 過(guò)濾網(wǎng)的設(shè)計(jì)

粉筆灰通過(guò)吸塵孔吸入黑板擦中時(shí)，通過(guò)黑板擦內(nèi)的過(guò)濾裝置可以過(guò)濾掉粉塵，使粉塵吸入吸塵收集盒內(nèi)，干凈的風(fēng)則從出風(fēng)口出來(lái)，這樣可保證收集粉塵的質(zhì)量。過(guò)濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 過(guò)濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 吸塵黑板擦擦拭部分的設(shè)計(jì)

2.1 擦拭材料的選擇

本設(shè)計(jì)中黑板擦擦拭部分所采用的材料是軟海綿，軟海綿可以減少在擦拭過(guò)程中的摩擦，從而減少磨損，增加黑板擦的使用壽命。擦拭海綿結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 擦拭海綿結(jié)構(gòu)圖

2.2 黑板擦手握部分的設(shè)計(jì)

黑板擦的使用對(duì)象是個(gè)體的人，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到人使用的舒適性和便捷性，因此黑板擦的手握部分選擇為吸塵黑板擦的上盒蓋，即粉塵的收集盒，且在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)盒蓋兩側(cè)進(jìn)行凹槽處理，為流線形設(shè)計(jì)，提高了黑板擦與手的配合度。根據(jù)人體平均手的結(jié)構(gòu)尺寸以及方便使用、滿足使用需求且節(jié)省材料的要求，本黑板擦手握部分的結(jié)構(gòu)尺寸總長(zhǎng)為150 mm，總寬為80 mm，總高為27.2 mm。根據(jù)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)尺寸能夠滿足一般使用要求。黑板擦手握部分的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 手握黑板擦部分結(jié)構(gòu)圖

3 本吸塵黑板擦所達(dá)到的目標(biāo)及特色

3.1 所達(dá)到的目標(biāo)

目前，市面上的黑板材料主要有4種：彩涂鋼板板面、新型材料復(fù)合板、玻璃黑板和磁性黑板。

當(dāng)黑板采用涂以耐磨涂層的優(yōu)質(zhì)合金鋼板的彩涂鋼板板面黑板時(shí)，由于其本身也有著粉塵少、易擦除的特點(diǎn)，再配合這款黑板擦基本可以達(dá)到無(wú)塵的效果，肉眼已經(jīng)看不見(jiàn)粉塵。

當(dāng)黑板采用新型材料復(fù)合板時(shí)，這種材料是由進(jìn)口的高分子合金顆粒與環(huán)氧樹(shù)脂一次性壓制成型的，表面未經(jīng)過(guò)任何的處理。當(dāng)用本款負(fù)壓式吸塵黑板擦進(jìn)行擦拭時(shí)，能很好地將粉塵擦拭干凈，并吸附到裝置中，避免了粉塵大量被人體吸入。

當(dāng)黑板是玻璃黑板時(shí)，由于這種黑板產(chǎn)生粉塵大且不易擦拭干凈，使用時(shí)間稍久，黑板上就會(huì)有一道道的痕跡。在使用這款黑板擦后，粉塵明顯減少，擦拭后也不容易留下痕跡。

當(dāng)黑板采用磁性材料時(shí)，即在普通黑板的表面涂上一些磁性顆粒，這種材料上的粉筆印跡也能很好地被本黑板擦擦拭掉，且粉塵能被吸入黑板擦內(nèi)儲(chǔ)存，防止了對(duì)人體造成傷害。

3.2 方案特色

1）降低或消除粉筆灰對(duì)教學(xué)過(guò)程和教學(xué)人員的影響；2）與傳統(tǒng)黑板擦規(guī)格相當(dāng)，并加以人機(jī)一體化這一理論，使用習(xí)慣舒適；3）整體結(jié)構(gòu)環(huán)保且節(jié)能，電池可以循環(huán)使用，所使用的材料不容易磨損且十分方便清洗；4）結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，造價(jià)成本低，使用方便，易于制造。

3.3 整體結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，最終所完成的吸塵黑板擦結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖6所示，結(jié)構(gòu)裝配圖如圖7所示。

圖6 黑板擦結(jié)構(gòu)爆炸圖

圖7 黑板擦結(jié)構(gòu)裝配圖

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)初步研究，筆者對(duì)吸塵黑板擦的除塵方式、吸塵收集盒、過(guò)濾網(wǎng)、擦拭部分等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能有效減少在擦拭黑板過(guò)程中粉塵的擴(kuò)散，可顯著改善空氣環(huán)境、降低粉塵對(duì)人體的影響[1-5]。該吸塵黑板擦相比傳統(tǒng)黑板擦，降低了粉塵對(duì)人體及環(huán)境的污染，將慣性力除塵法、離心力除塵法和過(guò)濾除塵法進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。材料使用具有耐磨性的材料，電池為鋰電池，可循環(huán)使用。