負(fù)壓式吸塵黑板擦設(shè)計(jì)分析

李識(shí)宇 向浩

摘 要：黑板擦是教學(xué)中不可或缺的教具，能夠有效去除粉筆字跡。然而，傳統(tǒng)粉筆粉塵較大，黑板擦在去除字跡的過程中，無法對(duì)全部粉塵進(jìn)行吸附，對(duì)學(xué)生和教師健康產(chǎn)生較大影響。負(fù)壓式吸塵黑板擦是一種高效去除灰塵的研究方向，通過合理地設(shè)計(jì)，能夠有效去除粉塵，可以應(yīng)用在除塵黑板擦設(shè)計(jì)中。

關(guān)鍵詞：負(fù)壓式;吸塵黑板擦;固相分離

傳統(tǒng)黑板擦多由抹布、海綿等材料制作而成，主要是為了去除黑板字跡，往往忽略了粉筆粉塵對(duì)教室內(nèi)學(xué)生健康的影響。想要保證教師、學(xué)生健康，就要設(shè)計(jì)專門的吸塵黑板擦。負(fù)壓技術(shù)利用風(fēng)機(jī)和過濾設(shè)施，將黑板擦下的粉塵過濾、吸附，減少粉塵擴(kuò)散。

1粉筆的特點(diǎn)

粉筆的原材料以石膏和碳酸鈣粉為主，其顆粒大小對(duì)人體的傷害有很大影響。超過10微米的塵粒會(huì)被阻擋在氣管之外，5至10微米的塵?？梢酝ㄟ^咳嗽、噴嚏等保護(hù)性反射而排出，而低于5微米的塵粒則會(huì)在肺泡區(qū)深處停留，對(duì)人體造成極大的傷害。

2除塵黑板擦的設(shè)計(jì)

2.1合理選擇除塵方式

2.1.1慣性力除塵法

通過對(duì)粉塵和氣體在運(yùn)動(dòng)過程中的慣性力的差異，將粉塵與空氣相分離。在實(shí)踐中，采用常規(guī)的慣性分離方式是通過將含塵氣體撞擊在隔板上，從而改變空氣的流動(dòng)方向，由于氣流中的塵埃具有很大的慣性，無法隨著空氣的急速旋轉(zhuǎn)而脫離。

2.1.2離心力除塵法

采用含塵氣體的流速，在除塵器內(nèi)部以一定方向上的氣流持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生離心力，將顆粒與氣流分開。

2.1.3過濾除塵法

將粉塵氣體通過多孔過濾器，將粉塵顆粒吸附在空氣中，從而凈化空氣。以過濾方式為基礎(chǔ)的吸塵器是利用有空隙的過濾材料將目標(biāo)粒子篩分出來，利用慣性碰撞、擴(kuò)散現(xiàn)象和粒子所受靜電力及重力共同作用，實(shí)現(xiàn)去除粉塵。該方案是將上述三種除塵方法有機(jī)地結(jié)合起來的一種綜合除塵方法[1]。

2.2吸塵收集蓋的設(shè)計(jì)

當(dāng)粉塵被負(fù)壓吸收后，通過風(fēng)扇的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，通過負(fù)壓的方式，可以將粉塵吸入到相應(yīng)的吸塵器盒蓋中。當(dāng)粉塵積累到一定數(shù)量的時(shí)候，可以很容易地將盒子的蓋子掀開，將粉塵清理干凈，然后繼續(xù)使用[2]。因而，該產(chǎn)品既節(jié)約能源又環(huán)保，又方便快捷。黑板擦盒蓋的側(cè)面裝有一塊電池，它能驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，通過風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)把灰塵吸進(jìn)盒蓋，并能定時(shí)清潔粉塵的收集盒。

2.3過濾網(wǎng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)粉筆灰被吸進(jìn)黑板擦?xí)r，它會(huì)被其內(nèi)部的濾芯過濾，并將粉筆灰吸進(jìn)吸塵器集塵箱中，干凈的空氣從出風(fēng)口排出，從而確保了除塵的效果。

3設(shè)計(jì)思路

要處理黑板擦中積塵的問題，必須采取有效的措施，把積塵從黑板擦的容塵面上剝離出來，同時(shí)，能有效地收集和捕捉脫落的粉筆粉塵。當(dāng)粉塵累積到一定數(shù)量后，要盡可能用便捷的方法對(duì)收集的粉塵進(jìn)行處理。負(fù)壓抽真空是一種高效的通風(fēng)除塵技術(shù)，它可以通過單相電機(jī)驅(qū)動(dòng)離心風(fēng)機(jī)，在負(fù)壓下形成負(fù)壓空氣，同時(shí)還可以使用220 V獨(dú)立供電電源。針刺氈是一種具有三元結(jié)構(gòu)的氣-固相分離過濾材料，它的靜吸塵率大于99.99%，孔隙率可達(dá)到70%-80%，比普通織物過濾材料的116-210倍。因此，其本身具有良好的透氣性、低阻力、能有效地捕捉-5um以上的灰塵。從收塵效率、截留顆粒大小、空氣滲透性能和過濾阻力等幾個(gè)角度來看，針刺毛毯均能有效地捕捉粉筆粉塵。為了減少吸塵器的空氣阻力，同時(shí)考慮到粉筆粉塵±10um顆粒在空氣中的沉積性能，黑板擦吸塵器整體采用了順流式布置，通過灰塵自身的重量和空氣中的夾持力，將灰塵吹向地面，實(shí)現(xiàn)了重力沉降和空氣過濾的雙重收塵。利用清灰網(wǎng)格柵將積存的灰塵從板擦的容塵表面剝離出來，制成帶有斜墻的蜂窩狀結(jié)構(gòu)是一種新的多孔結(jié)構(gòu)，其生產(chǎn)工藝已相當(dāng)成熟。六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)的孔隙率高、強(qiáng)度性能好、重量比高，篩筋的斜向排列可以有效地制止濾袋內(nèi)的灰塵排出，而且必須使篩條的傾角大于粉筆的停止角。負(fù)壓式黑板擦吸塵器涉及一種新型的真空吸塵器，其技術(shù)原理是：利用風(fēng)扇電機(jī)和抽風(fēng)筒形成氣流，利用濾袋組合體進(jìn)行氣體、固體的氣固相相結(jié)合，并利用篩網(wǎng)型除塵設(shè)備將累積的灰塵從黑色的容塵層中剝離出來。在構(gòu)造上，利用空氣分配設(shè)備均勻地分配空氣。除塵裝置，過濾袋總成和空氣分配裝置采用拼塊形式，沒有連接構(gòu)件，可重復(fù)利用的濾袋組合體進(jìn)行過濾。根據(jù)以上技術(shù)，在負(fù)壓力型吸塵器工作時(shí)，將黑板擦放在吸塵器的除灰器上，使用者在黑板上反復(fù)摩擦，得到輕微的振動(dòng)，粉塵在自引力和引風(fēng)機(jī)的作用下，被吸入到濾袋中，再由濾袋進(jìn)行氣體和固體的分離，從而捕捉粉塵。在清理過濾袋內(nèi)的粉塵時(shí)，將其與空氣分配設(shè)備一同排出，并將其傾倒于塑料袋內(nèi)作為不可燃、不可回收的廢料[3]。

當(dāng)所采集的粉塵累積至一定數(shù)量時(shí)，必須將所采集的粉塵清理干凈，然后將所述的除塵設(shè)備拆下，連同所述的空氣分配設(shè)備一同將所述的粉塵排出，然后將所述的粉塵裝入一個(gè)塑料袋內(nèi)，作為不可燃不可回收的垃圾進(jìn)行處置?？芍貜?fù)利用的濾袋。

4設(shè)計(jì)時(shí)要注意的內(nèi)容

本文的負(fù)壓式黑板擦吸塵器是利用粉塵自身的重量和空氣中的夾持力，將灰塵吹向地面，再經(jīng)濾袋進(jìn)行氣、固分離，并將灰塵捕捉，其特點(diǎn)是：

4.1本設(shè)備采用負(fù)壓運(yùn)行，并結(jié)合重力沉降和空氣過濾兩種除塵裝置。

4.2濾料選用針刺毛氈，吸塵效果好，可重復(fù)利用。

4.3除灰裝置、氣流分布裝置和濾袋組件共同支撐于箱體的內(nèi)部凸臺(tái)，是一種沒有連接構(gòu)件的積木組裝。

4.4容易清理掉濾袋內(nèi)積存的粉塵。

4.5清灰網(wǎng)格柵采用正六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)，孔隙率大，質(zhì)量/強(qiáng)度-剛性比良好。

4.6清灰網(wǎng)格板采用斜向排列，其傾角比粉筆灰材料的大。

4.7該吸塵器的外罩可以是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的，比如一個(gè)圓筒，它具有一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。

4.8采用單相220V供電電源。

結(jié)束語

通過合理的設(shè)計(jì)，能夠保證負(fù)壓式黑板擦的使用效果。在氣流過濾的基礎(chǔ)上，重力沉降技術(shù)應(yīng)用在灰塵中，能夠有效提升黑板擦效率，改善教學(xué)環(huán)境衛(wèi)生狀況，保證教師、學(xué)生的健康。

參考文獻(xiàn)

[1]沈貞.會(huì)吸灰塵的黑板擦[J].科學(xué)啟蒙，2021（05）：48.

[2]劉海斌.一種無塵自動(dòng)黑板擦的設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù)，2021（04）：172-173+199.

[3]鄭浩，張文超，昂成龍，姚傳龍，張瓊.無塵黑板檫[J].電子測(cè)試，2020（20）：33+67.

2019年校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目：吸塵黑板擦，項(xiàng)目編號(hào)：201912308168