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，實現擦字和倒帶、清灰并配以集灰裝置實現集灰構成的。它具有一種結構小巧，成本低廉，實用性強等特點。其有效解決了傳統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保黑板擦，給教師創造一個舒適健康的教學環境。

【關鍵詞】黑板擦；帶式；除塵；浮動壓板

0 引言

傳統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的清灰方式，利用板擦運動提供動力，實現自動集灰和除塵，避免二次污染，且要結構緊湊、性能優良、使用方便，經濟性好，讓老師上課更舒適。

1.2 帶式黑板擦的除塵原理及總體結構

本設計總體結構分為三個主要部分，外殼、擦灰機構和集灰裝置。

外殼是用塑膠板做成與傳統黑板擦大小相當的盒子，外殼兼做黑板擦的骨架，并將其他組成部分裝入其中。

擦灰機構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，此狀態是板擦的主要擦字狀態。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動（即倒帶），此狀態即是倒帶清灰狀態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。在刷灰帶的背面，即盒子的背面一側裝有刷子，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生的粉筆灰，只要打掃衛生的同學將集灰盒蓋打開即可清理粉筆灰。這樣就可以實現擦字、除塵和收集粉筆灰的功能，結構簡單，方便好用。

2 帶式黑板擦裝置結構設計

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

（1）對不同材質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；

為了實現上述要求，黑板擦的機械結構設計主要包括以下幾個方面的內容：擦字裝置的結構設計、集灰裝置機構設計、外殼的結構設計等。

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，此時帶滾與黑板間的壓力變大，便可夾持擦帶運動，實現倒帶，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：采用整體式結構，即集灰盒與外殼為一體的結構。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構，滑蓋采用2mm塑料板，結構簡單、經濟性好。

浮動彈簧：采用普通（較軟）壓簧，數量按實際需要設定，一般為2-6個。

4 研制結論

帶式黑板擦經測試使用效果較好，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）主體質量：300g

（2）主體外形：（長×寬×厚）151×109×58mm

（3）擦字效果：與傳統板擦相同。

（4）擦字效率：與傳統板擦相同。

（5）粉塵收集效果：粉塵收集比例。>90%

經濟指標：生產成本約每只6-8元。

5 結語

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保效果，具有廣闊的市場前景。

【參考文獻】

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