基于負壓式的吸塵黑板擦設計*

王 婷

(1.武昌工學院，湖北 武漢 430065；2.綠色風機制造湖北省協同創新中心，湖北 武漢 430065）

0 引言

在普通教室、培訓機構、家庭教育等很多場合，粉筆作為一個重要的工具，用于教育者向受教育者傳遞知識和信息，這種教學模式也是現今最普遍的形式，因此粉筆的應用很廣泛。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，在擦拭粉塵的過程中只能將黑板上的印跡擦掉，無法吸附粉塵，這會造成在擦拭黑板的過程中，飛塵四處飄散在空氣，非常容易被周圍人員呼吸進入身體。據不完全統計，在上課過程中，教學人員吸入的粉塵量每人每年大約會達到200 g，其中每年會有20%概率導致教師人員患肺部疾病和呼吸道疾病等，對人體的直接傷害和隱形危害非常大。基于負壓式的吸塵黑板擦設計，旨在擦拭黑板粉筆印記的同時，用黑板擦吸收粉塵，減少粉塵在空氣中的傳播。

1 除塵機構的設計

1.1 除塵方式的選擇

常見除塵方法有：1）慣性力除塵法。利用粉塵與氣體在運動中慣性力不同，使粉塵從氣流中分離出來。在實際應用中，實現慣性分離的一般方法是使含塵氣流沖擊在擋板上，使氣流方向發生改變，氣流中塵粒的慣性較大，不能隨氣流急劇轉彎，便從氣流中分離出來。2）離心力除塵法。利用含塵氣體的流動速度，使氣流在除塵裝置內沿某一定方向連續地旋轉運動，粒子在隨氣流的旋轉中獲得離心力，導致粒子從氣流中分離出來。3）過濾除塵法。使含塵氣體通過多孔濾料，把氣體中的塵粒截留下來，使氣體得到凈化。過濾式除塵器的濾料是通過濾料孔隙對粒子的篩分作用、粒子隨氣流運動中的慣性碰撞作用、細小粒子的擴散作用以及靜電引力和重力沉降等機制綜合作用的結果，達到除塵的目的。本設計采用以上3種除塵方式有機結合的綜合除塵方式。風機葉片圖如圖1所示。

圖1 風機葉片圖

1.2 吸塵收集蓋的設計

粉塵經過負壓式吸附之后，由風機葉片帶動旋轉，靠負壓式能量可將粉塵吸入相應吸塵盒蓋內進行儲存，當儲存的粉塵到達一定量之后，可以很方便地打開盒蓋，將粉塵倒掉之后繼續使用本黑板擦。因此，本產品節能環保，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

黑板擦盒蓋側面裝入電池，可以為風機提供動力，利用風機葉片的旋轉將粉塵吸入盒蓋內，并可定期清理粉塵收集盒。

1.3 過濾網的設計

粉筆灰通過吸塵孔吸入黑板擦中時，通過黑板擦內的過濾裝置可以過濾掉粉塵，使粉塵吸入吸塵收集盒內，干凈的風則從出風口出來，這樣可保證收集粉塵的質量。過濾網的結構圖如圖3所示。

圖3 過濾網結構圖

2 吸塵黑板擦擦拭部分的設計

2.1 擦拭材料的選擇

本設計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。擦拭海綿結構圖如圖4所示。

圖4 擦拭海綿結構圖

2.2 黑板擦手握部分的設計

黑板擦的使用對象是個體的人，在設計時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，且在設計時對盒蓋兩側進行凹槽處理，為流線形設計，提高了黑板擦與手的配合度。根據人體平均手的結構尺寸以及方便使用、滿足使用需求且節省材料的要求，本黑板擦手握部分的結構尺寸總長為150 mm，總寬為80 mm，總高為27.2 mm。根據多次試驗發現，此結構尺寸能夠滿足一般使用要求。黑板擦手握部分的結構圖如圖5所示。

圖5 手握黑板擦部分結構圖

3 本吸塵黑板擦所達到的目標及特色

3.1 所達到的目標

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

當黑板采用涂以耐磨涂層的優質合金鋼板的彩涂鋼板板面黑板時，由于其本身也有著粉塵少、易擦除的特點，再配合這款黑板擦基本可以達到無塵的效果，肉眼已經看不見粉塵。

當黑板采用新型材料復合板時，這種材料是由進口的高分子合金顆粒與環氧樹脂一次性壓制成型的，表面未經過任何的處理。當用本款負壓式吸塵黑板擦進行擦拭時，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。

當黑板是玻璃黑板時，由于這種黑板產生粉塵大且不易擦拭干凈，使用時間稍久，黑板上就會有一道道的痕跡。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。

當黑板采用磁性材料時，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儲存，防止了對人體造成傷害。

3.2 方案特色

1）降低或消除粉筆灰對教學過程和教學人員的影響；2）與傳統黑板擦規格相當，并加以人機一體化這一理論，使用習慣舒適；3）整體結構環保且節能，電池可以循環使用，所使用的材料不容易磨損且十分方便清洗；4）結構非常簡單，造價成本低，使用方便，易于制造。

3.3 整體結構圖

通過以上設計，最終所完成的吸塵黑板擦結構爆炸圖如圖6所示，結構裝配圖如圖7所示。

圖6 黑板擦結構爆炸圖

圖7 黑板擦結構裝配圖

4 結語

經過初步研究，筆者對吸塵黑板擦的除塵方式、吸塵收集盒、過濾網、擦拭部分等進行了設計，該方案結構簡單，且能有效減少在擦拭黑板過程中粉塵的擴散，可顯著改善空氣環境、降低粉塵對人體的影響[1-5]。該吸塵黑板擦相比傳統黑板擦，降低了粉塵對人體及環境的污染，將慣性力除塵法、離心力除塵法和過濾除塵法進行了有機的結合。材料使用具有耐磨性的材料，電池為鋰電池，可循環使用。