負壓式吸塵黑板擦設計分析

李識宇 向浩

摘 要：黑板擦是教學中不可或缺的教具，能夠有效去除粉筆字跡。然而，傳統粉筆粉塵較大，黑板擦在去除字跡的過程中，無法對全部粉塵進行吸附，對學生和教師健康產生較大影響。負壓式吸塵黑板擦是一種高效去除灰塵的研究方向，通過合理地設計，能夠有效去除粉塵，可以應用在除塵黑板擦設計中。

關鍵詞：負壓式;吸塵黑板擦;固相分離

傳統黑板擦多由抹布、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教室內學生健康的影響。想要保證教師、學生健康，就要設計專門的吸塵黑板擦。負壓技術利用風機和過濾設施，將黑板擦下的粉塵過濾、吸附，減少粉塵擴散。

1粉筆的特點

粉筆的原材料以石膏和碳酸鈣粉為主，其顆粒大小對人體的傷害有很大影響。超過10微米的塵粒會被阻擋在氣管之外，5至10微米的塵粒可以通過咳嗽、噴嚏等保護性反射而排出，而低于5微米的塵粒則會在肺泡區深處停留，對人體造成極大的傷害。

2除塵黑板擦的設計

2.1合理選擇除塵方式

2.1.1慣性力除塵法

通過對粉塵和氣體在運動過程中的慣性力的差異，將粉塵與空氣相分離。在實踐中，采用常規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，在除塵器內部以一定方向上的氣流持續轉動，從而產生離心力，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。以過濾方式為基礎的吸塵器是利用有空隙的過濾材料將目標粒子篩分出來，利用慣性碰撞、擴散現象和粒子所受靜電力及重力共同作用，實現去除粉塵。該方案是將上述三種除塵方法有機地結合起來的一種綜合除塵方法[1]。

2.2吸塵收集蓋的設計

當粉塵被負壓吸收后，通過風扇的葉片轉動，通過負壓的方式，可以將粉塵吸入到相應的吸塵器盒蓋中。當粉塵積累到一定數量的時候，可以很容易地將盒子的蓋子掀開，將粉塵清理干凈，然后繼續使用[2]。因而，該產品既節約能源又環保，又方便快捷。黑板擦盒蓋的側面裝有一塊電池，它能驅動風扇，通過風扇的轉動把灰塵吸進盒蓋，并能定時清潔粉塵的收集盒。

2.3過濾網的設計

當粉筆灰被吸進黑板擦時，它會被其內部的濾芯過濾，并將粉筆灰吸進吸塵器集塵箱中，干凈的空氣從出風口排出，從而確保了除塵的效果。

3設計思路

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，能有效地收集和捕捉脫落的粉筆粉塵。當粉塵累積到一定數量后，要盡可能用便捷的方法對收集的粉塵進行處理。負壓抽真空是一種高效的通風除塵技術，它可以通過單相電機驅動離心風機，在負壓下形成負壓空氣，同時還可以使用220 V獨立供電電源。針刺氈是一種具有三元結構的氣-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，實現了重力沉降和空氣過濾的雙重收塵。利用清灰網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構是一種新的多孔結構，其生產工藝已相當成熟。六邊形蜂窩狀結構的孔隙率高、強度性能好、重量比高，篩筋的斜向排列可以有效地制止濾袋內的灰塵排出，而且必須使篩條的傾角大于粉筆的停止角。負壓式黑板擦吸塵器涉及一種新型的真空吸塵器，其技術原理是：利用風扇電機和抽風筒形成氣流，利用濾袋組合體進行氣體、固體的氣固相相結合，并利用篩網型除塵設備將累積的灰塵從黑色的容塵層中剝離出來。在構造上，利用空氣分配設備均勻地分配空氣。除塵裝置，過濾袋總成和空氣分配裝置采用拼塊形式，沒有連接構件，可重復利用的濾袋組合體進行過濾。根據以上技術，在負壓力型吸塵器工作時，將黑板擦放在吸塵器的除灰器上，使用者在黑板上反復摩擦，得到輕微的振動，粉塵在自引力和引風機的作用下，被吸入到濾袋中，再由濾袋進行氣體和固體的分離，從而捕捉粉塵。在清理過濾袋內的粉塵時，將其與空氣分配設備一同排出，并將其傾倒于塑料袋內作為不可燃、不可回收的廢料[3]。

當所采集的粉塵累積至一定數量時，必須將所采集的粉塵清理干凈，然后將所述的除塵設備拆下，連同所述的空氣分配設備一同將所述的粉塵排出，然后將所述的粉塵裝入一個塑料袋內，作為不可燃不可回收的垃圾進行處置。可重復利用的濾袋。

4設計時要注意的內容

本文的負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，再經濾袋進行氣、固分離，并將灰塵捕捉，其特點是：

4.1本設備采用負壓運行，并結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部凸臺，是一種沒有連接構件的積木組裝。

4.4容易清理掉濾袋內積存的粉塵。

4.5清灰網格柵采用正六邊形蜂窩狀結構，孔隙率大，質量/強度-剛性比良好。

4.6清灰網格板采用斜向排列，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旋轉的，比如一個圓筒，它具有一個簡單的結構。

4.8采用單相220V供電電源。

結束語

通過合理的設計，能夠保證負壓式黑板擦的使用效果。在氣流過濾的基礎上，重力沉降技術應用在灰塵中，能夠有效提升黑板擦效率，改善教學環境衛生狀況，保證教師、學生的健康。

參考文獻

[1]沈貞.會吸灰塵的黑板擦[J].科學啟蒙，2021（05）：48.

[2]劉海斌.一種無塵自動黑板擦的設計[J].裝備制造技術，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].電子測試，2020（20）：33+67.

2019年校級大學生創新創業項目：吸塵黑板擦，項目編號：201912308168