一種可吸粉塵式環保黑板擦的設計

摘 要：我國是世界上最大的發展中國家，受教育人口眾多，粉筆會在未來很長一段時間都會繼續使用，而粉塵亂飛這個問題始終沒有解決。基于此，文章設計出了一種在黑板擦拭過程中可以用來吸收粉塵的環保型黑板擦，成本低廉但是也兼具環保型和簡便性，可以達到低碳環保的理想效果。

關鍵詞：可吸收粉塵；環保；黑板擦

1 概述

我國是世界上最大的發展中國家，受教育人口眾多[1，2]，粉筆會在未來很長一段時間都會繼續使用，而粉塵亂飛這個問題始終沒有解決。在教室等一般公共教育場所，隨處可見在黑板擦拭過程中粉塵飛揚進而影響上課效率。甚至長此以往會對教育工作者或者學生的身心健康造成傷害。

2 黑板擦設計

2.1 傳統的黑板擦設計

傳統黑板擦造型簡潔，采用長方體的樣式，便于持握。但是它同時具有的弊端包括：無法減輕粉筆粉塵的污染；無法將黑板擦拭干凈；不能清除死角[3]。前人在此基礎上進行了研究改進，絕大多數采用機械、電動的方法自動或半自動的擦去粉筆字，有采用靜電除塵，利用靜電吸附粉塵；有采用大功率吸塵器吸塵，把大功率的吸塵器管道和黑板擦相連，黑板擦擦掉的粉塵直接被大功率管道吸走；有借助汽車的雨刷裝置刷擦黑板，但沒有解決粉塵隨處飄的問題。

2.2 改進的環保型黑板擦的設計

本次改進型的環保黑板擦并沒有對其外形做太多的修改或設計，文章采用Auto CAD等制圖軟件，對這種環保型黑板擦進行了創新性的改進和設計，即在傳統黑板擦的基礎上增添了一種吸塵裝置，這種吸塵裝置是由兩扇風扇葉片組成，當我們打開開關時，風扇扇葉開始工作，通過強力的吸附和環保型黑板擦側面的開孔，可以將擦拭過程中產生的粉筆粉塵吸收進黑板擦，從而對傳統型黑板擦做了有效的改進，達到了環保低碳的效果。

新型的環保黑板擦的結構如圖1所示。從圖中我們可以看到，黑板擦由四部分組成：黑板擦外框、粉塵蓋、吸塵葉片、擦拭面。其中粉塵濾網可以方便的抽取拿出，是粉塵的儲存場所。其容積適當，可以供板擦至少10次左右的吸塵量；中間層的風扇采用均布對稱的方式，可以有效地增大吸塵面積，有利于全方位的保護教師和學生免受粉塵困擾。這四部分的連接方式將采用膠粘或一體成型的設計，更方便的保證黑板擦工作的穩定性，提高其工作效率。

3 環保黑板擦的電路設計

圖2a）為充電式小型吸塵器的電路圖。它具有充電器，充電時，變壓器將工頻交流電轉換為低壓交流電，低壓交流電經限流電阻R1和整流二極管VD1整流成直流電，對電池充電。使用時，接通開關，吸塵器即工作。在圖2b）中還具有用作充電指示的發光二極管VD2和電動機轉速（即吸力）選擇開關SA。在充電期間，充電電流有部分流過VD2，VD2點亮；充電快要結束時，充電回路中電流很小，VD2微亮；充電結束后，充電回路中無電流，VD2熄滅。當開關SA與2端接通時，電動機以全電壓（4.8V）工作，轉速高；當開關SA與1端接通時，4.8V電壓經R2降壓后加到電動機上，電動機轉速降低[4，5]。

4 實驗模塊測試與分析

4.1 電源模塊的測試

（1）利用萬用電表測試不同電壓和不同電流下電池充電效率，

記錄下峰值[7]。

（2）測試不同瓦數的電風扇的轉動效率[8]，確定電源模塊和電風扇連接之后最佳的組合方式。

4.2 擦拭面材料的耐用性能測試

（1）查找資料，尋找摩擦系數大、耐磨性好、比重輕、成本低的材料作為擦拭面的材料，并確定黑板擦材料，要求其為不能易碎易壞的材料。

（2）模擬真實的黑板擦拭過程，通過多人反復連續測試，觀察各種不同擦拭材料的耐用度。用彈簧測力計等測力設備測試出所選材料的耐用極限，給出該種擦拭材料的耐用范圍，并給出指導使用環境。

4.3 各模塊規格尺寸組合測試

（1）根據預期的產品外形尺寸，先確定出黑板擦的幾何尺寸范圍及電池容量、電風扇葉片直徑、電動機的功率等的規格范圍。

（2）將不同規格的黑板擦和電風扇組合，依次接入電源模塊，根據電源輸出結果，選取最佳組合。

4.4 整體功能測試

將各部分零部件組裝起來，對環保黑板擦進行模擬使用，觀察其功能是否正常運行。在模擬使用過程中，重點關注電機的工作情況，檢測其是否可以適應來回抖動的環境。通過所得模擬數據計算并判斷是否會對用戶使用黑板擦帶來不便。依據發現的問題，尋找解決途徑，對各部件進行改善，最終確定最后的產品方案。

5 結束語

文章介紹了將一種創新型環保的吸塵裝置安裝進黑板擦中的設計，改善了傳統黑板擦在使用過程中粉塵飛揚、擦拭不干凈、擦拭過程有死角等問題。和同類型黑板擦相比，該可吸收粉塵式環保黑板擦比以往的電動黑板擦能耗更低，體積更小，并且重量更輕，擦拭面的材質也采用特殊的材料，比普通的黑板擦擦拭干凈程度更高，并且沒有死角。設計獨立的小功率直流供電模塊，具有體積小、造價低、無污染等特點。本項目研究改善均是以市場上可以購買到的低價元器件為改善元件，實現了現有元器件、材料的高效組合。

參考文獻

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作者簡介：王勇（1993，03-），男，籍貫：山東省棗莊市薛城區，本科，主要研究方向：工業工程。