便攜式吸塵黑板擦的設(shè)計(jì)

陳光軒　李明大

摘 要：目的：針對(duì)目前市場(chǎng)上所銷售黑板擦無(wú)吸塵功能的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款能便于攜帶且可吸塵的黑板擦。方法：采用黑板擦與吸塵電機(jī)的結(jié)合，在擦拭黑板時(shí)啟動(dòng)吸塵電機(jī)，使其吸入所擦拭黑板表面附近的空氣，同時(shí)將擦拭黑板所產(chǎn)生的粉筆灰吸入并儲(chǔ)存于粉筆灰集灰槽中。通過(guò)吸塵電機(jī)氣流徑向通過(guò)面積和抽風(fēng)風(fēng)速計(jì)算出吸塵電機(jī)的單位時(shí)間抽風(fēng)量以及實(shí)驗(yàn)得出黑板擦吸收粉筆灰的效率。結(jié)論：通過(guò)便攜式吸塵黑板擦的擦拭實(shí)驗(yàn)，其吸塵效率可達(dá)80%，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。與同類產(chǎn)品相比，該產(chǎn)品體積小，便于攜帶，維護(hù)成本低，吸塵效果明顯。

關(guān)鍵詞：便攜；吸塵；黑板擦

Abstract： Objective The portable blackboard eraser that can absorb the dust is designed， aiming at solving the problem that the blackboard eraser sold in current market cant absorb the dust. Methods Combine blackboard with vacuum motor， when the blackboard is wiped， the vacuum motor is activated and start to inhale the air near the surface of the wiping blackboard. At the same time， chalk ash which product by wiping the blackboard is sucked and stored in chalk ash collection tank. Through the area of the flow through and the induced draft speed to calculate the amount of ventilation of the dust collecting motor per time and do the experiment to gain the efficiency which blackboard eraser to absorb the of chalk ash. Conclusion The dust collection efficiency of it can reach 80%， which can reach the expectation target， by the wiping experiment for the portable dust collecting blackboard eraser. Compared with similar products， the product is small， easy to carry， low maintenance costs， the effect of dust collection is obvious.

Keywords： portable； dust collection； blackboard eraser

中圖分類號(hào)：TS951 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

粉筆和黑板作為教學(xué)中必不可少的教具使用已有很長(zhǎng)的歷史，它們對(duì)教育事業(yè)的發(fā)展起到了不可估量的作用，如今很多學(xué)校采用白板、PPT課件教學(xué)模式，但其不能完全取代傳統(tǒng)的粉筆黑板教學(xué)模式，課堂教學(xué)還是應(yīng)當(dāng)以粉筆黑板為主。然而，擦黑板時(shí)所產(chǎn)生的粉筆灰一直困擾著人類，粉筆灰嚴(yán)重影響了師生的身體健康。粉筆灰的主要成分是游離的二氧化硅（SiO2），其粒子體積較大，因此很難被呼吸道排出。教室內(nèi)空氣中粉筆灰濃度很高，可直接作用于上呼吸道，引起萎縮性鼻炎、咽炎等。根據(jù)國(guó)家教育部1993年的資料顯示：我國(guó)師生每年吸入的粉筆灰質(zhì)量約為200g/人，患呼吸道、肺部疾病、癌癥的約20%。經(jīng)調(diào)查，目前市場(chǎng)上大多數(shù)黑板擦仍是由塑料或者鐵質(zhì)外殼粘上海綿、毛質(zhì)甚至絨質(zhì)材料制成的傳統(tǒng)黑板擦。擦拭黑板時(shí)如用力過(guò)小，黑板的表面很易留下書(shū)寫(xiě)過(guò)的痕跡且很難擦干凈。大面積擦拭時(shí)，黑板擦表面附著的粉筆灰不能及時(shí)清理，使用時(shí)不僅效果差，擦拭后還會(huì)在黑板上留下大量粉筆灰，粉筆灰將大量漂浮在空氣中，老師、學(xué)生將會(huì)吸入呼吸道中。近年來(lái)市面上出現(xiàn)了許多黑板替代產(chǎn)品，但其使用效果遠(yuǎn)不及黑板和粉筆。鑒于傳統(tǒng)黑板擦的各種弊端，市面上出現(xiàn)了許多改良的黑板擦。如改變其材料、改善其結(jié)構(gòu)，甚至將黑板與黑板擦做成一套自動(dòng)擦拭系統(tǒng)等。這些黑板擦各具特色，但都沒(méi)有起到除塵的作用。目前市場(chǎng)上推廣的吸塵黑板擦吸塵效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不能進(jìn)行局部擦拭，價(jià)格昂貴等。本文介紹了一種通過(guò)吸塵電機(jī)與海綿巧妙結(jié)合的便攜式吸塵黑板擦。此黑板擦可完全替代現(xiàn)有普通黑板擦，在提高擦拭效率和擦拭質(zhì)量的同時(shí)還能減少甚至消除粉筆灰飛揚(yáng)的現(xiàn)象，在教學(xué)中具有重要意義。

1.便攜式吸塵黑板擦的原理

便攜式吸塵黑板擦的想法來(lái)源于家用小型吸塵器，吸塵器之所以能夠用來(lái)清理微小的灰塵顆粒，是因?yàn)槠鋬?nèi)部擁有一個(gè)大功率、強(qiáng)吸力的吸塵電機(jī)，通電時(shí)吸塵電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)的吸力，箱體內(nèi)空氣被高速排出，同時(shí)，與吸塵電機(jī)抽風(fēng)口相連的管道中的空氣不斷吸入補(bǔ)充箱體內(nèi)的空氣，吸塵口吸入含灰塵的空氣，經(jīng)箱體內(nèi)部過(guò)濾排出。

本文所述便攜式吸塵黑板擦的除塵原理與家用吸塵器有相似的地方，同時(shí)也有自己獨(dú)特的地方：

（1）本便攜式吸塵黑板擦內(nèi)部安裝有一個(gè)強(qiáng)吸力、低噪音的小型直流吸塵電機(jī)，在通電的情況下，吸塵電機(jī)開(kāi)始工作，擦拭時(shí)，吸塵電機(jī)將含粉筆灰的空氣吸入黑板擦內(nèi)部。

（2）本黑板擦完全不通過(guò)吸塵管道連接，可充分利用吸塵電機(jī)所提供的吸力，避免了家用小型吸塵器因連接長(zhǎng)吸塵管道對(duì)吸塵效果的影響。

（3）減少了家用吸塵器復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所述黑板擦體積小，便于攜帶。

（4）其具有雙層過(guò)濾能力，在吸塵電機(jī)抽風(fēng)口和出風(fēng)口分別具有過(guò)濾結(jié)構(gòu)，兩層過(guò)濾結(jié)構(gòu)的巧妙結(jié)合，可提高黑板擦排氣孔排出空氣的潔凈度。

2.便攜式吸塵黑板擦的結(jié)構(gòu)

黑板擦外部結(jié)構(gòu)形如“瓢”狀，整體由塑料制成。其主要特征包括圓形板擦底座，黑板擦外殼，如圖1所示；圓形板擦底座結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圓形板擦底座內(nèi)部設(shè)有粉筆灰集灰槽，下部設(shè)有擦拭頭，與圓形板擦底座活動(dòng)連接，擦拭頭下部設(shè)有擦拭頭保護(hù)蓋。擦拭頭由薄狀海綿擦拭片與其包裹著的硬質(zhì)塑料底板構(gòu)成，底板上設(shè)有若干吸塵通孔。圓形板擦底座與黑板擦外殼活動(dòng)連接，方便了粉筆灰的傾倒與擦拭頭的更換。

黑板擦外殼下部，即與圓形板擦底座連接處設(shè)有吸塵電機(jī)，吸塵電機(jī)抽風(fēng)口與圓形板擦底座擦拭頭吸塵通孔間設(shè)有粉筆灰過(guò)濾結(jié)構(gòu)，同時(shí)，位于出風(fēng)口附近的黑板擦外殼上也設(shè)有過(guò)濾結(jié)構(gòu)，其上均勻分布著若干直徑1.5mm的排氣孔。本黑板擦將吸塵電機(jī)封閉于黑板擦外殼內(nèi)部，由于吸塵電機(jī)在高速運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)出噪音，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，故在其內(nèi)壁搭配使用隔音棉和開(kāi)設(shè)散熱孔，可降低吸塵電機(jī)的噪音，使吸塵電機(jī)能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。黑板擦外殼上部設(shè)有抓握手柄，抓握手柄下部設(shè)有相應(yīng)的手指凹陷紋理，符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，提高了使用的舒適度。抓握手柄上部設(shè)有電源開(kāi)關(guān)，其內(nèi)部設(shè)有電池盒，電池盒蓋設(shè)于抓握手柄下部，充電口設(shè)于抓握手柄尾部，用于內(nèi)部電源充電。

3.便攜式吸塵黑板擦的工作過(guò)程

便攜式吸塵黑板擦工作時(shí)，首先打開(kāi)底部的擦拭頭保護(hù)蓋，四指握住抓握手柄，拇指按下電源開(kāi)關(guān)，吸塵電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，在手的移動(dòng)下圓形板擦底座與黑板摩擦進(jìn)行擦拭。在吸塵電機(jī)的作用下，粉筆灰通過(guò)擦拭頭上的通孔進(jìn)入第一級(jí)過(guò)濾結(jié)構(gòu)，該過(guò)濾結(jié)構(gòu)能夠吸收大部分粉筆灰，余下部分未被過(guò)濾的粉筆灰進(jìn)入吸塵電機(jī)內(nèi)部，吸塵電機(jī)出風(fēng)口附近的第二級(jí)過(guò)濾結(jié)構(gòu)將粉筆灰完全阻隔，排出干凈的空氣。完成擦拭工作后拇指松開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，電源關(guān)斷，電機(jī)緩慢停下，第二級(jí)過(guò)濾結(jié)構(gòu)所吸入粉筆灰經(jīng)自身重力作用下自動(dòng)進(jìn)入集灰槽中回收，定期傾倒粉筆灰和更換過(guò)濾材料即可。

4.便攜式吸塵黑板擦的特點(diǎn)

本文所提出的便攜式吸塵黑板擦通過(guò)海綿與黑板的摩擦擦拭黑板，并采用家用吸塵器原理將粉筆灰吸入，儲(chǔ)存于圓形板擦底座內(nèi)設(shè)的集灰槽中，其具有以下特征：

（1）便于攜帶。本文所述便攜式吸塵黑板擦體積較小，質(zhì)量約為300g，可隨身攜帶。

（2）使用舒適。其外殼抓握手柄設(shè)計(jì)尺寸貼合人手抓握姿勢(shì)，符合人手抓握習(xí)慣，表面做成四指內(nèi)嵌的形狀，符合人體工程學(xué)原理，提高了黑板擦使用的舒適感。

（3）吸塵電機(jī)的合理選用。本黑板擦采用U64HM-003GK-D直流3V無(wú)刷電機(jī)，其具有高風(fēng)速的優(yōu)點(diǎn)，擁有足夠大的吸力，能及時(shí)排出黑板擦內(nèi)部的空氣，這樣能更好地把粉塵吸入，同時(shí)其具有低噪音的優(yōu)點(diǎn)，最大聲強(qiáng)僅為58dB，低于人類正常說(shuō)話的聲強(qiáng)。

（4）低噪音，運(yùn)行穩(wěn)定。內(nèi)壁隔音材料和散熱孔的搭配使用，降低了黑板擦運(yùn)行過(guò)程中的噪音程度（經(jīng)隔音材料吸收后可降至45dB左右）大大降低了擦黑板的時(shí)對(duì)正常課堂教學(xué)的影響，同時(shí)不會(huì)對(duì)吸塵電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

（5）后期維護(hù)成本低。擦拭海綿、過(guò)濾結(jié)構(gòu)與黑板擦結(jié)構(gòu)活動(dòng)連接可方便更換，其材料可通過(guò)定期清洗循環(huán)使用，降低后期耗材頻繁更換的成本。

（6）電機(jī)工作電路較為簡(jiǎn)單，如圖3所示。

（7）內(nèi)部采用DS2762芯片對(duì)電池電量進(jìn)行監(jiān)控，在即將沒(méi)電時(shí)將會(huì)發(fā)出警告提示。

（8）采用一節(jié)3.7V 18650可充電鋰電池，配備相應(yīng)充電器，當(dāng)電池電量耗盡時(shí)可選擇更換電池和充電兩種方式為下次使用做準(zhǔn)備。

（9）內(nèi)部具有過(guò)熱斷電保護(hù)的功能。采用高錳合金和殷鋼熱膨脹系數(shù)的差距，使其在過(guò)熱的情況下自動(dòng)切斷，避免電機(jī)因連續(xù)工作過(guò)長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生熱量不能及時(shí)排除而燒毀。

5.便攜式吸塵黑板擦的效果

已知電機(jī)徑向直徑D=2.2cm、扇葉轉(zhuǎn)速n=10300r/min，可求得抽風(fēng)量Q為0.0049m?/s=17.64m?/h。

通過(guò)便攜式吸塵黑板擦的擦拭實(shí)驗(yàn)可得其吸塵量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

結(jié)語(yǔ)

本文所述一種可替代傳統(tǒng)黑板擦且適用于我國(guó)教育系統(tǒng)的便攜式吸塵黑板擦，其將吸塵器與海綿巧妙結(jié)合起來(lái)。在外形上，抓握手柄符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，大大提高了使用舒適度；在結(jié)構(gòu)上，各部件位置設(shè)置緊密，充分利用內(nèi)部狹小空間，減小了產(chǎn)品的尺寸，便于攜帶；在材料上，使用輕質(zhì)塑料外殼，降低質(zhì)量的同時(shí)保證了產(chǎn)品的堅(jiān)固程度。與傳統(tǒng)黑板擦相比具有擦拭效果好、無(wú)塵等優(yōu)點(diǎn)。與同類產(chǎn)品比較，所述便攜式吸塵黑板擦具有體積小，吸塵效果好，使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。本文所述便攜式吸塵黑板擦經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作簡(jiǎn)單，可有效地改善教師上課時(shí)的環(huán)境，降低粉筆灰對(duì)教師和學(xué)生的身體危害，適用于各類學(xué)校，市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景廣闊，對(duì)傳統(tǒng)教具的使用具有深遠(yuǎn)意義。

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