| 标题 | 便携式吸尘黑板擦的设计 |
| 范文 | 陈光轩 李明大 摘 要：目的：针对目前市场上所销售黑板擦无吸尘功能的问题，设计一款能便于携带且可吸尘的黑板擦。方法：采用黑板擦与吸尘电机的结合，在擦拭黑板时启动吸尘电机，使其吸入所擦拭黑板表面附近的空气，同时将擦拭黑板所产生的粉笔灰吸入并储存于粉笔灰集灰槽中。通过吸尘电机气流径向通过面积和抽风风速计算出吸尘电机的单位时间抽风量以及实验得出黑板擦吸收粉笔灰的效率。结论：通过便携式吸尘黑板擦的擦拭实验，其吸尘效率可达80%，基本达到预期目标。与同类产品相比，该产品体积小，便于携带，维护成本低，吸尘效果明显。 关键词：便携；吸尘；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 中圖分类号：TS951 文献标识码：A 粉笔和黑板作为教学中必不可少的教具使用已有很长的历史，它们对教育事业的发展起到了不可估量的作用，如今很多学校采用白板、PPT课件教学模式，但其不能完全取代传统的粉笔黑板教学模式，课堂教学还是应当以粉笔黑板为主。然而，擦黑板时所产生的粉笔灰一直困扰着人类，粉笔灰严重影响了师生的身体健康。粉笔灰的主要成分是游离的二氧化硅（SiO2），其粒子体积较大，因此很难被呼吸道排出。教室内空气中粉笔灰浓度很高，可直接作用于上呼吸道，引起萎缩性鼻炎、咽炎等。根据国家教育部1993年的资料显示：我国师生每年吸入的粉笔灰质量约为200g/人，患呼吸道、肺部疾病、癌症的约20%。经调查，目前市场上大多数黑板擦仍是由塑料或者铁质外壳粘上海绵、毛质甚至绒质材料制成的传统黑板擦。擦拭黑板时如用力过小，黑板的表面很易留下书写过的痕迹且很难擦干净。大面积擦拭时，黑板擦表面附着的粉笔灰不能及时清理，使用时不仅效果差，擦拭后还会在黑板上留下大量粉笔灰，粉笔灰将大量漂浮在空气中，老师、学生将会吸入呼吸道中。近年来市面上出现了许多黑板替代产品，但其使用效果远不及黑板和粉笔。鉴于传统黑板擦的各种弊端，市面上出现了许多改良的黑板擦。如改变其材料、改善其结构，甚至将黑板与黑板擦做成一套自动擦拭系统等。这些黑板擦各具特色，但都没有起到除尘的作用。目前市场上推广的吸尘黑板擦吸尘效率低、结构复杂、不能进行局部擦拭，价格昂贵等。本文介绍了一种通过吸尘电机与海绵巧妙结合的便携式吸尘黑板擦。此黑板擦可完全替代现有普通黑板擦，在提高擦拭效率和擦拭质量的同时还能减少甚至消除粉笔灰飞扬的现象，在教学中具有重要意义。 1.便携式吸尘黑板擦的原理 便携式吸尘黑板擦的想法来源于家用小型吸尘器，吸尘器之所以能够用来清理微小的灰尘颗粒，是因为其内部拥有一个大功率、强吸力的吸尘电机，通电时吸尘电机高速旋转产生强的吸力，箱体内空气被高速排出，同时，与吸尘电机抽风口相连的管道中的空气不断吸入补充箱体内的空气，吸尘口吸入含灰尘的空气，经箱体内部过滤排出。 本文所述便携式吸尘黑板擦的除尘原理与家用吸尘器有相似的地方，同时也有自己独特的地方： （1）本便携式吸尘黑板擦内部安装有一个强吸力、低噪音的小型直流吸尘电机，在通电的情况下，吸尘电机开始工作，擦拭时，吸尘电机将含粉笔灰的空气吸入黑板擦内部。 （2）本黑板擦完全不通过吸尘管道连接，可充分利用吸尘电机所提供的吸力，避免了家用小型吸尘器因连接长吸尘管道对吸尘效果的影响。 （3）减少了家用吸尘器复杂的结构，所述黑板擦体积小，便于携带。 （4）其具有双层过滤能力，在吸尘电机抽风口和出风口分别具有过滤结构，两层过滤结构的巧妙结合，可提高黑板擦排气孔排出空气的洁净度。 2.便携式吸尘黑板擦的结构 黑板擦外部结构形如“瓢”状，整体由塑料制成。其主要特征包括圆形板擦底座，黑板擦外壳，如图1所示；圆形板擦底座结构如图2所示。 圆形板擦底座内部设有粉笔灰集灰槽，下部设有擦拭头，与圆形板擦底座活动连接，擦拭头下部设有擦拭头保护盖。擦拭头由薄状海绵擦拭片与其包裹着的硬质塑料底板构成，底板上设有若干吸尘通孔。圆形板擦底座与黑板擦外壳活动连接，方便了粉笔灰的倾倒与擦拭头的更换。 黑板擦外壳下部，即与圆形板擦底座连接处设有吸尘电机，吸尘电机抽风口与圆形板擦底座擦拭头吸尘通孔间设有粉笔灰过滤结构，同时，位于出风口附近的黑板擦外壳上也设有过滤结构，其上均匀分布着若干直径1.5mm的排气孔。本黑板擦将吸尘电机封闭于黑板擦外壳内部，由于吸尘电机在高速运行的过程中发出噪音，同时会产生一定的热量，故在其内壁搭配使用隔音棉和开设散热孔，可降低吸尘电机的噪音，使吸尘电机能长时间稳定运行。黑板擦外壳上部设有抓握手柄，抓握手柄下部设有相应的手指凹陷纹理，符合人体工程学设计，提高了使用的舒适度。抓握手柄上部设有电源开关，其内部设有电池盒，电池盒盖设于抓握手柄下部，充电口设于抓握手柄尾部，用于内部电源充电。 3.便携式吸尘黑板擦的工作过程 便携式吸尘黑板擦工作时，首先打开底部的擦拭头保护盖，四指握住抓握手柄，拇指按下电源开关，吸尘电机开始运行，在手的移动下圆形板擦底座与黑板摩擦进行擦拭。在吸尘电机的作用下，粉笔灰通过擦拭头上的通孔进入第一级过滤结构，该过滤结构能够吸收大部分粉笔灰，余下部分未被过滤的粉笔灰进入吸尘电机内部，吸尘电机出风口附近的第二级过滤结构将粉笔灰完全阻隔，排出干净的空气。完成擦拭工作后拇指松开电源开关，电源关断，电机缓慢停下，第二级过滤结构所吸入粉笔灰经自身重力作用下自动进入集灰槽中回收，定期倾倒粉笔灰和更换过滤材料即可。 4.便携式吸尘黑板擦的特点 本文所提出的便携式吸尘黑板擦通过海绵与黑板的摩擦擦拭黑板，并采用家用吸尘器原理将粉笔灰吸入，储存于圆形板擦底座内设的集灰槽中，其具有以下特征： （1）便于携带。本文所述便携式吸尘黑板擦体积较小，质量约为300g，可随身携带。 （2）使用舒适。其外壳抓握手柄设计尺寸贴合人手抓握姿势，符合人手抓握习惯，表面做成四指内嵌的形状，符合人体工程学原理，提高了黑板擦使用的舒适感。 （3）吸尘电机的合理选用。本黑板擦采用U64HM-003GK-D直流3V无刷电机，其具有高风速的优点，拥有足够大的吸力，能及时排出黑板擦内部的空气，这样能更好地把粉尘吸入，同时其具有低噪音的优点，最大声强仅为58dB，低于人类正常说話的声强。 （4）低噪音，运行稳定。内壁隔音材料和散热孔的搭配使用，降低了黑板擦运行过程中的噪音程度（经隔音材料吸收后可降至45dB左右）大大降低了擦黑板的时对正常课堂教学的影响，同时不会对吸尘电机的稳定运行造成影响。 （5）后期维护成本低。擦拭海绵、过滤结构与黑板擦结构活动连接可方便更换，其材料可通过定期清洗循环使用，降低后期耗材频繁更换的成本。 （6）电机工作电路较为简单，如图3所示。 （7）内部采用DS2762芯片对电池电量进行监控，在即将没电时将会发出警告提示。 （8）采用一节3.7V 18650可充电锂电池，配备相应充电器，当电池电量耗尽时可选择更换电池和充电两种方式为下次使用做准备。 （9）内部具有过热断电保护的功能。采用高锰合金和殷钢热膨胀系数的差距，使其在过热的情况下自动切断，避免电机因连续工作过长时间产生热量不能及时排除而烧毁。 5.便携式吸尘黑板擦的效果 已知电机径向直径D=2.2cm、扇叶转速n=10300r/min，可求得抽风量Q为0.0049m?/s=17.64m?/h。 通过便携式吸尘黑板擦的擦拭实验可得其吸尘量，实验结果见表1。 结语 本文所述一种可替代传统黑板擦且适用于我国教育系统的便携式吸尘黑板擦，其将吸尘器与海绵巧妙结合起来。在外形上，抓握手柄符合人体工程学设计，大大提高了使用舒适度；在结构上，各部件位置设置紧密，充分利用内部狭小空间，减小了产品的尺寸，便于携带；在材料上，使用轻质塑料外壳，降低质量的同时保证了产品的坚固程度。与传统黑板擦相比具有擦拭效果好、无尘等优点。与同类产品比较，所述便携式吸尘黑板擦具有体积小，吸尘效果好，使用周期长等特点。本文所述便携式吸尘黑板擦经济实用，操作简单，可有效地改善教师上课时的环境，降低粉笔灰对教师和学生的身体危害，适用于各类学校，市场开发前景广阔，对传统教具的使用具有深远意义。 参考文献 [1]刘述，李广武.选择粉笔黑板模式还是PPT课件模式——解剖课堂教学效果的比较[J].解剖学研究，2014（5）：393-396. [2]郝超君.“黑板”“白板”之争[J].中国教育信息化，2011（20）：9-11. [3]陈德谦，王志坤.对一款全自动无尘黑板擦的研究[J].电子世界，2014（4）：184-185. [4]曹蔚.对高校教师健康体检的实证分析[J].现代预防医学，2012，39（5）：1193-1195. |
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