（塔里木大学 信息工程学院）
摘要：针对教育设施--黑板擦使用过程中费时费力及粉尘产生等问题，设计了一种自动吸尘擦黑板装置，通过Solidwork对此装置进行了三维结构的设计，并阐述其结构组成及基本工作原理。该款无尘自动黑板擦由吸尘装置、积尘装置两部分组成。电机带动整个吸尘装置完成清洁作业;在毛刷的带动下利用吸尘功能将黑板擦过程中的粉尘自动吸入到吸尘装置中，水箱喷水雾减少少量飞尘，防止二次污染造成，本产品具有耐用、结构简单、快速、无尘等特点，其中无尘的实现有利于师生的身体健康和教室环境的清洁。
关键词：自动；无尘黑板擦；二次清洁；设计与分析
一、新型自动吸尘黑板擦的设计思路
自动吸尘黑板的设计初衷，是为了极大限度的减少由黑板擦带来的粉尘二次扩散。这其中，关键要解决问题是关于粉尘的吸收与防止粉尘的二次扩散。因此，本论文由传统的黑板擦的改革与创新入手。通过采用带有电机驱动和负压吸尘原理功能的自动吸尘黑板擦，解决擦拭黑板中不可避免的粉笔扬尘和未被电机吸收的粉尘问题[1]。由开关控制整个吸尘、清洁系统，在吸尘电机的带动下，粉尘由负压原理被吸入集尘箱，其中增加水箱装置，少量还未被吸入的灰尘飞起时，手动按压活塞出水孔喷水雾，起到降尘的作用，在由负压的作用再次被吸入储物箱，达到二次清洁效果，本技术是由电机驱动技术的自动的黑板擦构成，由电机动力系统、储存系统、吸尘系统、水箱、以及毛刷、曲面风扇等机构构成。使用时可通过按压开关按钮实现板擦的自动运转，清除黑板擦在擦拭黑板过程中产生的粉笔粉尘[2]。避免的大量的粉尘吸入同时节省时间和精力，为教学提供一个绿色的教学环境。
二、新型自动吸尘黑板擦的工作原理
新型自动吸尘黑板擦的工作原理见图
１、吸尘原理
电机将整体式黑板擦擦拭黑板上的字体并及时清除在此过程产生的粉笔粉尘[3]。在清除的过程中，由微声吸尘电机通过吸附作用，将粉笔粉尘吸收至集尘框内，其工作原理是风机旋转形成负压，使粉尘经透气孔进入黑板擦体内。同时，过滤灰尘，将其留在盒内，隔音棉的采用使噪声大大减小了不少。该黑板擦的优势体现在，一是黑板擦的擦拭过程有极少数粉尘的产生，二是吸入黑板擦内部的粉尘可以被暂时固定在盒里[4]，放置粉尘飞出造成空气再次被污染，三是已经清理完毕的粉尘集中在盒内，易于打扫。这样一来，该款黑板擦的使用给教师教学和学生课业都带来了很大的便利条件，带给了教室里一个干净明亮，空气清新的学习环境。甚至，有实验表明，使用这种新型自动除尘黑板擦，除尘率达到了94%以上。
图1 自动吸尘黑板擦工作原理图
三、新型自动吸尘黑板擦的技术方案
1.小型直流吸尘电机作为该黑板擦的主要内部吸尘装置，具有吸引力强，噪声小的特点，通电后，直流电机就可以开始工作，将空气中的粉尘吸入黑板擦内部。
2.该黑板擦利用的是吸尘电机提供的强大吸引力，而不是直接使用吸尘管道，所以不会因为吸尘管道的长期使用而影响吸尘效果。
3.该黑板擦结构简单，占用空间小，利于携带。
4.减少了常用吸尘器复杂的结构，本产品黑板擦体积小，便于携带。
5.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[5]。
6.增加水箱装置，在未被吸入的灰尘飞起时，手动按压活塞出水孔喷水雾，达到二次清洁效果。
该自动吸尘黑板擦由擦拭、吸尘装置、积尘装置、水箱四部分构成，具体结构如图1所示，图2在Solidwork中建立的自动吸尘黑板擦的三维实体图
3.1擦拭部分
黑板擦的擦拭效果良好，其主要依赖于绒毛材料的使用。擦拭部分主要有三部分组成。分别是，空气过滤片、粉尘过滤片积尘盒[6]。这三部分所使用的均是绒毛材料。粉尘过滤片的主要目的是过滤吸入的粉尘，所以对其透气性较高，采用了含绒布袋复合材料，很轻松的将粉尘吸净；空气过滤片的目的是为了将吸进盒内的粉尘暂时贮存，采用了双层的海绵保证空气流通，防止粉尘流失或漏出。当贮存在盒内的粉尘过多，即可打开积尘盒倒出粉尘。积尘盒的位置就在擦拭部分上方，安装与拆卸十分方便。
3.2吸尘装置设计
黑板擦的吸尘装置由六部分组成，分别是外壳、电机、风机叶片、电池盒、电机盒、曲面风扇。叶片在电源启动后开始旋转，吸引力在很短的时间内迅速逐渐增强，当气体压力差在积尘盒内部形成，灰尘也就无一例外的被吸入了盒子背部。
3.3水箱装置设计
喷水装置由出水孔、水箱构成，在黑板擦工作的过程中产生少量扬尘无法被吸入吸尘装置，此时手动按压活塞喷雾从出水孔中喷出，从而达到少量浮沉的沉降，达到二次清洁目的。
五、新型黑板擦的特点
本文所提出的新型黑板擦通过毛刷的自动旋转擦拭黑板，并采用吸尘器原理将粉笔灰吸入，其具有以下主要特征：
1.外壳设计尺寸贴合人手抓握姿势，利于人手的抓握和掌控，不易滑落，表面形状依赖于人体工程学原理，拇指内嵌，触感舒适[7]。
2.该黑板擦由于内部的小型直流吸尘电机作用，吸引力非常强大，噪音几乎可以忽略不计。通电后，吸尘过程里，粉尘全部被吸进黑板擦内部，黑板擦不与吸尘管道相连，不会影响家用吸尘器的管道吸尘效果[8]。
3.黑板擦的刷子有自动旋转功能，擦拭面积广，擦拭效果好，提供可替换刷头，使板擦架子可以长期的使用。
4.黑板擦的水箱具有降低浮沉的效果，粉尘吸入率有很大的提高。
5.水箱的增加，从而达到少量浮沉的沉降，将少量粉尘吸入率降低。
结论
这一款无尘黑板擦设计原理易于理解，设计形式新颖，对于预期的功能需求基本上都能够实现。黑板擦在吸收扬尘时，效率可达到最大，且使用形式简便，易学易用，使其比起传统的黑板擦，擦拭时间减短，避免了粉尘弥漫，独特的清洗装置使得擦拭过程变得更加干净方便。本设计的思维模式突破了一贯的重力因素影响，采用了真空负压的概念，外加于黑板擦先进的硬件设备，如离心式的风机系统，在板擦底部电动机的高速驱动下，空气形成内外循环，在及时在黑板擦底部补充气体的条件下，补充的气体和外界大气压形成的负压差，使黑板擦不会产生瞬时真空的现象，从而达到黑板擦能够一直紧贴黑板。黑板擦运动过程中将粉尘吸附进内部的盒子，也是依赖于风机的运作原理。
参考文献
[1]常东阳,冯明佳.无尘自动黑板擦设计[J].吉林农业科技学院学报,2018,27(01):64-66+120.
[2]陈光轩,李明大.便携式吸尘黑板擦的设计[J].中国新技术新产品,2017(12):144-146.
[3]林栋.一种无尘黑板擦的设计研究[J].科技传播,2016,8(02):197 -198.
[4]孟威.新型自动吸尘黑板研制与应用[J].实验技术与管理,2015, 32(07):104-106.
[5]袁湘月,年兴,朱怡霖,樊丽,杨雪峰,刘乔溪.新型除尘黑板擦的研究与改进[J].机电产品开发与创新,2012,25(04):50-51.
[6]何晓飞,叶小飞,楼剑阳,沈楼弘,潘柏英,呼格吉乐.电动吸尘黑板擦的设计与研究[J].电子制作,2016(12):1.
[7]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(04):184-185.
[8]胡震禹,万卉.一种负压式黑板擦吸尘器的设计及应用[J].武汉船舶职业技术学院学报,2006(05):61-64.
论文作者:毛佳艺,王颜明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：黑板擦论文; 粉尘论文; 装置论文; 电机论文; 水箱论文; 无尘论文; 黑板论文; 《电力设备》2019年第4期论文;