劉涵宇　楊風霞　湯蒙

摘 要：在日常教學中，粉筆灰嚴重的威脅到教師的健康，影響了投影儀、電腦等教學設備的運行和維護。人們對普通粉筆不斷改進更新推出無塵粉筆，但仍不能有效解決問題。所以本項目就其困境，將思維轉向對黑板擦的改良。在傳統(tǒng)板擦的基礎上，在其內部裝入電機、小風扇等裝置，增強板擦對粉筆灰的吸附力，并改良其毛層的結構與材料，起到更有效的作用，改良后該款板擦較已研發(fā)出的電動板擦更加輕巧便攜，適用性更強。

關鍵詞：負壓吸塵;集塵室;電動黑板擦

在國外，由于小班教學及教育發(fā)展較成熟，教學上大多使用白板及油墨筆，這種白板沒有粉筆灰的危害，但是成本較高;在國內，基于我國的發(fā)展及人口現(xiàn)狀，教學上依舊普遍使用黑板和粉筆，并且這種現(xiàn)狀在未來較長一段時間內無法改變。

對于教師，教師在教學過程中需要頻繁接觸粉筆書寫板書，粉筆灰不可避免的會殘留在他們的手上、頭發(fā)上，以及衣服的袖口和肩膀等處，不僅難以清洗且對皮膚有刺激性危害。人體皮膚所生存的環(huán)境為弱酸性，而粉筆灰的堿性會使皮膚變得干燥、粗糙并產(chǎn)生瘙癢的感覺，引起人們的不適，嚴重的還會引發(fā)毛囊炎，導致大量脫發(fā)等癥狀。此外，那些不可避免被吸入呼吸道的粉筆灰能否導致肺部功能下降甚至患癌一直是廣大教師關注的問題。上述情況已經(jīng)嚴重影響了教師的正常生活。

對于教學設備，如今國家在教育方面投資逐年增加，很多高校已經(jīng)配備了投影儀、電腦等電子教學設備，電子設備與黑板的距離不足一米，長期的使用令其縫隙中堆積了難以清除的粉筆灰，縮短了設備的正常使用年限，造成資源的浪費。

1 吸塵黑板擦材料選擇

1）外殼：采用塑料作為外殼材料。塑料性能穩(wěn)定，減磨耐磨性好，且密度小，質地輕。最主要的是塑料加工性能良好，熔融后的熔體很容易成型成各種所需要的形狀，可通過相適應的模具制成滿足要求的黑板擦外殼。

2）風扇：渦輪風扇。相較于傳統(tǒng)扇葉風扇，渦輪風扇轉速高，可以在最小的空間內輸出更強的風力，單位時間內黑板擦內部排出的空氣更多，產(chǎn)生的真空區(qū)域更大，即壓力差更大，對粉筆灰的吸力就越強。不同功率的風扇產(chǎn)生的對粉筆灰的吸附效率不同，經(jīng)過進行不斷的實驗優(yōu)選，最終確定最佳風扇型號為……

3）電源：5號電池盒帶線兩節(jié)裝，可提供3V穩(wěn)定電壓。

4）毛層：經(jīng)過多次實驗比較，電動吸塵黑板擦毛層采用羊氈毛層。羊氈毛柔軟易變形，可適應不同角度細致的擦拭。且較傳統(tǒng)黑板擦的化纖毛層，羊氈毛稠密程度適當，在擦拭時增大與黑板間的摩擦力，不易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。羊氈毛中可夾雜少許雜質毛絮和麻布，即降低成本又可增大摩擦力，起到更好的擦拭效果。

2 吸塵黑板擦原理研究

2.1 工作原理簡介

真空負壓吸塵黑板擦，是利用真空負壓抽吸原理，將散落在講臺、設備及管道上的粉筆灰及其他細小灰塵收集起來，再進行轉移處理的裝置。

板擦毛氈層設有突出的接觸按動開關，當板擦毛層接觸黑板時，只需輕微的壓力將開關按下且保持按住狀態(tài)，內部電路便可接通，電動吸塵板擦即可啟動并持續(xù)工作。

2.2 負壓吸塵系統(tǒng)設備特性

1）原理簡單，操作方便;依靠簡單電路，通過一個小型渦輪風扇即可使黑板擦產(chǎn)生較強的負壓吸塵能力。

2）運行安全;電動吸塵黑板擦電源采用的3V干電池足以使內部電路正常工作，電壓低，且電元件均用絕緣材料與外部隔離，降低了安全風險。

2.3 粉塵逸散的控制的研究

市面已研發(fā)出的電動吸塵板擦對粉筆灰的吸力相差不大，故提高電動板擦的吸塵效率不在于吸收粉筆灰的多少，而在于增強對粉塵逸散的控制，這對集塵裝置的要求非常高。集塵裝置的設置須遵循以下基本原則：

1）集塵室的設置，要按防止粉塵逸散到周圍環(huán)境空間的原則確定，集塵室的吸氣宜盡可能利用含塵氣流的運動作用。

2）集塵室不應設在氣流含塵高的部位或粉筆灰飛濺區(qū)內。板擦體積較小，集塵室的空間更小，設在氣流含塵高的位置很可能在集塵室內形成氣流循環(huán)，反而對集塵效果造成極大的影響;設在粉筆灰飛濺區(qū)不易于收集粉筆灰，起不到良好的集塵作用。

3）集塵室需要有一定的空間，以緩沖氣流減小正壓。

4）集塵室應盡可能將塵源點包圍起來，使粉筆灰的擴散限制在最小的范圍，便于收集粉筆灰。

5）集塵室應力求結構簡單，便于安裝，可拆卸清理積攢的粉筆灰，且不影響吸塵系統(tǒng)的操作和維護管理。

2.4 吸塵效率最優(yōu)的研究

吸塵系統(tǒng)設計中還須合理確定系統(tǒng)的設計風量，使整個吸塵系統(tǒng)的設計既經(jīng)濟又合理，在確保對粉塵逸散點的有效控制的前提下，不要肆意放大吸塵風量，否則會引起吸塵系統(tǒng)龐大，設計尺寸偏大，耗能加大，成本和運行費用增大，加大機組工作的負擔。

1）風量最大的時候其吸塵風扇葉輪高速旋轉，風向向前，吹出的空氣比補進的空氣多，因此風葉的后部產(chǎn)生負壓，就是“真空”，負壓將灰塵吸進機器，在集塵袋中過濾下來。風機葉輪的后部是吸入，前部是排出，效率最高。

2）當真空度大于最有值時，隨著真空度的增加，其吸塵效率逐步降低。

由上述兩點可知道，計算吸塵器的吸力基本沒有任何意義，最佳吸力是通過實驗得出的一個結論，通常來說，這個最佳值在一個大氣壓到-0.03MPa（G） 之間，當壓力進一步低的時候，其吸塵效率就會逐步大幅降低。

2.5 過濾裝置的研究

過濾材料越細密就可以將空氣過濾的越干凈，但透氣度就差，這樣影響了渦輪風扇吸入的風量，降低了吸塵器的效率。因此做成波浪形以增加透氣面積。任何過濾材料都有“壽命”，也就是長期使用后過濾材料的微孔已被小顆粒灰塵堵死，因此，一次性布制材料時比較理想的，衛(wèi)生又方便。SMS三層復合過濾材料耐洗，但透氣度稍低。

3 成果

根據(jù)設計要求和適用的場合，最后確定電動吸塵黑板擦的底部尺寸為13×7cm，高為4cm。上部外殼兩端設計成符合使用者手掌曲線的圓弧狀。在吸塵黑板擦上設計可方便清理的裝置，并為了合理利用板擦內部空間，節(jié)約成本，則將渦輪風扇與隔塵布固定在一起，電池盒固定在毛層背面。

把開關安裝在底面毛層中間，開關受力均勻，易于開關。

部件說明。按動開關：開關表層同樣設置毛層，使吸塵黑板擦在運行時不影響擦拭效果。

電池盒：固定在底面毛層上，更換電池時可直接拆卸底層，操作簡便。

隔塵布：隔塵布安裝在使板擦內部空間可分為1：1的位置處，攔截過濾粉筆灰。

圓孔：用直徑為8mm的細密圓孔作為排氣出口，設計在吸塵板擦外殼兩個圓弧面處，不影響使用手感。

4 問題討論

對于目前的研究成果，還存在很多需要改進的方面。

1）在集塵方式方面：目前的集塵原理為負壓吸塵，依靠過濾網(wǎng)布阻擋攔截吸入的粉筆灰，使其落入集塵室內。此方法雖然操作簡單且成本低，但是長時間工作后過濾網(wǎng)布易堵塞，對渦輪風扇產(chǎn)生的負壓吸力有阻礙作用，影響吸引粉筆灰的效率。因此提出對集塵方式的改良設想：更換電源，改用交替電流，在吸塵時渦輪風扇正常工作，產(chǎn)生較強的風速，將粉筆灰吸入板擦內。待粉筆灰吸進板擦后，渦輪風扇風扇的風速變小，使粉筆灰由于重力作用下降，落入集塵裝置中。

2）在電路控制方面：我們設計在板擦底部裝置接觸按動開關，在使用時接觸黑板輕壓開關即可運行，擦拭結束時離開黑板黑板擦便停止工作。但是使開關接通于電路的最小壓力沒有進行具體研究，對于按動開關可能存在的滯塞等日常維護問題也未得到解決之法。電池盒處于板擦內部，更換電池需要拆卸底層毛層，若改換成可充電的蓄電池，即可解決電池更換的麻煩并提高了提供給電路的電壓，可換用功率更大的渦輪風扇產(chǎn)生更大的負壓，提高效率。

5 結語

電動吸塵黑板擦在傳統(tǒng)板擦的基礎上進行創(chuàng)新性改良優(yōu)化，使其具有吸收并收集粉筆灰的功能，原理簡單，操作方便，有效地解決了長期以來粉筆灰對教師健康的困擾，為孩子們提供了一個更加潔凈舒適的學習環(huán)境。但就目前研究成果來看還存在許多需要改進的方面，仍需不斷試驗研究出實用性更強的電動吸塵黑板擦。遠期如果可以得到更好的研究成果，并投入到日常的教育使用中去，則會對我國教育事業(yè)以及環(huán)保事業(yè)具有積極的意義。

參考文獻：

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