摘 要：我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，受教育人口眾多，粉筆會(huì)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都會(huì)繼續(xù)使用，而粉塵亂飛這個(gè)問(wèn)題始終沒(méi)有解決。基于此，文章設(shè)計(jì)出了一種在黑板擦拭過(guò)程中可以用來(lái)吸收粉塵的環(huán)保型黑板擦，成本低廉但是也兼具環(huán)保型和簡(jiǎn)便性，可以達(dá)到低碳環(huán)保的理想效果。

關(guān)鍵詞：可吸收粉塵；環(huán)保；黑板擦

1 概述

我國(guó)是世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，受教育人口眾多[1，2]，粉筆會(huì)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間都會(huì)繼續(xù)使用，而粉塵亂飛這個(gè)問(wèn)題始終沒(méi)有解決。在教室等一般公共教育場(chǎng)所，隨處可見(jiàn)在黑板擦拭過(guò)程中粉塵飛揚(yáng)進(jìn)而影響上課效率。甚至長(zhǎng)此以往會(huì)對(duì)教育工作者或者學(xué)生的身心健康造成傷害。

2 黑板擦設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)的黑板擦設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)黑板擦造型簡(jiǎn)潔，采用長(zhǎng)方體的樣式，便于持握。但是它同時(shí)具有的弊端包括：無(wú)法減輕粉筆粉塵的污染；無(wú)法將黑板擦拭干凈；不能清除死角[3]。前人在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了研究改進(jìn)，絕大多數(shù)采用機(jī)械、電動(dòng)的方法自動(dòng)或半自動(dòng)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(chē)的雨刷裝置刷擦黑板，但沒(méi)有解決粉塵隨處飄的問(wèn)題。

2.2 改進(jìn)的環(huán)保型黑板擦的設(shè)計(jì)

本次改進(jìn)型的環(huán)保黑板擦并沒(méi)有對(duì)其外形做太多的修改或設(shè)計(jì)，文章采用Auto CAD等制圖軟件，對(duì)這種環(huán)保型黑板擦進(jìn)行了創(chuàng)新性的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，即在傳統(tǒng)黑板擦的基礎(chǔ)上增添了一種吸塵裝置，這種吸塵裝置是由兩扇風(fēng)扇葉片組成，當(dāng)我們打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，風(fēng)扇扇葉開(kāi)始工作，通過(guò)強(qiáng)力的吸附和環(huán)保型黑板擦側(cè)面的開(kāi)孔，可以將擦拭過(guò)程中產(chǎn)生的粉筆粉塵吸收進(jìn)黑板擦，從而對(duì)傳統(tǒng)型黑板擦做了有效的改進(jìn)，達(dá)到了環(huán)保低碳的效果。

新型的環(huán)保黑板擦的結(jié)構(gòu)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(wǎng)可以方便的抽取拿出，是粉塵的儲(chǔ)存場(chǎng)所。其容積適當(dāng)，可以供板擦至少10次左右的吸塵量；中間層的風(fēng)扇采用均布對(duì)稱(chēng)的方式，可以有效地增大吸塵面積，有利于全方位的保護(hù)教師和學(xué)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(shè)計(jì)，更方便的保證黑板擦工作的穩(wěn)定性，提高其工作效率。

3 環(huán)保黑板擦的電路設(shè)計(jì)

圖2a）為充電式小型吸塵器的電路圖。它具有充電器，充電時(shí)，變壓器將工頻交流電轉(zhuǎn)換為低壓交流電，低壓交流電經(jīng)限流電阻R1和整流二極管VD1整流成直流電，對(duì)電池充電。使用時(shí)，接通開(kāi)關(guān)，吸塵器即工作。在圖2b）中還具有用作充電指示的發(fā)光二極管VD2和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（即吸力）選擇開(kāi)關(guān)SA。在充電期間，充電電流有部分流過(guò)VD2，VD2點(diǎn)亮；充電快要結(jié)束時(shí)，充電回路中電流很小，VD2微亮；充電結(jié)束后，充電回路中無(wú)電流，VD2熄滅。當(dāng)開(kāi)關(guān)SA與2端接通時(shí)，電動(dòng)機(jī)以全電壓（4.8V）工作，轉(zhuǎn)速高；當(dāng)開(kāi)關(guān)SA與1端接通時(shí)，4.8V電壓經(jīng)R2降壓后加到電動(dòng)機(jī)上，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低[4，5]。

4 實(shí)驗(yàn)?zāi)K測(cè)試與分析

4.1 電源模塊的測(cè)試

（1）利用萬(wàn)用電表測(cè)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(cè)試不同瓦數(shù)的電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)效率[8]，確定電源模塊和電風(fēng)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(cè)試

（1）查找資料，尋找摩擦系數(shù)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(shí)的黑板擦拭過(guò)程，通過(guò)多人反復(fù)連續(xù)測(cè)試，觀(guān)察各種不同擦拭材料的耐用度。用彈簧測(cè)力計(jì)等測(cè)力設(shè)備測(cè)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(dǎo)使用環(huán)境。

4.3 各模塊規(guī)格尺寸組合測(cè)試

（1）根據(jù)預(yù)期的產(chǎn)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(fēng)扇葉片直徑、電動(dòng)機(jī)的功率等的規(guī)格范圍。

（2）將不同規(guī)格的黑板擦和電風(fēng)扇組合，依次接入電源模塊，根據(jù)電源輸出結(jié)果，選取最佳組合。

4.4 整體功能測(cè)試

將各部分零部件組裝起來(lái)，對(duì)環(huán)保黑板擦進(jìn)行模擬使用，觀(guān)察其功能是否正常運(yùn)行。在模擬使用過(guò)程中，重點(diǎn)關(guān)注電機(jī)的工作情況，檢測(cè)其是否可以適應(yīng)來(lái)回抖動(dòng)的環(huán)境。通過(guò)所得模擬數(shù)據(jù)計(jì)算并判斷是否會(huì)對(duì)用戶(hù)使用黑板擦帶來(lái)不便。依據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，尋找解決途徑，對(duì)各部件進(jìn)行改善，最終確定最后的產(chǎn)品方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了將一種創(chuàng)新型環(huán)保的吸塵裝置安裝進(jìn)黑板擦中的設(shè)計(jì)，改善了傳統(tǒng)黑板擦在使用過(guò)程中粉塵飛揚(yáng)、擦拭不干凈、擦拭過(guò)程有死角等問(wèn)題。和同類(lèi)型黑板擦相比，該可吸收粉塵式環(huán)保黑板擦比以往的電動(dòng)黑板擦能耗更低，體積更小，并且重量更輕，擦拭面的材質(zhì)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(méi)有死角。設(shè)計(jì)獨(dú)立的小功率直流供電模塊，具有體積小、造價(jià)低、無(wú)污染等特點(diǎn)。本項(xiàng)目研究改善均是以市場(chǎng)上可以購(gòu)買(mǎi)到的低價(jià)元器件為改善元件，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有元器件、材料的高效組合。

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