王 婷
(1.武昌工學(xué)院,湖北 武漢 430065;2.綠色風(fēng)機(jī)制造湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北 武漢 430065)
在普通教室、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)、家庭教育等很多場(chǎng)合,粉筆作為一個(gè)重要的工具,用于教育者向受教育者傳遞知識(shí)和信息,這種教學(xué)模式也是現(xiàn)今最普遍的形式,因此粉筆的應(yīng)用很廣泛。但是目前的黑板擦多單純采用棉墊、絨布或海綿制作而成,僅采用棉墊、絨布或海綿的黑板擦,在擦拭粉塵的過程中只能將黑板上的印跡擦掉,無法吸附粉塵,這會(huì)造成在擦拭黑板的過程中,飛塵四處飄散在空氣,非常容易被周圍人員呼吸進(jìn)入身體。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在上課過程中,教學(xué)人員吸入的粉塵量每人每年大約會(huì)達(dá)到200 g,其中每年會(huì)有20%概率導(dǎo)致教師人員患肺部疾病和呼吸道疾病等,對(duì)人體的直接傷害和隱形危害非常大?;谪?fù)壓式的吸塵黑板擦設(shè)計(jì),旨在擦拭黑板粉筆印記的同時(shí),用黑板擦吸收粉塵,減少粉塵在空氣中的傳播。
常見除塵方法有:1)慣性力除塵法。利用粉塵與氣體在運(yùn)動(dòng)中慣性力不同,使粉塵從氣流中分離出來。在實(shí)際應(yīng)用中,實(shí)現(xiàn)慣性分離的一般方法是使含塵氣流沖擊在擋板上,使氣流方向發(fā)生改變,氣流中塵粒的慣性較大,不能隨氣流急劇轉(zhuǎn)彎,便從氣流中分離出來。2)離心力除塵法。利用含塵氣體的流動(dòng)速度,使氣流在除塵裝置內(nèi)沿某一定方向連續(xù)地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),粒子在隨氣流的旋轉(zhuǎn)中獲得離心力,導(dǎo)致粒子從氣流中分離出來。3)過濾除塵法。使含塵氣體通過多孔濾料,把氣體中的塵粒截留下來,使氣體得到凈化。過濾式除塵器的濾料是通過濾料孔隙對(duì)粒子的篩分作用、粒子隨氣流運(yùn)動(dòng)中的慣性碰撞作用、細(xì)小粒子的擴(kuò)散作用以及靜電引力和重力沉降等機(jī)制綜合作用的結(jié)果,達(dá)到除塵的目的。本設(shè)計(jì)采用以上3種除塵方式有機(jī)結(jié)合的綜合除塵方式。風(fēng)機(jī)葉片圖如圖1所示。
圖1 風(fēng)機(jī)葉片圖
粉塵經(jīng)過負(fù)壓式吸附之后,由風(fēng)機(jī)葉片帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),靠負(fù)壓式能量可將粉塵吸入相應(yīng)吸塵盒蓋內(nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存,當(dāng)儲(chǔ)存的粉塵到達(dá)一定量之后,可以很方便地打開盒蓋,將粉塵倒掉之后繼續(xù)使用本黑板擦。因此,本產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保,使用十分便捷。吸塵收集盒部分的拆分圖如圖2所示。
圖2 吸塵收集盒拆分圖
黑板擦盒蓋側(cè)面裝入電池,可以為風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力,利用風(fēng)機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)將粉塵吸入盒蓋內(nèi),并可定期清理粉塵收集盒。
粉筆灰通過吸塵孔吸入黑板擦中時(shí),通過黑板擦內(nèi)的過濾裝置可以過濾掉粉塵,使粉塵吸入吸塵收集盒內(nèi),干凈的風(fēng)則從出風(fēng)口出來,這樣可保證收集粉塵的質(zhì)量。過濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
圖3 過濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
本設(shè)計(jì)中黑板擦擦拭部分所采用的材料是軟海綿,軟海綿可以減少在擦拭過程中的摩擦,從而減少磨損,增加黑板擦的使用壽命。擦拭海綿結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
圖4 擦拭海綿結(jié)構(gòu)圖
黑板擦的使用對(duì)象是個(gè)體的人,在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到人使用的舒適性和便捷性,因此黑板擦的手握部分選擇為吸塵黑板擦的上盒蓋,即粉塵的收集盒,且在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)盒蓋兩側(cè)進(jìn)行凹槽處理,為流線形設(shè)計(jì),提高了黑板擦與手的配合度。根據(jù)人體平均手的結(jié)構(gòu)尺寸以及方便使用、滿足使用需求且節(jié)省材料的要求,本黑板擦手握部分的結(jié)構(gòu)尺寸總長(zhǎng)為150 mm,總寬為80 mm,總高為27.2 mm。根據(jù)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),此結(jié)構(gòu)尺寸能夠滿足一般使用要求。黑板擦手握部分的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
圖5 手握黑板擦部分結(jié)構(gòu)圖
目前,市面上的黑板材料主要有4種:彩涂鋼板板面、新型材料復(fù)合板、玻璃黑板和磁性黑板。
當(dāng)黑板采用涂以耐磨涂層的優(yōu)質(zhì)合金鋼板的彩涂鋼板板面黑板時(shí),由于其本身也有著粉塵少、易擦除的特點(diǎn),再配合這款黑板擦基本可以達(dá)到無塵的效果,肉眼已經(jīng)看不見粉塵。
當(dāng)黑板采用新型材料復(fù)合板時(shí),這種材料是由進(jìn)口的高分子合金顆粒與環(huán)氧樹脂一次性壓制成型的,表面未經(jīng)過任何的處理。當(dāng)用本款負(fù)壓式吸塵黑板擦進(jìn)行擦拭時(shí),能很好地將粉塵擦拭干凈,并吸附到裝置中,避免了粉塵大量被人體吸入。
當(dāng)黑板是玻璃黑板時(shí),由于這種黑板產(chǎn)生粉塵大且不易擦拭干凈,使用時(shí)間稍久,黑板上就會(huì)有一道道的痕跡。在使用這款黑板擦后,粉塵明顯減少,擦拭后也不容易留下痕跡。
當(dāng)黑板采用磁性材料時(shí),即在普通黑板的表面涂上一些磁性顆粒,這種材料上的粉筆印跡也能很好地被本黑板擦擦拭掉,且粉塵能被吸入黑板擦內(nèi)儲(chǔ)存,防止了對(duì)人體造成傷害。
1)降低或消除粉筆灰對(duì)教學(xué)過程和教學(xué)人員的影響;2)與傳統(tǒng)黑板擦規(guī)格相當(dāng),并加以人機(jī)一體化這一理論,使用習(xí)慣舒適;3)整體結(jié)構(gòu)環(huán)保且節(jié)能,電池可以循環(huán)使用,所使用的材料不容易磨損且十分方便清洗;4)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,造價(jià)成本低,使用方便,易于制造。
通過以上設(shè)計(jì),最終所完成的吸塵黑板擦結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖6所示,結(jié)構(gòu)裝配圖如圖7所示。
圖6 黑板擦結(jié)構(gòu)爆炸圖
圖7 黑板擦結(jié)構(gòu)裝配圖
經(jīng)過初步研究,筆者對(duì)吸塵黑板擦的除塵方式、吸塵收集盒、過濾網(wǎng)、擦拭部分等進(jìn)行了設(shè)計(jì),該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且能有效減少在擦拭黑板過程中粉塵的擴(kuò)散,可顯著改善空氣環(huán)境、降低粉塵對(duì)人體的影響[1-5]。該吸塵黑板擦相比傳統(tǒng)黑板擦,降低了粉塵對(duì)人體及環(huán)境的污染,將慣性力除塵法、離心力除塵法和過濾除塵法進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合。材料使用具有耐磨性的材料,電池為鋰電池,可循環(huán)使用。