负压式吸尘黑板擦设计分析

李识宇 向浩

摘 要：黑板擦是教学中不可或缺的教具，能够有效去除粉笔字迹。然而，传统粉笔粉尘较大，黑板擦在去除字迹的过程中，无法对全部粉尘进行吸附，对学生和教师健康产生较大影响。负压式吸尘黑板擦是一种高效去除灰尘的研究方向，通过合理地设计，能够有效去除粉尘，可以应用在除尘黑板擦设计中。

关键词：负压式;吸尘黑板擦;固相分离

传统黑板擦多由抹布、海绵等材料制作而成，主要是为了去除黑板字迹，往往忽略了粉笔粉尘对教室内学生健康的影响。想要保证教师、学生健康，就要设计专门的吸尘黑板擦。负压技术利用风机和过滤设施，将黑板擦下的粉尘过滤、吸附，减少粉尘扩散。

1粉笔的特点

粉笔的原材料以石膏和碳酸鈣粉为主，其颗粒大小对人体的伤害有很大影响。超过10微米的尘粒会被阻挡在气管之外，5至10微米的尘粒可以通过咳嗽、喷嚏等保护性反射而排出，而低于5微米的尘粒则会在肺泡区深处停留，对人体造成极大的伤害。

2除尘黑板擦的设计

2.1合理选择除尘方式

2.1.1惯性力除尘法

通过对粉尘和气体在运动过程中的惯性力的差异，将粉尘与空气相分离。在实践中，采用常规的惯性分离方式是通过将含尘气体撞击在隔板上，从而改变空气的流动方向，由于气流中的尘埃具有很大的惯性，无法随着空气的急速旋转而脱离。

2.1.2离心力除尘法

采用含尘气体的流速，在除尘器内部以一定方向上的气流持续转动，从而产生离心力，将颗粒与气流分开。

2.1.3过滤除尘法

将粉尘气体通过多孔过滤器，将粉尘颗粒吸附在空气中，从而净化空气。以过滤方式为基础的吸尘器是利用有空隙的过滤材料将目标粒子筛分出来，利用惯性碰撞、扩散现象和粒子所受静电力及重力共同作用，实现去除粉尘。该方案是将上述三种除尘方法有机地结合起来的一种综合除尘方法[1]。

2.2吸尘收集盖的设计

当粉尘被负压吸收后，通过风扇的叶片转动，通过负压的方式，可以将粉尘吸入到相应的吸尘器盒盖中。当粉尘积累到一定数量的时候，可以很容易地将盒子的盖子掀开，将粉尘清理干净，然后继续使用[2]。因而，该产品既节约能源又环保，又方便快捷。黑板擦盒盖的侧面装有一块电池，它能驱动风扇，通过风扇的转动把灰尘吸进盒盖，并能定时清洁粉尘的收集盒。

2.3过滤网的设计

当粉笔灰被吸进黑板擦时，它会被其内部的滤芯过滤，并将粉笔灰吸进吸尘器集尘箱中，干净的空气从出风口排出，从而确保了除尘的效果。

3设计思路

要处理黑板擦中积尘的问题，必须采取有效的措施，把积尘从黑板擦的容尘面上剥离出来，同时，能有效地收集和捕捉脱落的粉笔粉尘。当粉尘累积到一定数量后，要尽可能用便捷的方法对收集的粉尘进行处理。负压抽真空是一种高效的通风除尘技术，它可以通过单相电机驱动离心风机，在负压下形成负压空气，同时还可以使用220 V独立供电电源。针刺毡是一种具有三元结构的气-固相分离过滤材料，它的静吸尘率大于99.99%，孔隙率可达到70%-80%，比普通织物过滤材料的116-210倍。因此，其本身具有良好的透气性、低阻力、能有效地捕捉-5um以上的灰尘。从收尘效率、截留颗粒大小、空气渗透性能和过滤阻力等几个角度来看，针刺毛毯均能有效地捕捉粉笔粉尘。为了减少吸尘器的空气阻力，同时考虑到粉笔粉尘±10um颗粒在空气中的沉积性能，黑板擦吸尘器整体采用了顺流式布置，通过灰尘自身的重量和空气中的夹持力，将灰尘吹向地面，实现了重力沉降和空气过滤的双重收尘。利用清灰网格栅将积存的灰尘从板擦的容尘表面剥离出来，制成带有斜墙的蜂窝状结构是一种新的多孔结构，其生产工艺已相当成熟。六边形蜂窝状结构的孔隙率高、强度性能好、重量比高，筛筋的斜向排列可以有效地制止滤袋内的灰尘排出，而且必须使筛条的倾角大于粉笔的停止角。负压式黑板擦吸尘器涉及一种新型的真空吸尘器，其技术原理是：利用风扇电机和抽风筒形成气流，利用滤袋组合体进行气体、固体的气固相相结合，并利用筛网型除尘设备将累积的灰尘从黑色的容尘层中剥离出来。在构造上，利用空气分配设备均匀地分配空气。除尘装置，过滤袋总成和空气分配装置采用拼块形式，没有连接构件，可重复利用的滤袋组合体进行过滤。根据以上技术，在负压力型吸尘器工作时，将黑板擦放在吸尘器的除灰器上，使用者在黑板上反复摩擦，得到轻微的振动，粉尘在自引力和引风机的作用下，被吸入到滤袋中，再由滤袋进行气体和固体的分离，从而捕捉粉尘。在清理过滤袋内的粉尘时，将其与空气分配设备一同排出，并将其倾倒于塑料袋内作为不可燃、不可回收的废料[3]。

当所采集的粉尘累积至一定数量时，必须将所采集的粉尘清理干净，然后将所述的除尘设备拆下，连同所述的空气分配设备一同将所述的粉尘排出，然后将所述的粉尘装入一个塑料袋内，作为不可燃不可回收的垃圾进行处置。可重复利用的滤袋。

4设计时要注意的内容

本文的负压式黑板擦吸尘器是利用粉尘自身的重量和空气中的夹持力，将灰尘吹向地面，再经滤袋进行气、固分离，并将灰尘捕捉，其特点是：

4.1本设备采用负压运行，并结合重力沉降和空气过滤两种除尘装置。

4.2滤料选用针刺毛毡，吸尘效果好，可重复利用。

4.3除灰装置、气流分布装置和滤袋组件共同支撑于箱体的内部凸台，是一种没有连接构件的积木组装。

4.4容易清理掉滤袋内积存的粉尘。

4.5清灰网格栅采用正六边形蜂窝状结构，孔隙率大，质量/强度-刚性比良好。

4.6清灰网格板采用斜向排列，其倾角比粉笔灰材料的大。

4.7该吸尘器的外罩可以是一个旋转的，比如一个圆筒，它具有一个简单的结构。

4.8采用单相220V供电电源。

结束语

通过合理的设计，能够保证负压式黑板擦的使用效果。在气流过滤的基础上，重力沉降技术应用在灰尘中，能够有效提升黑板擦效率，改善教学环境卫生状况，保证教师、学生的健康。

参考文献

[1]沈贞.会吸灰尘的黑板擦[J].科学启蒙，2021（05）：48.

[2]刘海斌.一种无尘自动黑板擦的设计[J].装备制造技术，2021（04）：172-173+199.

[3]郑浩，张文超，昂成龙，姚传龙，张琼.无尘黑板檫[J].电子测试，2020（20）：33+67.

2019年校级大学生创新创业项目：吸尘黑板擦，项目编号：201912308168