基于空气动力学的电动无尘黑板擦的设计

遥控距离
30 m
外形尺寸
120 cm × 16 cm × 8 cm
3 分析与结论
本文提 出 了 一 种 适 用 于 我 国 教 育 系 统 的 黑 板—黑板擦—粉笔构架的电动黑板擦吸尘器。与 同类产品比，本 文 所 述 电 动 黑 板 擦 吸 尘 器 具 有 重 力沉降与气流过滤双重收尘机制，收尘效率高，清 灰方便，可靠性高，结构外形简单，成本低等优点。 这种电动黑板擦吸尘器为现有黑板—黑板擦—粉 笔构架的附加设备，可置于讲台的一隅，不需要对 现有黑板—黑板擦—粉笔构架作任何更换。该电 动黑板擦吸尘器的应用将可极大地改善讲台的公 共环境卫生，降 低 粉 笔 灰 尘 对 使 用 者 身 心 健 康 的 影响。该产品经济实用，操作简单，适用于各类高 校，市场开发前景广阔。
固定在板擦上下的增压滑轮使防尘罩紧贴黑 板面，形成一个密闭空间，主体板擦可最大限度靠 近黑板。固定在板擦上的增压弹簧将主体板擦均 匀的压在黑板面上，增大擦拭力度，更好的将粉笔 字迹擦除干净，增压滑轮与增压弹簧如图 1 所示。
在板擦选材方面，选用海绵，原因有： 质地柔 软，不会对黑板面造成较大磨损； 耐磨性较好； 富 有弹性，可起到防震缓冲的作用。另外，在毛刷与 防尘罩间连 有 增 压 弹 簧，可 增 大 板 擦 与 黑 板 间 的 正压力，实现高效擦除。 1． 1． 5 局部擦模块
图 1 黑板擦整体结构
* 收稿日期： 2012-03-14 第一作者简介： 刘应乾（ 1980—） ，男，山东潍坊人，滨州学院黄河三角洲高效生态经济发展研究院自动控制研究中心助教，硕士学位； 研究方向为图像处理、模式识别。
第3 期
刘应乾，刘宏强，李 超 基于空气动力学的电动无尘黑板擦的设计 2417
参考文献
［1］许廖． 电机与电气控制技术［M］． 北京： 机械工业出版 社，2005．
［2］田希晖，薛亮儒． C51 单片机设计教程［M］． 北京： 人民 邮电出版社，2007．
（ 责任编辑 邹向英）
1 作品介绍
本设计的主要目的是设计一款电动黑板擦， 可实现无尘与高效率的全局擦与局部擦功能。全 局黑板擦在 机 械 结 构 上 可 以 分 为 驱 动 模 块、吸 尘 模块、集尘模块、增压模块。其中驱动模块由两台 电机组成，分 别 安 装 在 电 动 擦 的 上 下 部 分。 吸 尘 模块位于黑 板 擦 内 部，利 用 吸 尘 电 机 旋 转 产 生 的 负压，将粉 尘 吸 收 到 集 尘 模 块。 增 压 模 块 由 滑 轮 和弹簧组成，用于增大黑板擦与黑板之间的压力， 增强擦拭 效 果。 为 了 实 现 局 部 擦 拭 功 能，单 独 设 计了小型局部黑板擦。该电动无尘黑板擦不仅可
以实现高效除尘的目的，而且具有便于拆装、操作 简单的优点，与 市 场 同 类 产 品 相 比，体 积 小，价 格 低廉，粉尘处理效果更为理想，真正实现了改善教 学环境，创造绿色教育的目标。 1． 1 机械构造 1． 1． 1 驱动模块 在黑板的上下两侧安装齿条， 黑板擦的上下两侧安装两台 12V 电机，电动机作 为主要驱动力，带动齿轮在齿条上滚动，使滑轮沿 滑轨滑动，带动板擦运行。电动机具有自锁功能， 断电情况下，电动机输出轴锁死不动，保证上下电 动机同步运行，有效防止黑板擦“跑偏”。在板擦 的左右两侧 安 装 行 程 开 关，当 黑 板 擦 撞 到 黑 板 的 左右边缘时，行程开关给单片机信号，控制电机反 转，可实现 对 整 个 黑 板 面 的 擦 拭。 黑 板 擦 的 整 体 构造如图 1 所示。
1． 2 控制系统 基于电 气 控 制 系 统 及 单 片 机 编 程 的 控 制 系
统，减少了电器元件的数目，同时可使系统更加稳 定运行； 手动旋钮进行全局擦拭，板擦向左运行触 碰行程开关时，单片机控制电动机自动反转，触碰 右行程开关时电动机停止［1］； 遥控装置采用双路 互感控 制 器，可 实 现 远 距 离 遥 控 操 作，使 用 方 便［2］。控制系统原理图如图 5 所示。
第 9 卷第 3 期 Vol． 9，No． 3
滨州职业学院学报 Journal of Binzhou Polytechnic
2012 年 9 月 Sep． ，2012
*
基于空气动力学的电动无尘黑板擦的设计
刘应乾1 ，刘宏强2 ，李 超1
( 1． 滨州学院黄河三角洲高效生态经济发展研究院自动控制研究中心，山东 滨州 2． 胜利油田胜利泵业有限责任公司，山东 东营 257000)
Baidu Nhomakorabea
板擦的高效除尘，而且使用安全。
关键词： 电动无尘黑板擦; 吸尘; 空气动力学
中图分类号： TN 402
文献标识码： A
文章编号： M1010（ 2012） 03-0076-02
黑板和 粉 笔 是 教 师 教 学 中 离 不 开 的 工 具，传 统的擦黑板 方 法 不 仅 费 时 费 力，而 且 长 年 累 月 的 粉尘污染使不少老师患上了“粉尘综合症”。根据 国家有关统计资料显示： 我国的师生每年因上课 吸入的 粉 笔 灰 约 200 克 / 人，患 呼 吸 道、肺 部、眼 睛、皮肤疾病、癌症的约 20% 。为了 减 少 粉 尘 污 染，很多厂家设计和生产了电动黑板檫，但这些产 品要么价格 昂 贵，安 装 复 杂，要 么 体 积 较 小，工 作 效率低。针对上述问题，设计一款新型环保、经济 实用的 黑 板 擦 符 合 当 今 市 场 和 广 大 师 生 的 迫 切 需求。
图 5 连接示意图
2 技术性能指标
该电动黑板擦的技术性能指标如表 1。
表 1 电动黑板擦技术性能指标
电源电压
输入 AC220 V 输出 DC12 V
输出电流 2 ～ 10 A（ 根据电动版擦的工作状态调整）
输出功率
最大 100 W（ 待机状态小于 0． 5 W）
电机转矩
8 kg． cm
电机转速
40 r / min（ 空载） 36 r / min（ 负载）
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1． 1． 2 吸尘模块 主体板擦 内 部 安 装 密 布 孔 洞 的 吸 管，吸 管 底
部与风机相连，如图 2 所示。擦拭过程中产生的 粉尘在负压 的 作 用 下 可 由 孔 洞 进 入 吸 管，将 粉 尘 吸附到过滤系统。 1． 1． 3 集尘模块
集尘模块 由 过 滤 网 和 集 尘 盒 组 成，过 滤 网 确 保将粉尘过 滤 到 集 尘 盒，清 理 粉 尘 时 可 以 方 便 取 下集尘盒 用 水 冲 洗，防 止 粉 尘 飞 扬。 选 用 排 气 扇 高速旋转产生的负压，粉尘通过吸气管，进入到集 尘装置。集尘罩如图 3 所示。 1． 1． 4 增压模块
在不需要 对 整 块 黑 板 进 行 擦 除 时，可 使 用 迷 你黑板擦进行局部擦除，内部装有马达，外部连接 吸管至吸 尘 器。 按 下 开 关 后，内 置 马 达 带 动 小 板 擦旋转擦拭，产 生 的 粉 尘 在 风 机 吸 附 下 由 四 周 的 孔洞进入吸管，收集到过滤系统，如图 4 所示。
256600;
摘 要： 针对目前传统黑板擦擦拭效率低、无法达到除尘环保的难题，设计一款电动
黑板擦。整体黑板擦采用电动驱动装置，利用单片机与行程开关控制，带动黑板擦在
轨道上运行完成整个黑板的擦拭过程，并将产生的粉尘利用负压吸收到集尘装置收
集处理，克服了粉尘飞扬的弊端; 小型黑板擦可以实现局部擦的功能; 不仅实现了黑