多功能集尘式粉笔自动擦除机的研究与应用
【摘 要】为实现环保、自动的黑板粉笔字的课堂擦除,减少教师在课上不必要的体力和精力消耗,本文设计了一种可以收集粉笔尘的多功能粉笔自动擦除机。对自动擦除机的粉尘擦拭机构、传动机构、导向机构、控制装置、防尘装置、吸尘装置等进行了研究和结构设计。这种多功能粉笔自动擦除机结构简单、擦拭粉尘效率高、防尘效果显著、易于操控并带有吸尘装置,可提高课堂教学效率,改善课堂教学环境。
【关键词】粉笔自动擦除;多功能;集尘式;效率
引言
由上课写字、擦黑板带来的 “粉笔综合症” 已成为广大老师的头号健康隐患,并且传统的黑板擦在擦黑板的过程中需要的时间长,影响上课的时间,也消耗了老师的体力( 市场上也有部分自动除尘黑板擦这样的产品,但大多数只实现某一特定功能,且操作不方便,费用高,所以使用率非常低[1]。因此,有必要研制一种简易的粉笔自动擦除机器,真正实现环保、自动的黑板粉笔字的课堂擦除。
1 工作原理及设计方案
集尘式多功能自动粉笔擦除机的模型图见图1所示。
这种自动粉笔擦除机由粉尘擦拭机构、传动机构、导向机构、控制装置、防尘装置、吸尘装置等六大部分组成。系统由电动机提供动力来执行粉尘的擦拭,开关控制部分采用遥控开关与限位开关结合控制。达到效率高,操作简单,移动方便,成本低廉。
从图1可以看出,本装置的黑板擦擦片由长方体擦片12和圆柱擦片9两部分组成;圆柱体擦片9可以在电机18的驱动下使其轴17旋转从而带动圆柱擦片9旋转,通过旋转的方式擦拭黑板;从而实现圆柱擦片9进行初步清洁擦拭,长方体擦片进行深度清洁擦拭的效果。黑板1的上表面安装有齿条和导向轨道,齿轮5沿着齿条运动。轴11和轴17分别用于安装长方体擦片12和圆柱擦片9,轴11、轴17和刮尘板13安装在上框架2和下框架14之间。圆柱擦片9的轴17上安装有齿轮,以与驱动电机18的齿轮配合,从而达到电机驱动轴17转动的目的。
上框架2和下框架14的.侧面均安装着沿着黑板1背面运动的导向轮8。沿着黑板1的上表面上齿条运动的齿轮5,由电机6驱动;下框架14的上表面安装有集尘盒16,用于收集擦拭过程中产生的粉尘,集尘盒16可以拆卸,便于定期清理集尘盒16,并在集尘盒里面装有吸尘器(图中未标出),用于把整个盒子里面的粉尘吸收;在距圆柱擦片9的距离很近处安装有刮尘板13,刮尘板13和圆柱擦片9的表面近似接触,刮尘板13可以将圆柱擦片9在工作过程中产生的大部分粉尘刮下,刮下的粉尘,由于重力,直接落入集尘盒16中,并在集尘盒中合适位置安装一个吸尘器(图中未标出),这样可以减少粉尘在黑板擦内的扩散,可以减少粉尘溢出黑板擦盒子的可能,且保持了圆柱擦片9的整洁度。黑板擦的两侧面安装有限位开关21,用于限制黑板擦的运动界限。通过对电机6和电机18的控制,可以实现两个电机正转、反转、启动、停止。防尘罩20的上安装有手柄,当黑板擦电量耗尽或者故障时,可以手动推动黑板擦运动。
系统安装有防护盖板,确保集尘效果和安全,如图2所示。
2 关键结构设计
2.1 粉尘擦拭机构
粉尘擦拭机构主要由上框架、下框架、长方体擦片、圆柱体擦片、圆柱体擦片轴、长方体擦片固定架组成,上框架与下框架上各安装,其中一个齿轮通过电机一驱动,从而实现整个黑板擦沿着黑板的水平运动。长方体擦片、圆柱体擦片的轴的两端分别安装在上框架与下框架上,长方体擦片的一个面与黑板面直接接触,对黑板进行擦拭;圆柱体擦片可以在电机二的驱动下使其旋转,通过旋转的方式擦拭黑板;从而实现圆柱擦片与长方体擦片相结合对黑板进行擦拭,以达到更好的清洁擦拭的效果。
2.2传动机构
传动机构主要由电机、齿轮、齿条、传动轴组成,动力为电机,分为两个部分,一部分驱动黑板擦整体沿着黑板左右运动,另一部分驱动圆柱体擦片旋转[2]。
2.3导向机构
导向机构是在齿条两侧各加一块平板,平板的长度与齿条相当,平板的高度高于齿条[3]。
2.4集尘装置
集尘装置由防尘装置、吸尘装置组成,工作时
防尘装置主要由防尘盒组成,防尘盒组成,其将所有组成构件包裹,从而防止粉尘的弥漫。
吸尘装置主要由吸尘器组成。当黑板擦工作时,吸尘器亦开始工作,擦拭黑板产生的粉尘会被吸尘器吸收,不至于使粉尘蔓延到防尘盒外,该种方式的吸尘装置,结构简单、操作简便。
3 控制系统设计
控制装置由控制面板、限位开关、限位挡板挡板、电源适配器、遥控器组成,电源适配器可以将220v交流电转换成电机所需要的电压、电流;当左侧的限位开关触碰到左侧的挡板时,控制面板改变流过电机的电流方向,从而改变电机的转向;同理,当右侧的限位开关触碰到右侧的挡板时,控制面板改变流过电机的电流方向,从而改变电机的转向;而遥控器能够实现无线对黑板擦工作状态的控制,如此,黑板擦进行擦拭黑板的工作[4]。
4 结束语
(1)本集尘式多功能自动粉笔擦除机具有双重擦片,由长方体擦片、圆柱体擦片组成,两擦片同时工作,擦拭效果显著。
(2)操作简便,按按按钮即可完成粉笔字擦除。控制部分中限位开关的巧妙利用,大大方便了使用者。当左侧的限位开关触碰到左侧的挡板时,控制面板改变流过电机的电流方向,从而改变电机的转向;同理,当右侧的限位开关触碰到右侧的挡板时,控制面板改变流过电机的电流方向,从而改变电机的转向,如此,黑板擦周而复始的沿着黑板工作,仅当黑板擦拭干净后,使用者按下“关”按钮时,切断电源,黑板擦停止工作。
(3)装置传动效率高。传动部分主要由齿轮与齿轮、齿轮与齿条传动,能力传递效率较高。
(4)具有多种国内。集擦拭粉尘、收集粉尘、防止粉尘污染的功能于一体,提高了擦拭粉笔粉尘的便捷性和效率,能有效的防止粉尘自由散落到处飞扬污染环境,对师生的身体健康非常有益。
(5)结构简单。本装置结构简单、实用,擦拭粉尘效率高,防尘效果显著,便于推广。
(6)便于安装、维护。不需要对现存的普通的黑板进行改造太多,既可以将本装置安装到黑板上。
(7)控制简便。其开关控制部分采用遥控开关与限位开关结合控制,通过遥控开关可以控制黑板擦的左右移动及停止与否,同时,限位开关可以避免因人员操作不当而使黑板擦脱离轨道的情况。
参考文献:
[1]李荣兵,余心明,苑爱峰,戴青,全自动黑板除尘器的机械结构设计,2009,05,22(3),90-91.
[2]杨家军,张卫国,机械设计基础,华中科技大学出版社,2003.
[3]张莹,机械设计基础,机械工业出版社,1997.
[4]张建明,机电一体化系统设计,高等教育出版社,2000.
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