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支架式移动黑板的优化设计*

2021-08-27林毅贞

机电工程技术 2021年7期
关键词:板面支撑杆粉笔

林毅贞

(阳江职业技术学院,广东阳江 529500)

0 引言

随着信息技术的发展,现在普遍采用多媒体教学,但是黑板作为一种传统的教学用具,有利于教师的现场发挥以及控制教学进度,给教学活动带来很大的方便,在许多教学场所都是不可缺少的。从传统的意义上讲,黑板并非特指黑色的板面,它是一个可以用粉笔等特定的书写材料反复书写的平面,板面坚硬,多用于教学,板面多为黑色、墨绿色、白色或米黄色。黑板从移动方式来分类,可分为固定式黑板、转动式黑板、平行推拉式黑板、开扇式黑板、手提式黑板、支架式黑板等[1]。

支架式黑板一般由书写板和移动支架组成,也叫支架式移动黑板。其可以随意移动,根据需要灵活地摆放于不同的位置,具有书写和演示的功能,广泛应用于教学、办公、培训、家用等场合,满足不同的人群所需。但是,经过调查研究以及使用移动黑板的教学体会,发现现有的支架式移动黑板还存在着一些不足之处[2]。

(1)移动支架的支撑杆下部一般是T形,伸出板体平面太多,有的伸出长达0.5 m,如图1 所示。使用者站在板面前方书写时,注意力一般在板面上,往往忽略脚下的支架,伸出部分容易导致使用者绊脚甚至摔跤,存在着安全隐患。

图1 支撑杆下部伸出板体平面示意图

(2)由于板体与支架的连接一般为螺栓连接,使用一段时间时容易松动,当在板面上写字时,粉笔的作用力对连接处形成力矩,导致板面摇摆不定,写出的字会变形,所以书写者经常要用一只手固定板面与支架,另一只手写字,这样给教学活动带来了很大的不方便,直接影响教学效果。

(3)有的支架式移动黑板没有固定的粉笔槽,板擦和粉笔也无处存放。当要使用粉笔或者板擦时,需要从别的地方寻找,非常不方便;擦黑板时,粉笔灰随意掉落到地面上,粉尘飞扬有损师生的健康[3]。

(4)黑板和白板不能两面使用。传统的黑板几乎都是单面使用,而且板面的角度固定,这使其使用功能受到限制;此外,传统的黑板的高度固定不可调,不利于高矮不同的使用者[4]。

1 设计基本思路及方案

1.1 设计思路

为了解决上述问题,本文提出了一种支架式移动黑板的创新设计,旨在解决粉尘滑落和书写板在书写过程中的安全性与稳定性问题,为使用者提供方便。

1.2 创新点及设计方案

图2 所示为一种支架式移动黑板,包括具有黑板面、白板面同时可书写的磁性书写板10,以及与书写板10 通过枢轴70 可360°转动设置的支架20,支架20 上设置有储放盒30,该储放盒30 上具有收集槽,可以用来收集书写过程中掉落或擦落的粉尘,同时还可以起到收纳粉笔、白板笔以及笔擦的目的。

图2 一种支架式移动黑板的结构

如图3~4 所示,收集槽301 的中部设置有用于调节写板10板面倾斜角度和对书写板10 板面进行固定的限位机构40。限位机构40 包括配置在储放盒30 的两侧、形成夹装口401 的第一调节块41 和第二调节块42,第一调节块41 和第二调节块42朝对应方向分别设置调节螺钉43,调节螺钉43 位于书写板10的两侧,旋转两根螺钉,可把写板10 的底端夹住,防止使用者书写时板面摇晃,通过调节前后两根螺钉螺杆的长度还可以调节板面的倾斜角度[5],方便书写。

图3 储放盒的结构

图4 图3 中40 处的局部放大结构

如图5 所示,支架包括结构相同、且配置在书写板10 两侧的第一支撑杆21 和第二支撑杆23,以及连接第一支撑杆21 和第二支撑杆23 的收脚架22,收脚架22 为U 型结构第一支撑杆21 和第二支撑杆23 大致呈三通管状,由第一接管201、第二接管202 以及第三接管203 组成,其中,第一接管201 通过螺旋调节接头50 分别与收脚架22 的两端连接,再通过于第二接管202 和收脚架22 下端均设置有带有防滑橡胶底座的福马脚轮60,以此形成三角形结构,一方面整个零部件均可拆卸,方便运输和收纳,另一方面书写板10 在需要移动时可以随意移动,在书写时能够保持静止不动,且结构更为稳定,不易翻倒。同时,鉴于使用者书走动,支架20 的收脚设计可有效地防踢脚。

图5 支架的局部立体结构

如图6 和图3 所示,第三接管203可以伸缩,通过旋钮旋转锁紧的方式调节杆长,用来调节书写板面的高度,使黑白板面翻转不受阻碍。储放盒30 的两侧开设有第三接管203 穿设的开口302,开口302 处设置有卡箍31,用以将其固定在第三接管203 上,使整个零部件均可实现拆卸,灵活地应用于教学、办公、培训、家用等场合,解决市场上常规的移动黑板在使用中存在的缺点。

图6 第三接管的结构

2 移动黑板的安全性能分析

根据国家行业标准中黑板安全卫生的要求,移动式黑板在移动时不得松动滑脱,就位后要保证平稳,在使用过程中不得出现尖锐的摩擦声,板面书写的光泽度应该在12%以下,不应有因黑板本身的原因产生眩光。书写面的粉笔附着性及易擦性应符合如下规定:附着性,用熟石膏或碳酸钙制的粉笔书写,手感流畅且充实,笔道均匀且线条明显;擦拭性,用干性黑板擦往复擦拭两次,没有清楚的残留字迹,用湿性黑板擦擦拭,不能有淤积的粉笔残迹存在。书写板面按GB/T3505 中的规定,表面粗糙度Ra1.6~3.2 μm,取样长度2.5 mm,书写面的颜色应该均匀,有良好的耐光性,要符合GB250 中规定的4 级,书写表面平整,没有波纹、龟裂、针孔、斑痕及凹凸不平等缺陷[1]。

2.1 板面质量安全可靠

本设计的支架式移动黑板在符合国家行业标准的前提下进行了改进,为了使移动黑板方便移动,也便于书写,书写板不采用较重且易碎的玻璃材料,而是采用金属夹蜂窝板的结构[6]。

板体的结构如图7 所示,主材为蜂窝板,前后蜂窝板中间夹有蜂窝板芯,前后蜂窝面板外层还设计有一层金属面板,金属面板厚度一般为0.3~0.4 mm,在金属面板外表面上涂敷有3 层辊涂或者烤漆,使板体的一面涂成黑色或者墨绿色,另一面涂成白色,再用金属边框包住整个板体。黑色或者墨绿色的一面经过特殊方式处理使表面粗糙度为Ra1.6~3.2 μm,漆膜附着力达3 级[7],而且耐冲击耐磨,不褪色,不脱落,经久耐用,书写的手感好,不打滑,不反光,字迹清晰,容易写,也容易擦试,而且用粉笔书写时粉尘少;白面表面光滑,使用水性白板笔书写,上色容易附着,书写清晰顺滑,容易擦除。板面整体结实耐用,抗冲击性能好,表面平整不易变形。双面磁性板,可使用磁钉挂图,方便且实用。

图7 板体的结构

2.2 重心在安全范围内,防翻倒

因为支架式移动黑板的重力主要集中在板体上,板体各层的材料基本是均匀的,板体又是厚度较小的长方体,具有对称结构,所以重心在板体的对称中心上[8]。通过受力分析,板体的重力作用线落在底座的3 个脚轮所围成的等腰三角形面积内,如图8 所示。根据结构的稳定性理论,只要结构重心所在点的垂线落在结构与地面接触所形成的支撑面内,该结构就是稳定的[9]。这种支架式移动黑板符合此理论,所以这是一种稳定的结构。

图8 黑板体的重力图

此外,所设计的移动黑板的板面角度是可以调节的。旋转收集槽的调节螺钉,通过计算,板面与水平面的夹角在75°~85°范围内可变,由于板面的对称性,重心仍然落在脚轮所围成的稳定的三角形范围内;当需要把板体的黑面与白面调换使用时,可以松开收集槽的调节螺钉,旋转第一和第二支撑杆的螺旋调节接头,把板体升高1 cm左右,便可以翻转板面,把板面翻转360°后再把书写板降下来,拧紧第一和第二支撑杆的螺旋调节接头及连接槽的前后螺钉。在板面的360°旋转的过程中,双手对板面施加力矩使它转动,但其重心不变,仍然落在脚轮所围成的稳定的三角形范围内。同时,移动支架中第一接管与收脚架的连接为螺旋调节接头,通过旋转螺旋调节接头可以拉长收脚架与第一接管之间的距离,增大3 个脚轮所形成的支撑面,使该结构更加稳固。

2.3 摩擦力可调,保证书写稳定

当想要移动黑板时,把脚轮的刹车阀打开,脚轮与地面之间的摩擦为滚动摩擦,摩擦力较小,便可以根据教学的需要随意移动黑板[10]。

当把移动黑板移到合适的位置后,再把刹车阀按下来,使其处于关闭的状态,脚轮不再滚动,当写字或者擦黑板时,有力作用在板面上,脚轮的防滑橡胶底部与地面之间产生相应的摩擦力,阻碍黑板的移动,使黑板处于静止状态。以6 号黑板为例,通过测量与计算证明,黑板体的标称尺寸为高1 000 mm,长1 200 mm,厚度为30 mm,净重12.3 kg,脚轮的防滑橡胶底部与瓷砖面之间的摩擦因数为0.7,产生最大的静摩擦力为84 N,而写字和擦黑板时,粉笔与板擦垂直作用在板面上的力一般不超过10 N,根据力的平衡原理,脚轮与瓷砖面的静摩擦力等于粉笔与板擦垂直作用在板面上的力,该静摩擦力远远小于最大静摩擦力,从而使移动黑板整体处于静止状态,保证书写稳定[11-12]。

3 结束语

本文所介绍支架式移动黑板的优化设计具有如下的优点:使用者在书写时,通过收脚架的设计,可以有效地防绊踢,造型美观且实用;底部通过脚轮采用三角形布置,一方面可以使结构更为稳定,不易翻倒,另一方面,还可以随意移动书写板,为使用者提供方便;此外,该书写板的底部配设有储放盒,在收纳粉笔、白板笔、笔擦的基础上,可以用来收集及清理粉笔灰,达到一举多用、简单方便的目的;除此之外,黑白板可以两面使用,两种选择,增加用途,且板面角度可调,更有利于消费者使用,市场广阔;还可调节黑白板的高度,适合不同身高者使用。该支架式移动黑板整体设计体现美观实用、功能齐全、安全易操作,解决了市场上常规的移动黑板在使用中存在的缺点,具有较高的实用价值和推广价值。

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