可调节式橡胶树割胶机的设计

　　摘要：为解决传统割胶人工劳动强度大、工具落后、割胶效率低等问题，利用Pro/ENGINEER软件建模，设计了由电动机带动，可以方便调节割胶深度的橡胶树割胶机。所设计的电动机经减速装置带动圆锯片以低转速、高转矩转动，破皮能力强；独特的刀刃可以使割面光滑，同时防止橡胶树汁液外流造成损失；深度调节机构操作简单，用于调节割胶深度以适应不同割胶场合；可拆装电灯的加入方便夜间割胶。整机结构简单，实用性强，能为进一步实现割胶机械化、更深入研究割胶机械提供参考。

　　关键词：橡胶树；割胶装置；深度调节

　　中图分类号：S225.99 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）17-4195-04

　　Designing Adjustable Tapping Machine of Rubber Tree

　　HE Zhuo-liang， WANG Tao， CHENG Man-ping

　　（Institute of Electrical and Mechanical Engineering， Hainan University， Haikou 570228， China）

　　Abstract： In order to solve shortcomings of traditional tapping technique of rubber and create a model by using “Pro/ENGINEER”， a completely new tapping machine driven by a motor was designed. It was easy to regulate the depth of its tapping. The saw blade driven by designed motor could rotate at low speed through reduction gear， making it well at skin breaking. The unique blade could make the cut surface smooth and prevent the outflow of rubber tree SAP. Depth adjusting mechanism was easy to adjust the depth of tapping to adapt to different tapping occasions. Tapping at night might be possible due to the joining of electric lamp. The machine had simple structure and strong practicability. It will provide the reference for in-depth research， and practical production.

　　Key words： rrubber tree； tapping device； depth adjustment

　　天然橡胶兼具农业属性与资源属性，是四大基础工业原料中惟一的可再生资源，被广泛应用到工业、农业、国防等领域。美国Fredonia集团新近报告称，到2011年，世界橡胶消耗量达到2 630万t，年均增长率为4%。高产量的橡胶将直接影响全球经济的增长以及推动橡胶种植业的发展。

　　要保证世界橡胶的供应同时使中国成为橡胶大国，就要在国内实现天然橡胶的稳定高产，其中，割胶至关重要。而传统的割胶很繁琐，其可划分为三道工序：第一道是在选好的树上挂好槽子和杯子，以便橡胶汁液从树上流到容器里，由非熟练工人完成。第二道是在槽子上方割去一层窄条树皮，再喷一种化学液体以刺激橡胶汁液流出；这是直接影响橡胶产量的关键性工序，须由熟练可靠的工人来做。最后一道工序则是收集容器内橡胶汁液，由非熟练工人完成。在第二道工序里，大量的工人们用一重约2.2 kg的名叫割皮刀的手提工具，一棵树一棵树地割，且割胶过程一般发生在夜间，即使已有“斜线阴刀割胶”、“四分之一阴阳线”等割胶法的发明，仍然存在劳动强度大，效率低下，人工成本较高的缺点。同时人们对割胶刀的研究很少，目前国内专利大多为简单的刀片式，比较好的也只是将刀片安装在刀架上可以方便换刀等。随着天然橡胶需求的增加，亟须使第二道工序机械化。第二工序的机械化的作用有：①提高天然橡胶的产量；②降低工人割胶技能的门槛，劳动力来源范围扩大，劳动力成本便随之降低；③将工人从体力劳动中解放出来，消除单独割胶的危险；④避免因割胶失误造成的树皮损伤、树皮病。总之，割胶机械化与传统割胶技术的新结合才是未来发展的方向[1-5]。

　　1 割胶机模型及工作原理

　　1.1 模型设计

　　设计的可调节式橡胶树割胶机主要由齿轮减速箱、电动机、切割组件和深度调节装置四部分组成。切割组件包括圆形锯片、圆垫片和固定螺母。圆锯片安装在减速箱壳外，通过螺母与减速箱中伸出的动力轴实现固连；齿轮箱内安装有相互联系的齿轮组传动且与电动机轴相连；深度调节机构由滚轮、带螺纹的滚轮套筒组成，通过套筒的旋进旋出控制割胶深度。可调节式橡胶树割胶机模型如图1所示。

　　1.2 工作原理

　　整机由蓄电池提供电源，由功率200 W、转速1 800 r/min、电压24 V的直流电动机提供动力，经过减速箱内的二级减速，带动圆锯片以低转速、高转矩转动，实现割胶功能。工作前，先调节定位滚轮，确定合适的割胶深度；工作时，左手提辅助手柄，右手紧握主手柄，打开电源开关，锯片开始转动，双手控制割胶机，使割胶机在合适的割胶路线工作。

　　2 割胶机主要零件及参数 

　　2.1 齿轮减速模块

　　橡胶树的割取要求机器转矩大、稳定性好，而并不需要较高转速。但若刀片转速过小，生产效率就会下降。因此减速箱的设计、减速比的适当选取十分重要。综合考虑，减速模块选取具有相同减速比的两对齿轮减速，再用一对具有相同齿数的齿轮咧合实现功能。齿轮减速箱示意图如图2所示。

　　为了满足脉冲当量的设计要求，增大电动机的输出转矩，在电动机的输出轴安装一套齿轮减速箱，采用二级减速。考虑到刀片的直径较小，如果刀片直接与第二级的减速齿轮共轴，齿轮将干涉刀片的进刀。为了解决这一问题，引进第三对齿轮，这对齿轮咧合只是为了消除齿轮对刀片的干涉，采用具有相同齿数的齿轮来配合有利于成本的控制。

　　根据实际情况，为了方便携带，所选齿轮直径要小，电动机的功率为200 W属于小功率范围，采用模数m=2就可以满足使用要求，其他参数均采用标准参数，压力角α=20°，齿顶高系数he*=1，C*=0.25。小齿轮齿数选17，大齿轮选29，两齿轮互质可以使每个齿的磨损均匀，提高齿轮的使用寿命。第三对齿轮考虑到与大齿轮的干涉，采用齿数为22的齿轮，所采取的的二级减速示意图如图3所示。