可调节式橡胶树割胶机的设计(2)

　　齿轮材料的选择不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的生产率，降低成本，减少消耗。由于工作阻力不大，齿轮可采用45号碳素钢，45号钢经过调制处理与表面渗碳可以满足使用要求。综合考虑齿轮轴的受力情况也选用45碳素钢，初步确定轴的直径为12 mm，轴在工作时只受到扭转力的作用，下面将对轴进行校核。分析知与刀片相连的轴受力最大。

　　由P=Tω，得出T=3.09 N·m

　　τmax■=■=■

　　=■=9.1 MPa

　　查表得45号钢的[τ]=40 MPa，由于9.1 MPa<40 MPa，故满足使用要求。

　　2.2 锯片

　　锯片是割胶机的主要部件，需要满足三个条件，即坚韧耐磨、锋利和形状合理。除此之外，锯片还必须采用独特的刃口，以便实现橡胶树锯口光滑，同时使靠树心方向的锯口深，防止橡胶外流。因此，为了能锐利地将橡胶树木纤维组织切断，切口平滑，同时为了保持槽底平整的开槽，用平齿齿形或者用左右平组合齿；而采用内凹使靠树心方向的锯口深，是为了防止橡胶外流。不同锯身横截面形状的圆锯片如图4所示。

　　经分析，若采用普通平面锯片[6]易造成橡胶液外流。如图5所示：

　　为了解决这一问题，提高橡胶的采集率、出胶率，完善可调节式橡胶树割胶刀各方面性能，拟采用定制内凹锯片（图6）。

　　合理的耗皮量是实现橡胶高产的又一因素[7]，每次割掉的树皮厚度以1.2～1.3 mm为宜。割皮太薄，没有把乳管未端的胶塞和收缩部分割完，产量很低；相反，割得太厚产量也不会增加。更严重的是耗皮量太大，超过树皮的再生速度，树皮不够周转，被迫去割未熟的再生皮，将造成产量下降。如按这种耗皮量原生皮可割10年左右。割面的再生皮经7～8年恢复到原来的厚度时又可割胶，这样可以实现橡胶的连续割胶，因此锯片拟采用1.3 mm的厚度。锯片是实现割胶的工具，圆形刀片会在两边位置割不到，如果锯片太大将使割不到的范围增加，使实际的割胶线减小，如果锯片太小又不能提高割胶效率，同时考虑到齿轮的大小，最终选用120 mm的锯片直径，锯片拟采用钨钴类的硬质合金制造，抗冲击性好。综上所述，圆形锯片的参数为：锯片厚度1.3 mm，锯片内凹角20o，锯片直径120 mm，锯片内孔直径20 mm，刀片刃角17.6o。

　　2.3 深度调节机构

　　割胶的深度与橡胶树树皮的结构有关，橡胶树的树皮分为5层，分别是粗皮、砂皮、黄皮、水囊皮、形成层，其中黄皮层乳管很多，排列整齐，产胶能力强。割胶生产中要割完砂皮、割开大部分黄皮才能割断大部分的乳管达到产胶的目的，如果割到水囊皮或形成层就会造成伤树，因此割胶深度尤为重要[8]。图7为树皮结构及割胶深度示意图。

　　割胶太浅，橡胶树乳管组织未被破坏，汁液无法顺利流出；割胶太深，树皮组织会遭到损伤性破坏，大大减低橡胶产量。而采用可调节式割胶机，割胶深度可根据树的粗细程度进行调节，能很好地解决上述问题。

　　割胶深度调节机构通过螺纹的旋合精准调节小球与刀片的的相对位置，基本方法是定位小球通过球铰链铰接在固定管上，管外部有螺纹，与此螺纹配合的螺管固定在机架上。深度调节机构如图8。其基本原理是在割胶的过称中定位小球始终与树皮表面相接触，由于定位小球与螺纹管用球铰链，它可以自由旋转，减小与树皮间的摩擦力，不会伤及树皮；通过旋转螺纹管可以调节定位小球与刀具的相对位置，由于螺纹管固定在壳体上，刀具的轴线与树体的位置是不变的，故能调节刀具的进刀量。

　　2.4 电动机的选择

　　根据工作地点为农田缺少供电系统，采用由蓄电池带动的直流电动机。人力割胶每分钟割2棵树，该割胶机割胶为每分钟4棵树，取割胶线长度为80 cm，割胶深度为2 cm，耗皮量为0.13 mm。经计算选功率为200 W，转速为1 800 r/min，电压选24 V的直流电动机。由直流电动机直接输出动力显然不能符合割胶要求，选定定制的减速箱辅助传动，实现电动机的安全利用。

　　3 小结

　　试验完成了可调节式橡胶树割胶机的设计，研究出一种可以调节割胶深度、高效率、便于操作的割胶机。其主要创新点为：采用细螺纹作为深度调节机构，能够方便的控制割胶深度；独特的刀片使刃口光滑内倾；电动机提供动力降低劳动强度。目前市场上简单的刀片式的割胶机缺点明显，无法满足市场需求。这里提出的一种新型设计方案能满足不同使用要求，使用简单，一方面降低对使用者的技术依赖，另一方面降低割胶人员的劳动强度，防止树皮病的发生，提高树皮的利用率，具有极大的市场应用前景，能为进一步研制高效割胶工具提供参考。

　　参考文献：

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　　[2] 韦有鼎.一种可更换刀片的割胶刀[P].中国专利：ZL 200920111423.5，2010-03-17.

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　　[6] 李 黎.木材切削原理与刀具[M].北京：中国林业出版社，2005.

　　[7] 南 风.橡胶割胶新技术要点[J].农村实用技术，2013（2）：44-45.

　　[8] 蒋桂芝，李健祥，罗宗云.橡胶树死皮病与割胶技术相关因素分析[J].热带农业科技，2012（1）：1-3，7.