可调节式橡胶树割胶机的设计(2)

　　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。

　　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。

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