引言
橡膠是提取橡膠樹、橡膠草等植物的膠乳，可制成有絕緣性、有彈性、不透水和不透氣的材料。新鮮的天然膠乳含橡膠組分 27% ～41． 3% \\( 質量\\) 、蛋白質0． 2% ～ 4． 5% 、糖類 0． 36% ～ 4． 2% 、水 44% ～ 70% 、天然樹脂2% ～5% 、灰分0． 4% 。橡膠樹割膠流出，呈乳白色，固含量為 30% ～ 40% ，橡膠粒徑平均為1． 06μm，可直接作表面涂層、制造薄膜和膠粘劑等，經加工也可制成生橡膠、膠乳制品\\( 如手套、海綿、氣球、醫用膠管等\\) ，廣泛應用于日常生活中。橡膠的廣泛應用帶動了當地經濟的快速發展，但是膠液的收集確是一大難題。目前，海南大部分膠農還是采用人工割膠，勞動強度大、效率低、安全性差，從而導致了綜合成本偏高，極大地制約了橡膠產業化、商品化的發展。
為此，設計了一種仿手工割膠的割膠機械，并以弧形擋板、刀片塊與螺釘彈簧的配合定距來輔助割膠; 電機擺放角度、刀片形狀與刃口呈 45°角，能防止膠液外流，大大提高割膠的質量。同時，通過 PLC 對橡膠切割過程實現自動控制，可提高勞動舒適性和割膠效率。
1 割膠方法及原理
1． 1 割膠方法
乳是在韌皮部的篩管中進行，外樹皮的細胞排列緊密，細胞間隙比較小，起到保護作用。割膠時只需要輕輕滑動刀盤將樹皮割裂劃破韌皮部分。這里仿照人工割膠的方法，采用傾斜 45°齒形刀片與弧形擋板的有效結合控制切割深度，可充電電池提供電量，電動機通過主軸帶動齒形刀片快速旋轉，膠農只需完成割膠動作，結構簡單、操作方便。
1． 2 割膠原理
當割膠機開始工作時，由電動機提供動力源，通過主軸傳遞帶動齒形刀片快速旋轉。右手拿起割膠機，左手清除樹干的一些干枯樹皮，理出一條割膠通道，然后刀具向內傾斜插入樹皮，沿著樹文向下傾斜45°繞樹大概 1 /2 之后收刀; 穩拿割膠機準確地一刀接一刀的在樹上割出四方皮，完成對橡膠樹韌皮部分的切割運動。刀片下面設計成略帶弧形擋板，目的是為了更貼合樹干，擋板后為兩支柱外套彈簧，內為矩形螺紋，通過機座頭部上方孔，從上方旋入矩形螺紋釘入下面擋板支柱內，固定擋板于支座頭上; 通過用螺絲刀旋轉上面螺釘可以起到定距作用，以此來控制刀片切入樹體深度，減少割膠破壞率。電機擺放成 45°，即與擋板貼合的樹干方向，同時刀片形狀，刃口也為45°設置，目的是讓切入樹的位置為深度傾斜向里，防止膠液外流，膠液能順利從樹干傾斜口向下流到集膠碗里。
2 割膠機的機械結構與功能
2． 1 割膠機的機械結構
割膠機的機械結構如圖 1\\( a\\) 所示，三維裝配圖如圖 1\\( b\\) 所示，三維爆炸圖如圖 1\\( c\\) 所示。該割膠機設計為手拿式切割機構，小型便捷，機械部分主要由機體、切割裝置和擋板裝置組成。機體主要由支座架和手柄構成; 切割裝置主要由電動機、主軸、45°齒形刀具和刀罩等構成; 擋板裝置主要由弧形擋板，刀片塊和螺釘彈簧等構成。
2． 2 割膠機結構的部分功能
切削部分主要由電動機提供動力源，通過主軸轉動帶動刀具飛快旋轉以達到預期目的，提供給刀盤一個旋轉動力，從而帶動刀盤在樹干上的韌皮部分進行切割運動。刀具結合刀罩，既美觀又提高安全系數;并采用刀鋒傾斜 45°完全適應劃刀溝槽，避免破壞樹干機理，可快速完成割膠動作，直接提高勞動舒適性和工作效率; 將刀片直接安裝在電動機主軸上，減少能量損失，配合墊圈和螺母以固定。墊圈是墊在螺母與刀片之間的零件，一般為扁平型的金屬環，用來保護刀片不受螺母的擦傷，分散螺母對刀片的壓力。擋板部分可適應刀具和樹皮結構、手動調節深度，大大提高了精準性; 手柄部分適應人體工藝學滿足了握柄的舒適度和便捷度。
3 控制系統的硬件結構
3． 1 PLC 控制系統
隨著電子技術和信息技術的飛速發展，出現了多種實用的控制技術，如繼電器控制技術、計算機控制技術、單片機控制技術及 PLC 控制技術等?？删幊坛绦蚩刂破鱘\( 簡稱 PLC\\) 是帶有存儲器和可以編制程序的控制器，是可以在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置。它能夠存儲和執行指令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，并通過數字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械和生產過程。PLC 具有編程方便、功能完備、開發周期短、可靠性高等優點，廣泛應用于自動控制的領域中。本割膠機采用 PLC 為核心控制器，實現運動的自動控制。
3． 2 PLC 硬件系統
硬件系統結構如圖 2 所示。PLC 硬件系統一般由中央處理器\\( CPU\\) 、存儲單元、輸入輸出接口、電源、I/O 接口、外部設備接口及編程設備等幾個部分構成。外部設備所呈現的各種信號會作為變量通過接口輸入到 PLC 系統程序中，經過數據處理和邏輯運算之后，再以變量的形式輸入到相對應的輸出接口，就可以使輸出設備控制外部設備的一系列運動。
4 PLC 控制系線圖統的 I / O 接及梯形圖
為了實現整個割膠系統運動的自動控制，割膠機的控制將采用日本三菱公司生產的 FX2N 系列 PLC來完成，然后用步進梯形指令\\( STL\\) 來編寫割膠機的控制程序。其 I/O 接線順序功能圖如圖 3 所示，I/O點分配表如表 1 所示，其系統程序梯形圖如圖 4 所示，相對應的指令表如表2 所示。其輸入和輸出條件分別表示如下: X0 為行位開關，用來控制電動機的正轉;X1 為行位開關，用來控制電動機的反轉; X2 為行位開關，用來使工作停止; FＲ 為過載保護; Y1 為電動機正轉; Y2 為電動機反轉?！緢D2-4】【表1-2】
5 結束語
隨著經濟發展，國內國外市場對橡膠以及其加工產品的需求量越來越大，橡膠作為我國主要的經濟作物之一，其加工產業的發展可推動當地地區經濟的發展。本文首先介紹了一種新型割膠的方法，著重介紹了割膠機的割膠原理、機械結構和主要功能，并設計了基于 PLC 控制的割膠運動系統。同時，主要從硬件設計了控制系統的結構及 I/O 接線圖和相應的梯形圖。該小型割膠機的實現具有很大的價值，可提高橡膠產業的經濟效益、增加自動化程度、降低人工勞動強度、提高勞動舒適性，有利于橡膠加工產業的發展。
參考文獻:
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