CN107065656A - 一种带割胶深度反馈的智能割胶刀 - Google Patents
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Abstract
本发明属于天然橡胶采收工具技术领域，尤其涉及一种带割胶深度反馈的智能割胶刀。该智能割胶刀，包括手柄(1)、外壳(3)和割胶刀体(8)，还包括压力传感器(12)和直线轴承(5)。本发明的智能割胶刀在保证割胶厚度一定时，通过压力传感器实时监测切削力的大小，并将切削力与割胶深度建立联系，采用单片机作为控制核心，将计算得出的割胶深度显示在LED屏(4)上，将割胶深度可视化，避免胶工根据经验调整割胶深度，降低了割胶难度。该智能割胶刀可以提高割胶效率、减少对胶工经验的依赖，同时可以有效避免割胶过深、伤害橡胶树的木质层的现象。
Description
技术领域
本发明属于天然橡胶采收工具技术领域，尤其涉及一种带割胶深度反馈的智能割胶刀。
背景技术
天然橡胶是我国重要的化工原料之一，在经济与国防建设中具有重要的战略地位。根据目前国内橡胶产量、行业的现状以及全球市场，在今后相当长一段时期内，我国天然橡胶的供需矛盾依然无法弥补，天然橡胶或将成为继原油、铁矿石之后又一种被全球市场争夺的资源。
割胶是天然橡胶获取经济效益的直接手段，也是目前的唯一手段。割胶生产属于劳动密集型劳动，对劳动力的数量和技术要求都很高。割胶生产的劳动投入占整个天然橡胶生产的70％左右，因此，割胶技术是橡胶生产的中心环节和关键技术，拥有一批稳定的熟练掌握割胶技术的胶工队伍是实现橡胶生产可持续发展的重要条件。
割胶过程对胶工技术要求较高，稍有不慎就容易伤树，割胶过深会切断营养物质和水分的运输通道，破坏橡胶树的生长，形成死皮，影响产胶。因此，胶园每年会投入大量的人力物力来人工现场检测并及时对破坏的胶树进行治理。
目前高龄胶工面临退休，而年轻的新人又由于经验不足无法直接进行割胶操作，出现了胶工短缺的现象。通常，技术一般的胶工要比技术娴熟的胶工少产20％～30％的橡胶，并且在其作业过程中容易产生更多的伤树；同时，技术一般的胶工在割胶作业中耗皮多，而橡胶树的树皮再生速度慢。因此在全国农垦系统和民营胶园都出现了因缺乏有经验胶工缺口而丢弃割胶树位和砍树改种其他作物的严峻问题。
目前割胶工具仍然以传统胶刀为主，虽然传统胶刀结构简单，但是对使用者技术要求较高。一方面，割胶要达到深度均匀、割面均匀、切片均匀的“三均匀”要求，尤其对深度均匀的控制最难，从而导致割胶效率较低；另一方面，由于割胶要求胶工在凌晨作业，难免会出现割胶过深、伤害橡胶树的木质层的现象，从而影响橡胶产量。为了避免出现上述情况，目前对胶工的割胶深浅及工作质量还需通过人工现场检测，不仅浪费人力物力，而且进一步增加了橡胶生产成本。
考虑以上问题，急需对胶刀进行改进，从而实现割胶深度可视化以及减少对胶工经验的依赖度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带割胶深度反馈的智能割胶刀，有效解决橡胶生产中割胶作业过程中难以对深度均匀控制的问题，可以提高割胶效率、减少对胶工经验的依赖度；同时可以有效避免割胶过深、伤害橡胶树的木质层的现象。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种带有割胶深度反馈的智能割胶刀，包括手柄1、开关2、刀柄7和割胶刀体8，刀柄7的前端与割胶刀体8固定相连；所述智能割胶刀还包括外壳3、LED显示屏4、直线轴承5、压力传感器12和主控部件15；其中：
手柄1内部设有主控部件15，主控部件15上设有单片机和电压放大器。
所述外壳3为一中空筒型结构，其后端与手柄1的前端固定连接，前端安装有端盖9。
所述外壳3外部表面设有LED显示屏4。
所述外壳3内部设有直线轴承5、套筒11和压力传感器12。套筒11固定在外壳3的后端内部，套筒11的侧壁与外壳3间隙配合。所述压力传感器12安装于套筒11内。
所述直线轴承5的侧壁与外壳3过盈配合，直线轴承5的左端与套筒11的右端接触。所述直线轴承5内设有轴装置，所述轴装置由上半轴6和下半轴10组成。所述端盖9上设有与刀柄7截面形状一致的通孔，刀柄7的后端穿过所述通孔固定于上半轴6与下半轴10之间。
所述压力传感器12的前端与所述轴装置的后端接触，所述压力传感器12的后端与外壳3的后端内部接触。
所述LED显示屏4与主控部件15电连接，所述压力传感器12与主控部件15的电压放大器电连接。
所述刀柄7、上半轴6、下半轴10上均开有圆孔。所述上半轴6和下半轴10均开有沉槽，螺栓螺母穿过圆孔将刀柄7固定在上半轴6和下半轴10的沉槽内。
主控部件15上还设有报警器。
手柄1内部设置锂电池14，开关2、电压放大器、报警器和LED显示屏4分别与锂电池14电连接。
锂电池14的充电口13设置于手柄1的表面。
手柄1后端设有USB接口16，USB接口16与主控部件15电连接。
所述单片机内部自带5V供电。
所述压力传感器12量程为0～20kg，误差为0.5％。
所述直线轴承5内径为20mm-25mm，外径为28mm-35mm，长度为30mm-40mm。
所述外壳3材料为铝材。
本发明的有益效果在于：
1)本发明的智能割胶刀在保证割胶厚度一定时，通过压力传感器实时监测切削力的大小，并将切削力与割胶深度建立联系，采用单片机作为控制核心，将计算得出的割胶深度显示在LED显示屏上，将割胶深度可视化，避免胶工根据经验调整割胶深度，降低了割胶难度；
2)本发明的智能割胶刀控制部件对割胶深度兼有报警和提示的功能，当切削力大于设定值时，能够及时提醒胶工，避免伤树；
3)本发明的智能割胶刀能够将割胶操作中的割胶深度数据及时保存，通过手柄末端的USB接口能够读取数据，便于对胶工的割胶工作进行评价，及时发现并保护橡胶树，节省现场检测割胶效果的人力物力。
附图说明
图1为本发明一种带有割胶深度反馈的智能割胶刀主视图；
图2为本发明一种带有割胶深度反馈的智能割胶刀俯视图；
图3为本发明一种带有割胶深度反馈的智能割胶刀半轴与刀柄装配关系视图。
其中，附图标记如下：
1手柄 2开关 3外壳
4LED显示屏 5直线轴承 6上半轴
7刀柄 8割胶刀体 9端盖
10下半轴 11套筒 12压力传感器
13充电口 14锂电池 15主控部件
16USB接口
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
一种带有割胶深度反馈的智能割胶刀，包括手柄1、开关2、外壳3、LED显示屏4、直线轴承5、刀柄7、割胶刀体8、压力传感器12和主控部件15，其中：
所述手柄1内部为中空结构，手柄1内部设有主控部件15。开关2设置于手柄1表面。主控部件15上设有单片机和电压放大器。
优选地，主控部件15上还设有报警器。
优选地，手柄1后端设有USB接口16。
优选地，所述单片机内部自带5V供电。
所述外壳3为一中空筒型结构，其后端与手柄1前端固定连接，前端安装有端盖9。
所述外壳3外部表面设有LED显示屏4。
所述外壳3内部设有直线轴承5、套筒11和压力传感器12。
套筒11的底端设有螺纹孔，通过螺钉固定在外壳3后端内部，套筒11的侧壁与外壳3间隙配合。
所述压力传感器12安装于套筒11内。优选地，所述压力传感器12量程为0～20kg，误差为0.5％。
所述直线轴承5的侧壁与外壳3过盈配合，直线轴承5的左端与套筒11的右端接触，防止直线轴承5在外壳3内晃动。所述直线轴承5内设有轴装置，所述轴装置由上半轴6和下半轴10组成。所述端盖9上设有与刀柄7截面形状一致的通孔。刀柄7的后端穿过所述通孔固定于上半轴6与下半轴10之间，刀柄7的前端与割胶刀体8固定相连。
优选地，所述刀柄7、上半轴6、下半轴10上均开有圆孔；所述上半轴6和下半轴10均开有沉槽，螺栓螺母穿过圆孔将刀柄7固定在上半轴6和下半轴10的沉槽内。
优选地，所述直线轴承5内径为20mm-25mm，外径为28mm-35mm，长度为30mm-40mm。
所述压力传感器12的前端与所述轴装置的后端接触，所述压力传感器12的后端与外壳3的后端内部接触。
优选地，所述外壳3材料为铝材。
手柄1内部设置锂电池14。开关2、电压放大器、报警器和LED显示屏4分别与锂电池14电连接。
优选地，锂电池14的充电口13设置于手柄1的表面。
优选地，锂电池14输出电压为12V。
所述LED显示屏4与主控部件15电连接，所述压力传感器12与主控部件15的电压放大器电连接，所述USB接口16与主控部件15电连接。
本发明的工作过程为：
本发明的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，在进行割胶前，首先打开开关2，查看LED显示屏4是否正常显示。
在割胶过程中，胶工手持割胶刀保持一定的角度沿着已经割过的割痕割出一定厚度的树皮(即耗皮量)。割胶刀在切削时，主切削力通过刀柄7使上半轴6和下半轴10在直线轴承5中沿轴向发生微小位移，压迫压力传感器12，使压力传感器12产生微弱的模拟信号。
主控部件15上的单片机通过AD(模数转换)技术首先采集入刀时压力传感器12测出的切削力，从而确定割胶厚度；然后把建立的切削力、割胶厚度与割胶深度关系和最优割皮深度数学模型加载到单片机中，通过单片机中切削力、割胶厚度与深度的关系计算出割胶深度。
单片机把得到的实际割胶深度与数学模型对比判断，从而得到此次行刀割胶深度是否在最优范围内。若不是，单片机会利用深度数据判断是割深或割浅。当出现割深时，主控部件15上的报警器会发出第一警报声；当出现割浅时，报警器会发出与第一警报声不同的第二警报声，胶工只需根据所述警报声来调整下一刀割胶深浅。
在行刀过程中，LED显示屏4实时显示割胶深度，胶工可根据显示的深度及时调整此次行刀的割胶深度避免割深或者割浅的现象。
主控部件15记录了每棵树对应的割胶深度，通过单片机把数据暂时储存到主控部件15的硬盘缓存区，在割胶工作结束后，胶工把一天的割胶深度数据通过USB接口16传输到U盘中带回，关闭开关2结束工作。
锂电池14通过充电口13进行充电。
本发明通过单片机把数据暂时储存到主控部件15的硬盘缓存区，在割胶结束后把数据输出到外部存储设备中，从而实现数据的收集。
本发明利用单片机的计数器功能，实现把每棵树的割胶数据区分存储，利于数据的处理和伤树率的分析。
Claims (10)
1.一种带有割胶深度反馈的智能割胶刀，包括手柄(1)、开关(2)、刀柄(7)和割胶刀体(8)，刀柄(7)的前端与割胶刀体(8)固定相连，其特征在于：所述智能割胶刀还包括外壳(3)、LED显示屏(4)、直线轴承(5)、压力传感器(12)和主控部件(15)；其中，
手柄(1)内部设有主控部件(15)，主控部件(15)上设有单片机和电压放大器；
所述外壳(3)为一中空筒型结构，其后端与手柄(1)的前端固定连接，前端安装有端盖(9)；
所述外壳(3)外部表面设有LED显示屏(4)；
所述外壳(3)内部设有直线轴承(5)、套筒(11)和压力传感器(12)；其中，
套筒(11)固定在外壳(3)的后端内部，套筒(11)的侧壁与外壳(3)间隙配合；
所述压力传感器(12)安装于套筒(11)内；
所述直线轴承(5)的侧壁与外壳(3)过盈配合，直线轴承(5)的左端与套筒(11)的右端接触；所述直线轴承(5)内设有轴装置，所述轴装置由上半轴(6)和下半轴(10)组成；所述端盖(9)上设有与刀柄(7)截面形状一致的通孔，刀柄(7)的后端穿过所述通孔固定于上半轴(6)与下半轴(10)之间；
所述压力传感器(12)的前端与所述轴装置的后端接触，所述压力传感器(12)的后端与外壳(3)的后端内部接触；
所述LED显示屏4与主控部件(15)电连接，所述压力传感器(12)与主控部件(15)的电压放大器电连接。
2.根据权利要求1所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：
所述刀柄(7)、上半轴(6)、下半轴(10)上均开有圆孔；所述上半轴(6)和下半轴(10)均开有沉槽，螺栓螺母穿过圆孔将刀柄(7)固定在上半轴(6)和下半轴(10)的沉槽内。
3.根据权利要求1所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：主控部件(15)上还设有报警器。
4.根据权利要求3所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：手柄(1)内部设置锂电池(14)，开关(2)、电压放大器、报警器和LED显示屏(4)分别与锂电池(14)电连接。
5.根据权利要求4所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：锂电池(14)的充电口(13)设置于手柄(1)的表面。
6.根据权利要求1所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：手柄(1)后端设有USB接口(16)，USB接口(16)与主控部件(15)电连接。
7.根据权利要求1所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：所述单片机内部自带5V供电。
8.根据权利要求1所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：所述压力传感器(12)量程为0～20kg，误差为0.5％。
9.根据权利要求1所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：所述直线轴承(5)内径为20mm-25mm，外径为28mm-35mm，长度为30mm-40mm。
10.根据权利要求1所述的带有割胶深度反馈的智能割胶刀，其特征在于：所述外壳(3)材料为铝材。
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