4GXJ 電動膠刀助推天然橡膠產業機械化智能化

文/田婉瑩 劉倩 中國熱帶農業科學院

天然橡膠是國防戰略物資，與煤炭、石油、鋼鐵并稱“四大”工業原料，廣泛應用于國防、醫療、民生等領域。“十三五”期間，中國熱帶農業科學院橡膠研究所研究員曹建華帶領科研團隊，經過潛心攻關，突破關鍵技術難題 ，在世界上率先開發并推出4GXJ系往復便攜式電動膠刀，填補了該領域空白，目前已在13個國家天然橡膠產區推廣應用。這標志著我國正在步入機械化采膠時代。

當前，世界天然橡膠種植面積約2.3億畝，產量約1380萬噸；我國種植面積約1726萬畝，產量81萬噸。然而，100年來世界大面積植膠仍主要依賴人力割膠，使得人力割膠成本占生產成本的60%以上。由于采膠的高標準、特殊性要求，也由于天然橡膠為多年生、長周期、單株收獲作物，膠園及膠樹工況環境復雜，膠乳來自樹皮內層的乳管，液體狀、粘性強、易污染，故采膠機械研發一直困擾著業界。特別是近年來國際天然橡膠價格持續低迷，加上采膠工具落后，我國橡膠產業用工荒凸顯，膠園棄割、棄管現象嚴重，嚴重制約了產業的發展。因而突破采膠機械關鍵核心技術難題，變革落后的采膠工具與技術，實現機械化、自動化采膠，是解決產業“用工荒”難題、實現產業可持續發展的有效措施之一。

此前，國際上也有多個國家科研機構研發便攜式電動膠刀及割膠裝備，但仍面臨諸多技術難題和經濟成本壓力，難以做大面積推廣應用。

面對整個產業的急迫需求，2016年，中國熱帶農業科學院成立了以張以山副院長牽頭、曹建華研究員為技術負責人的“天然橡膠機械與自動化裝備”攻關領導小組和科技團隊，在科技部重點研發專項“天然橡膠收獲技術與裝備研發”以及農業農村部“便攜式電動膠刀集成應用與示范”項目支持下，基于20多年從事農業裝備研究經驗，集中多學科專家聯合攻關。

研發團隊成員披星戴月，夜以繼日地開展技術難題攻關。午夜12點，燈火通明，研究人員在試驗室穿梭忙碌；凌晨2點，頭頂一抹熒光，跟著膠工在膠園里學習割膠技術、了解技術需求難點……近400個日日夜夜的艱辛探索，在失敗中跋涉，先后設計了17款不同的樣機，終于在2017年4月研制出“第一代”4GXJ便攜式電動膠刀，突破了傳統割膠刀難學、傷樹、效率低等技術難題，在中國熱帶農業科學院試驗場橡膠基地成功示范應用，引發國內外同行的廣泛關注，同時也帶動了國內外采膠機械研發的熱潮。

在推廣應用中，對于膠農在使用中提出的問題，曹建華團隊反復研究、優化：導向器結構，刀片形狀、材料與加工工藝，電池安全性與續航能力，部件材料耐用性與加工精度，整機裝配集成一致性，甚至小到一顆螺絲、一個電源連接頭，都進行了全面的優化升級……2019年10月，“第二代”便攜式電動膠刀正式推出，其性能、質量和使用效果得以大幅改善，解決了手撕老膠線難題，割膠效率提升至30%。現在，熟練使用后，膠工每小時可輕松割膠180～220株，而過去人力膠刀一般每小時僅割120～140株。

“最關鍵的是電動膠刀設有仿形導向限位保護裝置，不易傷膠樹，割膠深度和耗皮厚度由機械控制，并可根據樹齡和生產需要自行調節，割膠技術難度大幅降低，有效減少耗皮量，不再時時依賴膠工的技術經驗，膠工的眼睛和身體疲勞感也大幅降低。最大的進步是使割膠‘由技術依賴型轉變為大眾傻瓜型’”。曹建華介紹說，電動膠刀主體部件至少可使用2～3年，按一個膠工割膠50畝來算，加上更換易損部件和刀片費用，每畝膠園每年的機械使用成本約20～30元，膠農用得起。同等時間，一個膠工每天可多割20%～30%的膠樹，節本增效明顯。

目前，曹建華團隊與國內專業電動工具生產企業合作，建立了我國4GXJ系電動膠刀生產線并實現了量產。除國內植膠區得到規模應用外，還在馬來西亞、印度尼西亞、斯里蘭卡、越南、泰國等10余個“一帶一路”主要植膠國開始推廣、示范。

“電動割膠刀只是一個起點，全自動、智能化采膠裝備研發是未來發展的主流趨勢，仍有諸多技術難題需要攻關，困難和挑戰是不言而喻的。”曹建華說，挑戰和機遇并存，解決產業難題，將論文成果寫在大地上，是團隊的初心與使命。

來華參加培訓的菲律賓學員學習使用4GXJ 電動膠刀