4GXJ 电动胶刀助推天然橡胶产业机械化智能化

文/田婉莹 刘倩 中国热带农业科学院

天然橡胶是国防战略物资，与煤炭、石油、钢铁并称“四大”工业原料，广泛应用于国防、医疗、民生等领域。“十三五”期间，中国热带农业科学院橡胶研究所研究员曹建华带领科研团队，经过潜心攻关，突破关键技术难题 ，在世界上率先开发并推出4GXJ系往复便携式电动胶刀，填补了该领域空白，目前已在13个国家天然橡胶产区推广应用。这标志着我国正在步入机械化采胶时代。

当前，世界天然橡胶种植面积约2.3亿亩，产量约1380万吨；我国种植面积约1726万亩，产量81万吨。然而，100年来世界大面积植胶仍主要依赖人力割胶，使得人力割胶成本占生产成本的60%以上。由于采胶的高标准、特殊性要求，也由于天然橡胶为多年生、长周期、单株收获作物，胶园及胶树工况环境复杂，胶乳来自树皮内层的乳管，液体状、粘性强、易污染，故采胶机械研发一直困扰着业界。特别是近年来国际天然橡胶价格持续低迷，加上采胶工具落后，我国橡胶产业用工荒凸显，胶园弃割、弃管现象严重，严重制约了产业的发展。因而突破采胶机械关键核心技术难题，变革落后的采胶工具与技术，实现机械化、自动化采胶，是解决产业“用工荒”难题、实现产业可持续发展的有效措施之一。

此前，国际上也有多个国家科研机构研发便携式电动胶刀及割胶装备，但仍面临诸多技术难题和经济成本压力，难以做大面积推广应用。

面对整个产业的急迫需求，2016年，中国热带农业科学院成立了以张以山副院长牵头、曹建华研究员为技术负责人的“天然橡胶机械与自动化装备”攻关领导小组和科技团队，在科技部重点研发专项“天然橡胶收获技术与装备研发”以及农业农村部“便携式电动胶刀集成应用与示范”项目支持下，基于20多年从事农业装备研究经验，集中多学科专家联合攻关。

研发团队成员披星戴月，夜以继日地开展技术难题攻关。午夜12点，灯火通明，研究人员在试验室穿梭忙碌；凌晨2点，头顶一抹荧光，跟着胶工在胶园里学习割胶技术、了解技术需求难点……近400个日日夜夜的艰辛探索，在失败中跋涉，先后设计了17款不同的样机，终于在2017年4月研制出“第一代”4GXJ便携式电动胶刀，突破了传统割胶刀难学、伤树、效率低等技术难题，在中国热带农业科学院试验场橡胶基地成功示范应用，引发国内外同行的广泛关注，同时也带动了国内外采胶机械研发的热潮。

在推广应用中，对于胶农在使用中提出的问题，曹建华团队反复研究、优化：导向器结构，刀片形状、材料与加工工艺，电池安全性与续航能力，部件材料耐用性与加工精度，整机装配集成一致性，甚至小到一颗螺丝、一个电源连接头，都进行了全面的优化升级……2019年10月，“第二代”便携式电动胶刀正式推出，其性能、质量和使用效果得以大幅改善，解决了手撕老胶线难题，割胶效率提升至30%。现在，熟练使用后，胶工每小时可轻松割胶180～220株，而过去人力胶刀一般每小时仅割120～140株。

“最关键的是电动胶刀设有仿形导向限位保护装置，不易伤胶树，割胶深度和耗皮厚度由机械控制，并可根据树龄和生产需要自行调节，割胶技术难度大幅降低，有效减少耗皮量，不再时时依赖胶工的技术经验，胶工的眼睛和身体疲劳感也大幅降低。最大的进步是使割胶‘由技术依赖型转变为大众傻瓜型’”。曹建华介绍说，电动胶刀主体部件至少可使用2～3年，按一个胶工割胶50亩来算，加上更换易损部件和刀片费用，每亩胶园每年的机械使用成本约20～30元，胶农用得起。同等时间，一个胶工每天可多割20%～30%的胶树，节本增效明显。

目前，曹建华团队与国内专业电动工具生产企业合作，建立了我国4GXJ系电动胶刀生产线并实现了量产。除国内植胶区得到规模应用外，还在马来西亚、印度尼西亚、斯里兰卡、越南、泰国等10余个“一带一路”主要植胶国开始推广、示范。

“电动割胶刀只是一个起点，全自动、智能化采胶装备研发是未来发展的主流趋势，仍有诸多技术难题需要攻关，困难和挑战是不言而喻的。”曹建华说，挑战和机遇并存，解决产业难题，将论文成果写在大地上，是团队的初心与使命。

来华参加培训的菲律宾学员学习使用4GXJ 电动胶刀