4GXJ 電動(dòng)膠刀助推天然橡膠產(chǎn)業(yè)機(jī)械化智能化

文/田婉瑩 劉倩 中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院

天然橡膠是國(guó)防戰(zhàn)略物資，與煤炭、石油、鋼鐵并稱“四大”工業(yè)原料，廣泛應(yīng)用于國(guó)防、醫(yī)療、民生等領(lǐng)域。“十三五”期間，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所研究員曹建華帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過潛心攻關(guān)，突破關(guān)鍵技術(shù)難題 ，在世界上率先開發(fā)并推出4GXJ系往復(fù)便攜式電動(dòng)膠刀，填補(bǔ)了該領(lǐng)域空白，目前已在13個(gè)國(guó)家天然橡膠產(chǎn)區(qū)推廣應(yīng)用。這標(biāo)志著我國(guó)正在步入機(jī)械化采膠時(shí)代。

當(dāng)前，世界天然橡膠種植面積約2.3億畝，產(chǎn)量約1380萬噸；我國(guó)種植面積約1726萬畝，產(chǎn)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(chǎn)成本的60%以上。由于采膠的高標(biāo)準(zhǔn)、特殊性要求，也由于天然橡膠為多年生、長(zhǎng)周期、單株收獲作物，膠園及膠樹工況環(huán)境復(fù)雜，膠乳來自樹皮內(nèi)層的乳管，液體狀、粘性強(qiáng)、易污染，故采膠機(jī)械研發(fā)一直困擾著業(yè)界。特別是近年來國(guó)際天然橡膠價(jià)格持續(xù)低迷，加上采膠工具落后，我國(guó)橡膠產(chǎn)業(yè)用工荒凸顯，膠園棄割、棄管現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因而突破采膠機(jī)械關(guān)鍵核心技術(shù)難題，變革落后的采膠工具與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化采膠，是解決產(chǎn)業(yè)“用工荒”難題、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一。

此前，國(guó)際上也有多個(gè)國(guó)家科研機(jī)構(gòu)研發(fā)便攜式電動(dòng)膠刀及割膠裝備，但仍面臨諸多技術(shù)難題和經(jīng)濟(jì)成本壓力，難以做大面積推廣應(yīng)用。

面對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的急迫需求，2016年，中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院成立了以張以山副院長(zhǎng)牽頭、曹建華研究員為技術(shù)負(fù)責(zé)人的“天然橡膠機(jī)械與自動(dòng)化裝備”攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組和科技團(tuán)隊(duì)，在科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)“天然橡膠收獲技術(shù)與裝備研發(fā)”以及農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“便攜式電動(dòng)膠刀集成應(yīng)用與示范”項(xiàng)目支持下，基于20多年從事農(nóng)業(yè)裝備研究經(jīng)驗(yàn)，集中多學(xué)科專家聯(lián)合攻關(guān)。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員披星戴月，夜以繼日地開展技術(shù)難題攻關(guān)。午夜12點(diǎn)，燈火通明，研究人員在試驗(yàn)室穿梭忙碌；凌晨2點(diǎn)，頭頂一抹熒光，跟著膠工在膠園里學(xué)習(xí)割膠技術(shù)、了解技術(shù)需求難點(diǎn)……近400個(gè)日日夜夜的艱辛探索，在失敗中跋涉，先后設(shè)計(jì)了17款不同的樣機(jī)，終于在2017年4月研制出“第一代”4GXJ便攜式電動(dòng)膠刀，突破了傳統(tǒng)割膠刀難學(xué)、傷樹、效率低等技術(shù)難題，在中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)場(chǎng)橡膠基地成功示范應(yīng)用，引發(fā)國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注，同時(shí)也帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)外采膠機(jī)械研發(fā)的熱潮。

在推廣應(yīng)用中，對(duì)于膠農(nóng)在使用中提出的問題，曹建華團(tuán)隊(duì)反復(fù)研究、優(yōu)化：導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)，刀片形狀、材料與加工工藝，電池安全性與續(xù)航能力，部件材料耐用性與加工精度，整機(jī)裝配集成一致性，甚至小到一顆螺絲、一個(gè)電源連接頭，都進(jìn)行了全面的優(yōu)化升級(jí)……2019年10月，“第二代”便攜式電動(dòng)膠刀正式推出，其性能、質(zhì)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(xiàn)在，熟練使用后，膠工每小時(shí)可輕松割膠180～220株，而過去人力膠刀一般每小時(shí)僅割120～140株。

“最關(guān)鍵的是電動(dòng)膠刀設(shè)有仿形導(dǎo)向限位保護(hù)裝置，不易傷膠樹，割膠深度和耗皮厚度由機(jī)械控制，并可根據(jù)樹齡和生產(chǎn)需要自行調(diào)節(jié)，割膠技術(shù)難度大幅降低，有效減少耗皮量，不再時(shí)時(shí)依賴膠工的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，膠工的眼睛和身體疲勞感也大幅降低。最大的進(jìn)步是使割膠‘由技術(shù)依賴型轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟊娚倒闲汀薄２芙ㄈA介紹說，電動(dòng)膠刀主體部件至少可使用2～3年，按一個(gè)膠工割膠50畝來算，加上更換易損部件和刀片費(fèi)用，每畝膠園每年的機(jī)械使用成本約20～30元，膠農(nóng)用得起。同等時(shí)間，一個(gè)膠工每天可多割20%～30%的膠樹，節(jié)本增效明顯。

目前，曹建華團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)專業(yè)電動(dòng)工具生產(chǎn)企業(yè)合作，建立了我國(guó)4GXJ系電動(dòng)膠刀生產(chǎn)線并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。除國(guó)內(nèi)植膠區(qū)得到規(guī)模應(yīng)用外，還在馬來西亞、印度尼西亞、斯里蘭卡、越南、泰國(guó)等10余個(gè)“一帶一路”主要植膠國(guó)開始推廣、示范。

“電動(dòng)割膠刀只是一個(gè)起點(diǎn)，全自動(dòng)、智能化采膠裝備研發(fā)是未來發(fā)展的主流趨勢(shì)，仍有諸多技術(shù)難題需要攻關(guān)，困難和挑戰(zhàn)是不言而喻的。”曹建華說，挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存，解決產(chǎn)業(yè)難題，將論文成果寫在大地上，是團(tuán)隊(duì)的初心與使命。

來華參加培訓(xùn)的菲律賓學(xué)員學(xué)習(xí)使用4GXJ 電動(dòng)膠刀