最美科技工作者曹建华：潜心研发电动割胶刀 填补领域空白
天然橡胶与煤炭、石油、钢铁并称为“四大”工业原料。当前，世界天然橡胶种植面积约2.3亿亩、产量1380.5万吨，仅我国天然橡胶种植面积就达1726万亩、产量81万吨。然而，鲜为人知的是，世界天然橡胶产区，至今仍靠人力割胶——机械化割胶一直是一个世界难题，国内外已研发了40年。
5月12日，科技日报记者从中国热带农业科学院橡胶研究所了解到，该所曹建华科研团队依靠20多年在热带农业及机械工程技术领域的研究开发经验、利用单位国家级、省部级重要科技平台的支撑，经过多年潜心攻关，在世界上率先开发出新一代往复式便携式电动胶刀，已在国内天然橡胶产区开始推广应用。这标志着我国正在步入机械化采胶时代。
胶园弃割和弃管现象严重
天然橡胶在世界范围被大面积种植，至今已有100多年。我国云南、海南省，是优质天然橡胶的主产地。其中，仅海南全省种植面积超过800万亩。
“由于天然橡胶为多年生、长周期作物，胶园及胶树工况复杂，橡胶胶乳来自树皮内的乳管，液体状、黏性大、易污染，因此胶乳采收标准高、技术难度大、劳动强度高，且工具落后、严重依赖技术胶工，使得人力割胶成本占生产成本的60%以上。”类似这样便携式的电动胶刀，目前，尽管国际上也有多个国家科研机构在研发，但仍没有进入应用阶段。
“农技农艺结合，推动农业装备机械化智能化，是解决农业劳动强度大、生产效益不高、品质难以保障等问题最有效的办法。”农业农村部南京农业机械化研究所研究员肖宏儒说，“割胶工，往往是凌晨2点左右就进入橡胶园，夜间最低温度也在20度左右，白天甚至达到30度以上，且蚊虫很多，生产工作环境非常恶劣。”
用曹建华的话来说，尤其近年来，受世界金融危机及国际石油价格大幅下降的影响，天然橡胶价格远低于成本价格，植胶企业和种植户连续亏本经营，胶工收入大幅降低难以维持生计，胶园弃割、弃管现象严重，产业损失巨大。目前，全国橡胶弃割面积超过60万亩、每年少产干胶15万吨、少收入15亿元。
“几十年来，在我国植胶地区，同样完全依赖人力割胶。但是，现在越来越多的年轻劳动力，不愿意从事劳动强度大、收入低的割胶工作。因此，迫切需要在关键核心技术上取得突破，实现机械化、自动化采胶，有效解决产业‘用工荒’困境。”曹建华说。
曹建华告诉记者，眼下，正在推广使用的4GXJ-2型便携式电动割胶刀，有着割胶深度、耗皮厚度、动力转速可调控等功能，可满足推割、拉割、高低割线、阴阳刀割胶需要，割线平顺、胶水清洁，单株割胶效率提升50%以上，割胶技术难度降低60%，劳动强度降低60%以上，割胶深度和耗皮厚度主要由机械控制，有效减少了伤树的发生。
组建攻关团队“啃”下“硬骨头”
中国热带农业科学院作为一家国家级研究机构，致力于促进我国和“一带一路”热区农民增收和服务热区社会经济发展。2014年，面对植胶企业和胶农困境，以及整个产业的急迫需求，农学专业科班出身的曹建华博士开始把研究方向瞄准机械采胶。但想要攻关这个世界难题，个人势单力薄，困难重重。
2年后，终于迎来重大转折。当时，中国热带农业科学院院长王庆煌亲自抓落实，张以山副院长牵头筹备组建智能化采胶装备攻关领导小组。曹建华听说后，义无反顾放弃优越的管理和科研岗位工作，投入采胶机械攻关。
很快，曹建华被任命为“智能化采胶设备研究”攻关团队负责人。刚开始组建时，团队仅他一人。在最艰难的时候，上到科技部、农业农村部、海南省等各级政府主管部门，下到热科院、橡胶所等，从人才、资金等多方面给予了及时支持，解除了科研开发上的后顾之忧。
不久，一群朝气蓬勃、敢于担当的年轻人加入了攻关团队，为了共同的事业和目标，开始夜以继日地“啃硬骨头”。凌晨2点，头顶一抹月光，跟着胶工在地里学习割胶技术、了解技术需求难点。研发过程任重而艰辛，近400个日日夜夜，能好好吃一顿饭、睡一个觉，都成了奢侈……
“每一棵胶树生长都不一样、采胶作业工况环境的复杂，产业经济收益低，对机械设计和制造成本提出了巨大的挑战。”曹建华说，开始，我们团队先后设计了16款不同的样机，几乎都以失败告终，只能推倒重来。
2017年4月，团队终于突破了传统割胶刀伤树、产量低、效率低、劳动强度大等技术难题，研制出第一代便携式电动胶刀，并在中国热带农业科学院试验农场橡胶园率先示范应用成功，引起国内外同行的广泛关注。
2019年10月，正式推出第二代便携式电动胶刀，其性能、生产加工工艺、使用效果得以大幅改善，进一步提高了割胶效率，有效提高植胶产业综合经济效益。
让胶农用上更智慧的胶刀
“科技创新的成果，关键要真正能够得到转化。”曹建华说，3年来，我们与国内专业电动工具生产企业合作，建立了我国第一条电动胶刀生产线并实现量产，加速推进科研成果转化应用，助力天然橡胶产业节本增效和转型升级。
曹建华团队在推广应用中，对于胶农使用中提出的问题，进行反复研究，实施再攻关。比如，针对第一代存在的不足，对刀片结构、材料与加工工艺、电池续航能力与安全性、机械部件材料耐用性与加工配合精度、电线连接、整机集成，甚至小到一颗螺丝，都进行了全面的优化升级。
“我们解决了割胶前手撕老胶线影响效率的‘老大难’问题，使刀片耐磨性提升两倍以上、机械震动大幅下降、割胶深度和耗皮厚度可控可调更精准、大幅减少伤树的发生等。”曹建华说，现在，胶工熟练使用后，平均每小时可割胶180~200株、胶工更轻松，而过去使用人工刀一般每小时仅120~140株。
“最关键的是电动胶刀设有限位保护装置，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。”曹建华说，电动胶刀主体部件至少可使用2到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元，胶农用得起。
记者了解到，曹建华团队自第一代便携式电动胶刀问世后，就马不停蹄地投入推广、示范，培训和应用之中。目前，除国内植胶区得到规模应用外，还在马来西亚、印尼、斯里兰卡、越南、泰国等10个“一带一路”主要植胶国开始小规模推广、示范，培训国内外胶工5000余人。
值得一提的是，今年，由于全球新冠肺炎疫情，世界主要植胶国都因劳动力和成本上涨等，出现割胶困难。因此，3月以来，曹建华团队尽心尽力为“一带一路”沿线国家提供装备技术帮助。目前，2000余台新一代便携式电动胶刀，正在世界天然橡胶产业基地大显身手。
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