割胶设备发展现状与趋势

种植橡胶树就是为了获得天然橡胶，而获得天然橡胶的唯一方法就是割胶。从人工栽培橡胶树开始，如何获得较高的橡胶产量是人们一直追求的目标。

橡胶树是通过割胶来获取经济产量的，橡胶树投产后，可割胶30～40年，相关数据统计分析发现，现阶段割胶劳动投入占整个橡胶生产劳动总投入的70%以上，由此可见，割胶生产是橡胶生产中非常重要的环节。

割胶同时是一项对技术要求较高的手工工作，割胶技术和割胶制度的好坏，不仅影响当前的产量，还会影响整个生产周期的产量，甚至还会影响橡胶树的寿命，因此，割胶技术也是橡胶生产的关键技术。

为了提高橡胶产量，近些年橡胶生产主要是通过改变割胶生产频率和割胶长度制度以及生产工艺路线实现，而割胶的工具以及割胶的方式并没有改变，仍然使用人工割胶，割胶生产劳动依然投入很大，为减少胶工投入劳力，有必要采用机械化割胶方式。

1  天然橡胶概况

天然橡胶是关系国计民生的重要战略物资，它与钢铁、石油和煤炭并列为现代社会4大工业原料，天然橡胶兼具农业属性与资源属性，是4大基础工业原料中唯一的可再生资源，被广泛应用到工业、农业和国防等领域，因此，世界各国都十分关注天然橡胶的发展。我国植胶业是从20世纪70年代开始的，是在被世界橡胶权威机构列为“植胶禁区”的北纬18°～24°地区发展起来的，经过几十年的不懈努力，国产橡胶为我国国民经济发展和现代国防建设作出了重大贡献。

1.1  全球供需格局

天然橡胶的产量受种植面积、单产、割胶经济性和天气等因素影响。全球范围来看，天然橡胶主要产区在东南亚国家，需求地主要在亚太地区。2010年全球天然橡胶产量为1 042.8万t，消费量为1 080.6万t，供需短缺37.8万t，2016年全球天然橡胶产量为1 160万t，消费量为1 250万t，供需短缺90万t，天然橡胶产量年平均增长率为3.15%，消费量年平均增长率为2.76%。

橡胶的需求主要为轮胎生产，中国、日本、韩国、印度、泰国和澳大利亚等地的轮胎产能占据全球总产能的50%左右，这些地区人口密度大，对乳胶制品的需求也较大。

1.2  生产和进出口概况

天然橡胶的主产国主要有泰国、印度尼西亚、马来西亚、印度、越南和中国，产量占全球总产量的84%。IRSG最新数据显示，2017年全球天然橡胶产量为1 385.5万t，同比增长5.6%，亚太地区产量增长5.3%，其中泰国、印度尼西亚、越南和马来西亚产量分别为446.4万t、304万t、113万t和88.8万t，同比分别增长2.9%、3.1%、12.4%和-0.6%，中国产量为118.9万t，同比增长9.2%。2017年非洲和南美洲地区产量分别为67.1万t和36.4万t，同比分别增长11.5%和4.3%。

1.3  下游消费

天然橡胶的需求主要为轮胎、橡胶制品和乳胶制品等，轮胎占据橡胶需求的70%左右。2016年全球轮胎产能达到4.4亿条，轮胎产能增速为4%。全球范围来看，轮胎产能主要集中在中国、北美和西欧，国家上来看，中国、美国、韩国、日本和德国是主要的轮胎产地和需求地，这些国家的汽车产量也位居前位。

2  割胶技术对比

图1所示为传统割胶方式，传统割胶方式是一种精细的技术性很强的手工操作。工具的优劣程度、操作的熟练水平都会直接影响到橡胶树的产量和橡胶树的健康状况。随着城镇化发展，越来越多青年外出务工，新老人员断档，割胶从业人数下降。

每天凌晨两三点是一天中排胶量最多的时候，为了获得质量上乘的胶乳，割胶工往往选择在深夜出门工作，胶林里唯一的光源就是胶工头顶的胶灯，为了防止隐藏在黑夜的蚊虫、蛇和蜈蚣等的叮咬，胶工都会穿上长袖长裤和雨鞋，平均割胶季的温度超过30℃，人工割胶环境恶劣，劳动强度大。

机械化割胶问题迫切需要解决，随着割胶技术和相关科研工作的进展，已有割胶设备投入使用，机械化割胶提高了橡胶产量，降低了对胶工的技术要求，图2所示为机械化割胶方式。

图1  传统割胶方式

割胶设备刀具材质选用8Cr18MoV，材料碳含量0.8％，铬含量13％，钼含量＜1％，钒含量＜1％，是一种高碳不锈钢，晶粒细，耐磨，适合空冷的热处理方法，是割胶设备刀具首选材料。

电动割胶和全自动割胶机技术与传统割胶比较，能够降低胶工劳动强度和割胶技术难度，缓解了割胶劳动力短缺问题，同时能够提高橡胶产量，橡胶树的寿命也得以增加。

图2  机械化割胶方式

3  割胶工具

传统割胶工具有胶刀、磨刀石和胶刮等，其中最主要的为胶刀。目前不仅我国，东南亚地区的很多国家采用的也都是较为传统的胶刀，以人工割胶为主。胶工需求量大，割胶速度慢，对胶工技术要求高。我国对割胶制度的研究较多，对割胶工具的研究较少。

近年来，为了降低工人割胶的参与程度和劳动强度，一些企业和科研院所单位，正努力研究开发机械化、自动化和智能化的割胶设备来替代人工割胶，以使胶工可以从辛苦的割胶劳作中解放出来，大幅度减少橡胶生产成本，推进橡胶事业的良好发展。

3.1  割胶刀结构与特点

割胶道具要求使用小圆口推刀或拉刀，禁用三角刀，在走刀方式上，割胶技术要求下刀收刀够深且整齐，行刀稳准轻陕，割线平顺，深度均匀等。工具的优劣程度，操作的熟练水平都会直接影响到橡胶树的产量和橡胶树的健康状况。

在胶园生产中，虽然其他抚管措施相同，但由于割胶工具和割胶技术的不同，橡胶树的产量也会有很大差异。通常，技术娴熟优良的胶工相同时间可以比技术一般的胶工多产20％～30％的橡胶，并且伤树少，耗皮少，树皮再生速度快，今后的橡胶产量也高，橡胶树的寿命也长。图3所示为割胶刀。

图3  割胶刀

3.2  电动割胶刀结构与特点

电动割胶刀由切割器、电源、控制器和变速箱等构成，集成了电子与电路信号控制，一键式操作让割胶更简便，电动代替手动，可以提高割胶劳动效率，降低胶工劳动强度和割胶技术难度，特殊的限位装置能很好的调控割胶深度和厚度，可以将耗皮量控制在1.5～1.8 mm，减轻了胶刀对橡胶树乳管的压迫，增加乳胶排放量。

电动割胶刀刀片锋利、耐用、震动小，同时胶刀具有体积小、质量适中、转速均匀和切割效率高等特点，改进电机转速及扭矩输出控制等，可以使割胶更平稳，具有良好发展潜力。相关试验表明，电动割胶刀与传统胶刀相比，割完200株橡胶，电动胶刀可节约0.5 h，熟练使用电动割胶刀可比传统胶刀效率提升15%~30%。

电动割胶刀使用简单易学，新手正常3～5 d能学会，培训成本低，使用电动割胶刀，可减少割胶伤树现象的发生，有利于延长胶园的经济寿命，电动割胶刀轻巧，便于携带，能够减轻割胶工人野外作业负重，降低劳动强度。

电动割胶刀价格低廉，按一个胶工管理2.67 hm²计算，购机成本加上易损部件维修费用，胶园每年使用成本在300～450元/hm²，胶农可以负担，电动割胶刀逐渐受到了胶农的喜爱。图4所示为电动割胶刀。

3.3  全自动割胶机结构与特点

全自动割胶机主要由绑树固定架和分别安装于绑树固定架上下两端的两个环形行星齿轮外壳组成。两行星齿轮外壳之间设置矢量移动刀架总成，矢量移动刀架总成上设置齿轮轴，矢量移动刀架总成内设置电机和带齿轮齿条的割胶刀架，割胶刀架内设置割胶刀总成，割胶刀总成的顶端连接丝杠，转动丝杠可使割胶刀总成在割胶刀架内上下移动。

全自动割胶机无需人工操作，可由自动控制系统按照设定程序控制电机的启动和正反转，喷涂催化剂总成的启停、喷涂时间和喷涂量。自动控制系统还可以通过输入输出模块与外界进行通信，接收上位机指令，更新内部程序设定，将割胶机的各项工作状态随时向外传输。

设备使用1 200 mA·h的铅酸电池，平均使用周期为60～90 d，全自动割胶机采用是模块化设计，机械部件通用，拆装简单，机构稳定，同时全自动割胶机为全日制自动运行，一次设定无需更改，相对人工割胶，成本大幅降低，全自动割胶机为半封闭式结构，能够防腐蚀、防雨，保持局部干燥，可解决雨天不能割胶的问题，全自动割胶机可解放劳动力，大幅降低人工数量和工作强度。

图4  电动割胶刀

使用全自动割胶机需要在每棵树上安装1台，每周换刀，每月对刀头进行一次微调整，每年维护1次，一定程度上提高了生产成本。不规则或异形树干不能保证顺利完成割胶任务，有些胶林是开放式的，可能会出现全自动割胶机丢失的情况。图5所示为全自动割胶机。

图5全自动割胶机

4  发展趋势

随着劳动力成本提高和技术的发展，机械化割胶技术会越来越成熟。目前来看，割胶设备会向以下2个方面发展。

4.1  电动割胶机（半自动）

电动割胶机是基于经济性、便携式理念设计的，在人工辅助下实现半机械化高效割胶，割胶效率≤15 s/株，有效降低了割胶难度和作业强度，提高了效率，电动割胶机是目前主要的发展趋势，也是实现全自动机械化的过渡阶段。电动割胶机设计应注重改进切割刀片、限位保护装置、电子控制器集成、动力传输方式和小型一体化等关键核心技术。

4.2  全自动割胶机

针对天然橡胶人力割胶技术难度大、胶工劳动强度大和人力成本高等问题，开发全自动割胶机，全自动割胶机在胶园辅助设施作用下，可实现完全替代人工的机械割胶，割胶效率≤30 s/株，全自动割胶机是未来割胶技术的主要发展趋势。全自动割胶机创新应注重改进割胶机械手自动控制和割胶刀头与限位保护等关键核心技术，努力实现信息感知智能化，割胶控制精准化，割胶作业自动化。

5  结束语

机械化割胶技术需要科研单位与企业单位合作，完善、制定一系列的标准和操作规程，协同创新，生产出效果更好的可用于实际生产的割胶设备，降低胶工劳动强度，减少橡胶生产成本，从而增加我国橡胶产品应用竞争能力。

本文来源于2018年6期《农业工程》杂志（中国科技核心期刊），作者：黄华，魏博，张迪，高玉平

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