春耕时节，新疆千万亩棉田积雪消融，土壤中长年累积的破碎残膜逐渐显露，形成阻碍作物生长的“塑料网”。长期以来，残膜机械化回收面临回收率低、含杂率高、可靠性差三大难题，被业内视为“不可能完成的任务”。如今，这一困局迎来转机。

　　2014年，中国工程院院士、石河子大学教授陈学庚团队将研发重点转向残膜回收机。历经十余年攻关，团队相继突破柔性捡拾、连续清杂、无芯自动卷膜等关键技术，让残膜回收从“不可能”变为“高效率”。

　　近日，在江苏常州汉森机械股份有限公司的生产车间，由该团队研发的棉田秸秆粉碎与残膜回收联合作业机正在加紧组装，奔赴全国棉区。

　　柔性拾膜：提升“回收率”

　　传统机具残膜回收率低，原因主要在于机具采用耙式结构，钉齿与土块、石子接触时会产生对冲力，极易将夹在中间的薄膜撕裂，导致残膜“一半进机、一半留地”。经反复复盘，团队决定推翻原有技术路线，从捡拾原理开始攻关。

　　“有一次团队进行讨论时，陈学庚院士提出将刚性结构改为柔性结构，模拟人手进行抓取。”陈学庚团队成员、石河子大学机械电气工程学院教授温浩军告诉记者，采用柔性钉齿链板式结构后，如果钉齿入土挑膜过程中阻力过大，铰接结构可扭转卸力，避免钉齿变形损坏。改进后，样机的残膜回收率接近90%，较传统机具提升近一倍。

　　但新问题接踵而至。“固定钉齿的材料是橡胶材质，连续作业时会出现拉伸变形，造成钉齿无法与薄膜有效接触。”陈学庚团队成员、石河子大学教授赵岩告诉记者，团队决定用钢材代替橡胶。但更换钢材后，钢制链板与钢制驱动轮又出现打滑、丢转的情况。最终，他们采用“软硬结合”的方案，在每一个钉齿底部安装了软性橡胶材料。

　　经过两三年的反复研究测试，柔性钉齿链板式残膜回收装置研发成功，残膜回收率达到90%，且回收装置具有极强的稳定性。

　　连续清杂：降低“含杂率”

　　秋收后的棉田里，不光有残膜，还有直插土壤的秸秆。而棉花采收后到犁地休耕仅半个月，需同步完成回收残膜、去秸秆两项作业，否则将影响农时。

　　“单独处理秸秆很容易，机具作业原理也非常简单，但与残膜回收协同起来难度很大。”温浩军说，其中最大的难点就是粉碎秸秆会产生大量杂质，直接影响残膜回收。

　　在赵岩看来，秸秆粉碎与残膜回收联合作业并非两道工序的简单叠加，而是需要通过自主研发关键设备，实现“1+1>2”的效果。

　　工序设计上，团队通过调整秸秆粉碎设备中多枚刀片的排列角度，在机具行进时营造出向外旋转的“小风场”，将大部分秸秆碎片吹向机外；在机器底部加装多个滚轮，将薄膜牢牢“按”在地面上，确保后续回收的完整性。

　　“为了防止少部分杂质混进残膜回收工序，我们还在钉齿链板上加装震动装置，把杂质从薄膜上抖下来。”温浩军介绍。但杂质如果直接掉落，又会落在下一段残膜上。为此，团队又加装旋转滚筒——杂质落入滚筒内部后被旋转排出机外。

　　无芯卷膜：提高“作业率”

　　接连突破了残膜捡拾和杂质清除两项核心技术，陈学庚团队又着眼于提升机具的工作效率。

　　传统机具作业时，残膜直接传送至后端车斗，每隔一段时间就要停车1至2分钟人工卸膜。更棘手的是，卸下的残膜堆成一地，后期转运处理极为不便。

　　赵岩介绍，团队借鉴塑料薄膜包装方式，采用自动卷膜技术，在机具后端加装旋转轴，残膜自动缠绕成捆、达标后自动掉落。这样既省时省力，还实现车斗“瘦身”。但田间作业时，卷膜越厚，中心轴转速越慢，速度不一致导致残膜频频断裂。团队优化速度匹配机制，解决了这一问题。

　　自动卷膜技术稳定后，团队进一步“做减法”，研发无芯自动卷膜技术，省去人工装卸杆芯工序，将作业时间压缩至5秒。此外，早期机型采用链式传动，在北疆硬土高湿环境易打滑。团队与企业合作，将其升级为液压驱动，提升了稳定性，一台联合机每天可作业250亩左右。

　　2022年起，通过产学研用紧密合作，陈学庚团队研发的残膜回收装备在多家企业实现量产，并在我国新疆、甘肃、内蒙古等地及中亚国家累计推广近2000台。该团队牵头的“高回收率棉田残膜回收联合作业技术与装备创制”项目，获2025年度农业机械科学技术奖一等奖。

　　“陈学庚院士团队聚焦残膜回收，历经十余年形成国际领先的科研成果，对新疆乃至全国干旱区农业绿色发展具有重大的科技支撑作用。”石河子大学党委副书记、校长李兆敏表示，下一步石河子大学将继续坚持一体推进教育科技人才发展，助力更多科研成果走出校园，为经济社会发展注入新动能。

（来源：科技日报 作者：梁乐  朱彤）