极目新闻记者柯称
通讯员 晏亮 苏洁凤
在全国人民声援“新疆棉”的时候，湖北荆州的长江大学有一群学生，通过四年坚持不懈地努力，用实际行动交上一份满意答卷——该校“疆拓团队”的《棉田棉秆残膜联合收获机——拔秆伏“魔”助棉白》项目，一举拿下第十七届“挑战杯”全国大学生课外科技作品竞赛全国特等奖。该项目将有效解决“新疆棉”采收后的两大难题，助力“新疆棉”高质量、可持续发展。
团队成员参加“挑战杯”答辩
瞄准“新疆棉”发展两大难题
据国家统计局核定，2021年新疆棉花总产量512.9万吨，占全国棉花产量近九成。可以说，新疆的棉花温暖了几代中国人。但是，多年来有两大问题困扰着包括新疆在内的西北地区棉农：一是残留地膜使用机械无法全部回收，二是现有农林机械无法将棉秆连根拔取。
“疆拓团队”学生负责人、长江大学机械11801班本科生杜帅龙解释，西北地区少雨、低温，因此普遍采用地膜植棉的方式，在棉田地面铺设一层像保鲜膜一样的地膜，可以有效保温保湿，还能降低病虫害，提高棉花品质和产量。“棉农为了节约成本，一般选用较薄的地膜，这些地膜经过风吹日晒后非常脆弱，容易破损，如果用机器回收容易留下较多的残留，形成白色污染。”杜帅龙说。
新疆棉农用采棉机收获棉花（新华社资料图）
另一方面，采摘完棉花后棉秆怎么处理也是难题。人工拔除效率太低，以往多采用机械打碎还田的方式，这就给地膜回收制造了更多的困难，同时，残留的棉秆还有传播棉花黄萎病的风险。近些年来，也有一些农机可以贴地收割棉秆，但还是会残留一些棉秆根茬。
2018年，正在读大一的杜帅龙等学生，得知学校机械工程学院张善彪老师，一直在致力于这两项问题的科研攻关，便主动要求加入科研团队，“疆拓团队”便应运而生。杜帅龙说：“疆是新疆的疆，也是疆土的疆。我们希望通过自己的努力解决棉田白色污染、守护新疆棉花。”
两项绝活把“不可能”变可能
“高效回收地膜和棉秆，听上去并不复杂，却是我国持续十多年的重点攻关项目。一套成熟的方案技术参数有47000多个，关键技术难点有30多个，对于这些本科生来说非常困难。”张善彪老师表示，师生团队经历了四年，一千多个日夜的不断尝试、攻关，终于研发出“长大造”棉田棉秆残膜联合收获机。
张善彪和学生在研究零部件
杜帅龙介绍，这台高效联合收获机的主要创新点在于，研究出了不对行柔性滑拔机构和定向偏心弹齿搂膜机构，达到了现在市面上普通机器无法做到的“拔秆不断根，搂膜不漏膜”的效果，实现棉秆残膜一站式回收。
不对行柔性滑拔机构可以理解为用机械模拟人工手法，准确地抓住一个根根棉秆，通过合适的角度和力度连根拔起；定向偏心弹齿搂膜机构就像一根躺在地上旋转的“狼牙棒”，它的弹齿可以和地膜保持固定的角度，将地膜顺利地挑起。
“残膜如何高效打包是我们遇到的一大难题，困扰了我们很久。我们实地调研提出这个想法时，当地农民纷纷表示‘不可能’。”团队成员李子涵说，以前也有卷起地膜的农机，但是每隔一段时间就要人工清理缠绕的地膜，团队成员集思广益，提出多种想法，设计与绘制三维草图并订购设备去农场验证，最终找到了可以实现“自我清洁”的方案。
杜帅龙说，掌握了几项“拿手活”后，团队研制的联合收获机可以实现头部拔杆、尾部起膜，不间断地工作，地膜回收率从目前的60%左右提升到90%以上。
下田地实践解锁开拖拉机技能
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”从大一参与团队到大四获得“挑战杯”全国特等奖，杜帅龙等学生说，收获的不仅是能帮助到棉农的自豪感，还有自己专业能力和动手能力的提升。
杜帅龙介绍，“疆拓团队”学生前后有20人左右，来自不同的专业，例如机械专业的杜帅龙、戴梓杰、张湛颇、李子涵主要负责技术开发，装备专业的李琼和光电专业的苏鹏负责日常研究和拍照记录，而来自法学院的王伟主要负责专利技术保护与对外宣传。张善彪老师补充，还有一些本校研究生甚至外校的学生参与了该项目，很好地体现了跨学科、垮地域的合作。
张善彪带着学生在改进设备
“完成这个项目要经过整体设计、机构设计、设备组装、实地验证、改良优化等步骤，四年研发过程中我们克服了很多困难，也有很多有意思的经历。”杜帅龙笑着回忆，在制作弹齿的卡套时，大家为了节省在外面订制的费用，决定手工打造。同学们抡起大锤锤钢构件，一个卡套至少要锤四五下，一套设备一共需要200多个卡套，“大家锤累了就换人，轮流上，锤了有三四天，后来手都抬不起来了。”
学生学开拖拉机
“学习是随时随地在进行的。”团队成员张湛颇印象最深的则是，在荆州一家农场实地考察时，团队成员向当地农民请教各种农业机械的操作，比如如何输出动力、如何驾驶拖拉机等。在农民伯伯的细心指导下，几名有驾照的大学生很快就掌握了农用拖拉机的驾驶。坐在威风的拖拉机上，张湛颇颇有成就感，“在枯燥且艰难的研究过程中，开着拖拉机‘兜风’，是一件很快乐和惬意的事情。”
此外，还有少数幸运的学生曾跟着张善彪老师去过新疆。张善彪介绍，这几年他每年都要在新疆待1-3个月，在多个棉花产区验证了棉秆残膜联合收获机样机。
产品即将定型，市场需求很大
张善彪介绍，棉田棉秆残膜联合收获机项目样机在湖北荆州市岑河农场、新疆昌吉市芳草湖农场等多地进行的田间试验，取得了非常理想的效果，实现拔净率高达97%以上、断秆率控制在2%以下，较于人工效率提高了125倍以上，较好解决了棉花种植过程中产生的白色污染问题。包括中国工程院院士陈学庚在内的专家学者，对项目给予了肯定。
棉秆残膜联合收获机样机
“这几年，同学们把论文写在祖国的大地上，把丰收带进农民的心窝里，而下一步，就是要实现科技成果转化。”张善彪透露，目前，联合收获机产品定型工作已接近尾声，不久的将来就可以推出成熟的产品。经专业测算，该项目一台产品市场定价约为120万元，单台产品可带来的市场价值约140万元，在新疆的市场需求约有1.2万台。该项目还获得了出口许可证，未来打入全球市场约有3-5万台的市场需求空间。
更让张善彪欣慰的是，通过四年来的锻炼，“疆拓团队”的学生都取得了长足、迅速的进步：团队成员顺利申请了专利13项，目前8项实用新型专利全部授权、5项发明专利也全部公开实审：从2019年至今，团队积极参与各类大学生学科竞赛，累计获得国家级特等奖一项、三等奖一项、省部级特等奖一项、一等奖两项、二等奖三奖，市级及社会团体一等奖两项；团队成员杜帅龙已保研吉林大学，李子涵将在华中农业大学攻读农业机械方向的研究生，戴梓杰和苏鹏也会攻读研究生、继续学习深造，还在读大三的王伟和李琼等，也决定全力备战研究生考试。
长江大学相关负责人表示，该项目充分彰显了学校农学和现代机械制造技术的学科特色，突出了综合性大学学科交叉融合优势，学校将总结此次获得“挑战杯”特等奖新突破的经验，进一步推动学生创新意识和实践能力的培养，帮助更多青年实现“挑战梦”。
