为了解决机械化捡拾残膜的技术难题，张掖市农机局积极组织专业技术人员开展技术攻关，历时8年，成功研制了硬茬残膜捡拾机，并取得了多项发明成果。其研发成果是解决农田残膜污染问题的成功探索，应用推广前景广阔，发展潜力巨大。
一、整机结构与工作原理
针对残膜捡拾的劳动工序设计了玉米硬茬地残膜捡拾机及其破茬整地的机械化作业方法。传统的硬茬地残膜捡拾是在春秋灌水时节，地表湿度达到人工进地操作的程度，经过手工捡拾秸秆—用耙子清除残膜——人工刨除根茬——根块晾晒——用榔头击碎或用滚子压碎——人工捡拾清除——耕翻土地——整平压实七道工序才能再次播种。由于劳动强度大、效率低下导致农户耕作整地时将残膜直接翻入土壤掩埋造成农田污染。针对上述情况设计集成破茬起膜装置、碎土整压装置、土膜分离装置、液压自动收集装置、仿形组合集成于一体，破解机械化难于捡拾残膜的难题。
1.整机结构 1FMJ硬茬地残膜捡拾机结构；由三点悬挂牵引架1、机架2、地轮3、破茬起膜装置4、碎土整压装置5、土膜分离装置6、液压自动收集装置等部件组成。其结构如图1所示。
图1是1FMJ-2000型硬茬地残膜捡拾机结构示意图
1.机架2.破茬起膜装置3.地轮4.碎土整压装置5.土膜分离装置6.液压自动收集装置
2.工作原理 1FMJ硬茬地残膜捡拾机配套动力为654型四轮拖拉机牵引作业。如图1所示，由机架前方牵引架与拖拉机后方液压悬挂架挂接后，调整各部件及其仿形机构参数后，带动捡拾机进入田间作业地点。驾驶员下拉操作杆使其地轮3平稳落地；牵引机具前行，破茬起膜装置2开始作业。
3.主要技术参数
型号1FMJ—2000型
重量582kg
配套动力：654型四轮拖拉机
生产效率：0.45hm2/h～0.7hm2/h
捡拾幅宽：2000mm
作业模式：不对行与对行可自由选择。
起膜深度：30mm～60mm(可调)
残膜捡拾率：95%
作业速度：1.0m/s～2.5m/s(挡位自由选择)
二、关键部件设计
1FMJ—2000型硬茬地残膜捡拾机主要针对玉米根茬地的残膜捡拾，设计了破茬起膜装置、碎土镇压装置、土膜分离装置、自动液压收集装置。四大装置依次由仿形系统连接组合在机架上，完成机械化捡拾残膜工序。
1.地轮传动系统 1FMJ—2000型硬茬地残膜捡拾机的地轮传动系统主起支撑捡拾机重量及其部件入土作业的受力作用。其主要功用是对各部件限位仿形移动，减少拖拉机功率消耗，降低工作阻力，定位捡拾装置入土深度、捡拾角度。保证捡拾机各部件的作业稳定性。
2.破茬起膜装置设计 破茬起膜装置如图2所示，设计了不同角度、不同长度并排焊合的多根破茬捡拾齿，破茬捡拾齿以“L”形的立柱为主体竖直设置安装在机架连接套内，由稳钉固定。破茬捡拾齿较短臂向下倾斜，形成锥形的向下15°倾斜的破土爪、捡拾爪，焊合的相邻多个破茬捡拾起膜较短齿20°并排同向安装，形成了破土、深松起膜装置。
本破土起膜装置能用于留有硬茬土壤中残膜的捡拾，能够在不用灌水的干旱地面或湿度较低的地面，进行玉米硬茬地破根和残膜捡拾。
破土起膜装置特点是利用长齿和短齿的长短差值，形成了先破土后破茬起膜的组合模式，发挥了锥齿的综合优势。其优点是减少了土壤起块，防治了地膜、秸秆形成不利于分离的混合物，有利于后齿进行土膜分离。
3.碎土分离装置组合设计
图3镇压碎土装置是由长1900mm，直径180mm的钢管、使用六根防滑钢板焊合而成。
图4镇压碎土磙前置于土膜分离齿图3上前方30mm～50mm，与组合装配经仿形系统连接在机架。
仿形系统采用拉杆装配回位弹簧，使用铁链环连接于机架，可大幅度调节整压滚和分离装置上下水平错位分离。以便于清理地表石块，硬物壅堵后提升机架自动脱落。仿形系统保证了机具作业各部件随地表仿形，提升机架能使整压、捡拾装置自动错位分离杂物的两种状态。
图3土膜分离装置分离齿入土60mm与镇压磙结合，经碎土磙快速转动，防滑板在分离齿面反复搓揉，使秸秆揉碎经齿面分离清除，还减少了分离齿滞留残膜的停留时间，加快了残膜向后漂移流动。磙体防滑板反复转动，不断分离输送齿面上的土、膜、秸秆混合物，使其残膜与土分离后落入地面达到了液压仿形捡拾的目的，提高了分离速度，增强了分离效果，解决了作业壅堵通过性能差的难题，使整机具有显著的作业通过性能。
图2破茬起膜装置
图3土膜分离装置
图4镇压碎土磙
图5液压捡拾收集装置
4.液压捡拾收集装置设计液压捡拾收集装置由鸭舌仿形器、油缸、支架、液压管路等组成。经油管连接于驾驶室操作杆，由操作手控制清理捡拾地面残膜。
残膜捡拾机收集装置，是一个仿生机械手——它能像人手一样完成3个基本动作；一是在起伏不平的地面上作业，在鸭舌仿形装置的作用下能够完成残膜捡拾；二是在油压的驱动下能够像手型一样向上弹起达到脱落地膜的目的；三是向下回弹能够起到连续弹落残膜的功能，是残膜捡拾、收集的关键发明部件。
三、优化试验结果
2015年，张掖市农机化综合服务中心以自主设计的具有知识产权的《1FMJ-2000型玉米硬茬地膜捡拾机》样机为研究基础，为了提高机具动力挂接通用性，进行了适应性改进。优化改进了仿手型液压收集装置，使其液压收集捡拾灵活自如，油压管连接适应与不同型号的拖拉机挂接，先后在甘州区长青机械设备厂改进制作了油缸三角架，使机具的收集装置能够自如升降。经试验多次验证定型，矫正了起膜前齿角度，使其发挥最大功效，起膜效果达到最佳。设计制作了安全销，保证了操作人员的人身安全，使收集装置成为该机的一大亮点。
四、存在的问题与改进方向
2015年该机在张掖市常青机械厂改进试制了3台，在甘州区党寨镇杨家墩、张掖市农科院养殖场，甘州区东明农机专业合作社、甘州区龙渠乡木龙坝村进行了性能试验。
试验采取了三种方案进行，一是设计试制了钉齿破茬捡拾装置进行了对比试验；作业效果较好，拾净率高，但行走吞吐秸秆较差，作业距离短有壅堵现象。缺点是通过性能差。二是试制了人字型削茬刀，平茬效果好，地面清理干净，但玉米根块较大、地头壅土较多，整理较费工。三是设计了秸秆捡拾机动吞吐装置，该装置捡拾效果好，作业距离100m左右，卸膜停歇次数多影响作业效率。
以上三种设计试验结果表明，该机适应在秸秆杂物清理干净的地块作业，不能适应杂物多秸秆覆盖度高于30%的地块进行残膜捡拾作业。
根据以上试验结果，为了解决地表杂物壅堵、土膜、秸秆彻底分离难题，目前正在紧锣密鼓地设计改进平茬粉碎输送装置；课题组采用秸秆粉碎模式，安装旋耕机总成，改装秸秆粉碎刀片解决秸秆壅堵。试验成功后，还将加装气吸式装置和残膜收集箱，以实现作物硬茬地残膜捡拾一体化。
五、结果验证
试验结果表明，该机具性能稳定，整体结构合理，结构简单，调整方便、经济实用效率高。捡拾率达95%以上，破茬率达98%，实现了玉米硬茬地残膜捡拾的新突破。
该项技术集成了破茬、整地、松土、捡拾、镇压的农艺工序，该机生产率3亩/小时～4亩/小时。为玉米制种整地、清理地表残膜杂物作业减少了4项人工作业工序，节工省时，增加了效益。经测定，采用1FMJ-2000型地膜捡拾机捡拾残膜、破茬整地，比人工捡拾提高工效40倍，比人工作业亩降低生产费用300元以上。
