抓住生產(chǎn)難點背后的科學問題

“突，突，突……”隨著大型卷盤式噴灌機陣陣有節(jié)奏的噴射，江蘇省農(nóng)墾東辛農(nóng)場的奶牛沼液均勻地噴灑在農(nóng)田里。

過去，飼養(yǎng)奶牛產(chǎn)生的大量糞污不但影響環(huán)境，也給農(nóng)場自身的運轉(zhuǎn)帶來困擾?，F(xiàn)在，在卷盤式噴灌機的幫助下，奶牛沼液還田問題迎刃而解。

農(nóng)墾東辛農(nóng)場使用的這臺卷盤式噴灌機長度900米、管徑90毫米，堪稱田邊“巨無霸”。此前，全球還沒有一家企業(yè)生產(chǎn)過這種規(guī)格的機器。而這個難點，被江蘇華源節(jié)水股份有限公司和江蘇大學聯(lián)合突破了。

尋找最優(yōu)設計方案

農(nóng)墾東辛農(nóng)場位于江蘇省連云港市，是華東地區(qū)最大的現(xiàn)代化國有農(nóng)場，擁有存欄奶牛近6000頭。將牛糞發(fā)酵剩下的沼液通過噴灌機噴灑還田，是農(nóng)場運轉(zhuǎn)的迫切需求。

作為我國近十年發(fā)展最快的噴灌機種類，卷盤式噴灌機機動靈活、維護方便、適合大中小不同地塊規(guī)模。然而，農(nóng)墾東辛農(nóng)場的田塊長度近1000米、單頭供水，決定了所需的卷盤式噴灌機必須管子足夠長、動力足夠強、體量足夠大。

“管徑110毫米、長度880米”“管徑75毫米、長度900米”……針對需求，江蘇華源節(jié)水股份有限公司的技術(shù)人員提出了各種設計方案，卻在生產(chǎn)中始終無法實現(xiàn)，不得不求助于高?？蒲辛α康闹С?。

“按照國內(nèi)外現(xiàn)有的設計方案，即使做得出，也噴不出水、用不起來?！边@是江蘇大學流體機械工程中心節(jié)水灌溉裝備團隊當時的結(jié)論。

這支由袁壽其研究員領銜的團隊，對卷盤式噴灌裝備與技術(shù)已有十余年深入系統(tǒng)研究和推廣應用經(jīng)驗。他們認為，900米的管長，盤起來直徑過大，而管徑小了又會導致動力不足、噴不出水的問題。

經(jīng)過夜以繼日的試驗、計算和論證、形成圖紙，團隊提出了“管徑90毫米、長度900米”的最優(yōu)設計方案，同時針對生產(chǎn)制造實際，對管壁厚度、驅(qū)動形式、運行參數(shù)等提出了具體的建議。

讓“巨無霸”噴出水來

規(guī)劃好管徑管長，僅僅是邁出了第一步。灌溉質(zhì)量是反映卷盤式噴灌機性能的外在指標，能耗則是反映卷盤式噴灌機性能的內(nèi)在指標。

“由于卷盤式噴灌機使用噴槍進行噴灑作業(yè)，需要一定的壓力才能覆蓋一定的噴灑面積，同時還要考慮到輸水卷管及水渦輪的附加水力損失?！痹谠瑝燮淇磥?，能耗問題始終是卷盤式噴灌機設計不得不面對的難點。

然而，當體量變大、重量翻了一番，水渦輪驅(qū)動已經(jīng)明顯不適應這個“大家伙”了。團隊提出，可以嘗試電驅(qū)動或者液壓驅(qū)動。經(jīng)過反復測試，最后整機采用了全液壓智能控制卷盤回收和轉(zhuǎn)動，調(diào)速范圍廣、節(jié)能高效，動力輸出也穩(wěn)定。

短短半年時間，世界首臺最長的卷盤式噴灌機正式下線，在農(nóng)墾東辛農(nóng)場的土地上試驗成功。該機器能夠一次實現(xiàn)噴灌長度超過950米、噴幅55米，一次灌溉75畝地。與傳統(tǒng)機型相比，能耗平均降低10%，灌溉均勻性達90%。

經(jīng)過兩個月的高強度連續(xù)作業(yè)，整機輸出穩(wěn)定。“農(nóng)場一下追加了9臺新訂單，”公司銷售人員樂開了花。

校企合作雙向賦能

隨著新時代農(nóng)業(yè)節(jié)水化的要求，輕小型灌溉機組越來越不適應農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，“澆水難”成為困擾農(nóng)戶的痛點。而中小型噴灌機組與裝備正好適合我國大國小農(nóng)的基本農(nóng)情國情。

江蘇省徐州市沛縣是國內(nèi)著名的卷盤式噴灌機生產(chǎn)基地，聚集著大大小小20多家企業(yè)。2011年，袁壽其團隊受邀參觀江蘇華源節(jié)水股份有限公司，發(fā)現(xiàn)該公司當時有產(chǎn)品，但都是仿制品，整體落后國外40年，而且企業(yè)對卷盤式噴灌機的研究也是一片空白。你有技術(shù)，我有生產(chǎn)需求，雙方一拍即合，抓住發(fā)展機遇，產(chǎn)學研聯(lián)合開發(fā)中小型噴灌機組與裝備。

“防亂管技術(shù)值不值得開發(fā)”“為什么管子經(jīng)常會拉斷”“管軸焊偏了，對結(jié)果有沒有影響”……從生產(chǎn)一線反饋回來的問題接二連三傳到團隊手中?；旧?，團隊成員每個月都會去廠家三四次。

“我們努力從理論出發(fā)，用科學的方法解決生產(chǎn)實際問題，進而解決科學的問題，推進關鍵核心技術(shù)攻關。”在袁壽其看來，每個一線難點的背后幾乎都有科學問題存在。

校企合作之路也是雙向賦能之路。十余年來，在江蘇省科技支撐計劃、江蘇省成果轉(zhuǎn)化項目、鄉(xiāng)村振興計劃等項目支撐下，校企聯(lián)姻結(jié)出了碩果：由江蘇大學牽頭的“高性能智能噴灌機組與裝備關鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”項目榮獲2020—2021年度神農(nóng)中華農(nóng)業(yè)科技獎一等獎。

“隨著卷盤式噴灌機向智能化方向發(fā)展，多能互補混合驅(qū)動技術(shù)、全工況驅(qū)動與傳動系統(tǒng)調(diào)控技術(shù)、寬幅桁架噴灑臂及低壓微噴頭、變量灌溉技術(shù)應用、基于灌水決策的機載物聯(lián)網(wǎng)控制器、云水肥管理平臺等將是下一代卷盤式噴灌機的研發(fā)重點?！睂τ诤献鞯奈磥碜呦颍瑝燮湟讶怀芍裨谛?。

《中國教育報》2023年04月24日第6版