抓住生產(chǎn)難點(diǎn)背后的科學(xué)問題

“突，突，突……”隨著大型卷盤式噴灌機(jī)陣陣有節(jié)奏的噴射，江蘇省農(nóng)墾東辛農(nóng)場(chǎng)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(chǎng)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)困擾?，F(xiàn)在，在卷盤式噴灌機(jī)的幫助下，奶牛沼液還田問題迎刃而解。

農(nóng)墾東辛農(nóng)場(chǎng)使用的這臺(tái)卷盤式噴灌機(jī)長(zhǎng)度900米、管徑90毫米，堪稱田邊“巨無(wú)霸”。此前，全球還沒有一家企業(yè)生產(chǎn)過這種規(guī)格的機(jī)器。而這個(gè)難點(diǎn)，被江蘇華源節(jié)水股份有限公司和江蘇大學(xué)聯(lián)合突破了。

尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案

農(nóng)墾東辛農(nóng)場(chǎng)位于江蘇省連云港市，是華東地區(qū)最大的現(xiàn)代化國(guó)有農(nóng)場(chǎng)，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(jī)噴灑還田，是農(nóng)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的迫切需求。

作為我國(guó)近十年發(fā)展最快的噴灌機(jī)種類，卷盤式噴灌機(jī)機(jī)動(dòng)靈活、維護(hù)方便、適合大中小不同地塊規(guī)模。然而，農(nóng)墾東辛農(nóng)場(chǎng)的田塊長(zhǎng)度近1000米、單頭供水，決定了所需的卷盤式噴灌機(jī)必須管子足夠長(zhǎng)、動(dòng)力足夠強(qiáng)、體量足夠大。

“管徑110毫米、長(zhǎng)度880米”“管徑75毫米、長(zhǎng)度900米”……針對(duì)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(shè)計(jì)方案，卻在生產(chǎn)中始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)，不得不求助于高?？蒲辛α康闹С?。

“按照國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案，即使做得出，也噴不出水、用不起來(lái)?！边@是江蘇大學(xué)流體機(jī)械工程中心節(jié)水灌溉裝備團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)的結(jié)論。

這支由袁壽其研究員領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，對(duì)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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。他們認(rèn)為，900米的管長(zhǎng)，盤起來(lái)直徑過大，而管徑小了又會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力不足、噴不出水的問題。

經(jīng)過夜以繼日的試驗(yàn)、計(jì)算和論證、形成圖紙，團(tuán)隊(duì)提出了“管徑90毫米、長(zhǎng)度900米”的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)針對(duì)生產(chǎn)制造實(shí)際，對(duì)管壁厚度、驅(qū)動(dòng)形式、運(yùn)行參數(shù)等提出了具體的建議。

讓“巨無(wú)霸”噴出水來(lái)

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

“由于卷盤式噴灌機(jī)使用噴槍進(jìn)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(shí)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?lái)，能耗問題始終是卷盤式噴灌機(jī)設(shè)計(jì)不得不面對(duì)的難點(diǎn)。

然而，當(dāng)體量變大、重量翻了一番，水渦輪驅(qū)動(dòng)已經(jīng)明顯不適應(yīng)這個(gè)“大家伙”了。團(tuán)隊(duì)提出，可以嘗試電驅(qū)動(dòng)或者液壓驅(qū)動(dòng)。經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，最后整機(jī)采用了全液壓智能控制卷盤回收和轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)速范圍廣、節(jié)能高效，動(dòng)力輸出也穩(wěn)定。

短短半年時(shí)間，世界首臺(tái)最長(zhǎng)的卷盤式噴灌機(jī)正式下線，在農(nóng)墾東辛農(nóng)場(chǎng)的土地上試驗(yàn)成功。該機(jī)器能夠一次實(shí)現(xiàn)噴灌長(zhǎng)度超過950米、噴幅55米，一次灌溉75畝地。與傳統(tǒng)機(jī)型相比，能耗平均降低10%，灌溉均勻性達(dá)90%。

經(jīng)過兩個(gè)月的高強(qiáng)度連續(xù)作業(yè)，整機(jī)輸出穩(wěn)定?！稗r(nóng)場(chǎng)一下追加了9臺(tái)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(shí)代農(nóng)業(yè)節(jié)水化的要求，輕小型灌溉機(jī)組越來(lái)越不適應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，“澆水難”成為困擾農(nóng)戶的痛點(diǎn)。而中小型噴灌機(jī)組與裝備正好適合我國(guó)大國(guó)小農(nóng)的基本農(nóng)情國(guó)情。

江蘇省徐州市沛縣是國(guó)內(nèi)著名的卷盤式噴灌機(jī)生產(chǎn)基地，聚集著大大小小20多家企業(yè)。2011年，袁壽其團(tuán)隊(duì)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(dāng)時(shí)有產(chǎn)品，但都是仿制品，整體落后國(guó)外40年，而且企業(yè)對(duì)卷盤式噴灌機(jī)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(jī)遇，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開發(fā)中小型噴灌機(jī)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(huì)拉斷”“管軸焊偏了，對(duì)結(jié)果有沒有影響”……從生產(chǎn)一線反饋回來(lái)的問題接二連三傳到團(tuán)隊(duì)手中?；旧?，團(tuán)隊(duì)成員每個(gè)月都會(huì)去廠家三四次。

“我們努力從理論出發(fā)，用科學(xué)的方法解決生產(chǎn)實(shí)際問題，進(jìn)而解決科學(xué)的問題，推進(jìn)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)?！痹谠瑝燮淇磥?lái)，每個(gè)一線難點(diǎn)的背后幾乎都有科學(xué)問題存在。

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

“隨著卷盤式噴灌機(jī)向智能化方向發(fā)展，多能互補(bǔ)混合驅(qū)動(dòng)技術(shù)、全工況驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)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(yīng)用、基于灌水決策的機(jī)載物聯(lián)網(wǎng)控制器、云水肥管理平臺(tái)等將是下一代卷盤式噴灌機(jī)的研發(fā)重點(diǎn)?！睂?duì)于合作的未來(lái)走向，袁壽其已然成竹在胸。

《中國(guó)教育報(bào)》2023年04月24日第6版