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“突,突,突……”随着大型卷盘式喷灌机阵阵有节奏的喷射,江苏省农垦东辛农场的奶牛沼液均匀地喷洒在农田里。
过去,饲养奶牛产生的大量粪污不但影响环境,也给农场自身的运转带来困扰。现在,在卷盘式喷灌机的帮助下,奶牛沼液还田问题迎刃而解。
农垦东辛农场使用的这台卷盘式喷灌机长度900米、管径90毫米,堪称田边“巨无霸”。此前,全球还没有一家企业生产过这种规格的机器。而这个难点,被江苏华源节水股份有限公司和江苏大学联合突破了。
寻找最优设计方案
农垦东辛农场位于江苏省连云港市,是华东地区最大的现代化国有农场,拥有存栏奶牛近6000头。将牛粪发酵剩下的沼液通过喷灌机喷洒还田,是农场运转的迫切需求。
作为我国近十年发展最快的喷灌机种类,卷盘式喷灌机机动灵活、维护方便、适合大中小不同地块规模。然而,农垦东辛农场的田块长度近1000米、单头供水,决定了所需的卷盘式喷灌机必须管子足够长、动力足够强、体量足够大。
“管径110毫米、长度880米”“管径75毫米、长度900米”……针对需求,江苏华源节水股份有限公司的技术人员提出了各种设计方案,却在生产中始终无法实现,不得不求助于高校科研力量的支持。
“按照国内外现有的设计方案,即使做得出,也喷不出水、用不起来。”这是江苏大学流体机械工程中心节水灌溉装备团队当时的结论。
这支由袁寿其研究员领衔的团队,对卷盘式喷灌装备与技术已有十余年深入系统研究和推广应用经验。他们认为,900米的管长,盘起来直径过大,而管径小了又会导致动力不足、喷不出水的问题。
经过夜以继日的试验、计算和论证、形成图纸,团队提出了“管径90毫米、长度900米”的最优设计方案,同时针对生产制造实际,对管壁厚度、驱动形式、运行参数等提出了具体的建议。
让“巨无霸”喷出水来
规划好管径管长,仅仅是迈出了第一步。灌溉质量是反映卷盘式喷灌机性能的外在指标,能耗则是反映卷盘式喷灌机性能的内在指标。
“由于卷盘式喷灌机使用喷枪进行喷洒作业,需要一定的压力才能覆盖一定的喷洒面积,同时还要考虑到输水卷管及水涡轮的附加水力损失。”在袁寿其看来,能耗问题始终是卷盘式喷灌机设计不得不面对的难点。
然而,当体量变大、重量翻了一番,水涡轮驱动已经明显不适应这个“大家伙”了。团队提出,可以尝试电驱动或者液压驱动。经过反复测试,最后整机采用了全液压智能控制卷盘回收和转动,调速范围广、节能高效,动力输出也稳定。
短短半年时间,世界首台最长的卷盘式喷灌机正式下线,在农垦东辛农场的土地上试验成功。该机器能够一次实现喷灌长度超过950米、喷幅55米,一次灌溉75亩地。与传统机型相比,能耗平均降低10%,灌溉均匀性达90%。
经过两个月的高强度连续作业,整机输出稳定。“农场一下追加了9台新订单,”公司销售人员乐开了花。
校企合作双向赋能
随着新时代农业节水化的要求,轻小型灌溉机组越来越不适应农业生产需求,“浇水难”成为困扰农户的痛点。而中小型喷灌机组与装备正好适合我国大国小农的基本农情国情。
江苏省徐州市沛县是国内著名的卷盘式喷灌机生产基地,聚集着大大小小20多家企业。2011年,袁寿其团队受邀参观江苏华源节水股份有限公司,发现该公司当时有产品,但都是仿制品,整体落后国外40年,而且企业对卷盘式喷灌机的研究也是一片空白。你有技术,我有生产需求,双方一拍即合,抓住发展机遇,产学研联合开发中小型喷灌机组与装备。
“防乱管技术值不值得开发”“为什么管子经常会拉断”“管轴焊偏了,对结果有没有影响”……从生产一线反馈回来的问题接二连三传到团队手中。基本上,团队成员每个月都会去厂家三四次。
“我们努力从理论出发,用科学的方法解决生产实际问题,进而解决科学的问题,推进关键核心技术攻关。”在袁寿其看来,每个一线难点的背后几乎都有科学问题存在。
校企合作之路也是双向赋能之路。十余年来,在江苏省科技支撑计划、江苏省成果转化项目、乡村振兴计划等项目支撑下,校企联姻结出了硕果:由江苏大学牵头的“高性能智能喷灌机组与装备关键技术及产业化”项目荣获2020—2021年度神农中华农业科技奖一等奖。
“随着卷盘式喷灌机向智能化方向发展,多能互补混合驱动技术、全工况驱动与传动系统调控技术、宽幅桁架喷洒臂及低压微喷头、变量灌溉技术应用、基于灌水决策的机载物联网控制器、云水肥管理平台等将是下一代卷盘式喷灌机的研发重点。”对于合作的未来走向,袁寿其已然成竹在胸。
《中国教育报》2023年04月24日第6版