抓住生產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奏的噴射，江蘇省農墾東辛農場的奶牛沼液均勻地噴灑在農田里。

過去，飼養奶牛產生的大量糞污不但影響環境，也給農場自身的運轉帶來困擾。現在，在卷盤式噴灌機的幫助下，奶牛沼液還田問題迎刃而解。

農墾東辛農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生產過這種規格的機器。而這個難點，被江蘇華源節水股份有限公司和江蘇大學聯合突破了。

尋找最優設計方案

農墾東辛農場位于江蘇省連云港市，是華東地區最大的現代化國有農場，擁有存欄奶牛近6000頭。將牛糞發酵剩下的沼液通過噴灌機噴灑還田，是農場運轉的迫切需求。

作為我國近十年發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模。然而，農墾東辛農場的田塊長度近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，江蘇華源節水股份有限公司的技術人員提出了各種設計方案，卻在生產中始終無法實現，不得不求助于高校科研力量的支持。

“按照國內外現有的設計方案，即使做得出，也噴不出水、用不起來。”這是江蘇大學流體機械工程中心節水灌溉裝備團隊當時的結論。

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已有十余年深入系統研究和推廣應用經驗。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”的最優設計方案，同時針對生產制造實際，對管壁厚度、驅動形式、運行參數等提出了具體的建議。

讓“巨無霸”噴出水來

規劃好管徑管長，僅僅是邁出了第一步。灌溉質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在指標。

“由于卷盤式噴灌機使用噴槍進行噴灑作業，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。”在袁壽其看來，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，水渦輪驅動已經明顯不適應這個“大家伙”了。團隊提出，可以嘗試電驅動或者液壓驅動。經過反復測試，最后整機采用了全液壓智能控制卷盤回收和轉動，調速范圍廣、節能高效，動力輸出也穩定。

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

經過兩個月的高強度連續作業，整機輸出穩定。“農場一下追加了9臺新訂單，”公司銷售人員樂開了花。

校企合作雙向賦能

隨著新時代農業節水化的要求，輕小型灌溉機組越來越不適應農業生產需求，“澆水難”成為困擾農戶的痛點。而中小型噴灌機組與裝備正好適合我國大國小農的基本農情國情。

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

“防亂管技術值不值得開發”“為什么管子經常會拉斷”“管軸焊偏了，對結果有沒有影響”……從生產一線反饋回來的問題接二連三傳到團隊手中。基本上，團隊成員每個月都會去廠家三四次。

“我們努力從理論出發，用科學的方法解決生產實際問題，進而解決科學的問題，推進關鍵核心技術攻關。”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、江蘇省成果轉化項目、鄉村振興計劃等項目支撐下，校企聯姻結出了碩果：由江蘇大學牽頭的“高性能智能噴灌機組與裝備關鍵技術及產業化”項目榮獲2020—2021年度神農中華農業科技獎一等獎。

“隨著卷盤式噴灌機向智能化方向發展，多能互補混合驅動技術、全工況驅動與傳動系統調控技術、寬幅桁架噴灑臂及低壓微噴頭、變量灌溉技術應用、基于灌水決策的機載物聯網控制器、云水肥管理平臺等將是下一代卷盤式噴灌機的研發重點。”對于合作的未來走向，袁壽其已然成竹在胸。

《中國教育報》2023年04月24日第6版