“突，突，突……”随着有节奏的喷射，江苏省东辛农场的奶牛沼液均匀地喷洒在农田里，在响声隆隆的“礼炮声”中，一直困扰农场的奶牛沼液还田难题得到了解决。

这一切还得归功于田边的“巨无霸”——卷盘式喷灌机。管径90毫米、长度900米，全球还没有一家企业生产过这种规格的卷盘式喷灌机，这个难题却被江苏华源节水股份有限公司和江苏大学联合解决了。

卷盘式喷灌机

反复论证，寻找最优设计方案

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。存栏奶牛近6000头，将牛粪发酵剩下的沼液喷洒还田，成了农场的迫切需求。

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，是中国近十年发展最快的喷灌机种类。

田块长度近1000米、单头供水，决定了这种卷盘式喷灌机必须管子够长、动力够强、体量够大。“管径110毫米、长度880米”“管径75毫米、长度900米”……华源技术人员提出了各种设计方案,生产中却始终无法实现，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的结论。

这支由江苏大学党委书记、国家水泵及泵系统工程技术研究中心主任袁寿其领衔的团队，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的经验。他们认为，900米的管长，盘起来直径很大，这样大的设备连收费站都过不去，而管径小了又会导致动力不足、喷不出水的问题。

经过团队夜以继日的试验、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、运行参数等等提出了具体的建议。

“巨无霸”怎样喷出水来

管径管长规划好，这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，能耗却是反映卷盘式喷灌机性能的内在指标。

袁寿其告诉《中国科学报》，卷盘式喷灌机由于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，同时还有输水卷管及水涡轮的附加水力损失，所以能耗问题始终是卷盘式喷灌机长期面对的难题。

此前，在江苏大学、西北农林科技大学、中国灌溉排水发展中心等国内高校院所长期努力下，卷盘式喷灌机制造过程中的“卡脖子”关键技术已经获得了重大突破，整体技术达国际先进水平，中国自主优化的高效水涡轮已完全替代早先引进的第一代水涡轮，效率指标领先国外。

然而，体量大、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。

不到半年时间，2022年10月上旬，一台崭新的世界第一台最长的卷盘式喷灌机正式下线，出现在东辛农场的土地上,并且试验成功，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%。

经历2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。

一线难题背后其实有科学问题

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。中小型喷灌机组与装备正好适合了我国大国小农的基本农情国情。

徐州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，江苏大学流体中心团队受邀参观江苏华源节水股份有限公司，“当时有产品，但是都是仿制品，产品整体落后国外40年，国内对卷盘式喷灌机的研究也是一片空白。”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反馈到团队手中。团队基本上每个月都会去厂家三四次。在袁寿其看来，一线难题的背后都有科学问题的存在，“我们努力从理论出发，用科学的方法解决生产实际的问题，进而解决科学的问题，从而推进关键核心技术攻关。”

校企合作之路也是双向赋能之路。十余年中，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”项目荣获了2020-2021年度神农中华农业科技奖一等奖。

袁寿其介绍，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。

文章来源：科学网 2023年3月15日

文章链接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/3/496113.shtm