圖1 機(jī)械收割塵土漫天飛揚(yáng)
面對(duì)這一問題，傳統(tǒng)抑塵技術(shù)陷入“高成本低效能”困境。人工移動(dòng)式噴霧降塵原理簡(jiǎn)單，但會(huì)使秸稈潮濕、脫粒受阻，間接致糧食減產(chǎn)約20%;噴淋降塵裝置耗水耗電，在缺水地區(qū)難推廣，還會(huì)增加機(jī)收損失;布袋除塵裝置阻力大、易堵塞，清灰受限，高溫潮濕田間維護(hù)成本高;靜電除塵技術(shù)能過濾粉塵，但有火災(zāi)隱患。更棘手的是，未加裝有效抑塵裝置的收割機(jī)排雜口煙塵擴(kuò)散，難實(shí)現(xiàn)“揚(yáng)塵不出田”，且傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備難精準(zhǔn)檢測(cè)煙塵，數(shù)據(jù)失真突出，致使揚(yáng)塵污染治理缺乏科學(xué)依據(jù)。
科技興農(nóng)筑根基 科教融匯育新才
河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院依托河南省智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車安全檢測(cè)工程技術(shù)研究中心、河南省集成電路載板高精度柔線檢測(cè)工程技術(shù)研究中心兩大科研平臺(tái)支撐，成功研發(fā)小麥抑塵設(shè)備。指導(dǎo)老師貫徹將科研成果轉(zhuǎn)化成教學(xué)成果的理念，帶領(lǐng)以秦俊杰為首的電氣自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生以“實(shí)戰(zhàn)迭代”為路徑，全程參與設(shè)備完善升級(jí)與項(xiàng)目推進(jìn)，構(gòu)建起“科研筑基、教學(xué)賦能、學(xué)生攻堅(jiān)”的良性閉環(huán)。
圖2
團(tuán)隊(duì)立足電氣自動(dòng)化技術(shù)核心優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出由“粉塵濃度傳感器、引流風(fēng)機(jī)、主動(dòng)風(fēng)冷導(dǎo)熱口、C型排雜罩、集塵箱體”構(gòu)成的抑塵系統(tǒng)。
圖3
小麥抑塵設(shè)備核心工作邏輯清晰高效：引流風(fēng)機(jī)通過改變氣流方向?qū)崿F(xiàn)雙向作用——正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣流向上形成強(qiáng)勁吸力，帶動(dòng)雜物與粉塵同步上升;此時(shí)，C型排雜口與防靜電濾芯組成的二級(jí)過濾機(jī)制精準(zhǔn)發(fā)力：排雜口先一步攔截較大秸稈等雜物，防靜電濾芯再深度過濾細(xì)粉塵，雙重凈化后的粉塵則借助小麥聯(lián)合收獲機(jī)的震動(dòng)與向下氣流，順暢落入集塵箱體完成收集。利用粉塵傳感器實(shí)現(xiàn)粉塵數(shù)據(jù)的可視化，精準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)。
圖4
該創(chuàng)新抑塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)特且應(yīng)用效果顯著：經(jīng)具備 CMA資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)權(quán)威驗(yàn)證，可使作業(yè)區(qū)域揚(yáng)塵降低 49.92%、揚(yáng)塵出田降低 70.53%，有效遏制粉塵擴(kuò)散，既改善操作環(huán)境、減少健康危害，又提高小麥聯(lián)合收獲機(jī)效率，為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”提供扎實(shí)技術(shù)支撐。團(tuán)隊(duì)正聯(lián)合農(nóng)業(yè)企業(yè)、農(nóng)機(jī)合作社推廣，依實(shí)際反饋優(yōu)化系統(tǒng)以適配不同作業(yè)環(huán)境;在科教融匯中，成員既習(xí)得專業(yè)技能，也培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐能力，深悟科技興農(nóng)意義，堅(jiān)定相關(guān)決心，助力鄉(xiāng)村振興之路越走越寬。
攻堅(jiān)研發(fā)全歷程，創(chuàng)新迭代鑄就高效抑塵裝備
從田間痛點(diǎn)到技術(shù)突破，河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)團(tuán)隊(duì)以“問題溯源—技術(shù)攻關(guān)—仿真驗(yàn)證—迭代優(yōu)化”四階研發(fā)路徑，鑄就高效抑塵裝備，用青春智慧破解農(nóng)業(yè)揚(yáng)塵治理難題。
問題發(fā)現(xiàn)：田間調(diào)研錨定方向
團(tuán)隊(duì)通過走訪鄭州周邊5縣區(qū)麥田(如圖4)，跟機(jī)記錄300余小時(shí)作業(yè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)82%的揚(yáng)塵源自收割機(jī)側(cè)排雜口“高速拋灑”，且傳統(tǒng)設(shè)備普遍存在“抑塵效果差、維護(hù)成本高、安全隱患大”三大問題。結(jié)合國(guó)家《農(nóng)業(yè)農(nóng)村減排固碳實(shí)施方案》和河南省《小麥機(jī)械化收獲揚(yáng)塵污染防治技術(shù)規(guī)范》中“20米外無明顯揚(yáng)塵擴(kuò)散”的要求，團(tuán)隊(duì)確立“安全高效、節(jié)能適配”的研發(fā)目標(biāo)。
圖5 團(tuán)隊(duì)通過走訪鄭州周邊5縣區(qū)麥田
設(shè)備研發(fā)：核心創(chuàng)新破局關(guān)鍵
聚焦四大技術(shù)難題，團(tuán)隊(duì)逐一攻堅(jiān)：針對(duì)排雜口揚(yáng)塵難控，基于CFD-DPM流體力學(xué)仿真，設(shè)計(jì)出半包裹C型集塵罩，通過壓低揚(yáng)塵高度實(shí)現(xiàn)一級(jí)過濾;為解決濾芯堵塞，研發(fā)“聚酯纖維+亞微米超細(xì)纖維”復(fù)合防靜電濾芯，以3×5網(wǎng)格布局提升過濾效率，自清潔率達(dá)75%;針對(duì)油箱高溫隱患，創(chuàng)新主動(dòng)風(fēng)冷散熱技術(shù)，利用潔凈氣流直吹油箱降溫，同時(shí)通過風(fēng)機(jī)反向運(yùn)行實(shí)現(xiàn)濾芯自清潔;為破解監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)失真，構(gòu)建“無人機(jī)+地面APP+PC端”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PM10濃度動(dòng)態(tài)可視化。經(jīng)具有CMA資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)驗(yàn)證和田間試驗(yàn)，裝備作業(yè)區(qū)域揚(yáng)塵降低49.92%，揚(yáng)塵出田降低70.53%，遠(yuǎn)超預(yù)期目標(biāo)。此時(shí)，團(tuán)隊(duì)已申請(qǐng)6項(xiàng)專利，成立智能、機(jī)械、農(nóng)機(jī)交叉學(xué)科團(tuán)隊(duì)，核心技術(shù)形成壁壘。
圖6 第一代設(shè)備
圖7 第一代設(shè)備田間試驗(yàn)
設(shè)備迭代：設(shè)備輕量化、數(shù)據(jù)可視化、監(jiān)測(cè)智能化
智能化：在C型排雜口處加裝粉塵濃度傳感器、農(nóng)機(jī)作業(yè)揚(yáng)塵動(dòng)態(tài)控制管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)排雜口處粉塵濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。
數(shù)據(jù)化：在駕駛室加裝粉塵濃度傳感器數(shù)據(jù)傳輸終端。
輕量化：進(jìn)風(fēng)口由原本的八角集塵箱體底部開口改為側(cè)開口，減少連接軟管長(zhǎng)度，使設(shè)備更加輕量化，安裝更便捷。
圖8 設(shè)備迭代方案
圖9 第二代設(shè)備
項(xiàng)目落地：成果轉(zhuǎn)化惠及田間
團(tuán)隊(duì)與鄭州樸華科技有限公司、鄭州中聯(lián)收獲機(jī)械有限公司協(xié)作推進(jìn)技術(shù)轉(zhuǎn)化，通過輕量化設(shè)計(jì)、模塊化改造，使設(shè)備適配多種機(jī)型。在登封、新鄭等5縣區(qū)的611畝麥田推廣中，農(nóng)機(jī)手反饋“視野清晰了，呼吸順暢了”，鄭州中聯(lián)收獲機(jī)械有限公司評(píng)價(jià)對(duì)本設(shè)備做出評(píng)價(jià)意見：“該設(shè)備具有防靜電、自清潔、易裝配等優(yōu)點(diǎn)，具有重大推廣價(jià)值”。
圖10 團(tuán)隊(duì)成員到鄭州中聯(lián)收獲機(jī)械有限公司進(jìn)行匯報(bào)
從田間調(diào)研的“滿身塵”到實(shí)驗(yàn)室的“千次試”，再到地頭的“麥浪清”，四階創(chuàng)新迭代讓高效抑塵裝備從圖紙走向田野，為農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型注入“青春動(dòng)能”。
圖11 鄭州中聯(lián)收獲機(jī)械有限公司《關(guān)于對(duì)小麥聯(lián)合收割機(jī)抑塵裝備的評(píng)價(jià)意見》
服務(wù)鄉(xiāng)村振興，科技成果轉(zhuǎn)化見實(shí)效
團(tuán)隊(duì)積極響應(yīng)國(guó)家《“十四五” 推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化規(guī)劃》和《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，聚焦農(nóng)業(yè)面源污染防治，推動(dòng)科技成果從“實(shí)驗(yàn)室”走向“田間地頭”。目前，該設(shè)備已在鄭州周邊開封、新鄭、滎陽、鞏義、中牟5縣區(qū)推廣應(yīng)用，累計(jì)推廣面積達(dá)611畝，獲農(nóng)機(jī)手和農(nóng)戶一致好評(píng)：
圖12 農(nóng)民手寫感謝信
同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還注重對(duì)農(nóng)戶的技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)，確保他們能夠熟練掌握設(shè)備的操作和維護(hù)技能。定期組織技術(shù)人員深入田間地頭，為農(nóng)戶提供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)支持和解決方案。
糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心主任，兼任農(nóng)業(yè)部小麥專家指導(dǎo)組副組長(zhǎng)的郭天財(cái)教授，對(duì)該設(shè)備給予了高度支持與推薦。
圖13 團(tuán)隊(duì)成員到鄭州中聯(lián)收獲機(jī)械有限公司進(jìn)行匯報(bào)
圖14 郭天財(cái)推薦信
河南省農(nóng)機(jī)農(nóng)墾發(fā)展中心出具相關(guān)評(píng)價(jià)：
更值得一提的是，該項(xiàng)目在指導(dǎo)老師的優(yōu)秀帶領(lǐng)下已經(jīng)在河南省第十七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中取得優(yōu)異成績(jī)并一路沖進(jìn)國(guó)賽。
青年匠心筑夢(mèng)，職教創(chuàng)新正當(dāng)時(shí)
學(xué)生充分發(fā)揮在專業(yè)學(xué)習(xí)中練就的核心能力：動(dòng)手實(shí)踐能力突出，深諳控制原理，熟練掌握 PLC 編程技術(shù)，始終渴望將所學(xué)轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問題的力量。當(dāng)前，我國(guó)正加快構(gòu)建綠色低碳循環(huán)發(fā)展的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體系，河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)子以實(shí)際行動(dòng)響應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略，用電氣自動(dòng)化技術(shù)為傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)‘賦能’，為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展‘減負(fù)’，彰顯青年服務(wù)‘三農(nóng)’、建設(shè)美麗中國(guó)的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。
未來，團(tuán)隊(duì)將持續(xù)完善系統(tǒng)智能化水平，優(yōu)化控制算法，探索物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控與大數(shù)據(jù)分析功能，推動(dòng)設(shè)備向‘智慧農(nóng)業(yè)環(huán)保裝備’邁進(jìn)，力爭(zhēng)更廣范圍推廣應(yīng)用，讓科技點(diǎn)亮田野，為建設(shè)宜居宜業(yè)和美鄉(xiāng)村貢獻(xiàn)更多‘河南職院力量’。（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院供稿）
