豬舍軌道式自動(dòng)送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

龐昌樂(lè) 程 進(jìn) 張東旭 陳 剛

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 北京 100083； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083)

0 引言

國(guó)內(nèi)很多規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)育肥豬舍采用雙列圈欄飼養(yǎng)形式，飼養(yǎng)密度大，日常喂料是一項(xiàng)重復(fù)和繁重的勞動(dòng)，近年來(lái)，隨著人工成本和飼料成本的不斷上升，迫切需要機(jī)械化和自動(dòng)化飼養(yǎng)設(shè)備來(lái)提高養(yǎng)豬效益。自動(dòng)輸料系統(tǒng)能減少人員工作量，實(shí)現(xiàn)精確供料和節(jié)省飼料成本，提高飼喂效率，是規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的重要配套設(shè)施[1]。目前國(guó)內(nèi)外養(yǎng)豬舍內(nèi)的干飼料自動(dòng)送料系統(tǒng)普遍采用絞龍輸送和塞盤(pán)輸送兩種管道輸料方式。飼料在管道內(nèi)被絞龍或塞盤(pán)推向出料口后落入食槽，這種輸料方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸料速度較快，但管道易磨損，影響系統(tǒng)使用壽命，且容易產(chǎn)生管道堵塞、飼料粉末殘留等問(wèn)題，需定期清理[2]。為了改進(jìn)管道式供料的不足，葉浩等[3]研究了軌道式自動(dòng)喂料車(chē)向食槽供料，該車(chē)設(shè)置上下兩層料箱，上層料箱暫時(shí)儲(chǔ)存飼料，下層料箱向食槽供料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且料箱的出料口不夠大，易引起箱內(nèi)飼料結(jié)拱。

精確飼喂的實(shí)現(xiàn)主要有稱量式和容積式兩種計(jì)量方式[4-6]。稱量式計(jì)量主要應(yīng)用于母豬的飼喂[7]，在保育、育肥方面應(yīng)用很少。目前精確飼喂系統(tǒng)中大部分使用的是容積式計(jì)量，其包括簡(jiǎn)單的容器定容積計(jì)量和螺旋容積計(jì)量[8-9]，也有通過(guò)槽輪進(jìn)行容積式計(jì)量的實(shí)例[10]，容積式計(jì)量方法簡(jiǎn)單易行，但與飼料密度密切相關(guān)，對(duì)料位、摩擦、擠壓等與飼料密度有關(guān)的因素十分敏感。且容積式計(jì)量在雙列圈欄、管道式連續(xù)輸送系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)每個(gè)食槽上方都要單獨(dú)設(shè)置一套計(jì)量裝置，通用性較差。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于保育、育肥豬舍的高架軌道式飼料自動(dòng)輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)送料車(chē)裝料量精確計(jì)量、自動(dòng)巡航卸料的自動(dòng)化作業(yè)。配合料庫(kù)自動(dòng)裝料系統(tǒng)和自動(dòng)化飼喂食槽，可組成適用于規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)的自動(dòng)飼喂系統(tǒng)。

1 自動(dòng)送料系統(tǒng)組成與工作原理

自動(dòng)送料系統(tǒng)既需要滿足自動(dòng)喂料要求，又需要避免生豬的過(guò)激反應(yīng)，盡可能保證同一欄舍內(nèi)豬群同時(shí)喂料和精確喂料[11]。

豬舍內(nèi)自動(dòng)送料系統(tǒng)主要由裝料系統(tǒng)、稱量平臺(tái)、送料車(chē)、平移軌道、高架軌道、圈欄接料系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成，如圖1所示。裝料系統(tǒng)接收和存放舍外供料裝置輸送進(jìn)來(lái)的飼料，向送料車(chē)卸料。送料車(chē)裝料、行走和落料均由電控系統(tǒng)自動(dòng)控制。

稱量平臺(tái)位于裝料系統(tǒng)出料口正下方，上面設(shè)有軌道。送料車(chē)裝料作業(yè)時(shí)，電控系統(tǒng)控制送料車(chē)行駛到稱量平臺(tái)上停止，將稱量平臺(tái)歸零后，控制裝料系統(tǒng)卸料機(jī)構(gòu)向送料車(chē)排料，直至排料量達(dá)到設(shè)定值時(shí)停止；送料車(chē)啟動(dòng)前往目標(biāo)圈欄過(guò)程中，平移軌道載著送料車(chē)自動(dòng)連接到目標(biāo)圈欄的軌道線上，送料車(chē)?yán)^續(xù)前行直到碰到目的地行程開(kāi)關(guān)時(shí)停止，并打開(kāi)卸料閥向食槽接料倉(cāng)卸料。卸料完畢，送料車(chē)自動(dòng)返回儲(chǔ)料箱下方繼續(xù)裝料，重復(fù)上述作業(yè)過(guò)程。當(dāng)舍內(nèi)設(shè)定的圈欄都巡航一遍后，圈欄落料系統(tǒng)打開(kāi)所有接料倉(cāng)的下料閥門(mén)同時(shí)向食槽卸料，送料車(chē)自動(dòng)返回停泊位待命。

圖1 豬舍飼料自動(dòng)送料系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagrams of automatic feeding system for pig housing1.蝸輪蝸桿減速器 2.料箱電動(dòng)機(jī) 3.儲(chǔ)料箱監(jiān)控?cái)z像頭 4.儲(chǔ)料箱 5.下料絞龍 6.出料口 7.計(jì)算機(jī) 8.控制箱 9.路由器 10.稱量平臺(tái) 11.送料車(chē) 12.行程開(kāi)關(guān) 13.稱量傳感器 14.平移軌道 15.平移槽輪滑軌 16.圈欄柵欄 17.圈欄接料倉(cāng) 18.落料閥門(mén) 19、20.雙列軌道 21.食槽

2 自動(dòng)送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 裝料系統(tǒng)

裝料系統(tǒng)由圖1中1～6所組成，負(fù)責(zé)存貯舍外供應(yīng)的飼料并向送料車(chē)卸料。其儲(chǔ)料箱容積要大于送料車(chē)料倉(cāng)容積，以保證向送料車(chē)穩(wěn)定供料，其容積計(jì)算公式為

Vb=knVc

(1)

其中

1/3≤k≤1/2

式中Vb——儲(chǔ)料箱容積，m3

k——系數(shù)，由放置儲(chǔ)料箱的空間大小確定

n——舍內(nèi)送料位個(gè)數(shù)

Vc——送料車(chē)料倉(cāng)容積，m3

儲(chǔ)料箱底部設(shè)有并列雙螺旋機(jī)構(gòu)向送料車(chē)排料。

2.2 送料車(chē)

送料車(chē)實(shí)際上是一個(gè)移動(dòng)的儲(chǔ)料倉(cāng)，運(yùn)輸粉狀飼料時(shí)，由于粉狀飼料含有一定的含水率，尤其是豬舍潮濕環(huán)境容易吸潮而具有較強(qiáng)的團(tuán)聚性，加上車(chē)體振動(dòng)壓實(shí)而影響卸料，因此，送料車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：送料車(chē)行走平穩(wěn)，不能脫軌；卸料時(shí)，箱內(nèi)料倉(cāng)不發(fā)生結(jié)拱，一次性落完料，料倉(cāng)內(nèi)干凈無(wú)殘留，防止粉塵飛揚(yáng)。實(shí)現(xiàn)上述要求的送料車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。主要由車(chē)架、料倉(cāng)、防塵蓋、卸料蝶閥、電動(dòng)機(jī)、集電器和控制箱等組成。車(chē)架根據(jù)軌道尺寸，設(shè)計(jì)為1 320 mm×400 mm×400 mm的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，軸距970 mm，輪距580 mm，采用50 mm×30 mm×4.0 mm熱鍍鋅矩形管作為車(chē)架材料，材質(zhì)為Q235鋼。使用兩極滑觸線集電器給移動(dòng)送料車(chē)及其控制電路供電，可簡(jiǎn)化電纜供電的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

圖2 送料車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of feeding vehicle 1.導(dǎo)向輪 2.從動(dòng)輪 3.防塵蓋 4.防塵蓋導(dǎo)軌 5.料倉(cāng) 6.集電器 7.驅(qū)動(dòng)輪 8.防塵蓋驅(qū)動(dòng)裝置 9.車(chē)架 10.推桿電動(dòng)機(jī) 11.蝶閥開(kāi)啟杠桿 12.蝶閥 13.電動(dòng)機(jī) 14.控制箱

2.2.1料倉(cāng)設(shè)計(jì)

料倉(cāng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮卸料時(shí)粉體飼料的流動(dòng)型態(tài)和不出現(xiàn)結(jié)拱。不出現(xiàn)結(jié)拱的理想流動(dòng)型態(tài)是整體流[12]，正確選用壁面材料和設(shè)計(jì)料倉(cāng)的幾何結(jié)構(gòu)，使料倉(cāng)中飼料向下流動(dòng)的作用力始終大于摩擦力，是送料車(chē)卸料順暢的關(guān)鍵。

粉體飼料在料倉(cāng)內(nèi)流動(dòng)時(shí)受壁面摩擦力阻礙，摩擦力與壁面摩擦角有關(guān)，壁面摩擦角越小，摩擦阻力越小。聚四氟乙烯和304不銹鋼是兩種壁面摩擦角較小的壁面材料，其壁面摩擦角均優(yōu)于碳鋼、塑料等其它材料[13]。

料倉(cāng)幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是料倉(cāng)底部出口形狀和尺寸設(shè)計(jì)。當(dāng)飼料在倉(cāng)底出口處發(fā)生結(jié)拱時(shí)，飼料對(duì)底部側(cè)壁的壓力可分為下滑力與正壓力兩個(gè)分力，正壓力S的反力就是引起結(jié)拱的支座反力[14]。

S=Qcosθ

(2)

式中Q——飼料對(duì)料倉(cāng)底部?jī)A斜側(cè)壁的壓力

θ——料倉(cāng)底部側(cè)壁傾角

研究表明[15-16]：出料口在條件允許的情況下，越大越有利于物料流動(dòng)，圓形出料口直徑一般大于300 mm，方形出料口邊長(zhǎng)一般大于200 mm，側(cè)壁傾角大于飼料休止角30°。

綜上分析，本文設(shè)計(jì)的送料車(chē)料倉(cāng)壁面材料采用304不銹鋼，厚度0.8 mm，將出料口設(shè)計(jì)為矩形，尺寸為340 mm×700 mm，側(cè)壁設(shè)計(jì)為豎直壁結(jié)構(gòu)，即θ=90°，料倉(cāng)高度為550 mm。根據(jù)式(2)可得飼料對(duì)側(cè)壁的正壓力為零，卸料時(shí)料倉(cāng)內(nèi)飼料呈整體流動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)結(jié)拱現(xiàn)象。

2.2.2蝶閥推桿電動(dòng)機(jī)選型

采用雙頁(yè)蝶閥作為料倉(cāng)出料口閥門(mén)，蝶閥由電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)開(kāi)閉，蝶閥葉片和推桿受力如圖3所示。

圖3 葉片受力分析與推桿安裝示意圖Fig.3 Blade force analysis and electric actuator installation diagram

蝶閥在開(kāi)啟時(shí)，不僅受葉片上方飼料均布載荷的影響，還與飼料自身內(nèi)部摩擦等因素有關(guān)，將蝶閥開(kāi)啟時(shí)作用在葉片上的載荷簡(jiǎn)化為等效載荷P1、P2，如圖3a，蝶閥開(kāi)啟力矩為

(3)

式中M1、M2——蝶閥葉片開(kāi)啟力矩，N·m

P1、P2——葉片上最大靜力等效載荷，N

l1、l2——葉片受力點(diǎn)到中心桿距離，m

分析圖3b中桿件受力，得到

(4)

式中α——電動(dòng)推桿推力角，(°)

F——電動(dòng)推桿推力F1——F的分力

a——連桿長(zhǎng)度，m

由式(4)得電動(dòng)推桿推力F的計(jì)算公式為

(5)

蝶閥實(shí)際開(kāi)啟力往往高于理論計(jì)算值[17]，為保證計(jì)算準(zhǔn)確，本文采用試驗(yàn)加理論計(jì)算來(lái)測(cè)量蝶閥開(kāi)啟力。將80 kg飼料放入料倉(cāng)內(nèi)，使用數(shù)顯拉力計(jì)實(shí)測(cè)蝶閥的開(kāi)啟力矩為29.56 N·m。考慮到安裝空間問(wèn)題，電動(dòng)推桿選擇150 mm行程，根據(jù)蝶閥開(kāi)啟角度86°計(jì)算出開(kāi)啟連桿長(zhǎng)度a=110 mm，根據(jù)式(5)可得推桿至少需要有367.44 N的推力，所以選擇推力為500 N的電動(dòng)推桿，伸縮速度24 mm/s，作用到蝶閥驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩為40.22 N·m，滿足開(kāi)啟轉(zhuǎn)矩要求。

2.3 稱量平臺(tái)

稱量平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示，由1.5 m長(zhǎng)軌道、稱量傳感器、支架和測(cè)量電路組成，軌道通過(guò)連接套與稱量傳感器連接。稱量傳感器采用電阻應(yīng)變片測(cè)力傳感器，單個(gè)傳感器量程為50 kg，輸出靈敏度為(1.0±0.1) mV/V，名義電阻為1 000 Ω。選取4個(gè)阻值相同的傳感器組成電壓靈敏度高的全橋測(cè)量電路，后接信號(hào)調(diào)節(jié)放大電路[18]。稱量平臺(tái)最大滿量程為200 kg。為避免傳感器過(guò)載損壞，設(shè)計(jì)滿量程為180 kg。

圖4 稱量平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of weighing platform 1.支架 2.軌道 3.連接套 4.稱量傳感器

根據(jù)惠斯通電橋原理，稱量平臺(tái)輸出電壓U0與加載力F0的關(guān)系式為[19]

(6)

式中U0——總輸出電壓，V

U0m——滿量程輸出電壓，V

Ui——橋路所加激勵(lì)電壓，V

KF——靈敏度，mV/V

Fm——滿量程力，N

F0——加載力，N

送料車(chē)停止在軌道上裝料，加載力是軌道、送料車(chē)和飼料三者重力的合力。對(duì)于設(shè)計(jì)的稱量平臺(tái)，激勵(lì)電壓、靈敏度等已知，可以通過(guò)加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼由式(6)標(biāo)定加載力和輸出電壓U0的關(guān)系(標(biāo)定試驗(yàn)見(jiàn)4.1節(jié))，輸出電壓經(jīng)調(diào)節(jié)電路放大后由單片機(jī)采集，即可計(jì)算實(shí)際加載力。稱量時(shí)，先通過(guò)程序去除軌道和送料車(chē)空質(zhì)量(即去皮質(zhì)量)，然后計(jì)算出料質(zhì)量。

2.4 平移軌道機(jī)構(gòu)與舍內(nèi)軌道

在雙列圈欄的食槽上方分別設(shè)置雙列高架軌道，架設(shè)高度1.8 m，采用8號(hào)槽鋼，軌距500 mm，軌道支撐立柱固定在欄間柵欄上。為了使稱量平臺(tái)旁邊的單列軌道和舍內(nèi)雙列送料軌道對(duì)接，設(shè)計(jì)了如圖5所示的平移軌道機(jī)構(gòu)，軌道長(zhǎng)度1.5 m，平移軌道由曳引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可載運(yùn)送料車(chē)在兩列圈欄的送料軌道之間平移。

圖5 平移軌道結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 Structure diagram of translational orbit 1.單列軌道 2.曳引電動(dòng)機(jī)與曳引輪 3.曳引繩 4.雙列軌道5.平移軌道 6.槽輪軌道 7.槽輪

2.5 接料倉(cāng)

圖6 接料倉(cāng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Structure diagram of receiving feed bin 1.推桿電動(dòng)機(jī) 2.蝶閥 3.柔性連接套 4.食槽進(jìn)料口 5.送料軌道 6.橡膠防濺套 7.接料倉(cāng)

接料倉(cāng)結(jié)構(gòu)如圖6所示，其作用是暫時(shí)儲(chǔ)存送料車(chē)送來(lái)的飼料，待所有圈欄送料結(jié)束后統(tǒng)一打開(kāi)蝶閥向下方食槽內(nèi)落料，確保喂料時(shí)間一致，防止豬群應(yīng)激反應(yīng)。送料車(chē)卸料口和接料倉(cāng)上開(kāi)口之間、接料倉(cāng)和食槽之間都由軟質(zhì)的柔性橡膠套連接，有效限制了落料過(guò)程中粉塵的擴(kuò)散。

2.6 送料車(chē)運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)

2.6.1總送料時(shí)間T

送料車(chē)單次裝料、卸料和巡航所耗時(shí)間Ti(s)的計(jì)算公式為

Ti=t0+t1+t2+t3+t4

(7)

式中t0、t1、t2、t3、t4分別為軌道平移時(shí)間、裝料時(shí)間、巡航時(shí)間、卸料時(shí)間和延時(shí)時(shí)間。其中，卸料時(shí)間和延時(shí)時(shí)間通過(guò)試驗(yàn)確定，巡航時(shí)間由送料車(chē)巡航速度確定。

設(shè)豬舍送料位數(shù)量為n個(gè)，其中有np個(gè)料位位于第2列，需要經(jīng)過(guò)平移軌道，裝料處與第1個(gè)送料位的距離為l0，相鄰送料位間的距離為l，每次裝料量為m，裝料系統(tǒng)裝料速度為um(試驗(yàn)測(cè)定um=1.1 kg/s)，送料車(chē)巡航速度為V，送料車(chē)在裝料位和卸料位處工作前后停止延時(shí)各5 s(共計(jì)20 s)，試驗(yàn)測(cè)定卸料時(shí)間約為10 s，軌道平移時(shí)間27 s(含料車(chē)停止啟動(dòng)時(shí)間)，根據(jù)式(7)可計(jì)算各次單獨(dú)送料所耗時(shí)間。

單列情況下，第1個(gè)送料位耗時(shí)為

第2個(gè)送料位耗時(shí)為

第n個(gè)送料位耗時(shí)為

將n個(gè)送料位單獨(dú)送料所耗時(shí)間和2np次軌道平移的時(shí)間相加得到送料總時(shí)間為

(8)

2.6.2送料車(chē)巡航速度V

先根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況初步確定總送料時(shí)間T，然后根據(jù)式(8)確定送料車(chē)運(yùn)行速度V。文中，l0=5 m，l=3 m，送料位n=30，第2列料位np=15，每個(gè)送料位送料80 kg，設(shè)定總送料時(shí)間為2.5～3.5 h，則根據(jù)式(8)計(jì)算出送料車(chē)巡航速度V為0.334～0.569 m/s。

2.6.3送料車(chē)減速器選型及電動(dòng)機(jī)功率

(1)減速器選型

送料車(chē)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)軸與電動(dòng)機(jī)之間設(shè)有減速器，擬采用單相4級(jí)異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速1 400 r/min。減速器減速比i為

(9)

式中nc——電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速，r/min

d——車(chē)輪直徑，取0.25 m

將已知數(shù)值代入式(9)計(jì)算出減速比i為1/54～1/32。選擇減速比為1/50的NMRV50型蝸輪蝸桿減速機(jī)，效率40%，具有良好的自鎖性能。

綜上計(jì)算出送料車(chē)巡航速度為0.367 m/s。代入式(8)計(jì)算出送料時(shí)間為3.28 h，符合設(shè)計(jì)要求。

(2)電動(dòng)機(jī)功率

電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)其所受阻力計(jì)算。送料車(chē)在水平軌道勻速行駛，車(chē)速較低，空氣阻力可以忽略，所需功耗P(kW)為[20]

(10)

式中η——機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)總效率，蝸輪蝸桿減速器效率0.4，電氣系統(tǒng)效率0.95，則總效率為0.38

mmax——最大整車(chē)質(zhì)量，200 kg

g——重力加速度，9.8 m/s2

f——滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.1

按式(10)計(jì)算得送料車(chē)正常行駛所需功耗為0.24 kW。

綜上，送料車(chē)選擇功率370 W單相4級(jí)異步電動(dòng)機(jī)，配合速比為1/50的NMRV50型減速器，輸出扭矩為47.12 N·m。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制送料車(chē)裝料、裝料量計(jì)量、自動(dòng)巡航和卸料，協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

控制電路硬件可分為主控制箱電路、裝料系統(tǒng)電路、送料車(chē)控制系統(tǒng)電路3部分，由上位機(jī)或主控箱按鍵控制。控制電路中包含了電源、單片機(jī)控制單元、通信模塊、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、稱量信號(hào)處理電路等。主控單元和送料車(chē)控制單元采用Arduino 系列單片機(jī)，兩單片機(jī)通過(guò)WiFi無(wú)線模塊建立通信聯(lián)系，系統(tǒng)控制電路圖和硬件配置分別如圖7和表1所示。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)控制界面設(shè)計(jì)和下位機(jī)編程設(shè)計(jì)。下位機(jī)包括主控單片機(jī)和控制送料車(chē)單片機(jī)，完成實(shí)際設(shè)備的監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用Arduino編程語(yǔ)言，控制流程圖如圖8所示。

上位機(jī)控制界面使用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)，如圖9所示，其主要功能是監(jiān)控下位機(jī)，通過(guò)RS232串口向下位機(jī)發(fā)送相關(guān)控制指令。上位機(jī)控制界面由6個(gè)功能區(qū)塊組成:

(1)手動(dòng)/自動(dòng)切換區(qū)：在上位機(jī)控制模式下，切換手動(dòng)/自動(dòng)控制模式，包括系統(tǒng)急停按鈕也在此區(qū)。

圖7 控制系統(tǒng)電路圖Fig.7 Control system circuit diagram

(2)送料車(chē)控制區(qū)：在手動(dòng)控制模式下，可以操作此區(qū)按鈕來(lái)控制送料車(chē)的前進(jìn)、后退以及卸料蝶閥的開(kāi)閉。

(3)平移軌道控制區(qū)：用戶可在此查看平移軌道位置，在手動(dòng)控制模式下，通過(guò)此區(qū)控制平移軌道與送料軌道的對(duì)接。

(4)送料量設(shè)定區(qū)：用戶可以通過(guò)旋鈕設(shè)定送料量。在儲(chǔ)料箱內(nèi)料量不足時(shí)，報(bào)警燈報(bào)警提醒加料。

(5)系統(tǒng)信息顯示區(qū)：用戶可在此查看WiFi的連接情況、儲(chǔ)料箱飼料是否充足、送料是否結(jié)束、送料車(chē)是否在停泊位，從而根據(jù)這些信息來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的操作。

(6)送料圈欄選擇區(qū)：可全選或單獨(dú)選擇某一個(gè)或多個(gè)按鈕作為送料車(chē)送料的目標(biāo)圈欄位。

表1 控制系統(tǒng)硬件配置Tab.1 Control system hardware

圖8 控制系統(tǒng)流程圖Fig.8 Flow chart of control system

圖9 上位機(jī)控制界面Fig.9 Interface of control software

4 試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 稱量平臺(tái)標(biāo)定試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備：10～80 kg砝碼和本文設(shè)計(jì)的稱量平臺(tái)系統(tǒng)。

試驗(yàn)方法：采用不帶車(chē)的砝碼加載標(biāo)定。標(biāo)定時(shí)，每隔5 kg采樣一次，同一組重復(fù)進(jìn)行6次，取平均值作為本組實(shí)測(cè)值。

根據(jù)式(6)對(duì)稱量平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)(環(huán)境溫度為8℃)如表2所示。由表2可知，不帶車(chē)標(biāo)定時(shí)，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1%以內(nèi)，系統(tǒng)測(cè)量精度較好，數(shù)據(jù)可靠。

4.2 驗(yàn)證試驗(yàn)

為驗(yàn)證在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能及可靠性，開(kāi)展了飼料裝載試驗(yàn)，如圖10所示。試驗(yàn)飼料為育肥用粉狀飼料，含水率11.62%，休止角37.763°。試驗(yàn)時(shí)(環(huán)境溫度4℃)，先將飼料倒入儲(chǔ)料箱中，并將送料車(chē)停止在儲(chǔ)料箱下方，然后控制系統(tǒng)按設(shè)定值向送料車(chē)排料，系統(tǒng)自動(dòng)記錄測(cè)量值，同時(shí)將落下的料全部收集后進(jìn)行人工稱量，每組設(shè)定值重復(fù)6次試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表2 加載標(biāo)定數(shù)據(jù)Tab.2 Load calibration data

圖10 驗(yàn)證試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.10 Test site

4.3 結(jié)果與討論

系統(tǒng)測(cè)量值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值為1.22%，實(shí)際落料量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值為1.52%，兩者之差小于1%，系統(tǒng)測(cè)量值的最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.5%，精度滿足計(jì)量要求。如表3所示系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果十分接近，準(zhǔn)確度較高，可滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能需求和精度要求。表3中有些實(shí)際測(cè)量值較系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果偏大，原因是試驗(yàn)時(shí)存在風(fēng)的干擾，在落料電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)后風(fēng)將儲(chǔ)料箱出料口處的部分殘余粉料吹落到送料車(chē)中。

表3 系統(tǒng)測(cè)量值與實(shí)際值統(tǒng)計(jì)Tab.3 Summary of system measurement and actual values

5 結(jié)論

(1)豬舍軌道式自動(dòng)送料系統(tǒng)能夠通過(guò)WiFi無(wú)線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)送料車(chē)裝料、稱量、巡航、定位卸料和統(tǒng)一向食槽投料的全過(guò)程自動(dòng)控制，滿足舍內(nèi)飼料機(jī)械化、自動(dòng)化的精確供料要求。

(2)采用高架軌道平移方案解決了一套設(shè)備為多列圈欄送料的問(wèn)題，同時(shí)，高架軌道充分利用圈欄上方空間，不妨礙舍內(nèi)其它正常作業(yè)，對(duì)豬群的干擾小，因此，該方案適用于單列、雙列或多列圈欄豬舍舍內(nèi)自動(dòng)化送料設(shè)備使用。

(3)送料車(chē)裝載飼料稱量試驗(yàn)結(jié)果顯示，系統(tǒng)測(cè)量值與實(shí)際落料量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值之差小于1%，系統(tǒng)測(cè)量值的最大相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.5%，表明稱量平臺(tái)精度滿足精確飼喂計(jì)量要求，可作為飼料在線監(jiān)測(cè)裝置使用。