自動化TMR傳送帶飼喂系統(tǒng)在牛場中的應(yīng)用

許立新，孫路勇，范淋佳，郭祎瑋，崔安，李亞茹，高繼偉

（1.北京京鵬環(huán)宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094; 2.北京市奶牛產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊，北京 100094）

全混合日糧（TMR）是指將粗飼料、精飼料、預(yù)混飼料和其他輔助飼料按照一定的比例充分混合后，制成適宜反芻動物采食的一種營養(yǎng)相對平衡的混合飼料[1]。TMR飼養(yǎng)技術(shù)因能夠改善飼料適口性以及降低奶牛飼養(yǎng)成本而備受關(guān)注，目前TMR技術(shù)已經(jīng)成為世界上廣泛采用的奶牛喂養(yǎng)管理方式[2]。隨著科技的發(fā)展，歐洲已經(jīng)進入奶牛飼喂的新紀元。部分大型牛場已選擇應(yīng)用了完全自動化的TMR飼喂系統(tǒng)，并且越來越多的牛場已經(jīng)開始考慮自動化飼喂。

牛場規(guī)模的增大則意味著更多的工作、需更多的勞動力，并由疾病引發(fā)的疫病和經(jīng)濟潛在風險也在增加。自動化飼喂能夠提供針對不同牛群進行目的性飼喂，通過移動電話實現(xiàn)遙控管理等先進管理方式來提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率，滿足牧場生產(chǎn)需要。

1 傳送帶飼喂系統(tǒng)工作原理及主要組成

與傳統(tǒng)的TMR飼喂技術(shù)不同，傳送帶式自動飼喂系統(tǒng)更加符合奶牛的采食習性與生理特點。

1．1 工作原理

自動化TMR飼喂前首先要對所需飼料量進行計算，然后配置合適的飼料填充位置。系統(tǒng)工作前，先用鏟車將飼料放入填料裝置。自動化的TMR飼喂設(shè)備配備自動稱重裝置，所有的飼料成分按照所需的重量被提取。圖表式飼喂管理系統(tǒng)控制填料裝置的工作狀態(tài)，并對進入攪拌裝置的飼料量進行實時監(jiān)控。在滑動犁（其方向可由管理系統(tǒng)控制）的推力作用下，飼料被均勻撒在飼喂面上，如圖1所示。

圖1 傳送帶系統(tǒng)工作示意圖

1．2 系統(tǒng)組成

傳送帶式自動飼喂系統(tǒng)主要包括機械結(jié)構(gòu)部分和電控部分，通過兩大部分的協(xié)同工作，將攪拌好的飼料由傳送帶輸送到牛舍內(nèi)各個指定區(qū)域（圖2）。

圖2 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)簡圖

1.2.1 機械結(jié)構(gòu)部分

機械結(jié)構(gòu)部分由模塊化填料裝置、飼料攪拌裝置、飼料傳送帶等組成。

1.2.1.1 模塊化填料裝置

作為飼料傳送帶的填料設(shè)備和新鮮飼料的中間存貯設(shè)備，填料裝置采用了模塊化的設(shè)計，可根據(jù)客戶的不同需求通過擴展模塊來對其容量進行擴展。其高功率的雙尖鋸齒刀為攪拌裝置提供了穩(wěn)定的飼料原料輸入速度；同時裝置底部的傳送鉸鏈速度和雙尖鋸齒刀控制電機的轉(zhuǎn)速可由變頻器進行調(diào)節(jié)而達到匹配；另外，底部傳送鉸鏈正反轉(zhuǎn)方向可由操作員進行遠程控制（圖3）。

圖3 填料裝置

1.2.1.2 飼料攪拌裝置

自動飼喂系統(tǒng)的飼料攪拌裝置有兩種，分別為固定式TMR攪拌站和切碎攪拌裝置。

（1）固定式TMR攪拌站：此攪拌裝置置于稱重單元上，能夠在填料過程中實現(xiàn)每個添加組分重量的稱量（圖4）。攪拌完成之后，飼料通過傳送帶傳送至牛舍內(nèi)。

（2）切碎攪拌裝置：此攪拌裝置為立式，可切碎并攪拌不同類型的飼料組分，并可通過改變鉸刀的數(shù)量調(diào)整切碎的效率（圖5）。同樣此裝置置于稱重單元上，可實現(xiàn)添加組分的自動稱重。

圖4 固定式TMR攪拌站

1.2.1.3 飼料傳送帶

傳送帶用來實現(xiàn)在填料單元、攪拌裝置、飼喂牛只之間的飼料傳送，其上安裝了滑動犁，方向可由控制系統(tǒng)進行變向，通過自動或手動控制傳動帶運行可以實現(xiàn)飼料從傳動帶不同方向落在飼喂面上（圖6）。傳送帶有多種寬度類型，可適用于不同的使用需求。

另外，還有一種專用的傳送帶，即提升傳送帶，其最大提升仰角達到45°，用來將攪拌機攪拌完成的飼料提升至牛舍傳送帶的安裝高度，提升傳送帶上裝有橡膠刮板，具有封閉的底部結(jié)構(gòu)和自潔功能，見圖7。

圖6 飼料傳送帶

1.2.2 電控部分

自動飼喂系統(tǒng)的核心是圖表式飼喂管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)對填料單元、攪拌裝置、傳送帶等運行情況的控制管理（圖8）。使用時，根據(jù)飼喂計劃將飼料配方輸入至圖表式生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，此系統(tǒng)可基于飼料配方與飼喂群組的數(shù)量、飼喂次數(shù)、飼喂時間等，優(yōu)化飼料廚房的運行。同時，自動的飼喂過程采集了存儲在不可擦除式內(nèi)存上的數(shù)據(jù)來獲取當天的飼料短缺信息，以避免忽然斷電等原因造成的數(shù)據(jù)丟失。另外，圖表式人工智能系統(tǒng)能夠綜合考慮攪拌裝置中的稱重信息數(shù)據(jù)偏差對整體工作性能優(yōu)化的影響。

圖表式飼喂管理系統(tǒng)具有適應(yīng)性報警功能，偏差報警信號可通過移動短信方式發(fā)送至手機。作為系統(tǒng)功能的新特性，前一天的飼料攪拌信息可作為短信報告發(fā)送給相關(guān)牧場管理人員。圖表式控制模塊的數(shù)據(jù)信息存貯在閃存盤上，并未使用如硬盤、繼電器等機械組件，其可通過無磨損晶體管、短路和過載保護實現(xiàn)對裝置的控制。

對于此系統(tǒng)的操作運行，電腦并不是必需的，所有數(shù)據(jù)信息都會存入顯示單元；在必要時，可通過計算機技術(shù)或移動電話技術(shù)對系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制。

圖8 圖表式飼喂管理系統(tǒng)

2 傳送帶飼喂系統(tǒng)的主要優(yōu)點

2．1 節(jié)省勞動力成本

千頭規(guī)模的牛場只需要3個人即可輕松完成所有飼喂工作：一人負責制定飼喂計劃、設(shè)備操作等；一人負責從青貯窖和干草庫運送飼料到填料裝置；一人負責牛舍飼喂維護。對于更大規(guī)模的牛場來說，節(jié)省人工的效益將更加明顯。

2．2 節(jié)省建筑成本

國內(nèi)大部分牛舍飼喂通道在5m左右[3]，而傳送帶式自動飼喂系統(tǒng)所需飼喂面寬可縮小至1.5 ～1.8m，與常規(guī)牛舍相比，可大大節(jié)省土地面積及建筑面積，進而降低建筑和土地成本。牛舍跨度降低還有其他的好處，通風系統(tǒng)更容易設(shè)計安裝，而且成本降低，采光更好。

2．3 節(jié)省運營成本

傳送帶式自動飼喂系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定、可靠，日常維護成本低；系統(tǒng)工作時，除需用叉車給填料單元上料外均采用電力驅(qū)動，相比TMR飼喂方式，燃油消耗量有了大幅減少。

2．4 精確、自然的飼喂方式，可提高產(chǎn)奶量

2.4.1 實現(xiàn)飼料配方準確，飼喂精準

按照飼喂計劃自動配料，精確稱量后飼喂，可以保證每次投喂新鮮飼料之前，上次的飼料已經(jīng)被牛吃完，降低飼料損失，也可避免人工清理陳料的工作。

2.4.2 實現(xiàn)多次飼喂，提高飼料利用率和產(chǎn)奶量

使用傳送帶飼喂系統(tǒng)每天最多可以達到9次飼喂，多次均勻小份地撒料可以避免超量飼喂或飼喂不足對奶牛健康造成的不利影響。增加飼喂次數(shù)可以平衡瘤胃里的酸性變化，當精料的飼喂次數(shù)從平均每天2次增加到4次時，效果非常明顯[4,5]。按時輸送新鮮的飼料還可以提高飼料的消化、吸收率，提高奶牛產(chǎn)奶量。

2.4.3 實現(xiàn)不同牛群的準確自動飼喂

系統(tǒng)可以針對不同的牛群單獨攪拌指定的料型，當指定的料型輸送到指定的牛群前，傳送帶上的傳感器可以確保將料準確撒在指定牛群前，并將誤差控制在10cm以內(nèi)。

2．5 改善牛舍環(huán)境，提升牛群福利

（1）安靜、平和、無噪聲的舍內(nèi)傳送帶式自動飼喂系統(tǒng)可以讓牛輕松自然地采食，增加采食量，提高飼料利用率[6]。

（2）尤其是在寒冷地區(qū)，使用傳送帶式自動飼喂系統(tǒng)，可以避免TMR車飼喂時頻繁開啟牛舍大門所造成的溫度驟降對牛只的影響，同時還可以避免由于TMR車飼喂而引起牛的應(yīng)激反應(yīng)[7]。

（3） 改善牛舍環(huán)境福利，牛舍跨度降低，更有利于自然光采光和牛舍通風。

（4）飼喂面更清潔，草料“懸空”輸送，從飼料廚房到飼喂面，輸送過程沒有任何污染源。

（5）降低疫病風險，由于工人進入飼喂面的機會減少，杜絕了拖車進入飼喂面的可能，從而減少了舍內(nèi)外及不同牛舍之間交叉污染的風險[8]。

3 傳送帶飼喂系統(tǒng)在牛場中的應(yīng)用

3．1 新建牛場飼喂系統(tǒng)的安裝要求

3.1.1 系統(tǒng)安裝對牛舍結(jié)構(gòu)的要求

（1）系統(tǒng)安裝對牛舍高度要求：牛舍高度要隨著傳送帶高度確定。一般傳送帶安裝高度在185cm以上，牛舍高度要高于這個高度。

（2）系統(tǒng)安裝對飼喂通道寬度要求：最佳的飼喂通道寬度范圍為1.5～1.8m，如安裝延伸板（其寬度2.7m），在牛舍高度達到4m時飼喂通道寬度最大可以是4.5m。

（3）預(yù)留合理的飼料廚房的位置。

（4）青貯區(qū)與飼料廚房要在合理的距離以內(nèi)。

3.1.2 系統(tǒng)安裝對牛舍所處地域環(huán)境的要求

（1）冬季舍內(nèi)溫度在5℃以上。

（2）對牛舍所處地勢無特殊要求。傳送帶安裝完成后，單套坡度不超過15°即可，當坡度過大時，應(yīng)選用提升傳送帶，其最大提升角度可達到45°。

3．2 舊舍改造的飼喂系統(tǒng)安裝要求

3.2.1 系統(tǒng)安裝對舊牛舍結(jié)構(gòu)的改造要求

（1）舊牛舍從地面到頂棚的高度為2m以上。

（2）有必要的飼料傳送帶支撐部件，或者有安裝支撐部件的立柱等。

（3）避免可能對飼喂系統(tǒng)工作造成干擾的牛舍結(jié)構(gòu)：如舍門、通風窗、水管、擠奶管等。

3.2.2 已有的TMR攪拌設(shè)備能否融入此飼喂系統(tǒng)

對已有的TMR攪拌設(shè)備，需將其稱重信號傳送至圖表式飼喂管理系統(tǒng)，以檢測飼料傳送帶上的飼料量。

3.2.3 設(shè)備出現(xiàn)問題時，如何保證牛的正常飼喂

（1）圖表式飼喂管理系統(tǒng)會顯示系統(tǒng)運行時間，建議在系統(tǒng)工作5 000h之后進行系統(tǒng)的整體維護檢修。

（2）對機械結(jié)構(gòu)部件齒輪箱進行定期維護。

（3）由于系統(tǒng)配備有備用配件（包含了設(shè)備運行的重要零部件），一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)可檢測問題發(fā)生的位置，并由牧場管理人員對損壞件進行快速簡單的更換和調(diào)試（1～2h內(nèi)）。

（4）極端情況下，可在牧場配備小型飼喂車。

綜合以上措施，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可快速進行維修，完全可以保證牛的正常飼喂。