多功能一體化犢牛飼喂裝備的設(shè)計(jì)與研制

高 凱，黃有竹，李字輝，段愛(ài)國(guó)

（1.新疆至臻化工工程研究中心有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師16團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)犢牛飼喂大部分依靠人工經(jīng)驗(yàn)，該方式在一定時(shí)期解決了犢牛的飼喂問(wèn)題，但隨著我國(guó)畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，由于人工飼養(yǎng)方式受工人技術(shù)水平影響大，易出現(xiàn)常乳加工質(zhì)量差、飼喂量不能按需精確供給等未嚴(yán)格按照犢牛養(yǎng)殖要求進(jìn)行飼喂的問(wèn)題[1]，同時(shí)人工飼喂流程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、飼喂效率低，大大制約了規(guī)?；竽琉B(yǎng)殖。

目前，德國(guó)優(yōu)本（Urban）公司[2]研制了電腦控制的寶拉和阿爾瑪型號(hào)的犢牛自動(dòng)飼喂機(jī)，其中寶拉型犢牛飼喂機(jī)由攪拌罐、加熱器、吸吮器及動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)成，可完成犢牛的自動(dòng)飼喂以及飼喂過(guò)程監(jiān)控；阿爾瑪機(jī)型可實(shí)現(xiàn)飼喂過(guò)程吸吮嘴中牛奶的連續(xù)供給，并可完成攪拌罐、奶嘴以及管道的自動(dòng)清洗。美國(guó)奶牛養(yǎng)殖單位的犢牛養(yǎng)殖主要利用移動(dòng)式奶桶、犢牛自動(dòng)飼喂機(jī)等技術(shù)裝備，將酸化乳或代乳等飼喂物料提供給犢牛進(jìn)行自由采食[3-4]。張海蕓等人研制了一種多頭等量給料式犢牛飼喂站,滿(mǎn)足了多頭犢牛同時(shí)飼喂的要求[5]。

在犢牛飼喂過(guò)程中，飼喂效率、飼料質(zhì)量以及飼喂環(huán)境衛(wèi)生都是犢?？茖W(xué)化喂養(yǎng)的重要指標(biāo)。因此，本文針對(duì)現(xiàn)有人工犢牛飼喂存在的常乳飼料加工質(zhì)量差、飼喂效率低、耗時(shí)耗力等問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)學(xué)者的研究[5]，研制了一種集加工、消毒、飼喂、清洗、控制等多功能于一體的犢牛飼喂裝備，為高效、科學(xué)、精細(xì)化犢牛飼喂奠定基礎(chǔ)。

1 裝置總體設(shè)計(jì)

多功能一體化犢牛飼喂裝備主要包括常乳加工水浴循環(huán)裝置、常乳加工攪拌裝置、飼喂站清洗裝置以及控制模塊單元等，系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 犢牛飼喂裝備整體結(jié)構(gòu)圖

多功能一體化犢牛飼喂裝備主要用于常乳的加工、為犢牛提供采食空間、裝置清洗消毒以及裝置功能驅(qū)動(dòng)控制等。其中，常乳加工水浴循環(huán)裝置用于常乳的儲(chǔ)存、加熱介質(zhì)水的儲(chǔ)存與輸送；常乳加工攪拌裝置用于常乳加工過(guò)程的攪拌，保證加工過(guò)程均勻、穩(wěn)定；飼喂站主要為犢牛提供采食空間以及識(shí)別檢測(cè)器件的定位和安裝等；清洗裝置用于飼喂結(jié)束后對(duì)常乳加工攪拌裝置、常乳儲(chǔ)料內(nèi)桶以及部分輸奶管道進(jìn)行清洗；控制模塊單元主要用于犢牛精確飼喂過(guò)程中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的精確控制，保證犢牛精確飼喂過(guò)程中各環(huán)節(jié)的有序進(jìn)行。

2 關(guān)鍵裝置的設(shè)計(jì)

2.1 常乳加工水浴循環(huán)裝置

基于常乳水浴加工方式設(shè)計(jì)的常乳加工水浴循環(huán)裝置主要由水循環(huán)外桶、加工儲(chǔ)料內(nèi)桶、進(jìn)奶口、進(jìn)水口、出水口、出氣口等組成，常乳加工水浴循環(huán)裝置總體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 常乳加工水浴循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)圖

常乳加工水浴循環(huán)裝置工作過(guò)程中，通過(guò)升溫加熱、高溫保持、降溫冷卻以及飼喂溫度保持來(lái)完成犢牛采食常乳的加工。其中升溫加熱過(guò)程首先向加工儲(chǔ)料內(nèi)桶中加入原料奶，然后利用水泵向水循環(huán)外桶泵水，利用觸摸屏進(jìn)行加熱溫度、冷卻溫度等參數(shù)設(shè)置，進(jìn)而由加熱裝置對(duì)水循環(huán)外桶水進(jìn)行加熱，當(dāng)牛奶溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)停止加熱，升溫加熱階段結(jié)束；高溫保持過(guò)程主要將加熱到最高溫度后的牛奶按照設(shè)定溫度保持一定時(shí)間；降溫冷卻過(guò)程利用水循環(huán)外桶的冷水對(duì)加工儲(chǔ)料內(nèi)桶中牛奶進(jìn)行降溫，排出的熱水流入溫水儲(chǔ)存箱，進(jìn)行二次利用；當(dāng)常乳溫度降至設(shè)定冷卻溫度值時(shí)，完成常乳的加工。犢牛飼喂過(guò)程中，為保證飼喂效果，將常乳溫度始終保持在犢牛適宜飲用的溫度值。常乳加工過(guò)程中，升溫加熱與高溫保持實(shí)現(xiàn)對(duì)原料奶的滅菌，降溫冷卻與飼喂溫度保持實(shí)現(xiàn)適于犢牛飲用溫度常乳的加工。

2.2 飼喂站

飼喂站主要由稱(chēng)重平臺(tái)、吸吮器、行進(jìn)護(hù)欄以及檢測(cè)部件安裝板等組成，如圖3。為確保每次只進(jìn)入一頭犢牛，避免采食過(guò)程中的搶食以及其他牛只干擾，依據(jù)犢牛身寬，確定飼喂站寬度為40 cm；為保證犢牛個(gè)體識(shí)別準(zhǔn)確性，結(jié)合試驗(yàn)牛場(chǎng)犢牛電子標(biāo)簽佩戴位置（佩戴在犢牛右耳），讀寫(xiě)器安裝位置確定為飼喂站右側(cè)方，距離吸吮器安裝板25 cm，高度為75 cm。

圖3 飼喂站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.3 清洗裝置

清洗裝置主要由清洗噴頭和水泵等組成，用于犢牛飼喂結(jié)束后的加工儲(chǔ)料內(nèi)桶及管道清洗消毒，結(jié)構(gòu)如圖4。清洗過(guò)程通過(guò)在加工儲(chǔ)料內(nèi)桶中依次加入酸性及堿性清洗劑，利用清洗噴頭以及攪拌裝置對(duì)加工儲(chǔ)料內(nèi)桶的內(nèi)壁進(jìn)行沖洗，清洗結(jié)束后將水泵出，同時(shí)對(duì)管道內(nèi)壁進(jìn)行清洗。按照泵送水的速度要求（q不低于11.5 L/min），水泵電機(jī)選用750 W、額定轉(zhuǎn)速2 830 r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

圖4 清洗裝置示意

3 犢牛飼喂裝備試制與試驗(yàn)

本文在完成關(guān)鍵技術(shù)研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了樣機(jī)的技術(shù)集成與試制。該系統(tǒng)主要針對(duì)規(guī)?；?chǎng)的犢牛精確飼喂，可完成飼喂過(guò)程的常乳加工、犢牛個(gè)體識(shí)別與常乳精確投飼等功能，單批次加工量150 L，整機(jī)功率20 kW。犢牛飼喂裝備技術(shù)參數(shù)如下：

該裝置在石河子市121團(tuán)中心牛場(chǎng)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，如圖5。結(jié)果顯示，該裝置提高了飼喂效率、降低了人工成本、設(shè)備性能穩(wěn)定，解決了當(dāng)前犢牛飼養(yǎng)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、衛(wèi)生安全條件無(wú)法保障、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了殺菌加工—攪拌—飼喂—清洗流程機(jī)械化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了犢牛飼喂的高效化、科學(xué)化、精確化、自動(dòng)化作業(yè)。

圖5 犢牛飼喂裝備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

4 結(jié)論

本文針對(duì)人工飼喂流程繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、質(zhì)量差等突出問(wèn)題，研制了一種多功能一體化犢牛飼喂裝備，通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)思想，整合常乳加工水浴循環(huán)裝置、常乳加工攪拌裝置、飼喂站以及清洗裝置以及控制模塊單元等，實(shí)現(xiàn)了加工、消毒、飼喂、清洗、控制一體化精細(xì)犢牛飼喂作業(yè)，解決了當(dāng)前犢牛飼養(yǎng)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、衛(wèi)生安全條件無(wú)法保障、自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，為犢牛精細(xì)化、高質(zhì)量飼喂養(yǎng)殖奠定了基礎(chǔ)。