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浅谈母猪群养机械装备的研发

在母猪管控工作站内根据饲喂规模设置若干采食站,采食站的进口朝向母猪休息区,出口朝向封闭的分离通道。在采食站内设置RFID耳标的读取装置、程控定量饲喂装置和喷色装置,这3个装置通过中间服务器连接到中央管理计算机上。饲喂装置与饲料输送管道相连。在母猪管控工作站之间设置若干公猪站,在公猪站内放入公猪。公猪站朝向母猪休息区的方位上设置供母猪访问公猪的窗口,让母猪和公猪可以相望并闻到气息;在该位置上设置母猪发情信息射频采集器,将所采集的不同母猪的访问时间、频率和停留时间信息发送给中央管理计算机。中央管理计算机记录、分析母猪的发情指数,调整饲喂参数。在分离通道上设有分离门装置,分离门装置的出口有两个通道,通道之一与隔离区相通,以分离发情或有异常状况的母猪;通道之二与母猪休息区相通,让正常母猪回到休息区。两个通道的开闭由一个选通门控制,而选通门由电机自动控制。当母猪需要采食进入采食站时,采食站内的耳标读取装置立刻读取该母猪的身份信息并发送给中间服务器或中央管理计算机,中央管理计算机根据母猪的身份、实时记录的母猪各项信息和管理者设定的数据,分析母猪的身体状况并运算出该猪需要的进食量,继而对下料控制器发出控制指令为该猪投放相应种类和数量的饲料;同时向喷色装置发出指令,对需要分离的母猪喷墨标记;母猪采食完毕后,离开饲喂站时,计算机根据该母猪的信息自动控制分离门装置,选择打开哪条通道让该母猪进入休息区或隔离区。如此循环,实施对群养母猪的自动化、智能化饲养管理。同时,系统获取猪群的其他信息进行统计运算,为养猪企业管理人员提供企业运营分析所需的精确数据。

9ZMQ-128智能型母猪群养管理系统的高级机械部分主要是采食站,采食站由进入通道及入口门装置、饲喂装置、离开通道及出口门装置和喷色装置等组成,如图2[3]所示。

1进入通道及入口门装置

为了避免母猪之间争抢饲料,并保证母猪在采食过程中不受其他母猪的影响,在采食站中需设计进入通道以及入口门装置。通过进入通道及入口门,母猪可逐个有序地进入采食站进行采食。当1头母猪通过入口门进入采食通道后,入口门随即关闭锁止,以防其他母猪进入干扰。当母猪采食完毕离开采食站后,入口门消除锁止,以备下一头母猪进入采食。

进入通道由两侧的金属管条和活动侧板围成。通道的入口设有电动入口门装置。电动入口门装置由门框、活动门、门锁和门锁控制器等构成,如图3[4]所示。门锁控制器控制门锁的开启和锁止状态,门锁则控制活动门能否被打开。活动门设有左右两扇,每扇活动门由转轴杆、横杆、轮杆、转轮和挡块组成,如图4[4]所示。左边活动门通过其转轴杆的两端安装在左边门框的前侧,右边活动门通过其转轴杆的两端安装在右边门框的后侧。横杆连接在转轴杆的上端,长度等于1/2通道的宽度,横杆顶部设有挡块。5根轮杆以相同的间隔固定在转轴杆上,各轮杆的长度相同且大于1/2通道宽度,小于通道宽度(若其长度过短则容易卡住母猪身体),轮杆的自由端均装有转轮,转轮的转轴竖直设置,转轮可自由转动。转轴杆和横杆所在的平面位于门框平面内,与各轮杆所在的平面成角度设置,因而左右两扇活动门的轮杆所在平面之间有一定的间隔。左右两扇活动门可向两个不同方向打开,左门向外,右门向里,左右两扇活动门之间由回位弹簧连接,处于常闭状态。门锁安装在门框上梁的中间。门锁包括两套相对设置的卡销装置、1个托板、1个托板杆,每套卡销装置包括直角梯形块、支撑块和转轴等,如图5[4]所示。直角梯形块靠近下底边的直角位处设有转轴孔,靠近上底边的斜角位处设有凸柱,直角梯形块与支撑块相对间隔平行设置,转轴的一端固定在支撑块上,另一端安装在直角梯形块的转轴孔内,两套卡销装置中的直角梯形块的斜边相对设置;托板安装在每套卡销装置的直角梯形块与支撑块之间,且位于两凸柱的下方。两套卡销装置的上方设有盖板,盖板固定在门框上梁上,支撑块固定在盖板上,支撑块的下部设有橡胶垫。托板杆固定在托板上,托板杆上部穿过一安装在门框上梁中的套筒,托板杆可沿套筒上下运动,托板杆的上半部分设有螺纹,在卡销装置的下面设有防护板,在防护板上设有金属传感器。门锁控制器安装在门锁的上方,包括偏心轮、直流电机、控制杠杆、金属探测器和红外传感器等,如图6[4]所示。偏心轮位于控制杠杆后端部的正上方,偏心轮由直流电机驱动。控制杠杆的前端部设有一通孔,托板杆穿过该通孔,控制杠杆通过螺丝固定在托板杆上,螺丝可调节控制杠杆在托板杆上的相对位置,从而调节托板杆上下运动的幅度。控制杠杆中部设有杠杆支点杆;控制杠杆的后端旁边设有红外传感器,用于感应后门打开的幅度,从而控制系统关门的时间。在直流电机上设有金属探测器,金属探测器用于检测偏心轮转动的角度。进入通道的后端上方设有喷色装置,喷色装置包括电机泵和若干墨盒,墨盒中装有不同颜色的墨水,墨盒上设有喷嘴,电机泵连接墨盒。在进入通道的后端可设置称重装置以获得母猪体重。

当采食站内未有猪只进入时,偏心轮压在控制杠杆上,控制杠杆绕杠杆支点提起托板杆,托板杆向上提起托板,托板拉动直角梯形块上的凸柱,直角梯形块绕转轴旋转,直角梯形块的斜角向上提起,门锁处于开启状态,入口门可以被母猪拱开。当母猪需进入采食站时,可从两扇活动门的间隔中找到着力点,先拱开左边的活动门向外打开,随后再拱开右边的活动门向里打开。当红外传感器感应到右边的活动门已经离开门锁的控制区域时,控制系统启动直流电机工作,带动偏心轮转过一个角度,使偏心轮的短径部分接触控制杠杆;当金属探测器检测到偏心轮转动了合适的角度后,控制系统使直流电机停止工作;于是托板杆和托板在重力的作用下下落,直角梯形块的斜角也在重力的作用下绕转轴转动,门锁处于锁止状态。此时母猪身体仍在通过中,两扇活动门仍处于打开状态,回位弹簧将两扇活动门往回拉,设置在左边活动门上的塑料轮紧贴在母猪身上,并在母猪身上滚动,既可以避免门打伤母猪,又可以驱赶母猪进入通道,直到母猪全身通过后,左边活动门紧贴母猪臀部柔和地关闭,防止下一头母猪紧跟着进入。在回位弹簧的拉力作用下,左边活动门横杆顶部的挡块挤压直角梯形块的直角边,使直角梯形块的斜角绕转轴向上转动,左边活动门回到直角梯形块和支撑块之间,直角梯形块在重力的作用下再次下落,斜角再次绕转轴向下转动,直到托板顶住凸柱,直角梯形块不能再向下转动;此时左边活动门的横杆被卡在斜角和支撑块之间,即左边活动门被锁住。当猪完全进入时,右边活动门在回位弹簧拉力作用下,重复左边活动门的关门动作,直至被完全锁住。当采食站中的母猪吃完饲料离开采食站后,控制系统将重新打开门锁,允许另一头母猪进入。当系统检测到进入采食站的母猪有异常情况时,喷色装置上的电机泵将启动,驱动墨盒,给异常母猪喷上某一的颜色,为后续的管理带来方便。在母猪进食过程中,称重装置将测量母猪的体重并发送给中央管理计算机。

2饲喂装置

饲喂装置是9ZMQ-128智能型母猪群养管理系统的重要部分,用于自动定量供给饲料,实现母猪单体精确饲喂。

饲喂装置主要包括储料漏斗、下料控制器、进食料槽和支架等,如图7[3]所示。饲喂装置设有两套储料漏斗及其下料控制器,储料漏斗安装在支架上,每个储料漏斗上方设有饲料输送管道,当储料漏斗中的饲料储量低于某个位置时,饲料输送管道便自动送料进来。下料控制器安装在储料漏斗的出料口处。进食料槽安装在在支架下部的一侧,进食料槽上设有接料口与进食开口,进食料槽的接料口置于下料控制器的下方,进食开口朝向外侧。在进食料槽的外侧设有感应母猪RFID电子耳牌信息的天线和天线反射板,天线反射板用于防止信号干扰。进食料槽旁的支架上设置有供水管,供水管上依次安装有限流阀和电磁阀,供水管的出水口连接在进食料槽的内侧壁上。下料控制器是智能型母猪群养管理系统的核心机械部件,优化设计的关键是自动计量和精确供料。下料控制器主要由隔板、外壳、环体叶轮和转轴等零部件组成,如图8[5]所示。隔板是一个开有中心通孔和扇形进料口的圆形薄板。外壳是一个顶部敞开、底部开有中心通孔和扇形下料口的圆柱桶。环体叶轮由圆环体、均布的4根叶片、由叶片分隔成的4个扇形配料格和中心轴孔构成,如图9[5]所示。在转轴上均布着4根用于拨动饲料的拨动片和两根用于搅动饲料的搅动杆。隔板的外径、环体叶轮的外径与外壳的内径相等,隔板、环体叶轮与外壳同轴安装在外壳内,隔板安装在外壳的顶部。转轴从上而下穿过隔板的中心通孔,安装在环体叶轮的中心轴孔内,下端穿过外壳底部的中心通孔伸出外壳,上端位于储料漏斗的下部。转轴通过传动皮带由电动机驱动。进料口、下料口和配料格的形状大小相同。进料口与下料口错开对称设置,环体叶轮静止时进料口与下料口分别对应于一个配料格。环体叶轮的转动通过脉冲控制方式来控制,从而实现环体叶轮每次停止时,下料口与进料口分别完整对应于一个配料格,进料口、下料口、配料格三者形成一个不直接连通的下料通道。

当配带有RFID耳标的母猪进入采食站的进食料槽旁时,进食料槽外侧的感应天线立刻感应该母猪的身份信息并发送给中央管理计算机;中央管理计算机根据母猪的身份、各种生理信息、进食次数和管理者设定的数据等运算出该猪当次需要的饲料种类和饲喂量,并传输给中间控制器;中间控制器把该饲喂量转换成控制电机转动需要的脉冲数,从而控制电机转动,带动下料控制器旋转;饲料从下料控制器的进料口落到配料格,在环体叶轮的旋转带动下,从下料口经下料通道落到进食料槽的接料口,最后落到进食料槽中供母猪食用。上述饲喂装置优化设计的特点是,可针对母猪不同生理阶段的需要供给两种不同的饲料;储料漏斗安装位置较低,可人工加料,更适合国内情况;在食槽一侧安装自动供水装置,可加水混合干料等。

3离开通道及出口门装置

离开通道以及出口门装置用于引导采食后的母猪有序离开采食站。离开通道及出口门装置由围栏和两道逆止门装置组成,如图10[3]所示。两道逆止门装置只能由进口向出口方向开启。第1道逆止门装置安装在离开通道的进口端,是一扇竖直栅栏式的合页门,由栅栏门、拉杆1、回位弹簧1、挡块和减震皮带等组成。拉杆1横跨在通道前端顶部且固定在两侧的围栏上,栅栏门与一侧的围栏铰接,在对应的另一侧围栏上设有截止栅栏门转动的挡块,挡块内侧设有减震皮带。回位弹簧的两端安装在栅栏门和拉杆1上。第2道逆止门装置安装在离开通道的出口端,是两扇门板式的合页门,由2扇门板、拉杆2、回位弹簧2、挡杆和减震垫等组成。两扇门板分别铰接在通道两侧的围栏上,每一扇门板与拉杆2之间均设有回位弹簧。档杆横跨并固定在通道两侧的围栏之间,每一扇门板与档杆之间均设有减震橡胶垫,在门板开启时与两侧围栏接触的位置上也设有减震橡胶垫,防止合页门开启后硬性碰撞围栏。离开通道的中央设有一防卧杆,可防止母猪躺在通道处睡觉,保持通道的畅通。安装上述离开通道以及出口门装置的采食站,可用于未设置分离通道的养猪场,使养猪场结构简单化。若养猪场设有分离通道,则采食站的离开通道可设计成不装出口门的简单通道,但分离通道上需设置分离门装置。

通过3年来的测试、应用表明,9ZMQ-128智能型母猪群养管理系统总体方案设计合理、技术先进、自动化程度高、功能实用、结构简单、安装移动灵活、易于维护,主要技术和机械装备已获得中国发明专利或实用新型专利。9ZMQ-128智能型母猪群养管理系统于2009年推出市场,现已列入我国农机购置补贴产品目录,已被多家现代化规模养猪场购置使用,工作可靠、运转稳定、故障率低、性价比高,在生产中取得了较好的经济效益,推广应用前景广阔。(本文作者:陈君梅、黄瑞森、刘德武、叶娟 单位:广东科学技术职业学院、广东省农业机械研究所、华南农业大学)

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