（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，北京 102208）

奶牛品種和飼養(yǎng)管理是決定奶牛養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，而飼養(yǎng)管理中飼料條件對(duì)提高奶牛的產(chǎn)奶量和牛奶品質(zhì)起著決定性的作用[1]，因此，選用合適的飼喂模式和飼喂設(shè)備是規(guī)模化奶牛場(chǎng)養(yǎng)殖工作的重中之重。

不同飼喂模式、飼喂技術(shù)的采用，應(yīng)與不同的飼喂設(shè)備相配套。目前，規(guī)?；膛?chǎng)應(yīng)用最廣泛的飼喂設(shè)備主要為基于TMR飼喂技術(shù)的牽引式TMR飼喂車。此類設(shè)備由拖拉機(jī)牽引，各飼料組分的混合及輸送的動(dòng)力來(lái)自拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸和液壓控制系統(tǒng)，送料時(shí)，邊行走邊進(jìn)行飼料的攪拌，飼料被運(yùn)送至牛舍時(shí)即可飼喂，使攪拌和飼喂連續(xù)完成，在為奶牛提供營(yíng)養(yǎng)均衡化飼料方面有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。然而，隨著國(guó)家對(duì)動(dòng)物福利、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源方面重視力度的不斷加大，TMR飼料攪拌車的劣勢(shì)也逐漸凸顯：如所需飼喂通道寬度達(dá)到4～4.5m，大大增加了建筑成本；飼喂工作進(jìn)行時(shí)，既消耗大量的柴油，又造成牛舍內(nèi)的空氣與噪聲污染；尤其對(duì)東北、西北寒冷地區(qū)冬季來(lái)說(shuō)，每次TMR車進(jìn)牛舍時(shí)舍門大開，會(huì)造成舍內(nèi)溫度驟降，引起奶牛的冷應(yīng)激反應(yīng)。因此，尋求一種節(jié)能、環(huán)保、高效的飼喂設(shè)備成為規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的迫切需求。而傳送帶式飼喂系統(tǒng)憑借其特殊的飼喂模式優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)越來(lái)越多的關(guān)注和認(rèn)可[2]。

1 傳送帶式飼喂系統(tǒng)組成與工作流程

1.1 系統(tǒng)組成

如圖1所示，傳送帶式飼喂系統(tǒng)基于固定式TMR設(shè)備，集成了高度自動(dòng)化的模塊化填料設(shè)備、精料塔和多種功能的傳送帶單元，并由飼喂管理軟件系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，可實(shí)現(xiàn)不同牛舍不同牛群的多次飼喂。其精確、自然的飼喂方式可有效提高奶牛的產(chǎn)奶量，大大提高飼料利用率，節(jié)省飼料成本。同時(shí)，此系統(tǒng)采用了電力驅(qū)動(dòng)傳送帶輸送飼料的方式，避免了自走式或牽引式TMR飼喂車造成的廢氣和噪聲污染，同時(shí)大大降低了油耗成本，進(jìn)而大幅降低了奶牛場(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本。另外，區(qū)別于國(guó)內(nèi)廣泛使用的移動(dòng)式TMR飼喂車需要4m左右的飼喂通道寬度，適用于傳送帶式飼喂系統(tǒng)的飼喂面寬可縮小至1.5～1.8m，因此大大節(jié)省了土地面積和建筑面積，從而可降低奶牛場(chǎng)建設(shè)初始投入資金。并且，智能化的控制也使得奶牛場(chǎng)管理數(shù)據(jù)如飼料配方信息、飼喂群組信息、飼喂時(shí)間信息、設(shè)備運(yùn)行信息等的采集、存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并得到有效利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了信息化和數(shù)字化的奶牛場(chǎng)運(yùn)營(yíng)[3]。

1.2 工作流程

傳送帶式飼喂系統(tǒng)工作流程主要包括填料準(zhǔn)備、固定式TMR加料攪拌和飼料傳輸三個(gè)環(huán)節(jié)。填料準(zhǔn)備主要使用鏟車將青貯料和干草料放入填料設(shè)備，并保證由飼喂管理系統(tǒng)控制的其他飼料組分存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)量正常。在TMR加料攪拌環(huán)節(jié)，飼喂管理系統(tǒng)控制各加料裝置如填料設(shè)備、精料塔等的工作狀態(tài)，并根據(jù)事先存入管理系統(tǒng)的飼料配方對(duì)進(jìn)入攪拌裝置的各飼料組分量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在完成加料后，攪拌裝置進(jìn)行飼料原料的充分?jǐn)嚢琛嚢柰瓿傻娘暳线M(jìn)入飼料傳輸環(huán)節(jié)，飼料首先由提升傳送帶從TMR輸出至主傳送帶，主傳送帶再通過(guò)各分支傳送帶將飼料分送至各使用該飼料配方的牛舍中，并由舍內(nèi)傳送帶上的飼料推料換向裝置將飼料推至飼喂通道，完成雙向飼喂工作。與常見的牽引式TMR車相比，此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了飼料工作從加料、攪拌到輸送至牛舍內(nèi)指定區(qū)域的全過(guò)程自動(dòng)化、智能化，因此，在提高飼喂效率的同時(shí)，飼喂工作更加可控，牧場(chǎng)管理更為有效。

2 傳送帶式飼喂系統(tǒng)在規(guī)模化奶牛場(chǎng)的應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

傳送帶式飼喂系統(tǒng)在規(guī)?；膛?chǎng)中應(yīng)用的方案設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)各組成設(shè)備的選型與數(shù)量確定、飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置選取、傳送帶走向路徑的設(shè)計(jì)等，力求通過(guò)最佳的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備配置的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、高效性。圖2為基于東北地區(qū)某規(guī)?；膛?chǎng)應(yīng)用傳送帶式飼喂系統(tǒng)的牛舍布局方案設(shè)計(jì)。

圖2 應(yīng)用傳送帶式飼喂系統(tǒng)的規(guī)模場(chǎng)牛舍布局示意圖

2.1 系統(tǒng)各組成設(shè)備的選型與數(shù)量確定

系統(tǒng)各組成設(shè)備的選型主要包括飼料攪拌裝置選型和填料設(shè)備選型，其要以全群的飼喂頭數(shù)和飼喂模式為依據(jù)。本例中奶牛場(chǎng)牛舍分布為左區(qū)和右區(qū)，全群共計(jì)約1800頭。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，飼喂量平均以30kg/（頭·d）計(jì)算，全群每天所需飼喂量為54t，即193m3（TMR混合飼料以280kg/m3計(jì)算，干草捆以210kg/m3計(jì)算）。

2.1.1 飼料攪拌裝置選型與數(shù)量確定

飼料攪拌裝置的選型與數(shù)量確定，除了與全群日飼量有關(guān)以外，還取決于日飼次數(shù)（一般選3～5次），同時(shí)還要考慮設(shè)備的可靠性。一般來(lái)說(shuō)，需通過(guò)日飼次數(shù)和設(shè)備容量的多次選取和校核，才能完成最終的選型和數(shù)量確定。按照全群日飼量193m3的實(shí)際需求，采用不同日飼次數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)每次飼喂量如表1所示。由表1可知，隨著日飼次數(shù)的增加，所需攪拌機(jī)容量相應(yīng)減少，但綜合考慮到全群奶牛頭數(shù)較多，為提高設(shè)備的可靠性和安全性，配置2臺(tái)攪拌裝置，且每套攪拌系統(tǒng)獨(dú)立工作，是更為經(jīng)濟(jì)合理的方案。因此，確定日飼次數(shù)為5次，配套2臺(tái)容量為20m3的固定式TMR攪拌裝置，分別為左區(qū)和右區(qū)牛舍獨(dú)立供應(yīng)飼料。

表1 不同日飼次數(shù)與每次飼喂量

2.1.2 填料設(shè)備選型與數(shù)量確定

填料單元為攪拌裝置供應(yīng)大宗飼料組分，如青貯料、干草料等。此類設(shè)備的選型和數(shù)量應(yīng)基于奶牛的飼料配方來(lái)確定。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，奶牛推薦日糧配方中青貯玉米、干草、精料重量比例約為5:1:2，根據(jù)不同生長(zhǎng)階段牛群會(huì)進(jìn)行微調(diào)[4,5]。因此，根據(jù)每次飼料攪拌量20m3，則每次飼料所需青貯料體積與干草料體積為

綜合一天飼喂次數(shù)和經(jīng)濟(jì)性考慮，在日飼次數(shù)5次的前提下，為每套固定式TMR攪拌裝置配套選取的填料設(shè)備容量和日填料次數(shù)如表2所示。

表2 填料設(shè)備容量與日填料次數(shù)

2.2 傳送帶走向路徑設(shè)計(jì)

傳送帶的走向路徑設(shè)計(jì)要基于飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置，同時(shí)結(jié)合各牛舍在牛場(chǎng)的布局，協(xié)調(diào)各傳送帶在便于控制的前提下，盡可能減少飼料從飼料準(zhǔn)備區(qū)到達(dá)飼喂面的運(yùn)輸時(shí)間，進(jìn)而提高設(shè)備的利用率。

2.2.1 飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置選取

飼料準(zhǔn)備區(qū)主要用來(lái)安裝固定式TMR攪拌裝置、填料設(shè)備等，TMR各組分在這里完成攪拌混合，因此也稱為飼料廚房。選取適合的飼料準(zhǔn)備區(qū)位置，將有利于降低設(shè)備成本、提高系統(tǒng)工作效率。一般來(lái)說(shuō)，為了便于鏟車為填料設(shè)備填料，以及縮短精料塔進(jìn)料時(shí)間，飼料準(zhǔn)備區(qū)應(yīng)位于飼料區(qū)附近，距離青貯窖、干草庫(kù)以及精料塔盡可能近。因此確定本方案的飼料準(zhǔn)備區(qū)位于青貯窖西側(cè)（如圖2所示），并在廚房周圍設(shè)計(jì)硬化路面，方便鏟車上料。

2.2.2 傳送帶走向路徑設(shè)計(jì)

完成攪拌的飼料，在飼料準(zhǔn)備區(qū)內(nèi)經(jīng)提升傳送帶提升至外部主傳送帶，并由主傳送帶分送至各牛舍，完成飼喂工作。本方案的傳送帶走向路徑如圖3所示，兩套飼喂系統(tǒng)分別為左右兩區(qū)牛舍提供飼料，兩條主傳送帶均位于牛舍一端，飼料被主傳送帶運(yùn)輸至牛舍中門位置時(shí)，飼料流在重力作用下由主傳送帶落入舍內(nèi)傳送帶，并在推料換向裝置作用下落至飼喂面上。

圖3 傳送帶走向路徑示意圖

3 運(yùn)營(yíng)成本分析

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于此種養(yǎng)殖規(guī)模的奶牛場(chǎng)，至少需要配置2臺(tái)TMR飼喂車，每臺(tái)需要配備1名司機(jī)；同時(shí)，除特需牛舍有專人維護(hù)外，每2棟牛舍需一名飼喂維護(hù)人員負(fù)責(zé)各牛舍的巡視，因此對(duì)于TMR飼喂模式來(lái)說(shuō)，該奶牛場(chǎng)負(fù)責(zé)飼喂工作的人員共需6人。而對(duì)于傳送帶式飼喂系統(tǒng)，由于其由控制系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)各系統(tǒng)設(shè)備完成飼喂工作，且多次飼喂的方式也避免了因飼料剩余而產(chǎn)生的清理工作，因此只需要“3人組模式”，即1人負(fù)責(zé)填料單元、精料塔等的上料，1人負(fù)責(zé)對(duì)控制系統(tǒng)的操作，1人負(fù)責(zé)各牛舍的設(shè)備檢修和常規(guī)巡視，因此該種模式下該奶牛場(chǎng)只需要3人負(fù)責(zé)飼喂工作。另外，該奶牛場(chǎng)如使用牽引式TMR飼喂車來(lái)進(jìn)行1天5次的飼喂工作，則每臺(tái)飼喂車全天工作時(shí)間約為8h，一般20m3的飼喂車需約100馬力的拖拉機(jī)牽引，日油耗412L[6]；而對(duì)于傳送帶式飼喂系統(tǒng)，各設(shè)備均由電力驅(qū)動(dòng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，日耗電量約為700度。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，使用兩種不同飼喂設(shè)備時(shí)，奶牛場(chǎng)飼喂工作運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比如表3所示。由表3可知，與牽引式TMR飼喂車相比，傳送帶式飼喂系統(tǒng)的應(yīng)用可為該奶牛場(chǎng)節(jié)省工人3人，按照當(dāng)?shù)孛棵と嗣磕昶骄べY4萬(wàn)元的標(biāo)準(zhǔn)，則該奶牛場(chǎng)全年飼喂工作人工工資支出可節(jié)省12萬(wàn)元；在每日能耗方面，基于目前工業(yè)電價(jià)0.8元/度，柴油價(jià)格6.5元/L，兩種飼喂設(shè)備每日能耗費(fèi)用分別為560元和2678元，每年的飼喂工作能耗費(fèi)用差約為76萬(wàn)元。因此，使用傳送帶式飼喂系統(tǒng)每年能夠?yàn)樵撆?chǎng)節(jié)省約88萬(wàn)元。

表3 兩種飼喂設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比

4 結(jié)論

（1）通過(guò)在東北地區(qū)1800頭規(guī)模奶牛場(chǎng)的傳送帶式飼喂系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，完成了飼料攪拌裝置和填料設(shè)備的選型與數(shù)量確定，即2套飼喂系統(tǒng)獨(dú)立工作，分別為奶牛場(chǎng)左區(qū)和右區(qū)提供飼料；每套飼喂系統(tǒng)主要包括20m3的飼料攪拌裝置1臺(tái)、容積為20m3和13m3的填料設(shè)備各1臺(tái)。

（2）選取飼料準(zhǔn)備區(qū)位于青貯窖西側(cè)，并確定了場(chǎng)區(qū)傳送帶的走向路徑，即：主傳送帶全部位于牛舍外部，進(jìn)舍傳送帶由牛舍中門正上方進(jìn)入舍內(nèi)完成飼料傳輸。

（3）通過(guò)與牽引式TMR飼喂車運(yùn)營(yíng)成本的對(duì)比可知，應(yīng)用傳送帶式飼喂系統(tǒng)可為該奶牛場(chǎng)每年節(jié)省人力成本約12萬(wàn)元、能耗成本約76萬(wàn)元，共計(jì)約88萬(wàn)元，因此應(yīng)用該設(shè)備具有顯著的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)。