王開云，高彥玉，邊 峰，羅土玉，鐘偉朝，周昆樂，鄧事特，鄧華勝

（1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所，廣東 廣州 510630；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510630；3.廣東廣興牧業(yè)機(jī)械設(shè)備有限公司，廣東 廣州 510520）

0 引言

養(yǎng)豬業(yè)在我國畜牧業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位，做好養(yǎng)豬生產(chǎn)對(duì)于發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、改善人民生活、支援國家社會(huì)主義建設(shè)，均有十分重要的意義[1]。仔豬是發(fā)展養(yǎng)豬生產(chǎn)的基礎(chǔ)。仔豬階段是生長(zhǎng)最快、發(fā)育最強(qiáng)烈、飼料利用率最高、生產(chǎn)成本最低、開發(fā)潛力最大的時(shí)期[2]。在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，普遍存在斷奶應(yīng)激現(xiàn)象，降低斷奶應(yīng)激是仔豬飼養(yǎng)管理的關(guān)鍵[3]。由于采用人工濕料飼喂費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也易造成浪費(fèi)，特別是隨著養(yǎng)豬生產(chǎn)朝著規(guī)?；l(fā)展，人工濕料飼喂方式顯然無法滿足生產(chǎn)需求。目前，規(guī)模豬場(chǎng)應(yīng)用較多的自動(dòng)飼喂設(shè)備包括干濕料槽，豬采食時(shí)可以同時(shí)在與料槽相連的水槽飲水，試驗(yàn)證明,干濕喂料器對(duì)減少飼料損耗、防止豬患呼吸道疾病有很好的效果[4-5]，洪奇華等[6]人的結(jié)果也表明應(yīng)用干濕料槽顯著提高仔豬日采食量、日增重。不過在豬只貪玩過度拱動(dòng)下料機(jī)構(gòu)的情形時(shí)，料槽會(huì)下料過多，造成過多的飼料掉入旁邊的水中相混，長(zhǎng)時(shí)間容易滋生細(xì)菌、飼料變質(zhì)。

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，智能化濕料飼喂設(shè)備[7]應(yīng)運(yùn)而生，并開始逐漸推廣應(yīng)用，豬場(chǎng)應(yīng)用效果表明，智能化濕料飼喂設(shè)備自動(dòng)為豬只提供濕料，提高豬只采食量，促進(jìn)了豬只生長(zhǎng)[8-12]，不浪費(fèi)飼料從而節(jié)省了飼料費(fèi)用，提升豬場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景非常廣闊[13-14]。但是在豬場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過程中，還有一些問題亟待解決，比如設(shè)備操作較復(fù)雜、下料和下水量不夠穩(wěn)定、飼料（特別是粉料）結(jié)拱問題等[15]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

仔豬智能飼喂器由儲(chǔ)料桶、料槽、下料裝置、破拱裝置、水閥及出水口、下水下料觸碰及料位感應(yīng)裝置、監(jiān)控裝置等組成，如圖1 所示，總體設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。儲(chǔ)料桶內(nèi)設(shè)置破拱裝置，破拱裝置的螺旋構(gòu)件下端與下料裝置轉(zhuǎn)軸相連，下料裝置下方設(shè)置料槽，出水口位于料槽上方。仔豬智能飼喂器以機(jī)械本體為硬件基礎(chǔ)，以智能控制為軟件支撐，實(shí)現(xiàn)飼料和水按合適比例精準(zhǔn)投放。

圖1 仔豬智能飼喂器

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 儲(chǔ)料桶

儲(chǔ)料桶為半錐形設(shè)計(jì)，錐形桶壁傾角為66°，出料口直徑為130 mm，有利于飼料朝下料口流動(dòng)，減少飼料與桶壁摩擦，容積設(shè)計(jì)為80 L 左右，可以裝至少50 kg 飼料，滿足40 頭斷奶仔豬1 天的飼料量。

2.2 下料裝置

下料裝置由電機(jī)、飼料擋板、轉(zhuǎn)軸、推料桿組成，如圖2 所示，電機(jī)為24 V/30 W 直流電機(jī)，飼料擋板為圓形，通過卡扣固定在儲(chǔ)料桶下端內(nèi)壁上，飼料擋板與內(nèi)壁的間隙為3～4 mm 左右，推料桿兩端折彎朝上，置于飼料擋板上與轉(zhuǎn)軸相連，監(jiān)控裝置接收到下料信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)，通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)推料桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將飼料擋板上的飼料從與儲(chǔ)料桶內(nèi)壁的間隙推入料槽，在推料桿轉(zhuǎn)動(dòng)推料時(shí)，推料桿兩端折彎朝上的設(shè)計(jì)有利于破壞飼料結(jié)拱結(jié)構(gòu)。

圖2 下料裝置

2.3 破拱裝置

破拱裝置設(shè)計(jì)位于儲(chǔ)料桶內(nèi)半錐形側(cè)，由螺旋機(jī)構(gòu)、震動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，如圖3 所示，螺旋機(jī)構(gòu)包括螺旋上升構(gòu)件、軸套，震動(dòng)機(jī)構(gòu)包括錘桿、導(dǎo)向套環(huán)、破拱橫桿。螺旋上升構(gòu)件與軸套相連，軸套固定在下料裝置轉(zhuǎn)軸下端，隨轉(zhuǎn)軸而轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋上升構(gòu)件在旋轉(zhuǎn)過程中，可以由前端開始逐漸抬高位于螺旋上升構(gòu)件上方的飼料，進(jìn)而破壞飼料的內(nèi)部應(yīng)力結(jié)構(gòu)。同時(shí)，當(dāng)飼料上升到一定高度，便會(huì)在重力的作用下從螺旋上升構(gòu)件的后端下落；錘桿的下端在重力作用下與螺旋上升構(gòu)件的上表面滑動(dòng)觸接，當(dāng)螺旋上升構(gòu)件旋轉(zhuǎn)時(shí)，錘桿隨著旋轉(zhuǎn)由前端滑動(dòng)至后端，錘桿和與錘桿相連的破拱橫桿高度上升，破拱橫桿可以破壞飼料和儲(chǔ)料桶內(nèi)壁的接觸，使飼料掉落。當(dāng)錘桿從螺旋上升構(gòu)件的后端上掉下來時(shí)，錘桿的自重會(huì)形成沖量，與固定在儲(chǔ)料桶內(nèi)壁的導(dǎo)向套環(huán)進(jìn)行沖撞，從而形成震動(dòng)脈沖，也可以破壞飼料的結(jié)拱應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

圖3 破拱裝置

2.4 下水下料觸碰及料位感應(yīng)裝置

下水下料觸碰及料位感應(yīng)裝置包括觸碰開關(guān)、料位感應(yīng)裝置，如圖4 所示。當(dāng)豬只用鼻子拱動(dòng)碰桿時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生觸碰信號(hào)傳遞給監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置判斷產(chǎn)生觸碰信號(hào)的次數(shù)，當(dāng)次數(shù)達(dá)到后，驅(qū)動(dòng)下料裝置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下料和水閥開啟下水，當(dāng)料槽有一定的水和飼料時(shí)，位于料槽上方的料位感應(yīng)探頭通過接觸到水料而檢測(cè)到電阻變化，產(chǎn)生信號(hào)傳遞給監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置從而判斷料槽有料，此時(shí)豬只再拱動(dòng)碰桿也不會(huì)下水下料。

圖4 觸碰及料位感應(yīng)裝置

2.5 監(jiān)控裝置

監(jiān)控裝置是飼喂器的控制部件，主控芯片為Cortex-M3 內(nèi)核主流微控制器，其硬件控制框圖如圖5 所示。該裝置通過控制面板設(shè)置參數(shù)，總共有3 個(gè)按鍵“設(shè)置/確認(rèn)”、“+”、“-”，操作簡(jiǎn)單，按“設(shè)置/確認(rèn)”鍵進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、確認(rèn)，按“+”和“-”鍵進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，可以控制下水下料量、下料間隔、飼喂時(shí)段，如圖6 所示。在飼喂時(shí)段內(nèi)，仔豬拱動(dòng)下料下水觸碰開關(guān)時(shí)，監(jiān)控裝置控制下料裝置電機(jī)和水閥開啟下水下料，下水下料后進(jìn)入下料間隔時(shí)間；在下料間隔時(shí)間內(nèi)，豬只拱動(dòng)觸碰開關(guān)不下水下料；下水量和下料量可以根據(jù)豬只數(shù)量和大小控制，同時(shí)料位感應(yīng)探頭控制料槽飼料量，當(dāng)判斷料槽飼料超量時(shí)，豬拱動(dòng)觸碰開關(guān)不下水下料，直至料槽飼料耗盡，實(shí)現(xiàn)了豬只飼養(yǎng)過程少食多餐，杜絕浪費(fèi)?？刂屏鞒桃妶D7。

圖5 硬件控制框圖

圖6 控制面板

圖7 控制流程圖

3 飼喂器性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)飼料為斷奶仔豬飼料（粉料），主要成分為玉米豆粕型配合飼料。測(cè)試工具包括電子稱（量程0～5 kg，精度為0.1 g）和500 ml 量筒。

1）破拱試驗(yàn)。準(zhǔn)備2 臺(tái)飼喂器樣機(jī)，1 臺(tái)帶破拱裝置，1 臺(tái)不帶破拱裝置，2 臺(tái)機(jī)均裝滿飼料。用人工模擬采食的方式，拱動(dòng)碰桿下料，當(dāng)過了下料間隔，就再次拱動(dòng)碰桿下料，直至拱動(dòng)碰桿不再下料為止。試驗(yàn)重復(fù)5 次，觀察比較2 臺(tái)機(jī)下料結(jié)拱情況。

2）下料穩(wěn)定性試驗(yàn)。將帶破拱裝置飼喂器樣機(jī)儲(chǔ)料桶內(nèi)飼料保持在充滿系數(shù)為70%左右，拱動(dòng)碰桿下料，稱取下料量，試驗(yàn)重復(fù)20 次，計(jì)算下料量變異系數(shù)，計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：

CV1——變異系數(shù)，%；

S1——下料量標(biāo)準(zhǔn)差，g；

X1——下料量平均值，g。

3）下水穩(wěn)定性試驗(yàn)。在做下料穩(wěn)定性試驗(yàn)同時(shí)，開展下水穩(wěn)定性試驗(yàn)，用量筒量取下水量，試驗(yàn)重復(fù)10 次，計(jì)算下水量變異系數(shù)，計(jì)算公式如式（2）所示：

式中：

CV2——變異系數(shù)，%；

S2——下水量標(biāo)準(zhǔn)差，ml；

X2——下水量平均值，ml。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

1）破拱試驗(yàn)。為了測(cè)試破拱裝置破拱效率，比較裝滿粉料情況下2 臺(tái)飼喂器樣機(jī)（其中1 臺(tái)帶破拱裝置）下料結(jié)拱情況。5 次試驗(yàn)，不帶破拱裝置飼喂器均出現(xiàn)結(jié)拱現(xiàn)象，即飼喂器儲(chǔ)料桶內(nèi)有飼料但是拱動(dòng)碰桿，下料裝置轉(zhuǎn)動(dòng)但出料口不下料，結(jié)拱率100%，而帶破拱裝置飼喂器5 次試驗(yàn)均不存在結(jié)拱現(xiàn)象。從5 次試驗(yàn)的結(jié)果表明，通過破拱裝置可以很好破壞粉狀飼料所造成的結(jié)拱，使得儲(chǔ)料桶內(nèi)飼料能夠流暢地落入料槽內(nèi)，保證豬只持續(xù)穩(wěn)定采食。

2）下料穩(wěn)定性試驗(yàn)。下料穩(wěn)定性試驗(yàn)用來確定下料裝置下料的穩(wěn)定性，20 次下料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。經(jīng)計(jì)算，20 次下料的平均值為483.6 g，標(biāo)準(zhǔn)差為17.9 g，變異系數(shù)為3.7%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，仔豬智能飼喂器下料裝置采用推料桿式，每次的下料量均比較穩(wěn)定，變異較小，與本試驗(yàn)結(jié)果相似，在出料口直徑110 mm、料斗傾角65°和充滿系數(shù)65%的情況下，采用撥片下料結(jié)構(gòu)的保育豬飼喂器樣機(jī)的下料量變異系數(shù)為3.62%[16]。

表1 下料量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3）下水穩(wěn)定性試驗(yàn)。下水穩(wěn)定性試驗(yàn)用來確定出水口水量的穩(wěn)定性，10 次下水的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。經(jīng)計(jì)算，10 次下料的平均值為305.6 ml，標(biāo)準(zhǔn)差為4.97 ml，變異系數(shù)為1.6%。本試驗(yàn)結(jié)果表明，仔豬智能飼喂器水閥單次下水多次重復(fù)情況下，下水比較穩(wěn)定，變異較小，與本試驗(yàn)結(jié)果相似，針對(duì)妊娠母豬的智能飼喂器水閥下水量變異系數(shù)在4%以內(nèi)[17]。

表2 下水量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

為降低仔豬斷奶應(yīng)激，提高飼料適口性，提升斷奶仔豬生產(chǎn)效率，本文設(shè)計(jì)了一款仔豬智能飼喂器，主要結(jié)論如下：

1）開發(fā)設(shè)計(jì)了一款集下料下水裝置、破拱裝置、下水下料觸碰及料位感應(yīng)裝置、監(jiān)控裝置于一體的仔豬智能飼喂器，通過控制面板設(shè)置參數(shù)，可以控制飼喂時(shí)段，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)飼料和水的準(zhǔn)確投放，還可以感應(yīng)料槽內(nèi)料量，避免料槽飼料過多導(dǎo)致浪費(fèi)。

2）通過飼喂器破拱試驗(yàn)表明，飼喂器破拱裝置可以很好地破壞粉狀飼料所造成的結(jié)拱，使得儲(chǔ)料桶內(nèi)飼料能夠流暢地落入料槽內(nèi)，保證豬只能夠持續(xù)穩(wěn)定采食；下料和下水穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，飼喂器下料和下水穩(wěn)定，下料和下水變異系數(shù)分別為3.7%和1.6%，變異系數(shù)較小，可以很好地控制飼喂器每次的下料和下水量。