自動犢牛飼喂器設計研究

葉巖 張麗 鄧紅

摘 要：闡述自動犢牛飼喂器設計的基本原理，并分析自動犢牛飼喂器的技術，最后總結設計自動犢牛飼喂器的特點。

關鍵詞：農業機械；自動犢牛飼喂器；發展方向；犢牛飼喂

中圖分類號：S823文獻標識碼：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.09.003

0 引言

犢牛自動飼喂機是在自動化控制下，通過奶嘴，對帶有識別信號的犢牛進行自動飼喂代乳或鮮乳的設備，其隨規模化、集約化和現代化養牛業應運而生，對于加速牛群增殖、降低牧場成本和提高經濟效益可起到重要的作用，也是人工控制條件下犢牛健康飼養和福利飼養的一次技術革新。

傳統犢牛飼喂模式的弊端是以單欄飼養為核心的傳統犢牛飼養模式，具有諸多弊端。第一，消耗大量人工，飼喂量的控制，奶桶和奶車等清潔都需要人工完成。第二，奶溫難以控制，長時間飲用溫差大的奶水易引發犢牛疾病。第三，缺乏犢牛數據控制系統，不能逐頭把控，無法了解每頭犢牛飼養量和實時的健康數據。

隨著牧場規模的擴大，犢牛飼養員的人數會增加，他們的責任心和技術水平參差不齊，加之繁重的工作，往往出現喂奶量不準，冬季的奶溫無法控制等，造成犢牛饑飽不均和營養性腹瀉等問題，這會影響犢牛的生長和發育。

全自動犢牛飼喂系統是犢牛飼喂的革命性改變，通過智能化的飼喂系統可以節省人力成本，以及保證犢牛飼喂標準化、系統化。針對國內飼養的問題，設計全自動犢牛飼喂機。犢牛自動飼喂機既可以通過奶嘴飼喂代乳粉，隨時攪拌隨時喝，也可以飼喂鮮奶，隨時加溫隨時喝，溫度適宜、恒定保溫。根據不同年齡階段和每頭犢牛的具體情況，按營養需要，可以在電腦中輸入飼喂定量，其能控制犢牛自動飼喂機進行精細和準確的飼喂，滿足每頭犢牛的營養需要，促進瘤胃發育，真正做到了定時，定質，定溫，定量的“四定”精準飼喂。另外，犢牛自動飼喂機還能及時報警，標定哺乳量異常的犢牛，便于飼養員盡早發現問題犢牛，及時處理和治療。

首先，對犢牛飼喂控制技術及設備的原理進行綜合分析，確定了犢牛飼喂控制系統的基本需求。按照整個系統的設計過程進行分析研究，確定了犢牛飼喂控制系統的整體方案，并從機械和軟件控制兩個方面分別進行設計。其次，對犢牛飼喂控制系統的識別系統進行了設計，用來讀取犢牛的耳標信息，識別進食犢牛的身份；數據采集模塊負責采集犢牛的電子耳標號、體重、牛奶的溫度及液位等信息；控制模塊對電磁閥、加熱器等機械裝置的控制，實現犢牛吃奶過程的自動化管理。最后，對犢牛飼喂控制系統的軟件進行了設計，對軟件進行開發，實現控制和監測系統的采集和處理功能。增加系統程序的可讀性，便于改進和擴充，具有良好的實用性。

1 犢牛飼喂系統總體設計結構及工作原理

1.1 犢牛飼喂系統總體結構及工作原理（如圖1、2所示）

（1）自動犢牛飼喂機首先通過犢牛戴的耳標區分不同日齡的犢牛，并把此信息輸入計算機。

（2）飼喂機將料斗中代乳粉按計算機編程好的，不同日齡對應的飼喂量，定量輸送到攪拌容器中。

（3）飼喂機再將熱水器中熱水按計算機編程好的溫度，不同乳粉對應的溫度，定量輸送到攪拌容器中，將熱水和代乳粉在攪拌容器中攪拌、混合均勻。

（4）飼喂機再通過泵，定量輸送到飼喂站的奶嘴，犢牛由此自由采食。

（5）清洗系統是確保自動犢牛飼喂機的衛生條件良好，避免損害犢牛的健康。

1.2 機械結構設計

犢牛飼喂機包括代乳粉料斗、圍欄、換熱器、攪拌器、機架等。

（1）換熱器設計。飼喂機熱水器中熱水按計算機編程好的溫度，不同乳粉對應的溫度，控制熱交換器中水的溫度39 ℃，使之符合犢牛飼喂要求。如果溫度過低會導致代乳粉凝結時間延長，這樣的牛奶進入腸道后會引起犢牛腹瀉，也就是說，牛奶溫度不足會引起犢牛腹瀉；如果溫度過高會導致犢牛胃黏膜受到損傷。另外每次犢牛飲奶量過大也會導致腹瀉。如圖3。

（2）攪拌器設計。綜合飼喂站可以操控3或4個奶嘴線。犢牛一天飼喂4～8次，每次0.5～2.0 L，經設計和計算后，設計的攪拌器容積為0.5 L。如圖4。

（3）圍欄設計。犢牛自動飼喂機的人工奶嘴為可隱藏式設計，以免受到外界污染。同時，其還擁有自動酸堿清洗消毒系統，清洗吸管，每飼喂一頭犢牛就自動對奶嘴內外清洗一次，以避免犢牛間的交叉污染。依據犢牛身體尺寸，安全舒適，牛舍防塵，防蠅等衛生要求設計。如圖5。

（4）代乳粉料斗。在傳統飼喂中，犢牛一天分2～3次飼喂限量的代乳粉，當犢牛每日按低于1.5磅（0.68 kg）的固體限喂奶量時，計算代乳粉料斗為0.54 m3。如圖6。

1.3 控制系統設計

根據整機集成要求，按電器控制方案將飼喂機分成以下主要部分：①代乳粉給料裝置；②乳品攪拌裝置；③熱交換裝置；④奶、水供入裝置；⑤清洗裝置；⑥定量輸送飼喂裝置。以松下FP0RC32T為控制核心，傳感器等模擬量用8路A/D轉換器采集，配合空開、繼電器、接觸器等外圍部件構成主機對整機進行控制。通過對犢牛飼喂管理系統的控制，能夠及時發現出現問題的犢牛數據，并據此及時采取相應的措施。如圖7。

（1）代乳粉給料裝置設計。由代乳粉料斗、物料推送電機組成。實現干粉物料定量給送功能。工作時電機旋轉將粉料經代乳粉出料口緩慢推出落入下方攪拌器內。攪拌器下稱重傳感器對給入量進行測量。工作流程如下：如圖8。

（2）乳品攪拌裝置設計。實現根據不同犢牛情況配置代乳品，對代乳粉稱重，配入溫水進行攪拌對奶品進行稱量盛放等功能。由攪拌杯、攪拌電機、入水感知電極、水位電極、溫度傳感器、稱重傳感器等部件構成。如圖9。

（3）熱交換裝置設計。通過內部加熱管對內部冷水加熱，犢牛飲用奶經不銹鋼盤管熱交換器進行加熱。主要由水箱、加熱管、不銹鋼盤管熱交換器、溫度傳感器、限溫器、混水泵、入水口流量傳感器組成。工作流程如下：如圖10。

（4）奶、水供入裝置設計。主要由多組電磁閥、減壓閥、流量傳感器、牛奶輸送與配料用不銹鋼泵、管路等構成。功能是對其他裝置定量提供水、奶以及排放攪拌器內的溶液。

（5）清洗裝置設計。由清洗液盛放瓶、蠕動泵、水位浮子以及管路組成。作用是按需要對攪拌器定量提供清洗液。

（6）定量輸送飼喂裝置設計。當犢牛進入牛奶飼喂站后，電子識別系統可以對其進行識別，根據犢牛的飼喂計劃決定是否允許該犢牛飲用牛奶并確定飲用量。飼喂站可以為每頭犢牛設置訪問量。犢牛站可以為每頭犢牛設置每次訪問時的最小和最大飼喂份量。如果允許犢牛飲奶，則犢牛飼喂站將立即為該犢牛準備一份具有預定溫度的新鮮牛奶。此設計系統由蠕動泵、喂入口膜片式壓力傳感器、管路等組成，用于對犢牛進行定量飼喂。其中蠕動泵可精確控制轉動量，從而達到定量飼喂的目的。膜片式壓力傳感器能檢測管道內壓力變化從而判斷犢牛是否允吸奶嘴。工作流程如下：如圖11。

2 犢牛飼喂器的特點

從自身機構設計上的自動飼喂機有如下特點：

（1） 標配攪拌罐加熱裝置。攪拌罐連同飼喂用的牛奶都通過一個水浴加熱器保持在適宜的溫度，代乳粉在此溫度下也很容易溶解。

（2） 標配不銹鋼材質。飼喂機中的所有金屬件都由不銹鋼材料制成。這樣，設備清洗更加簡便，不受糞污的腐蝕，使用壽命也更長。

（3） 對剩余奶量的精確稱量。犢牛飼喂機都可以稱量犢牛未喝完剩奶的準確質量，讓農場主立刻可以知道一只犢牛到底有多少奶沒有喝完。而其它類型的飼喂器系統只能測出牛奶容器是空的還是滿的。

（4） 先進的自動清洗功能。飼喂機都配有一個交替采用酸性和堿性洗滌劑的自動攪拌罐清洗裝置。一個不銹鋼牛奶換熱器參與整個喂奶過程，該裝置帶有一個全自動清洗系統，而該系統則標配內置洗滌劑（酸/堿）。

（5） 電腦監測控制系統。每頭犢牛都有其獨特的吸吮速度，本犢牛飼喂機可以記錄并儲存每只犢牛的這種特點。當一只犢牛的飲奶速度偏離其正常值一定量時，機器就會發出警報，通知牧場主檢查該犢牛的狀況。

綜上所述，我國整體上自動化犢牛養殖水平還比較低，而目前主要市場份額仍然被國外產品所占據，傳統的犢牛飼養方式在日益增長的市場和需求下漸漸失去競爭力，其發展趨勢必將是現代化的規模飼養，而在現代化的養殖過程中，自動化犢牛飼養管理相當重要。以計算機控制的犢牛自動飼喂系統可為犢牛提供全天候照顧，合理的飼喂，恒溫恒速的奶量，高效的采食量，個性化精細飼喂是現代化犢牛飼養管理的發展方向。因此大力發展智能化、自動化的犢牛飼養設備，市場需求量大，發展前景廣闊。

參考文獻：

[1] 蒙賀偉，高振江，坎雜，等.奶牛精確飼喂裝備的研究[J].農機化研究，2012，34（12）：67-71.

[2] 于鳳品.淺談如何提高犢牛成活率[J].現代畜牧獸醫，2010（6）：20-21.

[3] 李勝利.中國奶牛養殖產業發展現狀及趨勢[J].中國畜牧雜志，2008（10）.

[4] 李法德，王中華，郭予偉，等.奶牛數字化精準飼養裝置：中國，CN200810013818Y[P].2008-07-09.

[5] 倪志江，高振江，蒙賀偉，等.智能化個體奶牛精確飼喂機設計與實驗[J].農業機械學報，2009，40（12）：205-209.