規模養鴿背喂式自動飼喂機設計與應用

■單達聰 安 源 姜玉賢 折學超 楊 帥

（1.北京市農林科學院畜牧獸醫研究所，北京100097；2.北京悅然牧業有限公司，北京102604；3.靈壽縣田佳家庭農場，河北靈壽050501；4.北京力拓軸承保持器有限公司，北京100071）

規模養鴿業的快速發展對提高自動化飼喂管理技術，提高飼養勞動效率，減少飼料浪費等提出了迫切的新要求。周新初等（2001）[1]報道，傳統固定食槽飼喂方法浪費飼料4%～5%，增加飼喂次數、減少每次飼喂量可減少飼料浪費。周坤等（2012）[2]報道，固定食槽人工飼喂飼料浪費率高達12.77%，而移動食槽多次飼喂飼料浪費率為5.31%，但對肉鴿生產性能沒有顯著影響。潘裕華等(2013)[3]報道，走、停式移動食槽喂料機可提高勞動效率，減少飼料浪費。目前以“走、停式前喂食槽”的自動喂料機為實際應用主體形式，其工作方式是飼喂機攜帶食槽在鴿舍管理通道中運行，食槽位于每層鴿籠前壁下方，移動一定距離后停止等待鴿子采食一定時間，再移動一定距離停止等待鴿子采食，循環走、停往復運行完成飼喂過程。這種喂料方式可顯著提高勞動效率，降低飼料浪費率，且對生產性能無不良影響。

“走、停式前喂食槽”自動飼喂機有三種具體形式。其中“雙地軌式”是受到廣泛認可的主要機型，這種飼喂機需要在鴿籠前側通道地面鋪設2條軌道，兩側各攜帶3個食槽，每個食槽位置都對應層鴿籠前壁下方與鴿籠前壁距離2～3 cm，通過喂料機走、停往復過程完成飼喂操作。這種自動喂料機的缺陷：①喂料機占用管理鴿群通道產生空間占位沖突，飼養人員只能從喂料機架很窄的空隙側身跨過穿行，特別是種鴿核心群選育和管理中，對鴿籠中種鴿和乳鴿的記錄、轉群、合并等操作十分不便，也不安全；②通道地面雙條軌道成為隔離兩側鴿籠底部地面與通道中間地面的屏障，清理鴿糞、羽毛等雜物的操作受到嚴重阻礙，降低勞動效率，影響鴿舍衛生；③食槽位置與種鴿選育或撿蛋鴿專用鴿籠集蛋槽存在空間占位沖突；④停機不能自動復位，需要人工操作定位停機：定位停機是飼喂時間結束時，要求喂料機停止在鴿籠縱列的一端，且離開鴿籠縱列的端點，使食槽離開鴿籠而不因鴿子玩耍飼料顆粒而致大量落地造成浪費。實踐中有人設計了“雙頂軌式”（2條軌道用多根立柱固定于鴿籠頂部的上方），“龍門吊式”（將2條大型軌道設置在鴿舍兩側），都因結構復雜、安裝難度大、成本高、運行不穩定、不能用于規模蛋鴿生產等因素沒有得到廣泛應用。針對上述問題，設計一種應用廣泛、結構簡單小型化的背喂式自動飼喂機，推動規模養鴿業自動化飼喂設備技術發展。

1 總體結構設計

1.1 設計要求

采用走、停式飼喂原理，適用于立式疊層鴿籠，運行于2列背靠背排列鴿籠中間的30 cm通道，2列鴿籠種鴿共用一組食槽，食槽位置從鴿籠前側轉換到鴿籠背側，消滅空間占位沖突；設置一條軌道，不影響地面衛生清掃；設置集料盤實現掉落鴿料收集入盤70%；自動控制實現停機自動定點復位功能。

1.2 結構設計

組成：1為采食槽、2為儲料斗、3為防塵蓋、4為電控箱、5為減速電機、6為驅動輪、7為導向輪、8為輔助平衡輪、9為防刮碰支撐輪、10為行程開關、11為集料盤、12為清掃板、13為傳動結構及機架、14為單軌道等；其中，機架包括：15為底座、16為立柱、17為采食槽承接架、18為儲料斗懸掛架；傳動結構包括19為傳動軸、20為齒輪、21為鏈條和驅動輪。飼喂機外形尺寸為2 055 mm×450 mm×1 950 mm，其中集料盤寬度450 mm，集料盤以上的機架寬度為230 mm。整體結構如圖1所示。

圖1 自動喂料機結構

機架底座用方形鋼管焊接而成，機架立柱用圓形鋼管制成，下端焊接法蘭盤，通過承重鐵板與機架底座連接固定；采食槽承接架和儲料斗懸掛架用角鐵焊接制成，橫向兩端固定于機架立柱上；采食槽和儲料斗分別放置和懸掛在承接架上；通過上下調整承接架調節采食槽的高度，以精確適應鴿籠不同高度；通過調節懸掛架高度調節儲料斗與采食槽之間間隙，以精確滿足采食槽內料面高度；集料盤安裝在機加底座上面螺栓固定；機架底座下面安裝減速電機和傳動機構，槽型驅動輪固定于傳動軸中間，槽型導向輪通過支架和承重鐵板固定于料機機架底座的另一端的中間位置，驅動輪和導向輪分別位于機架的兩端，其V型槽嵌入角鐵做成的單條軌道上；輔助平衡輪通過橫擔鐵板固定于機架兩側，兩輪連線與機架底座驅動輪方向一端的距離占底座總成三分之二處；行程開關安裝在機架底座兩端端點位置，在運行軌道的兩端分別焊接擋觸碰點。單條軌道是直角向上固定在地面上的40 mm×40 mm角鐵，驅動輪和導向輪的V型凹槽與角鐵向上的直角鑲嵌。清掃板位于輔助平衡輪的前側和后側，左右各2塊由橡膠板塊，上緣固定一塊角鐵，角鐵的一端通過可轉動的螺栓與機架連接，其功能是清理輔助平衡輪行走路線上的雜質。集料盤為0.5 mm厚度的鐵皮制成，寬度為45 cm，功能是將掉落的顆粒飼料接入其中與鴿糞和鴿羽毛等雜質分開。

2 局部設計

2.1 局部設計要求

減速電機電源220 v、50 HZ，集料盤以下寬度450 mm，以上230 mm；減速電機和傳動機構安裝于機架底座下面避免鴿糞掉落腐蝕；齒輪鏈條傳動保證設定運行距離精確；采食槽和儲料斗一對一2體組合，橫向增加適應飼喂機長度可變，上、下組合可滿足不同鴿籠層數要求；一條地面軌道與輔助平衡結構的結合可保證飼喂機運行時不傾斜，防刮碰支撐輪避免刮碰鴿籠；清掃板隨時清理飼喂機下方鴿糞或顆粒飼料等障礙。

2.2 局部結構設計

驅動與傳動結構由微型減速電機、輸出軸齒輪、鏈條、傳動軸齒輪、傳動軸、驅動輪、單軌道組成。電機外形尺寸90 mm×90 mm×235 mm，額定功率60 W，外接電容4微法。驅動輪為V型槽輪，安裝在傳動軸的中間位置。具體參數見表1。

表1 電機、傳動結構、移動速度參數

輔助平衡輪、清掃板、導向輪結構。輔助平衡輪結構由一塊橫擔鐵板及其兩端安裝的、帶有連接柄套筒彈簧的橡膠輪組成，輔助平衡輪安裝在機架底座縱軸線的偏心位置，保證飼喂機重心始終保持在驅動輪一側。四塊清掃板分別安裝在輔助平衡輪的前后兩側，下緣與地面保持零距離、無壓力，通過偏置轉動軸與機架底座連接。當飼喂機移動時，清掃板的外側（長端）保持向飼喂機運動相反的方向傾斜，當飼喂機移動方向改變時，清掃板板的傾斜方向相應改變，保持飼喂機軌道兩側的鴿糞或其他雜物被清掃分流到飼喂機輔助平衡輪的外側。導向輪安裝于機座相對于驅動輪的另一端，通過機底下部鐵板連接固定，導向輪V型槽與軌道直角嵌合而沿軌道滾動，使飼喂機移動方向始終保持與軌道方向一致。

采食槽和儲料斗結構見圖2，圖中1為儲料斗“懸掛耳”、2為采食槽分料脊、3為儲料斗卡口、4為采食槽、5為儲料斗。

圖2 采食槽和儲料斗結構

采食槽采用pp塑料注塑制成，外形是尺寸300 mm×230 mm×65 mm，槽內中部縱向有分料脊，與儲料斗的卡口相配合。食槽兩側向外展開與分料脊之間形成少量貯存和采食飼料的空間，鴿子于采食槽兩側采食。儲料斗外形尺寸為300 mm×222 mm×257 mm，上大下小的漏斗狀，兩側下緣設置有卡口與采食槽分料脊相吻合，投放的顆粒飼料儲存其中。隨采食槽中飼料被鴿子采食越來越少，儲料斗中的顆粒飼料由于壓力而自動下滑流入采食槽中補充。儲料斗兩側設置“懸掛耳”，懸掛固定于儲料斗懸掛架上。調節機架立柱上承接架和懸掛架的高度，可改變采食槽和儲料斗的高度及二者之間的間隙以滿足各種不同情況需要。飼料防塵蓋(圖1之3)為一長方形木板，直接放在儲料斗的上面，防止灰塵、鴿糞或羽毛等雜物落入飼料中，同時避免噴霧消毒或噴霧免疫時藥物落入其中造成污染。

為避免飼喂機與鴿籠刮碰設置防剮蹭支撐輪結構（圖1之9）。該結構由橫梁固定架和圓柱狀轉動輪組成，兩只柱狀轉動輪外側間隔距離為230 cm。在與柱狀轉動輪同等高度處，為鴿籠后立網設計兩根橫向冷拔絲作為軌道，避免柱狀轉動輪卡入鴿籠冷拔絲的間隙中拖拉鴿籠。

3 電動自控系統設計

3.1 設計要求

①可連續、循環設定飼喂機1周工作時間流程；

②可設定運行過程中的行走和停車飼喂時間；

③行走方向可折返往復；

④到達停機時間時，無論飼喂機處于任何位置，都要定向返回并停止在初始出發點；

⑤遇意外斷電再供電時，若處于設定運行時間范圍，自動啟動運行首先回到初始端點位置，然后進入正常工作流程；若處于設定停機時間范圍，則返回初始端點位置停機等待再次運行時間。

3.2 原件組成

由空氣開關（QF）、微電腦時控開關（SK）、時間循環繼電器（KT11）、延時繼電器（KT21、KT22）、中間繼電器（KA11、KA12）、行程開關（SQ1、SQ2）、電機（M）、箱體及導線組成。電路圖見圖3所示。

圖3 電動自控系統電路圖

3.3 電路工作原理

3.3.1 供電電路

運行時段SK的3、4觸點吸合聯通，停機時段SK的3、5觸點聯通，3、4觸點斷開；運行時段KT11為KT22的12觸點循環供、斷電。

3.3.2 工作電路

① 電機逆時針旋轉（CCW）工作電路。SK處于供電時段，KT11處于供電聯通狀態，因SQ1處于端點觸碰斷路狀態，KA11、KA12、KT22線圈供電回路斷路，KT21線圈供電回路聯通，使9、5觸點吸合聯通，KT22的12、4觸點聯通，CCW工作電路經KT11、KT22、KT21到電機M回路聯通，電機轉子逆時針轉動；當KT11循環供電處于斷電狀態時，電路斷開電機停止轉動。

②端點延時工作電路（1）。在CCW工作電路狀態下飼喂機離開初始點，雖然因此SQ1觸點復位聯通，但SQ2、KT22的5、9點和KT21的4、12點仍處于斷路狀態，使CCW工作電路維持原狀繼續工作。飼喂機運行到端點時SQ2觸碰聯通，首先使KA11線圈供電回路聯通吸合導致KT21的5、9點斷開，2、10觸點聯通，使CCW工作電路斷開而停止工作，KT22線圈供電回路聯通但處于通電延時狀態，喂料機表現為端點停機等待。

③電機順時針旋轉（CW）工作電路。KT22通電延時結束吸合，7、11觸點聯通，CW工作電路經KT11、KT22的7、11觸點、KT21的2、10觸點聯通，直到電機回路聯通，電機轉子順時針轉動。同時KA11、KA12、KT22線圈供電回路自鎖聯通，使KT21線圈供電回路仍處于斷路狀態維持2、10點的聯通狀態，CW工作電路得以繼續，直到喂料機返回到初始端點。

④ 端點延時工作電路（2）。飼喂機運行返回初始端點時，SQ1觸碰斷開使KA11、KA12、KT22線圈供電回路，分別從動合聯通轉換為動斷聯通。KT22的7、11觸點斷開，CW工作電路斷路，KT21線圈供電回路聯通并處電延時時段，電機轉子停止轉動。KT21延時結束5、9觸點聯通，重復CCW工作電路，電機逆時針旋轉。

⑤停機工作電路。SK到達設定的停機時間，其3、4觸點斷開，3、5觸點聯通。兩種情況：A.若處于CCW電路工作狀態，KT21線圈供電被切斷而復位使得9、5觸點斷開，電機停止轉動。同時由于KT21的12、4觸點聯通使KA11、KT22線圈供電回路聯通，KT22經通電延時后7、11觸點聯通，使CW工作電路得以聯通，電機順時針轉動。同時KT22的5、9和6、10觸點分別聯通，完成KA11、KA12、KT22線圈供電回路聯通自鎖，電機將保持連續順時針轉動，使喂料機不停頓回到初始端點觸碰SQ1斷開。SQ1斷開使KA11、KA12、KT22線圈供電回路斷路，KT22的7、11觸點分離，此時CCW和CW工作電路均為斷開狀態，電機停止工作喂料機停止運行；B.若處于CW工作電路狀態，則繼續保持到起始端點觸碰SQ1，斷開KA11、KA12、KT22線圈供電回路，KT22的7、11觸點分離，此時CCW和CW工作電路均為斷開狀態，電機停止轉動飼喂機停止運行。

⑥意外斷電再供電工作電路。意外斷電再次供電時，若SK處于運行供電時段，則首先運行CW工作電路進入正常工作流程，直到SK達到停止運行時段，進入停機電路而停止運行；若SK處于停止運行時間段，則運行停機電路B直到端點停機。

3.3.3 飼喂機工作流程

開機供電后，首先啟動工作電路①，飼喂機離開起始點，通過KT11循環供電和斷電，按設定時間走、停完成喂料過程。直到端點觸碰SQ2，轉換為工作電路②等待端點鴿子采食飼料，延時結束轉換為工作電路③，電機順時針轉動，飼喂機向相反方向運行喂料。當飼喂機重新回到起始端點時觸碰SQ1，轉換為工作電路④等待端點鴿子采食飼料，延時結束轉換為工作電路①，電動機逆時針轉動，飼喂機向相反方向運行。如此循環往復完成喂料過程。當到達SK設定的結束喂料時間時，啟動工作電路⑤，飼喂機返回并定位在最初的起點位置停機。遇到斷電再供電時，啟動工作電路⑥，如在SK設定喂料時段則首先復位到初始端點，然后進入工作電路①繼續完成喂料工作；若處于停機時間段，則飼喂機直接返回并停止到初始起點位置。

4 運行試驗與效果分析

4.1 試驗條件與方法

試驗在一棟鴿舍的6列鴿籠中間進行，每列長度40 m，每2列鴿籠共用1臺飼喂機，3臺飼喂機參加試驗。投放飼料是由玉米、豌豆、濃縮顆粒飼料組成混合型顆粒飼料，鴿品種為白羽王鴿。自動飼喂機實物和試驗環境見圖4。

圖4 鴿場運行的三層飼喂實物圖

4.2 運行精度試驗檢測

檢測項目與設定值：①SK設定1周循環運行時間，設定每天運行時間6:00～9:00、11:00～13:15、17:00～20:00；②KT11設定單次行走時間tr為14 s，單次行走距離理論計算距離d為151.2 cm，單次停留飼喂時間ts為30 s；端點延時 td為 30 s；③端點返回、停機復位功能，斷電再供電后的兩種運行模式。每臺試驗用自動飼喂機每個測定項目各重復測試7次，檢測結果如下。

SK設定以分鐘為單位，與實際運行完全準確對應，這主要取決于微電腦時控開關的精確性。實際測量tr、d、ts、td結果見表2。由表2可見，實際測量值存在一定變異或偏差，時間精確度主要受循環時間繼電器精度和秒表人工計時滯后性影響，單次移動距離主要受地面驅動輪與軌道之間啟動打滑影響。實際測量值變異的最大相對偏差及其平均值與設定值的最大偏差均小于2%，可以達到規模養鴿精細飼養對自動喂料工藝的時間和距離精度要求。

4.3 飼料浪費率與集料盤自動收集率檢測試驗

試驗鴿舍和飼喂機參數設置與精度測定試驗相同，每臺飼喂機飼喂白羽王鴿蛋鴿480對。每天飼喂前分別對加入飼料稱質量（M1），結束分別收集剩余飼料稱其質量（M2），同時分別收集散落地面的飼料稱其質量（m1），收集集料盤上的飼料稱其質量（m2），連續記錄3 d。分別統計3臺試驗用自動飼喂機的飼料出槽率（P，掉落到采食槽外面飼料的比率）、落地率（P1，掉落地面的比率）和入盤率（P2，落入集料盤的比率）。指標計算公式為：

表2 KT11循環供電、斷電時間、單次行走距離、端點延時運行精確性檢測結果

試驗統計數據結果見表3。

表3 自動飼喂機飼料出槽率、落地率和入盤率檢測結果

由表3試驗數據分析可知，飼料平均出槽率（P）為3.11%，落地率（P1）為0.88%，入盤率（P2）為2.23%，入盤率占出槽率（P2/P）的71.8%。由于設置了合理的集料盤，使出槽掉落飼料的70%以上落入集料盤，而直接掉落地面的飼料占消耗飼料總量的0.88%，落入集料盤的飼料經過簡單收集即可再次用于飼喂種鴿，而直接掉落地面的飼料總量占消耗飼料總量的1%以下，大幅度減少了飼料浪費。

5 結論與討論

①設計出一種適用于立式疊層鴿籠的規模養鴿背喂式自動飼喂機。該機結構簡單小型化，操作方便，運行穩定可靠，可按照設置參數自動完成飼喂在2列鴿籠背側中間300 cm間隙通道飼喂種鴿，實現了小型化和食槽位置從鴿籠前側到鴿籠背側位置的轉變。克服了前喂式自動喂料機的缺陷，將自動化喂料機技術擴展到了規模蛋鴿飼養領域。

②設計的電控系統方案使用5個繼電器和2個控制開關即可完成全程自動控制，實現了停機復位和斷電再供電延續時繼續執行斷電前預定流程。設計的采食槽、儲料斗組合型方案，可通過增加層數適用于四層蛋鴿籠，可通過延長組合實現適合更長的鴿籠縱列長度，擴展了自動飼喂機的適用范圍。

③試驗檢測與應用結果表明，在設定單次行走時間為14 s，單次停留時間為30 s的工作方式下，單次行走距離最大相對偏差可控制在2%以內，使每對種鴿始終獲得相同的采食時間。集料盤結構使落地顆粒飼料減少了71.8%，直接落地的飼料占消耗飼料總量的1%以下。據呂釗欽等（2014）[4]報道，在單次停留喂料時間為15 s的工作模式下，飼料浪費率達到1%以下，與此比較該機單次停留喂料時間延長了1倍情況下，獲得了同等的飼料浪費率，既保證了足夠喂料時間，又滿足了規模養鴿對自動飼喂機降低飼料浪費率的技術指標要求，這對于滿足種鴿采食時間提高生產水平具有重要意義。