自走式全混合日糧制備機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

田富洋 陳玉華 宋占華 閆銀發(fā) 李法德 王中華

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，泰安 271018；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰安 271018；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)山東省農(nóng)業(yè)裝備智能化工程實(shí)驗(yàn)室，泰安 271018；4.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，泰安 271018)

0 引言

全混合日糧(Total mixed rations，TMR)是按照反芻動(dòng)物(牛、羊和鹿等)不同生長(zhǎng)階段的生理需要，根據(jù)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)專(zhuān)家設(shè)計(jì)的配方，把切碎(揉搓)至適當(dāng)長(zhǎng)度的粗料、精料以及各種添加劑按照一定的配比進(jìn)行充分混合而得到的一種營(yíng)養(yǎng)相對(duì)均衡的飼料[1-3]。TMR攪拌機(jī)能夠?qū)⒍喾N物料進(jìn)行攪拌混合，用來(lái)生產(chǎn)全混合日糧，同時(shí)結(jié)合相關(guān)TMR飼喂技術(shù)，可以確保奶牛所采食的全混合日糧的營(yíng)養(yǎng)濃度一致[4]。

目前，世界上畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的美國(guó)、加拿大、以色列、德國(guó)、挪威、法國(guó)、荷蘭、意大利等國(guó)家已經(jīng)普遍采用全混合日糧(TMR)飼喂技術(shù)[5-12]。我國(guó)推廣具有取料、攪拌和撒料等多功能的一體化TMR正處于關(guān)鍵時(shí)期，還存在著諸多制約因素，如飼養(yǎng)理念、日糧技術(shù)、精準(zhǔn)養(yǎng)殖技術(shù)等。雖然國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)生產(chǎn)TMR機(jī)械，但一體化TMR飼喂機(jī)械設(shè)備主要依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口，而且針對(duì)TMR飼喂機(jī)械的相關(guān)研究也較少。郭英洲等[13]針對(duì)移動(dòng)式青貯取料機(jī)進(jìn)行了研究；萬(wàn)霖等[14]設(shè)計(jì)了小型牽引式立式全混合日糧飼料攪拌車(chē)，確定了主要工作部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對(duì)螺旋攪拌器主軸的受力和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究；王德福團(tuán)隊(duì)[15-19]對(duì)單軸臥式TMR機(jī)、葉板式TMR機(jī)、輪轉(zhuǎn)式TMR機(jī)等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，分析了混合機(jī)部分機(jī)構(gòu)以及相關(guān)工藝參數(shù)的優(yōu)化組合方案，對(duì)全混合日糧混合質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)的試驗(yàn)方法也進(jìn)行了相關(guān)探究；針對(duì)青貯包飼料取料人工勞動(dòng)強(qiáng)度大的問(wèn)題，陳玉華等[20]研究了一種上顎式青貯捆的切捆除膜裝置，可以配合TMR機(jī)實(shí)現(xiàn)青貯飼料制備作業(yè)。

目前，國(guó)內(nèi)青貯飼料儲(chǔ)存方法主要有兩種：在青貯池內(nèi)貯藏和以青貯捆包形式貯藏。國(guó)內(nèi)奶牛養(yǎng)殖企業(yè)從青貯池取料再到牛場(chǎng)飼喂多為單機(jī)操作，機(jī)械設(shè)備只能完成其中的一項(xiàng)作業(yè)任務(wù)。針對(duì)青貯池飼料運(yùn)輸成本高、操作工序多以及營(yíng)養(yǎng)損失大等問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)通過(guò)快速掛接可實(shí)現(xiàn)青貯池取料和青貯捆包取料的自走式全混合日糧制備機(jī)整體結(jié)構(gòu)，模擬人類(lèi)牙齒咬合動(dòng)作設(shè)計(jì)青貯捆包的抓捆、切捆、除膜裝置，設(shè)計(jì)青貯池取料和輸送機(jī)構(gòu)，根據(jù)奶牛飼喂飼料特性設(shè)計(jì)青貯飼料的混合攪拌及撒料裝置。

1 主要結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)

自走式全混合日糧制備機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

自走式全混合日糧制備機(jī)主要由取料裝置、切捆除膜裝置、輸送裝置、全混合日糧攪拌裝置、自動(dòng)撒料裝置、自走式靜液壓驅(qū)動(dòng)和智能控制系統(tǒng)等組成。實(shí)現(xiàn)了青貯飼料的自動(dòng)取料、邊行走邊混合等功能，同時(shí)可將全混合日糧通過(guò)自動(dòng)撒料裝置直接拋撒到牛場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行飼喂，一臺(tái)設(shè)備完成牧場(chǎng)中取料—攪拌—輸送—撒料的全程工作。自走式全混合日糧制備機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 工作原理

自走式全混合日糧制備機(jī)采用自走式靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將智能計(jì)量取料、切捆除膜、自動(dòng)計(jì)量精料、混合攪拌、牛舍自動(dòng)撒料等多項(xiàng)功能優(yōu)化組合于一體，如圖2所示，具有兩個(gè)功能:實(shí)現(xiàn)打捆包膜青貯秸稈的自動(dòng)抓捆、碎捆、除膜、取料、攪拌、撒料等作業(yè)；通過(guò)快速卸除切捆除膜裝置實(shí)現(xiàn)青貯池飼料的取料、攪拌、撒料等作業(yè)。工作時(shí)，根據(jù)全混合日糧配方按照先粗后精、先長(zhǎng)后短、先干后濕的原則裝取各種飼料，通過(guò)智能計(jì)量器精確控制每種飼料的加載量；根據(jù)以下兩種情況快速設(shè)置自走式全混合日糧制備機(jī)取料裝置：針對(duì)打捆包膜青貯秸稈飼料取料，調(diào)整切捆除膜裝置的工作位置，啟動(dòng)自走式全混合日糧制備機(jī)攪拌裝置使螺旋攪拌器旋轉(zhuǎn)后，開(kāi)啟切捆除膜裝置，液壓操控叉齒穿透裹包膜插入青貯捆包內(nèi)，同時(shí)割刀夾持住青貯捆包底端并向上提升，類(lèi)比人的牙齒咬合動(dòng)作，割刀在油缸驅(qū)動(dòng)下將青貯捆包切成2塊，裹包膜解除與飼草捆的附著力，當(dāng)松開(kāi)割刀時(shí)，飼草物料在自重作用下落入攪拌裝置的料箱內(nèi)，啟動(dòng)攪拌裝置使螺旋攪拌器旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的螺旋攪拌器將飼草捆破碎，此時(shí)廢膜仍阻滯在夾膜機(jī)構(gòu)上，在進(jìn)入下一個(gè)青貯捆抓取工序前，轉(zhuǎn)動(dòng)切捆除膜裝置從料箱上方位置移開(kāi)，隨后通過(guò)輔助夾持油缸縮回活塞桿，裹包廢膜隨之被釋放，最后可集中回收地上廢膜。

表1 自走式全混合日糧制備機(jī)性能參數(shù)

圖2 自走式全混合日糧制備機(jī)作業(yè)效果圖

針對(duì)青貯池飼料取料，通過(guò)模塊化快速掛接機(jī)構(gòu)將切捆除膜裝置快速卸除，利用取料裝置完成青貯池飼料的破料、取料。然后，將自走式全混合日糧制備機(jī)轉(zhuǎn)移至精料倉(cāng)下添加精飼料，借助智能計(jì)量系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)量，避免產(chǎn)生裝料誤差，攪拌裝置料箱內(nèi)的飼料通過(guò)螺旋攪拌器充分?jǐn)嚢杌旌虾螅詈筮M(jìn)入牛舍經(jīng)自動(dòng)撒料裝置按奶牛所需飼料量拋撒喂食。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 取料裝置

取料裝置主要由切刀、滾筒、螺旋葉片、取料頭軸和驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)組成，如圖3所示。在取料頭滾筒旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，安裝在螺旋葉片上的48片切刀將切下的青貯飼料向中間位置撥料，同時(shí)將切下的青貯飼料向后下方的轉(zhuǎn)套內(nèi)區(qū)域輸送，從而可使切取的青貯飼料進(jìn)一步傳送至輸送裝置，滾筒還焊接有4個(gè)導(dǎo)向刀片，以使沿著螺旋葉片徑向方向移動(dòng)的青貯飼料加速運(yùn)動(dòng)至輸送帶，同時(shí)加快青貯飼料從滾筒兩端向中部快速推進(jìn)，該結(jié)構(gòu)能有效防止青貯飼料在滾筒中間產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。

圖3 取料裝置結(jié)構(gòu)示意圖

滾筒直徑為530 mm，軸向長(zhǎng)度為2 000 mm，確保足夠的物料接觸面積，同時(shí)可使青貯物料不拋撒到轉(zhuǎn)套外面，進(jìn)而提高切料效率。BM4-390型馬達(dá)可提供697 N·m的連續(xù)扭矩，確保滾筒切刀能順利切下青貯物料，當(dāng)物料阻力較大時(shí)，可低轉(zhuǎn)速大扭矩旋轉(zhuǎn)切料。BM4-390型馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速為200 r/min，最大轉(zhuǎn)速為240 r/min，本文設(shè)計(jì)的切刀尖端與滾筒中心距離為320 mm，可計(jì)算出切刀的刀尖線(xiàn)速度為

(1)

同理，可得切刀最大瞬時(shí)線(xiàn)速度為

(2)

式中vq——切刀線(xiàn)速度，m/s

vqmax——切刀最大瞬時(shí)線(xiàn)速度，m/s

rq——切刀尖端與滾筒中心距離，mm

n——液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速，r/min

故取料裝置切刀線(xiàn)速度的作業(yè)范圍為6.7～8.0 m/s。

取料裝置螺旋輸送器物料生產(chǎn)率為

(3)

式中Ql——螺旋輸送器物料生產(chǎn)率，kg/s

Dl——螺旋輸送器葉片外徑，取500 mm

λ——螺旋輸送器葉片與轉(zhuǎn)套外殼的間隙，取8 mm

d——螺旋輸送器軸內(nèi)徑，取402 mm

φl(shuí)——螺旋輸送器充滿(mǎn)系數(shù)，取0.4

P——葉片螺距，取285 mm

ρ——青貯物料密度，取420 kg/m3

C——螺旋輸送器傾斜輸送系數(shù)，取0.75

代入數(shù)值，最終計(jì)算可得取料裝置螺旋輸送器物料生產(chǎn)率為13.7 kg/s。

2.2 切捆除膜裝置

根據(jù)人類(lèi)牙齒咬合動(dòng)作設(shè)計(jì)青貯捆包的抓取、切捆、除膜裝置，如圖4所示，裝置主要由支撐叉齒、割刀、夾膜機(jī)構(gòu)以及液壓油缸驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成。

圖4 切捆除膜裝置結(jié)構(gòu)示意圖

切捆作業(yè)時(shí)，首先調(diào)整下顎式切捆除膜裝置的工作位置，操控主液壓缸使割刀繞樞軸向上轉(zhuǎn)動(dòng)與青貯秸稈捆相接觸，當(dāng)割刀緊緊咬合住青貯捆時(shí)，主液壓缸中急劇上升的液壓力使割刀切入青貯捆；此時(shí)可操作輔助液壓缸使活塞桿伸出，從而向下轉(zhuǎn)動(dòng)的夾膜機(jī)構(gòu)抓鉤擠壓住青貯捆裹包膜，類(lèi)似人的牙齒咬合動(dòng)作，當(dāng)割刀向上運(yùn)動(dòng)到幾乎完全切過(guò)青貯捆時(shí)，將圓捆(或方捆)青貯捆包切成2塊，包裹在裹包膜內(nèi)的秸稈草料在自重作用下落入攪拌裝置料箱內(nèi)；隨后再由輔助液壓缸驅(qū)動(dòng)夾持抓鉤使其縮回，同時(shí)裹包膜被釋放至地面上，以便于廢膜的集中回收與利用，隨即完成青貯捆的切捆除膜作業(yè)過(guò)程。

2.3 輸送裝置

輸送裝置主要由下輥輪組合件、液壓馬達(dá)、輸送筒、環(huán)形輸送帶以及上輥輪組合件等組成。輸送裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5 輸送裝置結(jié)構(gòu)示意圖

輸送裝置的物料輸送量公式為

Qc=3.6Bhvsρφkq×10-6

(4)

式中Qc——物料輸送量，t/h

B——輸送帶導(dǎo)料槽寬度，取500 mm

h——輸送帶導(dǎo)料槽高度，取30 mm

vs——輸送帶升運(yùn)速度，取3.5 m/s

φ——輸送效率，取0.88

kq——傾斜輸送系數(shù)，取0.6

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到輸送裝置物料輸送量為53 t/h(14.7 kg/s)，大于前述取料裝置螺旋輸送器物料生產(chǎn)率13.7 kg/s，因此在青貯物料輸送過(guò)程中能夠有效防止物料堵塞問(wèn)題，表明該結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理。

輸送裝置傳動(dòng)輥筒軸的功率計(jì)算公式為

Nc=(KkLv+KzLQc+0.002 73QcH)Kf×10-3

(5)

式中Nc——傳動(dòng)輥筒軸功率，kW

Kk——空載運(yùn)行功率系數(shù)，取0.01

L——輸送帶水平投影長(zhǎng)度，取2 500 mm

Kz——水平滿(mǎn)載運(yùn)行功率系數(shù)，取8.17×10-5

H——輸送帶垂直輸送高度，取2 320 mm

Kf——附加功率系數(shù)，取8.5

代入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算可得輸送裝置傳動(dòng)輥筒軸的功率消耗為3.69 kW。

為了精確控制攪拌裝置料箱的青貯進(jìn)料量，支撐料箱的機(jī)架上安裝有3個(gè)稱(chēng)量傳感器，當(dāng)智能稱(chēng)量系統(tǒng)產(chǎn)生與所需特定飼料質(zhì)量對(duì)應(yīng)的數(shù)值信號(hào)時(shí)，取料裝置刀輥的旋切速度隨著輸送帶減速也逐漸降低，當(dāng)智能稱(chēng)量系統(tǒng)針對(duì)某一種飼料產(chǎn)生已經(jīng)全部裝載完畢時(shí)的指示信號(hào)時(shí)，取料刀輥停止轉(zhuǎn)動(dòng)不再繼續(xù)切割取料。

2.4 青貯包切捆除膜機(jī)械臂

青貯包切捆除膜機(jī)械臂由液壓缸、動(dòng)臂、回轉(zhuǎn)支承等組成。機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6 切捆除膜裝置裝配體

將自走式全混合日糧制備機(jī)三維模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，進(jìn)行青貯包抓捆、舉捆、切捆、裝料等過(guò)程的仿真。假定青貯捆模型為圓柱體，整體尺寸設(shè)為Φ1 200 mm×1 100 mm，青貯捆密度取420 kg/m3，泊松比為0.3[21]，仿真如圖7所示，仿真模擬抓捆—切捆—裝料等作業(yè)步驟，可知切捆除膜裝置設(shè)計(jì)方案滿(mǎn)足作業(yè)要求，不存在機(jī)體干涉問(wèn)題。

2.5 攪拌裝置

根據(jù)育成牛和泌乳階段奶牛的營(yíng)養(yǎng)需要和飼養(yǎng)方案，按照營(yíng)養(yǎng)專(zhuān)家提供的全混合日糧配方，用特制的全混合日糧攪拌機(jī)對(duì)日糧各組分進(jìn)行充分混合，為奶牛24 h自由采食創(chuàng)造反芻胃的消化環(huán)境，使日糧能達(dá)到營(yíng)養(yǎng)均衡的要求[8]。自走式全混合日糧制備機(jī)攪拌裝置主要由料箱、螺旋攪拌器、卸料閘門(mén)、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等組成。攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。

圖7 切捆機(jī)構(gòu)作業(yè)過(guò)程仿真

圖8 攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖

螺旋攪拌器作為攪拌裝置的核心部件，其設(shè)計(jì)外觀呈錐形，如圖9所示。螺旋攪拌器在攪拌作業(yè)時(shí)需要對(duì)多種物料進(jìn)行剪切、揉搓以及混合，實(shí)際受力情況較為復(fù)雜，其受力不但與螺旋攪拌器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相關(guān)，而且還與所混合的各種物料本身的物理特性有關(guān)。螺旋攪拌器葉片的平均壓力計(jì)算公式為

(6)

式中Pk——螺距長(zhǎng)度改變系數(shù)，取1

MC——混合物料的含水率

DJ——螺旋攪拌器螺旋葉片末端直徑，mm

螺旋攪拌器3個(gè)螺旋葉片直徑設(shè)計(jì)值分別為2 470、1 730、1 220 mm，代入式(6)最終計(jì)算得到3個(gè)螺旋葉片的平均壓力分別為19 325、15 968、14 343 Pa。

圖9 螺旋攪拌器結(jié)構(gòu)示意圖

2.6 自動(dòng)撒料裝置

自動(dòng)撒料裝置由強(qiáng)磁除鐵器、液壓馬達(dá)以及傳動(dòng)鏈輪等組成。采用寬大卸料閘門(mén)，加裝額外的強(qiáng)磁除鐵器，可實(shí)現(xiàn)全混合日糧均勻撒料和安全飼喂的功能；利用卸料螺旋攪拌器配備雙側(cè)門(mén)撒料裝置和拋撒寬度自動(dòng)調(diào)整裝置，以調(diào)節(jié)撒料范圍和提高撒料均勻度，可實(shí)現(xiàn)自走式全混合日糧制備機(jī)左右兩側(cè)同時(shí)撒料。此外，可以利用雙向液壓控制裝置自動(dòng)調(diào)整撒料寬度的放料斗，以適應(yīng)不同規(guī)模牛舍的飼喂要求，自動(dòng)撒料裝置具有節(jié)約時(shí)間、操作簡(jiǎn)單以及降低飼喂成本等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)該裝置可實(shí)現(xiàn)牛場(chǎng)喂食奶牛的目的。撒料裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。

圖10 撒料裝置結(jié)構(gòu)示意圖

本文采用的鏈輪半徑為46.5 mm，配備BMP-160型擺線(xiàn)馬達(dá)，額定轉(zhuǎn)速為310 r/min，得出全混合日糧撒料傳送速度為

(7)

式中rl——鏈輪半徑，mm

為確保每頭奶牛獲得最佳的采食量，從卸料閘門(mén)撒出的全混合日糧要均勻一致。牧場(chǎng)飼養(yǎng)員可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)節(jié)卸料閘門(mén)開(kāi)啟的大小，當(dāng)不需要繼續(xù)撒料時(shí)，可隨時(shí)關(guān)閉卸料閘門(mén)，確保料箱里的物料不再被拋撒，避免造成TMR物料的浪費(fèi)。

3 試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)材料

本樣機(jī)試驗(yàn)地點(diǎn)選在山東省肥城市忠利奶牛養(yǎng)殖專(zhuān)業(yè)合作社，合作社奶牛存欄量2 000頭，日消耗青貯飼料40 t，能滿(mǎn)足自走式全混合日糧制備機(jī)性能試驗(yàn)的條件。

試驗(yàn)用儀器、儀表和量具包括干燥箱、磅秤、秒表、賓州篩、點(diǎn)溫計(jì)、電子秤、米尺、標(biāo)準(zhǔn)砝碼、天平(感量0.5級(jí))、轉(zhuǎn)速表、成套測(cè)功儀表(精度1級(jí))、取樣袋和樣品鋁盒等。試驗(yàn)用物料采用統(tǒng)一全混合日糧配方，精飼料和粗飼料的混合比為3∶7，且粗、精飼料不能含有與示蹤劑相同的物料，其中，粗飼料中的苜蓿草比例為15%～20%，堿草(羊草)比例為15%～20%，含水率應(yīng)小于或等于15%；青貯飼料比例為60%～70%，含水率為60%～70%；精飼料的配比可根據(jù)牧場(chǎng)現(xiàn)有情況選取，而且每次試驗(yàn)物料量應(yīng)不少于本樣機(jī)料箱設(shè)計(jì)容量的70%[22]。

測(cè)定試驗(yàn)物料相對(duì)含水率時(shí)，可從每一種待測(cè)物料不同位置處取樣3次，每點(diǎn)取樣約50 g，將樣品分別放入鋁盒內(nèi)立即稱(chēng)量，然后在105℃恒溫下把物料干燥至質(zhì)量不變，再稱(chēng)量干燥后的質(zhì)量。物料相對(duì)含水率為

(8)

式中MCH——物料相對(duì)含水率，%

ms——干燥前樣品質(zhì)量，kg

mg——干燥后樣品質(zhì)量，kg

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

應(yīng)用自走式全混合日糧制備機(jī)加工青貯料，要因地制宜地合理選擇飼料攪拌加工設(shè)備[5,9]。本機(jī)器柴油發(fā)動(dòng)機(jī)推薦工作轉(zhuǎn)速為1 300～1 500 r/min，從取料、攪拌再到撒料作業(yè)連續(xù)作業(yè)時(shí)長(zhǎng)為15～25 min。牛嘴的寬度為12～15 cm，可消化的秸稈纖維長(zhǎng)度在3～10 cm，如果纖維太長(zhǎng)，奶牛拒絕采食；如果纖維太短，則很快就會(huì)通過(guò)消化道而不能被充分吸收[10]。參考文獻(xiàn)[3,5,6,8,10,15,18]，選定全混合日糧混合均勻度、全混合日糧撒料均勻度、全混合日糧物料自然殘留率、全混合日糧生產(chǎn)率、青貯秸稈捆破膜清除率作為自走式全混合日糧制備機(jī)試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3.2.1全混合日糧混合均勻度

測(cè)定全混合日糧混合均勻度的示蹤物為水稻顆粒，水稻示蹤物在添加精飼料期間與物料同時(shí)加入，添加量為物料總量的5%[23]。待各試驗(yàn)物料充分混合后，隨著卸料閘門(mén)口物料不斷排出，等間隔抽取不少于50個(gè)樣品，并且每個(gè)樣品的質(zhì)量不少于2 000 g，作為混合均勻度測(cè)試樣本，然后分別挑揀出每個(gè)樣品中的全部示蹤物并稱(chēng)量，計(jì)算每份樣品的示蹤物質(zhì)量與樣品質(zhì)量的百分比。計(jì)算樣本標(biāo)準(zhǔn)差和混合均勻度

(9)

(10)

式中Sh——混合樣本標(biāo)準(zhǔn)差

N——樣本數(shù)量

Xi——樣本中示蹤物質(zhì)量與樣品質(zhì)量百分比，%

Mh——全混合日糧混合均勻度，%

對(duì)于全混合日糧混合效果評(píng)價(jià)，當(dāng)混合均勻度大于90%時(shí)表示混合質(zhì)量?jī)?yōu)，混合均勻度大于80%且小于90%時(shí)表示混合質(zhì)量可以接受，但仍需進(jìn)一步改善。全混合日糧混合均勻度越高表示攪拌越均勻，營(yíng)養(yǎng)成分也更均衡，實(shí)際生產(chǎn)中要求不同車(chē)次的全混合日糧制備機(jī)所制備的全混合日糧混合均勻度大于90%。

3.2.2全混合日糧撒料均勻度

選取一個(gè)長(zhǎng)度不小于200 m且寬度不小于5 m的平直而寬闊的撒料場(chǎng)地，每間隔10 m做一個(gè)標(biāo)記，即：0、1、2、…、20共21個(gè)標(biāo)記；然后模擬自走式全混合日糧制備機(jī)在牛舍實(shí)際喂料的作業(yè)情況，從標(biāo)記0處開(kāi)始撒料，直到超過(guò)標(biāo)記的第20點(diǎn)為止；在標(biāo)記2～19處，取不少于15個(gè)樣品，在每點(diǎn)挑取相同長(zhǎng)度的物料，稱(chēng)量并編號(hào)。計(jì)算樣本標(biāo)準(zhǔn)差和撒料均勻度

(11)

(12)

式中SX——撒料樣本標(biāo)準(zhǔn)差

mi——第i個(gè)樣品質(zhì)量，kg

MX——撒料均勻度，%

3.2.3全混合日糧物料自然殘留率

在每批次全混合日糧充分混合結(jié)束并自然卸料后,對(duì)自走式全混合日糧制備機(jī)料箱內(nèi)部進(jìn)行徹底清理，同時(shí)對(duì)收集的殘留物料稱(chēng)量，該質(zhì)量與每批次全混合日糧的質(zhì)量之比就是全混合日糧物料自然殘留率。物料自然殘留率計(jì)算式為

(13)

式中R——全混合日糧物料自然殘留率，%

Δm——料箱內(nèi)殘留物料質(zhì)量，kg

mc——料箱額定批次物料質(zhì)量，kg

3.2.4全混合日糧生產(chǎn)率

全混合日糧生產(chǎn)率計(jì)算公式為

(14)

式中 ∑Vi——日糧生產(chǎn)試驗(yàn)期間車(chē)次取料和裝料體積，m3

∑ti——日糧生產(chǎn)試驗(yàn)期間車(chē)次純工作時(shí)間，h

3.2.5青貯秸稈捆破膜清除率

首先安裝切捆除膜裝置，利用青貯包切捆除膜機(jī)械臂調(diào)整切捆除膜裝置的工作位置，啟動(dòng)切捆液壓缸將青貯秸稈捆包切成2塊，草捆在自重作用下落入攪拌裝置料箱內(nèi)，夾膜機(jī)構(gòu)夾住裹包膜防止掉入攪拌裝置；當(dāng)裹包膜內(nèi)秸稈物料排凈之后，轉(zhuǎn)動(dòng)切捆除膜機(jī)構(gòu)從料箱上方位置移開(kāi)，隨后通過(guò)輔助夾持油缸控制夾膜機(jī)構(gòu)，裹包廢膜則被釋放。收集地上廢膜，記錄收集的廢膜質(zhì)量，同時(shí)挑揀出摻雜進(jìn)攪拌裝置料箱內(nèi)的全部裹包膜并稱(chēng)量。相同工況下切割5個(gè)秸稈捆包，計(jì)算每個(gè)捆包的破膜清除率并最終取其算術(shù)平均值。

(15)

式中S——破膜清除率，%

Δms——地上收集的廢膜質(zhì)量，g

mt——摻雜進(jìn)料箱內(nèi)的裹包膜質(zhì)量，g

3.3 樣機(jī)試驗(yàn)

2018年12月29日，山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心對(duì)9JZL-16型自走式全混合日糧制備機(jī)進(jìn)行了檢驗(yàn)鑒定。檢測(cè)地點(diǎn)在山東省肥城市忠利奶牛養(yǎng)殖專(zhuān)業(yè)合作社，該奶牛場(chǎng)的青貯池屬于半地下結(jié)構(gòu)，寬度為3 000 mm，飼料深度為4 500 mm；青貯飼料為全株玉米切碎2～3 cm制成，含水率64.8%，發(fā)酵60 d后開(kāi)始取料；制作的全混合日糧青貯飼料占70%，精飼料占30%，精飼料含水率13.7%。試驗(yàn)選用5個(gè)圓柱青貯捆為試驗(yàn)對(duì)象，其整體尺寸為Φ(1 200±6)×(1 100±6)mm，青貯捆密度(420±10)kg/m3，青貯專(zhuān)用拉伸膜裹包4層。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，樣機(jī)取料高度為5 000 mm，取料寬度為2 000 mm，全混合日糧總制備時(shí)間為23.7 min，得到全混合日糧混合均勻度為91.1%，全混合日糧生產(chǎn)率為29.6 m3/h，卸料自然殘留率為0.7%，青貯秸稈捆破膜清除率達(dá)98.4%。檢驗(yàn)結(jié)果均符合JB/T 11438—2013《全混日糧攪拌機(jī)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和Q/XFNM 001—2018《自走式全混合日糧制備機(jī)》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

取料試驗(yàn)包括青貯捆的切捆取料和青貯池內(nèi)取料。切捆取料試驗(yàn)如圖11，青貯池內(nèi)取料如圖12，攪拌試驗(yàn)如圖13，撒料試驗(yàn)如圖14所示。該樣機(jī)可完成青貯捆抓捆機(jī)、青貯飼料取料機(jī)、皮帶輸送機(jī)、TMR飼料攪拌機(jī)及撒料車(chē)等多種單一畜牧機(jī)械設(shè)備的全部作業(yè)功能。

圖11 切捆試驗(yàn)

圖12 青貯池取料

圖13 攪拌試驗(yàn)

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了自走式全混合日糧制備機(jī)，該機(jī)采用輪式行走底盤(pán)，整機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)，集青貯池飼料的取料與輸送、粗精飼料攪拌、物料運(yùn)輸和自動(dòng)撒料飼喂等作業(yè)于一體。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)通過(guò)人工手動(dòng)或借助多功能單一機(jī)械移除青貯圓捆(方捆)裹包膜而造成費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、高成本的問(wèn)題，研制出一種集抓捆、切捆、除膜和裝料等功能于一體的切捆除膜裝置，通過(guò)快速掛接裝置，更換青貯池飼料取料裝置和切捆除膜裝置，實(shí)現(xiàn)了牛場(chǎng)不同類(lèi)型青貯物料的高效飼喂一體化作業(yè)。

圖14 撒料試驗(yàn)

(2)自走式全混合日糧制備機(jī)的取料裝置為滾筒切割形式，設(shè)計(jì)切刀線(xiàn)速度為6.7～8.0 m/s，可滿(mǎn)足青貯池青貯料的切取要求和16 m3料箱容量飼料的制備進(jìn)度，撒料裝置傳送速度控制在1.5 m/s，可使卸料更均勻。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，樣機(jī)取料高度為5 000 mm，取料寬度為2 000 mm，全混合日糧總制備時(shí)間為23.7 min，得到全混合日糧混合均勻度為91.1%，全混合日糧生產(chǎn)率為29.6 m3/h，卸料自然殘留率為0.7%，青貯秸稈捆破膜清除率達(dá)98.4%。該機(jī)滿(mǎn)足全混合日糧制備機(jī)相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。