新型多層樓房式豬舍智能化機械清糞系統的設計

佘德勇，卓明雪，劉 瑤，張瑞娜，汪 雅，左瑞華，王重龍

（1.皖西學院生物與制藥工程學院，安徽 六安 237012；2.安徽國農數據科技有限公司，安徽 合肥 230088；3.安徽省農業科學院，安徽 合肥 230031）

我國是世界養豬大國, 生豬養殖規模與豬肉消費量均居世界第一[1]。近年來隨著社會經濟的發展，用于發展規模養殖業的土地資源越來越緊張。為合理利用有限的土地資源，促進生豬產業的可持續發展，樓房式豬舍逐漸為業界所接受。作為一種新的養豬模式，既節約用地，也便于進行生物安全管理[2]。但要實現這一目標，還需要在清糞、喂料、環控等環節提供配套工藝技術。文章重點闡述了樓房式豬舍中智能化機械刮板清糞工藝的設計與應用。

機械刮板清糞是替代傳統人工清糞、水沖糞和水泡糞等清糞工藝的新型清糞工藝，新型清糞刮板采用智能化控制系統，可以人工設定豬舍每日清糞次數、清糞時間間隔，并能夠實現設備故障報警等功能。它能夠減少人與豬的接觸，降低疾病傳播的概率[3]；及時、有效地清除畜舍內的糞便、尿液，可以保持畜舍的環境衛生，降低舍內有害氣體濃度；大幅度減少糞污清理過程中的用水，降低后續糞污處理的投入成本；合理的豬糞收集利用方式還可以大幅度減輕勞動強度，節約企業人工成本，并為業主增加可觀的經濟收入[4]。在樓房式豬舍中，由于不同樓層豬舍有高低落差,便于各樓層糞便污水的集中處理[5]，更能夠發揮機械刮板清糞工藝的優勢。

1 樓房式豬舍機械清糞工藝設計

以存欄10 400頭育肥場為例，采用四層樓房式豬舍，大跨度小單元設計（見圖1、圖2），豬只全進全出，每層存欄育肥豬2 600頭，長90 m，寬39 m，建筑面積3 510 m2；每層設計一條公共走道，余下分為12單元，每單元面積256 m2；每單元設計雙列豬欄，每列寬度3 m，內走道寬1.1 m，存欄217頭。育肥欄內采用水泥預制漏縫板或LFT漏縫地板。

圖1 多層樓房式豬舍剖面圖

樓房式豬舍設計中（見圖2），刮糞板走向為從濕簾端向風機端，糞道有2%的坡降，以減小刮糞機工作過程中的阻力。濕簾設計于外墻上，公共走道設計于濕簾端，寬度為1.8 m。豬舍內水泥漏縫地板長度為3 m，糞道寬2.8 m，刮糞板的寬度為2.7 m，糞道兩邊各留0.05 m間隙以確保刮板順利運行。樓房式豬舍單層層高4.1 m，糞道濕簾端深度為0.55 m，風機端深度為0.63 m。

二、三、四層豬舍糞便通過風機端的糞道落糞口落下，二、三、四層平面圖如圖3所示，落糞口設計如圖4所示。漏斗形落糞口連接400 mm管徑的落糞管，落糞管采用PE材質，用環形金屬支架固定于樓房山墻，落糞管長度為3.1 m，伸入漏縫地板下方100 mm（見圖5）。

在該設計中，總存欄育肥豬10 400頭，以平均每頭豬每日糞便10 kg計算，每天總共產糞便104 t，集糞池設計不少于3d的糞便量共計312 t,設計集糞池的容積為360 m3，設計池深4 m、長10 m、寬9 m。

圖2 一層平面圖

圖3 二、三、四層平面圖

圖4 落糞管節點圖

圖5 糞便清理工藝節點圖

2 機械清糞運行過程說明

機械刮板其運行原理是：刮糞板放置在漏縫地板的下方，與漏縫對板有一定的距離，每單元采用一拖二機械式刮板，由驅動電機通過鋼絲繩帶動刮糞板，運行時，A側刮板工作將漏縫地板下的糞便刮到豬舍風機端的主糞溝，同時B側刮板翹起，反向運動至豬舍水簾端；然后電機反向運轉，B側刮板工作，同時A側刮板返回，如此往復循環工作，完成清糞（如圖6）。

圖6 刮板清糞工藝圖

圖7 多層樓房一層清糞工藝圖

在該設計中，一層豬舍的糞便污水由刮糞板直接刮入風機端的主糞溝（圖7）；二、三、四層糞便經由舍內刮板刮至落糞管后直接落到一層糞道斜坡，滑入主糞溝（圖5）；主糞溝糞便再由其內一拖一刮糞機的刮板刮入集糞池。集糞池中糞便通過管道或專用機械轉運至專門糞污處理場所處理。

3 智能化清糞設備的設備配置參數

該設計中，舍內刮板、主糞溝刮板驅動電機功率為2.2 KW減速電機，速比1:60，牽引繩為304不銹鋼鋼絲繩（?=8 mm）；舍內刮糞板寬度為2.7 m、高0.2 m，主糞溝刮板寬度為0.9 m、高度為0.26 m，刮糞板均為304不銹鋼材質。采用智能化控制模塊設定運行程序，實現自動化運行。智能控制模塊主要配置包括：stm32f103Rct6主控芯片，1602中文液晶顯示器，DS1302時鐘系統，16 cm×10 cm觸摸面板，DZ47-25空氣開關，CDS11-5電機保護器等，行程控制采用12 V電磁感應接近開關，LA3811-3手動/自動切換開關，ND16-22DS刮板運行指示燈。

4 討論

4.1 豬場刮板清糞工藝的效果

刮板清糞已在我國的養禽場運行多年，作為當前我國豬場主流的清糞工藝之一，在眾多豬場付諸實踐，其突出的優點體現在：可完全取代人工清糞，大幅度減少規模豬場人工數量，并減少污水排放；通過智能化程序控制可以及時清除舍內糞便，提高豬舍內的空氣質量[6-7]。進一步研究顯示，每個單元內刮板清糞日啟動兩次可以滿足豬舍空氣環境質量要求[8]，促進豬群健康，從而促進養殖場綜合效益的顯著提升。

4.2 樓房式豬舍對智能化自動化工藝的需求

自動化、智能化的是現代豬場建設的必然趨勢[9]。樓房式豬舍是土地資源緊缺地區養殖業主的重要選擇，鑒于樓房養殖的規模化、高密度，不配套智能化、自動化的工藝裝備，生產將難以進行，因此對于其配套的清糞、環控、喂料等工藝的研究顯得尤為重要和迫切。

5 結論

此研究對現有相關科技成果進行集成創新，形成新型多層樓房式豬舍智能化機械清糞系統，并成功應用于養豬生產實踐。關于樓房養殖機械清糞工藝的應用，目前也還有一些具體問題如：如何提高清糞設備的穩定性可靠性，如何提高舍內機械清糞的清除率等，還有待進一步研究解決。