淺談母豬群養(yǎng)機(jī)械裝備的研發(fā)

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在母豬管控工作站內(nèi)根據(jù)飼喂規(guī)模設(shè)置若干采食站，采食站的進(jìn)口朝向母豬休息區(qū)，出口朝向封閉的分離通道。在采食站內(nèi)設(shè)置RFID耳標(biāo)的讀取裝置、程控定量飼喂裝置和噴色裝置，這3個(gè)裝置通過(guò)中間服務(wù)器連接到中央管理計(jì)算機(jī)上。飼喂裝置與飼料輸送管道相連。在母豬管控工作站之間設(shè)置若干公豬站，在公豬站內(nèi)放入公豬。公豬站朝向母豬休息區(qū)的方位上設(shè)置供母豬訪問(wèn)公豬的窗口，讓母豬和公豬可以相望并聞到氣息;在該位置上設(shè)置母豬發(fā)情信息射頻采集器，將所采集的不同母豬的訪問(wèn)時(shí)間、頻率和停留時(shí)間信息發(fā)送給中央管理計(jì)算機(jī)。中央管理計(jì)算機(jī)記錄、分析母豬的發(fā)情指數(shù)，調(diào)整飼喂參數(shù)。在分離通道上設(shè)有分離門(mén)裝置，分離門(mén)裝置的出口有兩個(gè)通道，通道之一與隔離區(qū)相通，以分離發(fā)情或有異常狀況的母豬;通道之二與母豬休息區(qū)相通，讓正常母豬回到休息區(qū)。兩個(gè)通道的開(kāi)閉由一個(gè)選通門(mén)控制，而選通門(mén)由電機(jī)自動(dòng)控制。當(dāng)母豬需要采食進(jìn)入采食站時(shí)，采食站內(nèi)的耳標(biāo)讀取裝置立刻讀取該母豬的身份信息并發(fā)送給中間服務(wù)器或中央管理計(jì)算機(jī)，中央管理計(jì)算機(jī)根據(jù)母豬的身份、實(shí)時(shí)記錄的母豬各項(xiàng)信息和管理者設(shè)定的數(shù)據(jù)，分析母豬的身體狀況并運(yùn)算出該豬需要的進(jìn)食量，繼而對(duì)下料控制器發(fā)出控制指令為該豬投放相應(yīng)種類和數(shù)量的飼料;同時(shí)向噴色裝置發(fā)出指令，對(duì)需要分離的母豬噴墨標(biāo)記;母豬采食完畢后，離開(kāi)飼喂站時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)該母豬的信息自動(dòng)控制分離門(mén)裝置，選擇打開(kāi)哪條通道讓該母豬進(jìn)入休息區(qū)或隔離區(qū)。如此循環(huán)，實(shí)施對(duì)群養(yǎng)母豬的自動(dòng)化、智能化飼養(yǎng)管理。同時(shí)，系統(tǒng)獲取豬群的其他信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，為養(yǎng)豬企業(yè)管理人員提供企業(yè)運(yùn)營(yíng)分析所需的精確數(shù)據(jù)。

9ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)的高級(jí)機(jī)械部分主要是采食站，采食站由進(jìn)入通道及入口門(mén)裝置、飼喂裝置、離開(kāi)通道及出口門(mén)裝置和噴色裝置等組成，如圖2［3］所示。

1進(jìn)入通道及入口門(mén)裝置

為了避免母豬之間爭(zhēng)搶飼料，并保證母豬在采食過(guò)程中不受其他母豬的影響，在采食站中需設(shè)計(jì)進(jìn)入通道以及入口門(mén)裝置。通過(guò)進(jìn)入通道及入口門(mén)，母豬可逐個(gè)有序地進(jìn)入采食站進(jìn)行采食。當(dāng)1頭母豬通過(guò)入口門(mén)進(jìn)入采食通道后，入口門(mén)隨即關(guān)閉鎖止，以防其他母豬進(jìn)入干擾。當(dāng)母豬采食完畢離開(kāi)采食站后，入口門(mén)消除鎖止，以備下一頭母豬進(jìn)入采食。

進(jìn)入通道由兩側(cè)的金屬管條和活動(dòng)側(cè)板圍成。通道的入口設(shè)有電動(dòng)入口門(mén)裝置。電動(dòng)入口門(mén)裝置由門(mén)框、活動(dòng)門(mén)、門(mén)鎖和門(mén)鎖控制器等構(gòu)成，如圖3［4］所示。門(mén)鎖控制器控制門(mén)鎖的開(kāi)啟和鎖止?fàn)顟B(tài)，門(mén)鎖則控制活動(dòng)門(mén)能否被打開(kāi)?；顒?dòng)門(mén)設(shè)有左右兩扇，每扇活動(dòng)門(mén)由轉(zhuǎn)軸桿、橫桿、輪桿、轉(zhuǎn)輪和擋塊組成，如圖4［4］所示。左邊活動(dòng)門(mén)通過(guò)其轉(zhuǎn)軸桿的兩端安裝在左邊門(mén)框的前側(cè)，右邊活動(dòng)門(mén)通過(guò)其轉(zhuǎn)軸桿的兩端安裝在右邊門(mén)框的后側(cè)。橫桿連接在轉(zhuǎn)軸桿的上端，長(zhǎng)度等于1/2通道的寬度，橫桿頂部設(shè)有擋塊。5根輪桿以相同的間隔固定在轉(zhuǎn)軸桿上，各輪桿的長(zhǎng)度相同且大于1/2通道寬度，小于通道寬度(若其長(zhǎng)度過(guò)短則容易卡住母豬身體)，輪桿的自由端均裝有轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置，轉(zhuǎn)輪可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)軸桿和橫桿所在的平面位于門(mén)框平面內(nèi)，與各輪桿所在的平面成角度設(shè)置，因而左右兩扇活動(dòng)門(mén)的輪桿所在平面之間有一定的間隔。左右兩扇活動(dòng)門(mén)可向兩個(gè)不同方向打開(kāi)，左門(mén)向外，右門(mén)向里，左右兩扇活動(dòng)門(mén)之間由回位彈簧連接，處于常閉狀態(tài)。門(mén)鎖安裝在門(mén)框上梁的中間。門(mén)鎖包括兩套相對(duì)設(shè)置的卡銷裝置、1個(gè)托板、1個(gè)托板桿，每套卡銷裝置包括直角梯形塊、支撐塊和轉(zhuǎn)軸等，如圖5［4］所示。直角梯形塊靠近下底邊的直角位處設(shè)有轉(zhuǎn)軸孔，靠近上底邊的斜角位處設(shè)有凸柱，直角梯形塊與支撐塊相對(duì)間隔平行設(shè)置，轉(zhuǎn)軸的一端固定在支撐塊上，另一端安裝在直角梯形塊的轉(zhuǎn)軸孔內(nèi)，兩套卡銷裝置中的直角梯形塊的斜邊相對(duì)設(shè)置;托板安裝在每套卡銷裝置的直角梯形塊與支撐塊之間，且位于兩凸柱的下方。兩套卡銷裝置的上方設(shè)有蓋板，蓋板固定在門(mén)框上梁上，支撐塊固定在蓋板上，支撐塊的下部設(shè)有橡膠墊。托板桿固定在托板上，托板桿上部穿過(guò)一安裝在門(mén)框上梁中的套筒，托板桿可沿套筒上下運(yùn)動(dòng)，托板桿的上半部分設(shè)有螺紋，在卡銷裝置的下面設(shè)有防護(hù)板，在防護(hù)板上設(shè)有金屬傳感器。門(mén)鎖控制器安裝在門(mén)鎖的上方，包括偏心輪、直流電機(jī)、控制杠桿、金屬探測(cè)器和紅外傳感器等，如圖6［4］所示。偏心輪位于控制杠桿后端部的正上方，偏心輪由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。控制杠桿的前端部設(shè)有一通孔，托板桿穿過(guò)該通孔，控制杠桿通過(guò)螺絲固定在托板桿上，螺絲可調(diào)節(jié)控制杠桿在托板桿上的相對(duì)位置，從而調(diào)節(jié)托板桿上下運(yùn)動(dòng)的幅度?？刂聘軛U中部設(shè)有杠桿支點(diǎn)桿;控制杠桿的后端旁邊設(shè)有紅外傳感器，用于感應(yīng)后門(mén)打開(kāi)的幅度，從而控制系統(tǒng)關(guān)門(mén)的時(shí)間。在直流電機(jī)上設(shè)有金屬探測(cè)器，金屬探測(cè)器用于檢測(cè)偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。進(jìn)入通道的后端上方設(shè)有噴色裝置，噴色裝置包括電機(jī)泵和若干墨盒，墨盒中裝有不同顏色的墨水，墨盒上設(shè)有噴嘴，電機(jī)泵連接墨盒。在進(jìn)入通道的后端可設(shè)置稱重裝置以獲得母豬體重。

當(dāng)采食站內(nèi)未有豬只進(jìn)入時(shí)，偏心輪壓在控制杠桿上，控制杠桿繞杠桿支點(diǎn)提起托板桿，托板桿向上提起托板，托板拉動(dòng)直角梯形塊上的凸柱，直角梯形塊繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，直角梯形塊的斜角向上提起，門(mén)鎖處于開(kāi)啟狀態(tài)，入口門(mén)可以被母豬拱開(kāi)。當(dāng)母豬需進(jìn)入采食站時(shí)，可從兩扇活動(dòng)門(mén)的間隔中找到著力點(diǎn)，先拱開(kāi)左邊的活動(dòng)門(mén)向外打開(kāi)，隨后再拱開(kāi)右邊的活動(dòng)門(mén)向里打開(kāi)。當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到右邊的活動(dòng)門(mén)已經(jīng)離開(kāi)門(mén)鎖的控制區(qū)域時(shí)，控制系統(tǒng)啟動(dòng)直流電機(jī)工作，帶動(dòng)偏心輪轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，使偏心輪的短徑部分接觸控制杠桿;當(dāng)金屬探測(cè)器檢測(cè)到偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)了合適的角度后，控制系統(tǒng)使直流電機(jī)停止工作;于是托板桿和托板在重力的作用下下落，直角梯形塊的斜角也在重力的作用下繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，門(mén)鎖處于鎖止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)母豬身體仍在通過(guò)中，兩扇活動(dòng)門(mén)仍處于打開(kāi)狀態(tài)，回位彈簧將兩扇活動(dòng)門(mén)往回拉，設(shè)置在左邊活動(dòng)門(mén)上的塑料輪緊貼在母豬身上，并在母豬身上滾動(dòng)，既可以避免門(mén)打傷母豬，又可以驅(qū)趕母豬進(jìn)入通道，直到母豬全身通過(guò)后，左邊活動(dòng)門(mén)緊貼母豬臀部柔和地關(guān)閉，防止下一頭母豬緊跟著進(jìn)入。在回位彈簧的拉力作用下，左邊活動(dòng)門(mén)橫桿頂部的擋塊擠壓直角梯形塊的直角邊，使直角梯形塊的斜角繞轉(zhuǎn)軸向上轉(zhuǎn)動(dòng)，左邊活動(dòng)門(mén)回到直角梯形塊和支撐塊之間，直角梯形塊在重力的作用下再次下落，斜角再次繞轉(zhuǎn)軸向下轉(zhuǎn)動(dòng)，直到托板頂住凸柱，直角梯形塊不能再向下轉(zhuǎn)動(dòng);此時(shí)左邊活動(dòng)門(mén)的橫桿被卡在斜角和支撐塊之間，即左邊活動(dòng)門(mén)被鎖住。當(dāng)豬完全進(jìn)入時(shí)，右邊活動(dòng)門(mén)在回位彈簧拉力作用下，重復(fù)左邊活動(dòng)門(mén)的關(guān)門(mén)動(dòng)作，直至被完全鎖住。當(dāng)采食站中的母豬吃完飼料離開(kāi)采食站后，控制系統(tǒng)將重新打開(kāi)門(mén)鎖，允許另一頭母豬進(jìn)入。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到進(jìn)入采食站的母豬有異常情況時(shí)，噴色裝置上的電機(jī)泵將啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)墨盒，給異常母豬噴上某一的顏色，為后續(xù)的管理帶來(lái)方便。在母豬進(jìn)食過(guò)程中，稱重裝置將測(cè)量母豬的體重并發(fā)送給中央管理計(jì)算機(jī)。

2飼喂裝置

飼喂裝置是9ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)的重要部分，用于自動(dòng)定量供給飼料，實(shí)現(xiàn)母豬單體精確飼喂。

飼喂裝置主要包括儲(chǔ)料漏斗、下料控制器、進(jìn)食料槽和支架等，如圖7［3］所示。飼喂裝置設(shè)有兩套儲(chǔ)料漏斗及其下料控制器，儲(chǔ)料漏斗安裝在支架上，每個(gè)儲(chǔ)料漏斗上方設(shè)有飼料輸送管道，當(dāng)儲(chǔ)料漏斗中的飼料儲(chǔ)量低于某個(gè)位置時(shí)，飼料輸送管道便自動(dòng)送料進(jìn)來(lái)。下料控制器安裝在儲(chǔ)料漏斗的出料口處。進(jìn)食料槽安裝在在支架下部的一側(cè)，進(jìn)食料槽上設(shè)有接料口與進(jìn)食開(kāi)口，進(jìn)食料槽的接料口置于下料控制器的下方，進(jìn)食開(kāi)口朝向外側(cè)。在進(jìn)食料槽的外側(cè)設(shè)有感應(yīng)母豬RFID電子耳牌信息的天線和天線反射板，天線反射板用于防止信號(hào)干擾。進(jìn)食料槽旁的支架上設(shè)置有供水管，供水管上依次安裝有限流閥和電磁閥，供水管的出水口連接在進(jìn)食料槽的內(nèi)側(cè)壁上。下料控制器是智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)的核心機(jī)械部件，優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是自動(dòng)計(jì)量和精確供料。下料控制器主要由隔板、外殼、環(huán)體葉輪和轉(zhuǎn)軸等零部件組成，如圖8［5］所示。隔板是一個(gè)開(kāi)有中心通孔和扇形進(jìn)料口的圓形薄板。外殼是一個(gè)頂部敞開(kāi)、底部開(kāi)有中心通孔和扇形下料口的圓柱桶。環(huán)體葉輪由圓環(huán)體、均布的4根葉片、由葉片分隔成的4個(gè)扇形配料格和中心軸孔構(gòu)成，如圖9［5］所示。在轉(zhuǎn)軸上均布著4根用于撥動(dòng)飼料的撥動(dòng)片和兩根用于攪動(dòng)飼料的攪動(dòng)桿。隔板的外徑、環(huán)體葉輪的外徑與外殼的內(nèi)徑相等，隔板、環(huán)體葉輪與外殼同軸安裝在外殼內(nèi)，隔板安裝在外殼的頂部。轉(zhuǎn)軸從上而下穿過(guò)隔板的中心通孔，安裝在環(huán)體葉輪的中心軸孔內(nèi)，下端穿過(guò)外殼底部的中心通孔伸出外殼，上端位于儲(chǔ)料漏斗的下部。轉(zhuǎn)軸通過(guò)傳動(dòng)皮帶由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。進(jìn)料口、下料口和配料格的形狀大小相同。進(jìn)料口與下料口錯(cuò)開(kāi)對(duì)稱設(shè)置，環(huán)體葉輪靜止時(shí)進(jìn)料口與下料口分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)配料格。環(huán)體葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)脈沖控制方式來(lái)控制，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)體葉輪每次停止時(shí)，下料口與進(jìn)料口分別完整對(duì)應(yīng)于一個(gè)配料格，進(jìn)料口、下料口、配料格三者形成一個(gè)不直接連通的下料通道。

當(dāng)配帶有RFID耳標(biāo)的母豬進(jìn)入采食站的進(jìn)食料槽旁時(shí)，進(jìn)食料槽外側(cè)的感應(yīng)天線立刻感應(yīng)該母豬的身份信息并發(fā)送給中央管理計(jì)算機(jī);中央管理計(jì)算機(jī)根據(jù)母豬的身份、各種生理信息、進(jìn)食次數(shù)和管理者設(shè)定的數(shù)據(jù)等運(yùn)算出該豬當(dāng)次需要的飼料種類和飼喂量，并傳輸給中間控制器;中間控制器把該飼喂量轉(zhuǎn)換成控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)需要的脈沖數(shù)，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)下料控制器旋轉(zhuǎn);飼料從下料控制器的進(jìn)料口落到配料格，在環(huán)體葉輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下，從下料口經(jīng)下料通道落到進(jìn)食料槽的接料口，最后落到進(jìn)食料槽中供母豬食用。上述飼喂裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是，可針對(duì)母豬不同生理階段的需要供給兩種不同的飼料;儲(chǔ)料漏斗安裝位置較低，可人工加料，更適合國(guó)內(nèi)情況;在食槽一側(cè)安裝自動(dòng)供水裝置，可加水混合干料等。

3離開(kāi)通道及出口門(mén)裝置

離開(kāi)通道以及出口門(mén)裝置用于引導(dǎo)采食后的母豬有序離開(kāi)采食站。離開(kāi)通道及出口門(mén)裝置由圍欄和兩道逆止門(mén)裝置組成，如圖10［3］所示。兩道逆止門(mén)裝置只能由進(jìn)口向出口方向開(kāi)啟。第1道逆止門(mén)裝置安裝在離開(kāi)通道的進(jìn)口端，是一扇豎直柵欄式的合頁(yè)門(mén)，由柵欄門(mén)、拉桿1、回位彈簧1、擋塊和減震皮帶等組成。拉桿1橫跨在通道前端頂部且固定在兩側(cè)的圍欄上，柵欄門(mén)與一側(cè)的圍欄鉸接，在對(duì)應(yīng)的另一側(cè)圍欄上設(shè)有截止柵欄門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)的擋塊，擋塊內(nèi)側(cè)設(shè)有減震皮帶。回位彈簧的兩端安裝在柵欄門(mén)和拉桿1上。第2道逆止門(mén)裝置安裝在離開(kāi)通道的出口端，是兩扇門(mén)板式的合頁(yè)門(mén)，由2扇門(mén)板、拉桿2、回位彈簧2、擋桿和減震墊等組成。兩扇門(mén)板分別鉸接在通道兩側(cè)的圍欄上，每一扇門(mén)板與拉桿2之間均設(shè)有回位彈簧。檔桿橫跨并固定在通道兩側(cè)的圍欄之間，每一扇門(mén)板與檔桿之間均設(shè)有減震橡膠墊，在門(mén)板開(kāi)啟時(shí)與兩側(cè)圍欄接觸的位置上也設(shè)有減震橡膠墊，防止合頁(yè)門(mén)開(kāi)啟后硬性碰撞圍欄。離開(kāi)通道的中央設(shè)有一防臥桿，可防止母豬躺在通道處睡覺(jué)，保持通道的暢通。安裝上述離開(kāi)通道以及出口門(mén)裝置的采食站，可用于未設(shè)置分離通道的養(yǎng)豬場(chǎng)，使養(yǎng)豬場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。若養(yǎng)豬場(chǎng)設(shè)有分離通道，則采食站的離開(kāi)通道可設(shè)計(jì)成不裝出口門(mén)的簡(jiǎn)單通道，但分離通道上需設(shè)置分離門(mén)裝置。

通過(guò)3年來(lái)的測(cè)試、應(yīng)用表明，9ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、功能實(shí)用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝移動(dòng)靈活、易于維護(hù)，主要技術(shù)和機(jī)械裝備已獲得中國(guó)發(fā)明專利或?qū)嵱眯滦蛯＠?ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)于2009年推出市場(chǎng)，現(xiàn)已列入我國(guó)農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼產(chǎn)品目錄，已被多家現(xiàn)代化規(guī)模養(yǎng)豬場(chǎng)購(gòu)置使用，工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、故障率低、性價(jià)比高，在生產(chǎn)中取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，推廣應(yīng)用前景廣闊。（本文作者：陳君梅、黃瑞森、劉德武、葉娟 單位：廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院、廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)）