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淺談母豬群養機械裝備的研發(fā)論文
在母豬管控工作站內根據飼喂規模設置若干采食站，采食站的進(jìn)口朝向母豬休息區，出口朝向封閉的分離通道。在采食站內設置RFID耳標的讀取裝置、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算機上。飼喂裝置與飼料輸送管道相連。在母豬管控工作站之間設置若干公豬站，在公豬站內放入公豬。公豬站朝向母豬休息區的方位上設置供母豬訪(fǎng)問(wèn)公豬的窗口，讓母豬和公豬可以相望并聞到氣息；在該位置上設置母豬發(fā)情信息射頻采集器，將所采集的不同母豬的訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間、頻率和停留時(shí)間信息發(fā)送給中央管理計算機。中央管理計算機記錄、分析母豬的發(fā)情指數，調整飼喂參數。在分離通道上設有分離門(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相通，讓正常母豬回到休息區。兩個(gè)通道的開(kāi)閉由一個(gè)選通門(mén)控制，而選通門(mén)由電機自動(dòng)控制。當母豬需要采食進(jìn)入采食站時(shí)，采食站內的耳標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)器或中央管理計算機，中央管理計算機根據母豬的身份、實(shí)時(shí)記錄的母豬各項信息和管理者設定的數據，分析母豬的身體狀況并運算出該豬需要的進(jìn)食量，繼而對下料控制器發(fā)出控制指令為該豬投放相應種類(lèi)和數量的飼料；同時(shí)向噴色裝置發(fā)出指令，對需要分離的母豬噴墨標記；母豬采食完畢后，離開(kāi)飼喂站時(shí)，計算機根據該母豬的信息自動(dòng)控制分離門(mén)裝置，選擇打開(kāi)哪條通道讓該母豬進(jìn)入休息區或隔離區。如此循環(huán)，實(shí)施對群養母豬的自動(dòng)化、智能化飼養管理。同時(shí)，系統獲取豬群的其他信息進(jìn)行統計運算，為養豬企業(yè)管理人員提供企業(yè)運營(yíng)分析所需的精確數據。
9ZMQ－128智能型母豬群養管理系統的高級機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，在采食站中需設計進(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)入通道由兩側的金屬管條和活動(dòng)側板圍成。通道的入口設有電動(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)啟和鎖止狀態(tài)，門(mén)鎖則控制活動(dòng)門(mén)能否被打開(kāi)�；顒�(dòng)門(mén)設有左右兩扇，每扇活動(dòng)門(mén)由轉軸桿、橫桿、輪桿、轉輪和擋塊組成，如圖4［4］所示。左邊活動(dòng)門(mén)通過(guò)其轉軸桿的兩端安裝在左邊門(mén)框的前側，右邊活動(dòng)門(mén)通過(guò)其轉軸桿的兩端安裝在右邊門(mén)框的后側。橫桿連接在轉軸桿的上端，長(cháng)度等于1/2通道的寬度，橫桿頂部設有擋塊。5根輪桿以相同的間隔固定在轉軸桿上，各輪桿的長(cháng)度相同且大于1/2通道寬度，小于通道寬度（若其長(cháng)度過(guò)短則容易卡住母豬身體），輪桿的自由端均裝有轉輪，轉輪的轉軸豎直設置，轉輪可自由轉動(dòng)。轉軸桿和橫桿所在的平面位于門(mén)框平面內，與各輪桿所在的平面成角度設置，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)鎖包括兩套相對設置的卡銷(xiāo)裝置、1個(gè)托板、1個(gè)托板桿，每套卡銷(xiāo)裝置包括直角梯形塊、支撐塊和轉軸等，如圖5［4］所示。直角梯形塊靠近下底邊的直角位處設有轉軸孔，靠近上底邊的斜角位處設有凸柱，直角梯形塊與支撐塊相對間隔平行設置，轉軸的一端固定在支撐塊上，另一端安裝在直角梯形塊的轉軸孔內，兩套卡銷(xiāo)裝置中的直角梯形塊的斜邊相對設置；托板安裝在每套卡銷(xiāo)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(xiāo)裝置的上方設有蓋板，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動(dòng)，托板桿的上半部分設有螺紋，在卡銷(xiāo)裝置的下面設有防護板，在防護板上設有金屬傳感器。門(mén)鎖控制器安裝在門(mén)鎖的上方，包括偏心輪、直流電機、控制杠桿、金屬探測器和紅外傳感器等，如圖6［4］所示。偏心輪位于控制杠桿后端部的正上方，偏心輪由直流電機驅動(dòng)�？刂聘軛U的前端部設有一通孔，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，螺絲可調節控制杠桿在托板桿上的相對位置，從而調節托板桿上下運動(dòng)的幅度�？刂聘軛U中部設有杠桿支點(diǎn)桿；控制杠桿的后端旁邊設有紅外傳感器，用于感應后門(mén)打開(kāi)的幅度，從而控制系統關(guān)門(mén)的時(shí)間。在直流電機上設有金屬探測器，金屬探測器用于檢測偏心輪轉動(dòng)的角度。進(jìn)入通道的后端上方設有噴色裝置，噴色裝置包括電機泵和若干墨盒，墨盒中裝有不同顏色的墨水，墨盒上設有噴嘴，電機泵連接墨盒。在進(jìn)入通道的后端可設置稱(chēng)重裝置以獲得母豬體重。
當采食站內未有豬只進(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，直角梯形塊繞轉軸旋轉，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(zhù)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)。當紅外傳感器感應到右邊的活動(dòng)門(mén)已經(jīng)離開(kāi)門(mén)鎖的控制區域時(shí)，控制系統啟動(dòng)直流電機工作，帶動(dòng)偏心輪轉過(guò)一個(gè)角度，使偏心輪的短徑部分接觸控制杠桿；當金屬探測器檢測到偏心輪轉動(dòng)了合適的角度后，控制系統使直流電機停止工作；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軸轉動(dòng)，門(mén)鎖處于鎖止狀態(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(zhù)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軸向上轉動(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，斜角再次繞轉軸向下轉動(dòng)，直到托板頂住凸柱，直角梯形塊不能再向下轉動(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，重復左邊活動(dòng)門(mén)的關(guān)門(mén)動(dòng)作，直至被完全鎖住。當采食站中的母豬吃完飼料離開(kāi)采食站后，控制系統將重新打開(kāi)門(mén)鎖，允許另一頭母豬進(jìn)入。當系統檢測到進(jìn)入采食站的母豬有異常情況時(shí)，噴色裝置上的電機泵將啟動(dòng)，驅動(dòng)墨盒，給異常母豬噴上某一的顏色，為后續的管理帶來(lái)方便。在母豬進(jìn)食過(guò)程中，稱(chēng)重裝置將測量母豬的體重并發(fā)送給中央管理計算機。
2飼喂裝置
飼喂裝置是9ZMQ－128智能型母豬群養管理系統的重要部分，用于自動(dòng)定量供給飼料，實(shí)現母豬單體精確飼喂。
飼喂裝置主要包括儲料漏斗、下料控制器、進(jìn)食料槽和支架等，如圖7［3］所示。飼喂裝置設有兩套儲料漏斗及其下料控制器，儲料漏斗安裝在支架上，每個(gè)儲料漏斗上方設有飼料輸送管道，當儲料漏斗中的飼料儲量低于某個(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料漏斗的出料口處。進(jìn)食料槽安裝在在支架下部的一側，進(jìn)食料槽上設有接料口與進(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。在進(jìn)食料槽的外側設有感應母豬RFID電子耳牌信息的天線(xiàn)和天線(xiàn)反射板，天線(xiàn)反射板用于防止信號干擾。進(jìn)食料槽旁的支架上設置有供水管，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)食料槽的內側壁上。下料控制器是智能型母豬群養管理系統的核心機械部件，優(yōu)化設計的關(guān)鍵是自動(dòng)計量和精確供料。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成，如圖9［5］所示。在轉軸上均布著(zhù)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徑相等，隔板、環(huán)體葉輪與外殼同軸安裝在外殼內，隔板安裝在外殼的頂部。轉軸從上而下穿過(guò)隔板的中心通孔，安裝在環(huán)體葉輪的中心軸孔內，下端穿過(guò)外殼底部的中心通孔伸出外殼，上端位于儲料漏斗的下部。轉軸通過(guò)傳動(dòng)皮帶由電動(dòng)機驅動(dòng)。進(jìn)料口、下料口和配料格的形狀大小相同。進(jìn)料口與下料口錯開(kāi)對稱(chēng)設置，環(huán)體葉輪靜止時(shí)進(jìn)料口與下料口分別對應于一個(gè)配料格。環(huán)體葉輪的轉動(dòng)通過(guò)脈沖控制方式來(lái)控制，從而實(shí)現環(huán)體葉輪每次停止時(shí)，下料口與進(jìn)料口分別完整對應于一個(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。
當配帶有RFID耳標的母豬進(jìn)入采食站的進(jìn)食料槽旁時(shí)，進(jìn)食料槽外側的感應天線(xiàn)立刻感應該母豬的身份信息并發(fā)送給中央管理計算機；中央管理計算機根據母豬的身份、各種生理信息、進(jìn)食次數和管理者設定的數據等運算出該豬當次需要的飼料種類(lèi)和飼喂量，并傳輸給中間控制器；中間控制器把該飼喂量轉換成控制電機轉動(dòng)需要的脈沖數，從而控制電機轉動(dòng)，帶動(dòng)下料控制器旋轉；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)化設計的特點(diǎn)是，可針對母豬不同生理階段的需要供給兩種不同的飼料；儲料漏斗安裝位置較低，可人工加料，更適合國內情況；在食槽一側安裝自動(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的圍欄上，柵欄門(mén)與一側的圍欄鉸接，在對應的另一側圍欄上設有截止柵欄門(mén)轉動(dòng)的擋塊，擋塊內側設有減震皮帶�；匚粡椈傻膬啥税惭b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的圍欄上，每一扇門(mén)板與拉桿2之間均設有回位彈簧。檔桿橫跨并固定在通道兩側的圍欄之間，每一扇門(mén)板與檔桿之間均設有減震橡膠墊，在門(mén)板開(kāi)啟時(shí)與兩側圍欄接觸的位置上也設有減震橡膠墊，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，可用于未設置分離通道的養豬場(chǎng)，使養豬場(chǎng)結構簡(jiǎn)單化。若養豬場(chǎng)設有分離通道，則采食站的離開(kāi)通道可設計成不裝出口門(mén)的簡(jiǎn)單通道，但分離通道上需設置分離門(mén)裝置。
通過(guò)3年來(lái)的測試、應用表明，9ZMQ－128智能型母豬群養管理系統總體方案設計合理、技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化程度高、功能實(shí)用、結構簡(jiǎn)單、安裝移動(dòng)靈活、易于維護，主要技術(shù)和機械裝備已獲得中國發(fā)明專(zhuān)利或實(shí)用新型專(zhuān)利。9ZMQ－128智能型母豬群養管理系統于2009年推出市場(chǎng)，現已列入我國農機購置補貼產(chǎn)品目錄，已被多家現代化規模養豬場(chǎng)購置使用，工作可靠、運轉穩定、故障率低、性?xún)r(jià)比高，在生產(chǎn)中取得了較好的經(jīng)濟效益，推廣應用前景廣闊。
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