一种水陆两用自动投饵机设计与试验研究

2017-09-15张继业胡福良郑琴冯燕付斌

中国水产 2017年9期

文/张继业胡福良郑琴冯燕付斌

一种水陆两用自动投饵机设计与试验研究

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自动投饵机是提高饲料利用率，降低养殖成本的重要设施。为解决小型池塘的投饲浪费，提高工厂化养殖水平，设计研发出一种新型的水陆两用自动投饵机。根据其工作原理，对投饵机的供料装置、高压流体装置、饵料释放装置和控制系统进行了设计与分析，采用高压流体作为供料能源，管道作为输送机构，混料释放仓作为撒料装置，PLC3系统作为控制器，并按要求制作了样机进行投喂试验。结果表明，该投饵机可以实现底部投喂，投饲深度和投饲距离具有可调性，可以满足不同池塘的需求；投饲的同时还具有增氧的作用。较传统投饵机，该投饵机具有减少饲料浪费，优化鱼类摄食环境，减少局部缺氧的优点，适合现代化渔业养殖的推广和应用。

近年来，我国水产养殖业有了很大的发展。随着对水库、湖泊等大水域环境的重视，池塘和工厂化养殖占据了主导地位。饲料是水产养殖中最重要的投入品，因此，投饲是水产养殖中最重要的步骤，且饲料投喂技术是否合理直接影响到养殖效果和环境生态。在我国水产养殖生产中普遍使用传统单片机控制的小型自动投饵机。该投饵机价格便宜，适合一般的池塘，但因其投饵量小、人工成本高等不利条件，难以满足高密度水体养殖的大量投喂和自动化投喂。因此，有必要开发适合不同水体的自动投饵设备，进一步提升水产养殖机械化、自动化水平。

1986年挪威开始使用自动投饵系统结合音响集鱼系统养殖鳕鱼幼鱼。随着自动化技术的推进，国外研究者研发出一种将图像、视频处理和嵌入式技术相结合的投饲检测系统，可实现判断残饵量和自动投饵一体化，大大降低人工劳动量；计算机与投饵机的结合，实现了饲料投喂的自动化、智能化及远程遥控。在小型水体养殖中，英国根据不同的饵料生产了一款螺旋轴可更换的螺旋给料小型投饵机，通过控制螺旋进给时间进行定量。澳洲生产的小型投饵机则通过有线网控制电磁铁拉动方式进行饲料的投喂。

借鉴国外的先进技术，国内也针对自动投饵机开展了大量的研发工作，目前主要的研究成果包括工厂化养殖自动投饵系统，深水网箱自动投饵系统，基于PLC或MCGS的网箱自动投饵系统、气力投饲系统、海洋牧场远程监控投饵系统和基于视觉技术的智能投饵系统。这些自动投饲机在一定程度上提高了饲料的利用率，降低了人工投入。但未投入批量生产且普遍价格偏高。综合国内对投饵机的研究，相比国外，还存在一些不足：（1）针对特定养殖模式和对象的自动投饵机的研发少（2）投饵系统软件开发较为落后（3）投饵机智能化程度较低。

中国市面上的自动投饵机，根据投饵装置大致可以分为3类：（1）不使用动力的抛撒装置，其工作原理是利用饵料自然下落遇障碍物碰散开进行投饲。这种装置一般应用于投饵面积较小的大水面养殖中。（2）使用空气动力的装置，使用管道和高速流动的空气把饵料输送到投饵点，遇障碍物碰散开进行远距离投饵。这种装置应用于环境较特殊的网箱养殖或工厂化养殖中。（3）使用电机和圆盘为动力的装置，饵料接触电机带动的圆盘时进行抛洒，这类自动投饵机主要用于池塘养殖中。这些投饵机都是从空中进行饵料抛洒，且目前投喂的大都是浮性料，鱼类需到水面进行摄食，不利于特殊鱼类和环境条件下的养殖。为了克服特殊鱼类和特殊环境的投喂方式的不足，作者在普通自动投饵机的基础上，设计研发了一种结构简单、实用性强的水陆两用自动投耳机，可用于深水、浅水和陆地投放饵料，满足多样化、生态化的水产养殖投饵需求。

一、投饲机的组成及其工作原理

该自动投饵机主要由送料仓、高压流体生成器、高压流体喷仓、负压仓、混料仓和混合料释放仓等结构组成。送料机构位于负压仓的上面，通过导料管与负压仓相通；高压流体喷仓位于负压仓一侧，混料仓位于另一侧（图1）。投饵机长52cm，宽52cm，高78cm，功率120W，可承载50kg～80kg饲料。

投饵原理：高压流体生成器提供流体动力，输出的高压流体由高压流体喷仓喷出，经负压仓进入混料仓，此时负压仓内为负压，同时饵料在吸引力作用下从饵料仓经导管送入负压仓，饵料在负压作用之下跟随高压流体进入混料仓，饵料与高速、高压的流体在混料仓中混合，然后由混合料释放仓释放饲料进入

图1.水陆两用自动投饵机结构示意图

二、投饲机的设计

1.供料装置

该投饵机的供料装置包括饵料仓和设置于饵料仓下方的分料仓。分料仓的出料口与导料管连通。饵料仓主要用于储存饵料，分料仓的作用在于控制投饵量。饵料仓与分料仓之间设置有一个隔板，隔板上设置有一个振动器，振动器通过一个控制器控制其间隔时间和频率，实现对投饵量的控制。此外，控制器还用于控制高压流体生成器的运行和停机。控制器设置于饵料仓顶部内侧，当然也可以设置于室内其它便于操作的地方。导料管的长度可根据养殖水体的深度进行调节，适用于各种深度的养殖水体。

在饵料仓的出料口处设置有一个光敏传感器（型号HL340HP、HL504HP），用于判断饵料是否用完。当饵料投完时，光敏传感器向控制器发出延时停机信号，控制器将在几分钟之后控制高压流体生成器停机，工作人员可根据实际需要选择继续向饵料仓加饵料或者关闭本系统结束投料。停机瞬间，负压仓和导料管内压强由负压变为正压，与水压平衡。水越深，负压与正压间的压力差越大。延时停机的目的主要是利用该压力差，将混料仓和混合料释放仓内的残余饵料处理干净。在导料管内设置有缓冲板，用于在深水作业时，防止高压流体生成器停机时的内压力瞬间变化导致水冲进饵料仓。

2.高压流体装置

高压流体装置包括高压流体生成器、导流管、压力控制阀和泄压阀。高压流体生成器为水泵或气流泵，根据养殖投饵需求确定水泵或气流泵功率的大小。另外，水泵或气泵分别输出的都是对养殖鱼类及水质无污染的液体或气体。在导流管与高压流体喷仓之间设置有一个压力控制阀，可根据实际投饵量，通过压力控制阀调节流体压强，使本系统更为灵活的适用于不同类型的饵料及投饵环境。压力控制阀还与一泄压阀连接，该泄压阀可将多余的压力释放，使高压流体喷仓内保持一个平衡的实用压力。

3.饵料投放装置

该自动投饵机的饵料投放装置由负压仓、混料仓及混合料释放仓组成。高压流体装置和供料装置分别通过导流管和导料管向负压仓提供高压流体和饵料，两者在混料仓中混合后，经混合料释放仓投放入水体。混合料释放仓呈发射状，可增大饵料的投放范围，扩增鱼类的摄食空间。混料仓的长度可根据需在养殖水体投饵的位置进行调节，增加了投饵的灵活度。

高压流体装置和供料装置与饵料投放装置分体设置，饵料投放装置可以置于水下，而高压流体装置和供料装置可以置于水上，因此该投饵机可适用于深水、浅水及陆地投饵工作，减少在网箱、流水养鱼池等小水体的投饵浪费，实用性强。

三、软件设计

如图2，高压流体生成器连接有PLC3控制器，通过无线通信模块和网络远程控制端连接再与主控机相连接。主控机即工业控制计算机，采用DELL/280P-01、H280P-01型号；无线通信模块可采用zigbee无线通信模块或AMBER WIRELESS型无线收发器模块；网络远程控制端主要是手机、平板计算机或台式计算机。主控机通过PLC3控制器控制高压流体生成器操控投饵机投料。网络远程控制端的连接，可实现远程控制投饵机投料。主控机和网络远程控制端还分别连接有PLC1控制器和PLC2控制器。其中，PLC1控制器主要用于控制饵料仓库分料定量控制，PLC2控制器用于控制饵料运输控制，将饵料按需送入各饵料仓中。通过PLC智能控制系统，远程控制由若干个水陆两用投饵机组成的投饵系统，所有水陆两用投饵机共用一个饵料仓库、分料仓和高压流体生成器，实现工厂化养殖（图3）。

图2.水陆两用投饵机系统软件设计图

4-高压流体生成器，20-饵料仓库，21-分料仓图3.水陆两用投饵机工厂化养殖场示意图

四、样机试验

1.试验材料

试验材料：渔牌自动投饲机（STLZ-120A，佛山市南海渔愉鱼水产服务有限公司），自制水陆两用自动投饲机，浮性颗粒饲料，福尔马林溶液，350g～450g的患孢子虫病的鲤鱼6400kg、350g～450g正常鲤鱼6,400kg。采用鱼儿乐溶氧传感器（SF-206，南京禄辉物联科技有限公司），池塘内循环养殖水泥槽6个（图4，其中C、D流水槽重复利用编号分别为E、F）。图中，A-D为池塘内循环养殖水泥槽，C/E为同一水流槽，D/F为同一水泥槽，箭头为流水方向。

图4.样机试验所用流水槽

2.样机试验

该自动投饵机按照设计制造和组装调试后，于2016年7月10日，在四川省仁寿县清水镇金白渔业专业合作社池塘内循环养殖槽（22m×5m×2.2m）（水温28℃±2℃）内进行了水下投饵试验。在A水泥槽设置普通自动投饵机对照组，B水泥槽设置水陆两用自动投饵机试验组，两个槽内分别投放正常鲤鱼6400kg。在饵料仓中装入同一品牌的浮性颗粒饲料70kg。同时启动投饵机，进行投饵，观察饲料的抛洒、鲤鱼的吃食情况和水面饲料残留量。

此外，为了测试水陆两用投饵机的增氧作用，在循环水养殖池塘的相邻C、D两个流水槽中，放养相同规格和密度的患有孢子虫病的鲤鱼6400kg。关闭进水口推水风机，C流水槽中开启水陆两用投饵机但不投饵，D流水槽中不开，用福尔马林按100 ppm浓度全池泼洒，计时观测流水槽中溶氧的变化；在另外相邻的E、F两个流水槽中，不投放养殖鱼类，打开推水风机，E池实验组开启水陆两用投饵机但不投饵，F池对照组不开投饵机，计时30分钟观测流水槽中溶氧的变化。

3.试验结果及分析

（1）投饵试验

通过2个多月的投饵试验和观察，结果表明，投饵机运行平稳，工作安全可靠，实现了从池塘底部对鲤鱼进行投喂。当两台投饵机同时启动后，可以明显看到A池对照组自动投饵机中的饲料呈弧形向外抛撒，范围广；鲤鱼快速扎堆聚在饲料抛洒范围内或跃出水面抢食，激起大面积水花；池塘埂及临近池塘中有大量饲料落入；饲料从投饵机中喷洒时产生很大的噪声。相比对照组，B池实验组水陆两用投饵机投饵时，基本不见养殖鱼类浮在水面摄食，水面并未出现鱼类因抢食而引起的浪花，只有暗流涌动；一定深度水面下，可见鱼类的摄食行为与从水面抛洒投喂的不同。

养殖鱼类在水下正常游动过程中摄食上浮的饲料，没有出现鱼类扎堆抢食的现象，减少了鱼群在摄食过程中产生的碰撞、挤压、刺伤等不良影响。开动自动投饵机至停止自动投饵机期间，只可听到轻微的由该自动投饵机发出的噪音，推测其可适用于翘嘴红鮊等性情急躁的鱼类养殖。投喂的饵料一般都是膨化饲料，当饲料从水体底部喷出后，吸水膨胀上浮，中下层及底部鱼类无需上游至水面进行摄食，可以避免因日照、鸟类和人为活动等不良因素对鱼类摄食造成的干扰，可实现生态、稳定的良性摄食；对于长吻鮠、鲟鱼等口下位或口亚下位的鱼类，饲料从水体底部自下而上，更利于其摄食活动的进行，大大提高了饲料利用率。未被摄食的饲料，会浮至水面，投喂一段时间后，饲养者可以直接观察到水面上漂浮饲料的量的多少，从而判断投喂的饲料是否满足养殖鱼类的摄食。

（2）增氧作用验证试验

耐药实验中，开启该自动投饵机后，较对照组观察到有明显的浪花从池塘底部往水面涌出（图5）。D池对照组中鲤鱼20分钟左右开始大量浮出水面，游动缓慢；C池开启了底部投饵机的实验组，鲤鱼出现浮头的时间比D池晚30分钟～40分钟。推测本文所述的水陆两用自动投饵机在投料的同时具有一定的增氧作用。在不投放养殖鱼的流水槽E、F中，对照组F池内溶氧在30分钟内基本不变，实验组E池内溶氧呈先增加后减少的趋势，在10分钟时增加到最大值。分析产生此现象的原因为，在推水风机的作用下，水流发生交换，水体内的溶氧会因此出现波动，在短时间内可呈现增加趋势；流水槽只占整个水域的小部分，当槽内的水体大部分被交换后，水中的溶氧会降低，因此一段时间后，流水槽中的溶氧会和槽外的大水域的溶氧保持一致（图6）。