新型多层楼房式猪舍智能化机械清粪系统的设计

佘德勇，卓明雪，刘 瑶，张瑞娜，汪 雅，左瑞华，王重龙

（1.皖西学院生物与制药工程学院，安徽 六安 237012；2.安徽国农数据科技有限公司，安徽 合肥 230088；3.安徽省农业科学院，安徽 合肥 230031）

我国是世界养猪大国, 生猪养殖规模与猪肉消费量均居世界第一[1]。近年来随着社会经济的发展，用于发展规模养殖业的土地资源越来越紧张。为合理利用有限的土地资源，促进生猪产业的可持续发展，楼房式猪舍逐渐为业界所接受。作为一种新的养猪模式，既节约用地，也便于进行生物安全管理[2]。但要实现这一目标，还需要在清粪、喂料、环控等环节提供配套工艺技术。文章重点阐述了楼房式猪舍中智能化机械刮板清粪工艺的设计与应用。

机械刮板清粪是替代传统人工清粪、水冲粪和水泡粪等清粪工艺的新型清粪工艺，新型清粪刮板采用智能化控制系统，可以人工设定猪舍每日清粪次数、清粪时间间隔，并能够实现设备故障报警等功能。它能够减少人与猪的接触，降低疾病传播的概率[3]；及时、有效地清除畜舍内的粪便、尿液，可以保持畜舍的环境卫生，降低舍内有害气体浓度；大幅度减少粪污清理过程中的用水，降低后续粪污处理的投入成本；合理的猪粪收集利用方式还可以大幅度减轻劳动强度，节约企业人工成本，并为业主增加可观的经济收入[4]。在楼房式猪舍中，由于不同楼层猪舍有高低落差,便于各楼层粪便污水的集中处理[5]，更能够发挥机械刮板清粪工艺的优势。

1 楼房式猪舍机械清粪工艺设计

以存栏10 400头育肥场为例，采用四层楼房式猪舍，大跨度小单元设计（见图1、图2），猪只全进全出，每层存栏育肥猪2 600头，长90 m，宽39 m，建筑面积3 510 m2；每层设计一条公共走道，余下分为12单元，每单元面积256 m2；每单元设计双列猪栏，每列宽度3 m，内走道宽1.1 m，存栏217头。育肥栏内采用水泥预制漏缝板或LFT漏缝地板。

图1 多层楼房式猪舍剖面图

楼房式猪舍设计中（见图2），刮粪板走向为从湿帘端向风机端，粪道有2%的坡降，以减小刮粪机工作过程中的阻力。湿帘设计于外墙上，公共走道设计于湿帘端，宽度为1.8 m。猪舍内水泥漏缝地板长度为3 m，粪道宽2.8 m，刮粪板的宽度为2.7 m，粪道两边各留0.05 m间隙以确保刮板顺利运行。楼房式猪舍单层层高4.1 m，粪道湿帘端深度为0.55 m，风机端深度为0.63 m。

二、三、四层猪舍粪便通过风机端的粪道落粪口落下，二、三、四层平面图如图3所示，落粪口设计如图4所示。漏斗形落粪口连接400 mm管径的落粪管，落粪管采用PE材质，用环形金属支架固定于楼房山墙，落粪管长度为3.1 m，伸入漏缝地板下方100 mm（见图5）。

在该设计中，总存栏育肥猪10 400头，以平均每头猪每日粪便10 kg计算，每天总共产粪便104 t，集粪池设计不少于3d的粪便量共计312 t,设计集粪池的容积为360 m3，设计池深4 m、长10 m、宽9 m。

图2 一层平面图

图3 二、三、四层平面图

图4 落粪管节点图

图5 粪便清理工艺节点图

2 机械清粪运行过程说明

机械刮板其运行原理是：刮粪板放置在漏缝地板的下方，与漏缝对板有一定的距离，每单元采用一拖二机械式刮板，由驱动电机通过钢丝绳带动刮粪板，运行时，A侧刮板工作将漏缝地板下的粪便刮到猪舍风机端的主粪沟，同时B侧刮板翘起，反向运动至猪舍水帘端；然后电机反向运转，B侧刮板工作，同时A侧刮板返回，如此往复循环工作，完成清粪（如图6）。

图6 刮板清粪工艺图

图7 多层楼房一层清粪工艺图

在该设计中，一层猪舍的粪便污水由刮粪板直接刮入风机端的主粪沟（图7）；二、三、四层粪便经由舍内刮板刮至落粪管后直接落到一层粪道斜坡，滑入主粪沟（图5）；主粪沟粪便再由其内一拖一刮粪机的刮板刮入集粪池。集粪池中粪便通过管道或专用机械转运至专门粪污处理场所处理。

3 智能化清粪设备的设备配置参数

该设计中，舍内刮板、主粪沟刮板驱动电机功率为2.2 KW减速电机，速比1:60，牵引绳为304不锈钢钢丝绳（ø=8 mm）；舍内刮粪板宽度为2.7 m、高0.2 m，主粪沟刮板宽度为0.9 m、高度为0.26 m，刮粪板均为304不锈钢材质。采用智能化控制模块设定运行程序，实现自动化运行。智能控制模块主要配置包括：stm32f103Rct6主控芯片，1602中文液晶显示器，DS1302时钟系统，16 cm×10 cm触摸面板，DZ47-25空气开关，CDS11-5电机保护器等，行程控制采用12 V电磁感应接近开关，LA3811-3手动/自动切换开关，ND16-22DS刮板运行指示灯。

4 讨论

4.1 猪场刮板清粪工艺的效果

刮板清粪已在我国的养禽场运行多年，作为当前我国猪场主流的清粪工艺之一，在众多猪场付诸实践，其突出的优点体现在：可完全取代人工清粪，大幅度减少规模猪场人工数量，并减少污水排放；通过智能化程序控制可以及时清除舍内粪便，提高猪舍内的空气质量[6-7]。进一步研究显示，每个单元内刮板清粪日启动两次可以满足猪舍空气环境质量要求[8]，促进猪群健康，从而促进养殖场综合效益的显著提升。

4.2 楼房式猪舍对智能化自动化工艺的需求

自动化、智能化的是现代猪场建设的必然趋势[9]。楼房式猪舍是土地资源紧缺地区养殖业主的重要选择，鉴于楼房养殖的规模化、高密度，不配套智能化、自动化的工艺装备，生产将难以进行，因此对于其配套的清粪、环控、喂料等工艺的研究显得尤为重要和迫切。

5 结论

此研究对现有相关科技成果进行集成创新，形成新型多层楼房式猪舍智能化机械清粪系统，并成功应用于养猪生产实践。关于楼房养殖机械清粪工艺的应用，目前也还有一些具体问题如：如何提高清粪设备的稳定性可靠性，如何提高舍内机械清粪的清除率等，还有待进一步研究解决。