规模化禽畜饲养智能喂料系统的设计

□ 陈冠定 □陈银清 □郑泽钿 □李 凯 □李 宁

1.广东石油化工学院 机电工程学院 广东茂名 5250002.广东省茂名市高级技工学校 广东茂名 525000

1 设计背景

当前,普通的禽畜饲养方式已经不能满足市场的需求,禽畜饲养正在向集成化、规模化、智能化方向发展。随着智能化时代的到来,禽畜饲养的技术水平不断提高,自动给料、清粪,以及通过物联网技术、大数据分析等手段来饲养禽畜,是禽畜饲养智能化发展的必然趋势[1]。

喂料是禽畜饲养的重要步骤,对于猪等主要家畜,目前我国普遍使用干料喂养。干料喂养易产生粉尘,容易引发禽畜呼吸道疾病,而且投放饲料的量也不够准确,可能造成饲料严重浪费,剩余饲料还可能产生污染问题。国外大量禽畜饲养场已经使用智能化喂料系统,但饲喂设备价格昂贵,并且相关技术对我国进行封锁,智能喂料目前在国内还没有发展起来。

规模化、智能化是禽畜饲养行业的发展趋势,目前国内禽畜饲养场中,中、小规模禽畜饲养场占大多数。笔者针对规模化禽畜饲养,设计了智能喂料系统,采用三菱可编程序控制器作为控制核心,将螺旋推出机构作为干料计量推出机构,由电磁阀控制注水量,通过搅拌杆搅拌,可以很好地完成定时、定量饲料喂养任务。这一规模化禽畜饲养智能喂料系统相对于目前的干料喂料方式而言,具有制造方便、成本低、结构简单等优点,有助于推动禽畜饲养向智能化方向发展。

2 总体框架

规模化禽畜饲养智能喂料系统总体框架如图1所示,包括机械控制系统和智能控制系统两大部分。

▲图1 规模化禽畜饲养智能喂料系统总体框架

机械控制系统由螺旋推出机构、搅拌机构、注水机构及其它机构组成,智能控制系统以三菱可编程序控制器为核心,包括硬件和软件部分。

3 工作流程

规模化禽畜饲养智能喂料系统工作流程如图2所示,具体包括干料下料、定量注水、干料浸泡、搅拌、喂料等。

▲图2 规模化禽畜饲养智能喂料系统工作流程

4 定量下料系统

在规模化禽畜饲养智能喂料系统中,定量下料系统的总体布局如图3所示。

▲图3 定量下料系统总体布局

定量下料系统的最终目的是完成饲料投放,包括干料下料和注水搅拌两大功能。其中,干料下料由干料料斗、步进电机和螺旋推出机构共同完成。干料下料的原理为,原禽畜饲养场的干料刮板机构输送干料，使干料进入干料料斗；步进电机带动螺旋推出机构转动，智能控制系统通过控制步进电机使螺旋推出机构转过一定转数,实现干料的精确定量下料。注水机构由一个常闭的电磁阀控制,通过控制电磁阀打开的时间长短来实现定量注水。采用螺旋推出机构实现干料下料,并由电磁阀控制实现定量注水,具有结构简单、下料精确度高等特点,并且由可编程序控制器进行控制,设计触摸屏,操作方便灵活,系统的智能化、自动化程度高[2-3]。

5 总装结构

规模化禽畜饲养智能喂料系统的总装结构如图4所示。

▲图4 规模化禽畜饲养智能喂料系统总装结构

6 关键技术

规模化禽畜饲养智能喂料系统的关键技术包括螺旋推出机构、送料筒、干料料斗、注水喷头等。采用螺旋推出机构推出干料,通过控制步进电机达到干料精确定量下料,由电磁阀控制定量注水[4],系统总体结构简单,分布合理,维护方便。

6.1 螺旋推出机构

禽畜饲料属于无黏性小颗粒物料,对此，螺旋推出机构设计为有轴螺旋输送机构。选用实体螺旋叶片,螺旋体采用等螺距水平放置,减小整机高度。送料筒高度较低,两端安装轴承支撑。螺旋推出机构结构如图5所示。

▲图5 螺旋推出机构结构

螺旋体通过两端轴承安装在轴承座上,轴承座与送料筒通过四根螺钉牢固连接。送料筒上部有一个进料口,下部有一个出料口。螺旋体是螺旋推出机构实现干料精确定量下料的核心部件,由螺旋叶片和螺旋轴两部分构成。干料从送料筒上部的进料口加入,从送料筒下部的出料口送出,螺旋体一端与步进电机相连。智能控制系统通过调节步进电机使螺旋推出机构转过一定转数,实现干料的定量下料[5-7]。

6.2 送料筒

考虑螺旋体和送料筒的制造与装配精度,送料筒的内径应稍大于螺旋体的直径,使两者之间有一定的间隙。螺旋体和送料筒的制造与装配精度越高,间隙可以越小。适当留有间隙，有利于减小螺旋推出机构的磨损和动力消耗。经试验,间隙取2～4 mm最为适宜。设计螺旋体的长度时,要考虑进料的误差补偿,即在开始计量时要保证干料充满螺旋体,这样就需要在螺旋叶片与出料口之间留有一定距离。送料筒结构尺寸如图6所示。

▲图6 送料筒结构尺寸

6.3 干料料斗

干料料斗用于储备一定量的干料,通过干料输送机构进行补充,通过螺旋推出机构定量下料。干料料斗侧面开上下两个孔,用于安装判别干料料斗装料程度的传感器。为了防止饲料因结块而不能顺畅落下,干料料斗上半部分设计为圆柱形，下半部分设计为圆锥台,壁锥面的倾斜角为45°。干料料斗结构尺寸如图7所示。

▲图7 干料料斗结构尺寸

6.4 注水喷头

注水喷头的作用是注水与清洗。注水喷头四周均匀分布16个直径为2 mm的通孔,通孔喷出水流,除完成注水工作外,还可以冲刷搅拌筒的筒壁[8-9]。

7 硬件组成

规模化禽畜饲养智能喂料系统的硬件组成见表1,其中,三菱可编程序控制器是智能控制系统的核心。

8 软件流程

规模化禽畜饲养智能喂料系统中,智能控制系统的硬件是执行件,所有信息由软件进行发布,信息的传递则由程序实现[10]。系统的软件流程如图8所示。

表1 规模化禽畜饲养智能喂料系统硬件

▲图8 规模化禽畜饲养智能喂料系统软件流程

9 结束语

笔者设计了规模化禽畜饲养智能喂料系统,有效融合了信息化、自动化技术。

经试验应用,这一系统计量准确,各项参数均可以满足要求,可靠性高,达到预期的目的。这一智能喂料系统经济、实用,智能化程度高,适用于中、小规模禽畜饲养场。后续可以设计专用的智能移动电话应用程序和专属触摸屏,实现在移动手机上进行喂料远程操作,方便快捷。针对大规模禽畜饲养场,还可以将智能喂料系统融入现代互联网大数据系统中,设计专用中央控制系统,进行实时远程调控。