多功能一体化犊牛饲喂装备的设计与研制

高 凯，黄有竹，李字辉，段爱国

（1.新疆至臻化工工程研究中心有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆生产建设兵团第一师16团农业发展服务中心；3.新疆生产建设兵团第一师农机技术推广站）

0 引言

当前，我国犊牛饲喂大部分依靠人工经验，该方式在一定时期解决了犊牛的饲喂问题，但随着我国畜牧业的不断发展，由于人工饲养方式受工人技术水平影响大，易出现常乳加工质量差、饲喂量不能按需精确供给等未严格按照犊牛养殖要求进行饲喂的问题[1]，同时人工饲喂流程繁琐、劳动强度大、饲喂效率低，大大制约了规模化畜牧养殖。

目前，德国优本（Urban）公司[2]研制了电脑控制的宝拉和阿尔玛型号的犊牛自动饲喂机，其中宝拉型犊牛饲喂机由搅拌罐、加热器、吸吮器及动态监控系统等构成，可完成犊牛的自动饲喂以及饲喂过程监控；阿尔玛机型可实现饲喂过程吸吮嘴中牛奶的连续供给，并可完成搅拌罐、奶嘴以及管道的自动清洗。美国奶牛养殖单位的犊牛养殖主要利用移动式奶桶、犊牛自动饲喂机等技术装备，将酸化乳或代乳等饲喂物料提供给犊牛进行自由采食[3-4]。张海芸等人研制了一种多头等量给料式犊牛饲喂站,满足了多头犊牛同时饲喂的要求[5]。

在犊牛饲喂过程中，饲喂效率、饲料质量以及饲喂环境卫生都是犊牛科学化喂养的重要指标。因此，本文针对现有人工犊牛饲喂存在的常乳饲料加工质量差、饲喂效率低、耗时耗力等问题，结合相关学者的研究[5]，研制了一种集加工、消毒、饲喂、清洗、控制等多功能于一体的犊牛饲喂装备，为高效、科学、精细化犊牛饲喂奠定基础。

1 装置总体设计

多功能一体化犊牛饲喂装备主要包括常乳加工水浴循环装置、常乳加工搅拌装置、饲喂站清洗装置以及控制模块单元等，系统整体结构如图1。

图1 犊牛饲喂装备整体结构图

多功能一体化犊牛饲喂装备主要用于常乳的加工、为犊牛提供采食空间、装置清洗消毒以及装置功能驱动控制等。其中，常乳加工水浴循环装置用于常乳的储存、加热介质水的储存与输送；常乳加工搅拌装置用于常乳加工过程的搅拌，保证加工过程均匀、稳定；饲喂站主要为犊牛提供采食空间以及识别检测器件的定位和安装等；清洗装置用于饲喂结束后对常乳加工搅拌装置、常乳储料内桶以及部分输奶管道进行清洗；控制模块单元主要用于犊牛精确饲喂过程中各执行机构的精确控制，保证犊牛精确饲喂过程中各环节的有序进行。

2 关键装置的设计

2.1 常乳加工水浴循环装置

基于常乳水浴加工方式设计的常乳加工水浴循环装置主要由水循环外桶、加工储料内桶、进奶口、进水口、出水口、出气口等组成，常乳加工水浴循环装置总体结构如图2。

图2 常乳加工水浴循环装置结构图

常乳加工水浴循环装置工作过程中，通过升温加热、高温保持、降温冷却以及饲喂温度保持来完成犊牛采食常乳的加工。其中升温加热过程首先向加工储料内桶中加入原料奶，然后利用水泵向水循环外桶泵水，利用触摸屏进行加热温度、冷却温度等参数设置，进而由加热装置对水循环外桶水进行加热，当牛奶温度达到设定温度时停止加热，升温加热阶段结束；高温保持过程主要将加热到最高温度后的牛奶按照设定温度保持一定时间；降温冷却过程利用水循环外桶的冷水对加工储料内桶中牛奶进行降温，排出的热水流入温水储存箱，进行二次利用；当常乳温度降至设定冷却温度值时，完成常乳的加工。犊牛饲喂过程中，为保证饲喂效果，将常乳温度始终保持在犊牛适宜饮用的温度值。常乳加工过程中，升温加热与高温保持实现对原料奶的灭菌，降温冷却与饲喂温度保持实现适于犊牛饮用温度常乳的加工。

2.2 饲喂站

饲喂站主要由称重平台、吸吮器、行进护栏以及检测部件安装板等组成，如图3。为确保每次只进入一头犊牛，避免采食过程中的抢食以及其他牛只干扰，依据犊牛身宽，确定饲喂站宽度为40 cm；为保证犊牛个体识别准确性，结合试验牛场犊牛电子标签佩戴位置（佩戴在犊牛右耳），读写器安装位置确定为饲喂站右侧方，距离吸吮器安装板25 cm，高度为75 cm。

图3 饲喂站结构简图

2.3 清洗装置

清洗装置主要由清洗喷头和水泵等组成，用于犊牛饲喂结束后的加工储料内桶及管道清洗消毒，结构如图4。清洗过程通过在加工储料内桶中依次加入酸性及碱性清洗剂，利用清洗喷头以及搅拌装置对加工储料内桶的内壁进行冲洗，清洗结束后将水泵出，同时对管道内壁进行清洗。按照泵送水的速度要求（q不低于11.5 L/min），水泵电机选用750 W、额定转速2 830 r/min的三相异步电动机作为驱动电机。

图4 清洗装置示意

3 犊牛饲喂装备试制与试验

本文在完成关键技术研究基础上进行了样机的技术集成与试制。该系统主要针对规模化牛场的犊牛精确饲喂，可完成饲喂过程的常乳加工、犊牛个体识别与常乳精确投饲等功能，单批次加工量150 L，整机功率20 kW。犊牛饲喂装备技术参数如下：

该装置在石河子市121团中心牛场进行了性能试验，如图5。结果显示，该装置提高了饲喂效率、降低了人工成本、设备性能稳定，解决了当前犊牛饲养人工劳动强度大、卫生安全条件无法保障、自动化程度低等问题，实现了杀菌加工—搅拌—饲喂—清洗流程机械化作业，实现了犊牛饲喂的高效化、科学化、精确化、自动化作业。

图5 犊牛饲喂装备现场试验

4 结论

本文针对人工饲喂流程繁琐、劳动强度大、效率低、质量差等突出问题，研制了一种多功能一体化犊牛饲喂装备，通过模块化设计思想，整合常乳加工水浴循环装置、常乳加工搅拌装置、饲喂站以及清洗装置以及控制模块单元等，实现了加工、消毒、饲喂、清洗、控制一体化精细犊牛饲喂作业，解决了当前犊牛饲养人工劳动强度大、卫生安全条件无法保障、自动化程度低等问题，为犊牛精细化、高质量饲喂养殖奠定了基础。