一种仔猪智能饲喂器的研制与试验
时间：2023-02-17 16:05:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王开云，高彦玉，边 峰，罗土玉，钟伟朝，周昆乐，邓事特，邓华胜
（1.广东省现代农业装备研究所，广东 广州 510630；
2.农业农村部华南现代农业智能装备重点实验室，广东 广州 510630；
3.广东广兴牧业机械设备有限公司，广东 广州 510520）
养猪业在我国畜牧业生产中占有十分重要的地位，做好养猪生产对于发展农业经济、改善人民生活、支援国家社会主义建设，均有十分重要的意义[1]。仔猪是发展养猪生产的基础。仔猪阶段是生长最快、发育最强烈、饲料利用率最高、生产成本最低、开发潜力最大的时期[2]。在养猪生产中，普遍存在断奶应激现象，降低断奶应激是仔猪饲养管理的关键[3]。由于采用人工湿料饲喂费时费力，也易造成浪费，特别是随着养猪生产朝着规模化发展，人工湿料饲喂方式显然无法满足生产需求。目前，规模猪场应用较多的自动饲喂设备包括干湿料槽，猪采食时可以同时在与料槽相连的水槽饮水，试验证明,干湿喂料器对减少饲料损耗、防止猪患呼吸道疾病有很好的效果[4-5]，洪奇华等[6]人的结果也表明应用干湿料槽显著提高仔猪日采食量、日增重。不过在猪只贪玩过度拱动下料机构的情形时，料槽会下料过多，造成过多的饲料掉入旁边的水中相混，长时间容易滋生细菌、饲料变质。
随着现代技术的发展，智能化湿料饲喂设备[7]应运而生，并开始逐渐推广应用，猪场应用效果表明，智能化湿料饲喂设备自动为猪只提供湿料，提高猪只采食量，促进了猪只生长[8-12]，不浪费饲料从而节省了饲料费用，提升猪场经济效益，应用前景非常广阔[13-14]。但是在猪场实际应用过程中，还有一些问题亟待解决，比如设备操作较复杂、下料和下水量不够稳定、饲料（特别是粉料）结拱问题等[15]。
仔猪智能饲喂器由储料桶、料槽、下料装置、破拱装置、水阀及出水口、下水下料触碰及料位感应装置、监控装置等组成，如图1 所示，总体设计采用模块化设计，运行可靠，维护方便。储料桶内设置破拱装置，破拱装置的螺旋构件下端与下料装置转轴相连，下料装置下方设置料槽，出水口位于料槽上方。仔猪智能饲喂器以机械本体为硬件基础，以智能控制为软件支撑，实现饲料和水按合适比例精准投放。
图1 仔猪智能饲喂器
2.1 储料桶
储料桶为半锥形设计，锥形桶壁倾角为66°，出料口直径为130 mm，有利于饲料朝下料口流动，减少饲料与桶壁摩擦，容积设计为80 L 左右，可以装至少50 kg 饲料，满足40 头断奶仔猪1 天的饲料量。
2.2 下料装置
下料装置由电机、饲料挡板、转轴、推料杆组成，如图2 所示，电机为24 V/30 W 直流电机，饲料挡板为圆形，通过卡扣固定在储料桶下端内壁上，饲料挡板与内壁的间隙为3～4 mm 左右，推料杆两端折弯朝上，置于饲料挡板上与转轴相连，监控装置接收到下料信号时，启动电机，通过转轴带动推料杆转动，将饲料挡板上的饲料从与储料桶内壁的间隙推入料槽，在推料杆转动推料时，推料杆两端折弯朝上的设计有利于破坏饲料结拱结构。
图2 下料装置
2.3 破拱装置
破拱装置设计位于储料桶内半锥形侧，由螺旋机构、震动机构组成，如图3 所示，螺旋机构包括螺旋上升构件、轴套，震动机构包括锤杆、导向套环、破拱横杆。螺旋上升构件与轴套相连，轴套固定在下料装置转轴下端，随转轴而转动，螺旋上升构件在旋转过程中，可以由前端开始逐渐抬高位于螺旋上升构件上方的饲料，进而破坏饲料的内部应力结构。同时，当饲料上升到一定高度，便会在重力的作用下从螺旋上升构件的后端下落；
锤杆的下端在重力作用下与螺旋上升构件的上表面滑动触接，当螺旋上升构件旋转时，锤杆随着旋转由前端滑动至后端，锤杆和与锤杆相连的破拱横杆高度上升，破拱横杆可以破坏饲料和储料桶内壁的接触，使饲料掉落。当锤杆从螺旋上升构件的后端上掉下来时，锤杆的自重会形成冲量，与固定在储料桶内壁的导向套环进行冲撞，从而形成震动脉冲，也可以破坏饲料的结拱应力结构。
图3 破拱装置
2.4 下水下料触碰及料位感应装置
下水下料触碰及料位感应装置包括触碰开关、料位感应装置，如图4 所示。当猪只用鼻子拱动碰杆时，就会产生触碰信号传递给监控装置，监控装置判断产生触碰信号的次数，当次数达到后，驱动下料装置电机转动下料和水阀开启下水，当料槽有一定的水和饲料时，位于料槽上方的料位感应探头通过接触到水料而检测到电阻变化，产生信号传递给监控装置，监控装置从而判断料槽有料，此时猪只再拱动碰杆也不会下水下料。
图4 触碰及料位感应装置
2.5 监控装置
监控装置是饲喂器的控制部件，主控芯片为Cortex-M3 内核主流微控制器，其硬件控制框图如图5 所示。该装置通过控制面板设置参数，总共有3 个按键“设置/确认”、“+”、“-”，操作简单，按“设置/确认”键进行参数设置、确认，按“+”和“-”键进行参数调整，可以控制下水下料量、下料间隔、饲喂时段，如图6 所示。在饲喂时段内，仔猪拱动下料下水触碰开关时，监控装置控制下料装置电机和水阀开启下水下料，下水下料后进入下料间隔时间；
在下料间隔时间内，猪只拱动触碰开关不下水下料；
下水量和下料量可以根据猪只数量和大小控制，同时料位感应探头控制料槽饲料量，当判断料槽饲料超量时，猪拱动触碰开关不下水下料，直至料槽饲料耗尽，实现了猪只饲养过程少食多餐，杜绝浪费。控制流程见图7。
图5 硬件控制框图
图6 控制面板
图7 控制流程图
3.1 试验材料与方法
试验饲料为断奶仔猪饲料（粉料），主要成分为玉米豆粕型配合饲料。测试工具包括电子称（量程0～5 kg，精度为0.1 g）和500 ml 量筒。
1）破拱试验。准备2 台饲喂器样机，1 台带破拱装置，1 台不带破拱装置，2 台机均装满饲料。用人工模拟采食的方式，拱动碰杆下料，当过了下料间隔，就再次拱动碰杆下料，直至拱动碰杆不再下料为止。试验重复5 次，观察比较2 台机下料结拱情况。
2）下料稳定性试验。将带破拱装置饲喂器样机储料桶内饲料保持在充满系数为70%左右，拱动碰杆下料，称取下料量，试验重复20 次，计算下料量变异系数，计算公式如式（1）所示：
式中：
CV1——变异系数，%；
S1——下料量标准差，g；
X1——下料量平均值，g。
3）下水稳定性试验。在做下料稳定性试验同时，开展下水稳定性试验，用量筒量取下水量，试验重复10 次，计算下水量变异系数，计算公式如式（2）所示：
式中：
CV2——变异系数，%；
S2——下水量标准差，ml；
X2——下水量平均值，ml。
3.2 试验结果与分析
1）破拱试验。为了测试破拱装置破拱效率，比较装满粉料情况下2 台饲喂器样机（其中1 台带破拱装置）下料结拱情况。5 次试验，不带破拱装置饲喂器均出现结拱现象，即饲喂器储料桶内有饲料但是拱动碰杆，下料装置转动但出料口不下料，结拱率100%，而带破拱装置饲喂器5 次试验均不存在结拱现象。从5 次试验的结果表明，通过破拱装置可以很好破坏粉状饲料所造成的结拱，使得储料桶内饲料能够流畅地落入料槽内，保证猪只持续稳定采食。
2）下料稳定性试验。下料稳定性试验用来确定下料装置下料的稳定性，20 次下料的试验数据如表1 所示。经计算，20 次下料的平均值为483.6 g，标准差为17.9 g，变异系数为3.7%。本试验结果表明，仔猪智能饲喂器下料装置采用推料杆式，每次的下料量均比较稳定，变异较小，与本试验结果相似，在出料口直径110 mm、料斗倾角65°和充满系数65%的情况下，采用拨片下料结构的保育猪饲喂器样机的下料量变异系数为3.62%[16]。
表1 下料量试验数据
3）下水稳定性试验。下水稳定性试验用来确定出水口水量的稳定性，10 次下水的试验数据如表2所示。经计算，10 次下料的平均值为305.6 ml，标准差为4.97 ml，变异系数为1.6%。本试验结果表明，仔猪智能饲喂器水阀单次下水多次重复情况下，下水比较稳定，变异较小，与本试验结果相似，针对妊娠母猪的智能饲喂器水阀下水量变异系数在4%以内[17]。
表2 下水量试验数据
为降低仔猪断奶应激，提高饲料适口性，提升断奶仔猪生产效率，本文设计了一款仔猪智能饲喂器，主要结论如下：
1）开发设计了一款集下料下水装置、破拱装置、下水下料触碰及料位感应装置、监控装置于一体的仔猪智能饲喂器，通过控制面板设置参数，可以控制饲喂时段，自动实现饲料和水的准确投放，还可以感应料槽内料量，避免料槽饲料过多导致浪费。
2）通过饲喂器破拱试验表明，饲喂器破拱装置可以很好地破坏粉状饲料所造成的结拱，使得储料桶内饲料能够流畅地落入料槽内，保证猪只能够持续稳定采食；
下料和下水稳定性试验表明，饲喂器下料和下水稳定，下料和下水变异系数分别为3.7%和1.6%，变异系数较小，可以很好地控制饲喂器每次的下料和下水量。
