手持式兔舍清理器的設計與研究

呂媛媛 王金生 戴佳榮 耿嘯

1、山東工程職業技術大學交通工程學院 2、濟南易恒技術有限公司

引言

隨著經濟社會的發展，人們生活水平的提高，長期食用高脂肪、高熱量、高能量的食品引起“四高”（高血壓、高血糖、高血脂、尿酸高）一系列慢性疾病的人群越來越多。一些低脂肪、高蛋白的食品兔肉隨之進入大眾視野。兔肉不僅味道鮮美，而且還具有美容功效，更受到女性朋友的青睞。廣大養殖戶為了迎合市場的需求，不斷擴大養殖規模。

經過調查，隨著我國政策的改變，以家庭自養自食為主養兔模式正逐步被規模化、集成化的養殖場所替代。養殖場的規模已經由十年前的幾百只發展到幾千只，甚至更多。養兔數量的增多勢必會給養殖戶的清理工作帶來一定麻煩。傳統清理兔舍全靠人力來進行清理，這種清理方式已經不再適應廣大養殖業主的需求。自動化已經成為養殖業的必然發展趨勢[1]。現如今市場上出現自動飲水器、自動喂料機等一系列自動化程度較高、更加方便養殖的產品，大大減少了養殖業主的勞動和時間成本。尤其是兔舍自動清理器的使用，更是省時省力。但是目前市面上已經使用的自動清理器大多適用于新型兔舍，而很多養殖場為了節省養殖成本，他們不愿意將傳統的水泥兔舍舍棄，仍采用水泥兔舍進行養殖。這些兔舍自動清理器無法滿足傳統水泥兔舍的清理工作，長期以來仍然依靠人力完成。這樣不僅費時費力，而且易導致人畜呼吸疾病和寄生蟲的傳播[2]。而且兔舍的空間不僅狹小，立體高度層次復雜，整體長度不均勻，而且對噪音的要求比較高。據有關資料顯示，近幾十年來，我國禽畜養殖業年均增長9.9%[3]，規模化養殖業的迅速發展，對畜禽舍房的清理工作也提出了新的挑戰。本設備就是在這種情況下萌生的，秉承以人為本的理念，方便養殖戶的使用，以達到經濟和社會效益雙贏的目的，本文作者設計出一款手持式兔舍清理器。該種清理器具有重量輕、體積小、運用靈活等優點。

1 設計原理

兔舍由籠門、后墻、籠底板、承糞板、側壁、和三角板組成。籠門一般是鐵制籠門或由水泥鋼筋砌合而成；后墻上有若干個通風條狀豎格，用于兔舍通風；籠底板是實心板；承糞板上同樣有若干個條狀豎格，目的是為了方便兔子的排泄物排出；側壁是用于支撐兔舍的實體板。三角板是一個斜度為15°的實心板，目的是為了方便兔子排泄物向后方滑落。兔舍所使用的材料是水泥板。手持式兔舍清理器是在籠底板、承糞板及三角板圍成的狹小空間內進行工作的。如圖1 所示。

圖1 兔舍的結構簡圖

本設備在電動推桿的基礎上進行改造。整體結構如圖2 所示，總長700mm，寬400mm，高180mm，推板最大伸出長度為550mm。電機作為動力源，將電機的旋轉運動轉變成為電動推桿的直線往復運動[4]，電動推桿與推板聯接，將電動推桿的直線往復運動轉變成為推板的直線往復運動，進而實現自動推糞功能。

圖2 手持式兔舍清理器結構圖

2 零件選型

2.1 動力裝置

一般情況下，發情期和哺乳期的家畜對聲音有一定的敏感性。過大的噪聲會使得發情期的雌、雄性情緒不穩定，降低受孕概率。即使能夠受孕也會對后代產生不良影響。噪聲對于哺乳期的家畜會造成驚嚇，導致奶量減少，哺乳欲望下降。對于幼崽來說，會導致發育遲緩、抵抗力下降、成活率降低。因此在選型過程中，噪聲也是考慮的重要因素之一。動力裝置采用24V/100W 永磁直流無刷電機驅動，其噪聲小，體積小，動力強勁，啟動電流小，工作穩定。由于兔舍的清理需要不斷地更換工作區域，為了方便工作，將采用24V、10ah 鋰蓄電池為其供電。該電池供電穩定，能有效防止不穩定電流對設備的傷害。可為本設備持續供電3～4 小時。

2.2 傳動裝置

傳動裝置采用電動推桿。由于本設備工作區域比較狹小，且需要人工進行更換工作地點，這就要求電動推桿重量輕、體積小。所以在電動推桿的選型上選用電動螺桿式推桿。電動螺桿式推桿最大推/拉力：3KG／2KG。能滿足每周清理一次的需求。

2.3 執行裝置

清理器的執行部件是推板。推板的作用是將兔舍下的糞便清理干凈。推板的設計靈感來源于推土機，它能夠有效地將承糞板上的糞便和其他雜質進行清除，甚至一些與承糞板粘連較為嚴重的異物清理起來也十分奏效。推板與電動推桿依靠圓柱銷進行連接，這種連接方式便于清理器的維護與保養。其結構如圖3 所示。

圖3 推板

2.4 控制裝置

控制裝置采用電器開關控制，在設備內部設置過載自動保護裝置，當清理器工作行程達到極限位置或者超過最大推力時，設備將會自動停止工作，防止電機及其它機件損壞。同時本設備增加限位開關和自恢復保險電路，進一步提高產品使用安全性。在手柄設計上，考慮人性化設計，方便用戶操作，其手柄橫截面形狀設計為橢圓形，減少握持阻力，提高工作舒適性。

本設備將電動推桿電機、蓄電池及相關電路等安裝在殼體內，殼體輕巧、靈活。經設計，清理器主要技術參數有：工作幅寬400mm，自重2.3KG，功率0.1kw，工作行程550mm，進給速度250mm/s。工作幅寬和工作行程能夠滿足標準籠舍的需求，也可以根據養殖業主的需求進行定制加工。自重2.3KG 符合人機工程，在正常成年人承重范圍內，長時間工作也能維持較好的體力。根據進給速度與形成計算，單次作業的時間在3s 左右。結合續航時間計算出每臺設備一次充電能可以完成3500 個兔舍的清理，能滿足大部分養殖業主的需求。如果養殖規模在5000 只以上，可以通過增加備用電池或者增加勞動力的方法來滿足需求。

3 工作過程

蓄電池為永磁直流無刷電機提供電能，永磁直流無刷電機將電能轉化為動能，驅動電動推桿做直線往復運動，電動推桿與執行部件推板聯接，推板將糞便從承糞板前端推至后端，直至推離承糞板，當電動推桿到達最大工作行程后，推板隨著電動推桿返程，完成一次清理工作。

4 設備維護與保養

設備每次使用完后使用清水沖洗推板和圓柱銷，防止污垢對其腐蝕。電動推桿定期涂抹潤滑油。建議每季度或每使用20次保養一次。另外注意備用一些易損件，例如按鈕、電池適配器、備用電池等。

5 結語

通過對手持式兔舍清理器的整體設計和研究表明，該清理器具有以下特點：一是本設備結構緊湊、重量輕、體積小、工作平穩、噪聲小。二是單人即可操作，勞動強度小。三是適應范圍廣，通用性強，既可以滿足家庭式小型農戶的需求，也可滿足中小型傳統水泥兔舍養殖場。同樣可適用于與其類似的雞舍、豬舍或鴿舍等其他舍群的清理。解決了傳統水泥兔舍只能靠人工清理的問題。雖然有諸多優點，但是該設備仍然是建立在一定的人力勞動基礎之上的，沒有實現完全自動化，無法滿足大規模以及超大規模的集約養殖。因此超大型養殖業主在兔舍建立初期就應該進行更加系統、科學的設計，使養殖業成為科技含量較高的產業。