規模化禽畜飼養智能喂料系統的設計

□ 陳冠定 □陳銀清 □鄭澤鈿 □李 凱 □李 寧

1.廣東石油化工學院 機電工程學院 廣東茂名 5250002.廣東省茂名市高級技工學校 廣東茂名 525000

1 設計背景

當前,普通的禽畜飼養方式已經不能滿足市場的需求,禽畜飼養正在向集成化、規模化、智能化方向發展。隨著智能化時代的到來,禽畜飼養的技術水平不斷提高,自動給料、清糞,以及通過物聯網技術、大數據分析等手段來飼養禽畜,是禽畜飼養智能化發展的必然趨勢[1]。

喂料是禽畜飼養的重要步驟,對于豬等主要家畜,目前我國普遍使用干料喂養。干料喂養易產生粉塵,容易引發禽畜呼吸道疾病,而且投放飼料的量也不夠準確,可能造成飼料嚴重浪費,剩余飼料還可能產生污染問題。國外大量禽畜飼養場已經使用智能化喂料系統,但飼喂設備價格昂貴,并且相關技術對我國進行封鎖,智能喂料目前在國內還沒有發展起來。

規模化、智能化是禽畜飼養行業的發展趨勢,目前國內禽畜飼養場中,中、小規模禽畜飼養場占大多數。筆者針對規模化禽畜飼養,設計了智能喂料系統,采用三菱可編程序控制器作為控制核心,將螺旋推出機構作為干料計量推出機構,由電磁閥控制注水量,通過攪拌桿攪拌,可以很好地完成定時、定量飼料喂養任務。這一規模化禽畜飼養智能喂料系統相對于目前的干料喂料方式而言,具有制造方便、成本低、結構簡單等優點,有助于推動禽畜飼養向智能化方向發展。

2 總體框架

規模化禽畜飼養智能喂料系統總體框架如圖1所示,包括機械控制系統和智能控制系統兩大部分。

▲圖1 規模化禽畜飼養智能喂料系統總體框架

機械控制系統由螺旋推出機構、攪拌機構、注水機構及其它機構組成,智能控制系統以三菱可編程序控制器為核心,包括硬件和軟件部分。

3 工作流程

規模化禽畜飼養智能喂料系統工作流程如圖2所示,具體包括干料下料、定量注水、干料浸泡、攪拌、喂料等。

▲圖2 規模化禽畜飼養智能喂料系統工作流程

4 定量下料系統

在規模化禽畜飼養智能喂料系統中,定量下料系統的總體布局如圖3所示。

▲圖3 定量下料系統總體布局

定量下料系統的最終目的是完成飼料投放,包括干料下料和注水攪拌兩大功能。其中,干料下料由干料料斗、步進電機和螺旋推出機構共同完成。干料下料的原理為,原禽畜飼養場的干料刮板機構輸送干料，使干料進入干料料斗；步進電機帶動螺旋推出機構轉動，智能控制系統通過控制步進電機使螺旋推出機構轉過一定轉數,實現干料的精確定量下料。注水機構由一個常閉的電磁閥控制,通過控制電磁閥打開的時間長短來實現定量注水。采用螺旋推出機構實現干料下料,并由電磁閥控制實現定量注水,具有結構簡單、下料精確度高等特點,并且由可編程序控制器進行控制,設計觸摸屏,操作方便靈活,系統的智能化、自動化程度高[2-3]。

5 總裝結構

規模化禽畜飼養智能喂料系統的總裝結構如圖4所示。

▲圖4 規模化禽畜飼養智能喂料系統總裝結構

6 關鍵技術

規模化禽畜飼養智能喂料系統的關鍵技術包括螺旋推出機構、送料筒、干料料斗、注水噴頭等。采用螺旋推出機構推出干料,通過控制步進電機達到干料精確定量下料,由電磁閥控制定量注水[4],系統總體結構簡單,分布合理,維護方便。

6.1 螺旋推出機構

禽畜飼料屬于無黏性小顆粒物料,對此，螺旋推出機構設計為有軸螺旋輸送機構。選用實體螺旋葉片,螺旋體采用等螺距水平放置,減小整機高度。送料筒高度較低,兩端安裝軸承支撐。螺旋推出機構結構如圖5所示。

▲圖5 螺旋推出機構結構

螺旋體通過兩端軸承安裝在軸承座上,軸承座與送料筒通過四根螺釘牢固連接。送料筒上部有一個進料口,下部有一個出料口。螺旋體是螺旋推出機構實現干料精確定量下料的核心部件,由螺旋葉片和螺旋軸兩部分構成。干料從送料筒上部的進料口加入,從送料筒下部的出料口送出,螺旋體一端與步進電機相連。智能控制系統通過調節步進電機使螺旋推出機構轉過一定轉數,實現干料的定量下料[5-7]。

6.2 送料筒

考慮螺旋體和送料筒的制造與裝配精度,送料筒的內徑應稍大于螺旋體的直徑,使兩者之間有一定的間隙。螺旋體和送料筒的制造與裝配精度越高,間隙可以越小。適當留有間隙，有利于減小螺旋推出機構的磨損和動力消耗。經試驗,間隙取2～4 mm最為適宜。設計螺旋體的長度時,要考慮進料的誤差補償,即在開始計量時要保證干料充滿螺旋體,這樣就需要在螺旋葉片與出料口之間留有一定距離。送料筒結構尺寸如圖6所示。

▲圖6 送料筒結構尺寸

6.3 干料料斗

干料料斗用于儲備一定量的干料,通過干料輸送機構進行補充,通過螺旋推出機構定量下料。干料料斗側面開上下兩個孔,用于安裝判別干料料斗裝料程度的傳感器。為了防止飼料因結塊而不能順暢落下,干料料斗上半部分設計為圓柱形，下半部分設計為圓錐臺,壁錐面的傾斜角為45°。干料料斗結構尺寸如圖7所示。

▲圖7 干料料斗結構尺寸

6.4 注水噴頭

注水噴頭的作用是注水與清洗。注水噴頭四周均勻分布16個直徑為2 mm的通孔,通孔噴出水流,除完成注水工作外,還可以沖刷攪拌筒的筒壁[8-9]。

7 硬件組成

規模化禽畜飼養智能喂料系統的硬件組成見表1,其中,三菱可編程序控制器是智能控制系統的核心。

8 軟件流程

規模化禽畜飼養智能喂料系統中,智能控制系統的硬件是執行件,所有信息由軟件進行發布,信息的傳遞則由程序實現[10]。系統的軟件流程如圖8所示。

表1 規模化禽畜飼養智能喂料系統硬件

▲圖8 規模化禽畜飼養智能喂料系統軟件流程

9 結束語

筆者設計了規模化禽畜飼養智能喂料系統,有效融合了信息化、自動化技術。

經試驗應用,這一系統計量準確,各項參數均可以滿足要求,可靠性高,達到預期的目的。這一智能喂料系統經濟、實用,智能化程度高,適用于中、小規模禽畜飼養場。后續可以設計專用的智能移動電話應用程序和專屬觸摸屏,實現在移動手機上進行喂料遠程操作,方便快捷。針對大規模禽畜飼養場,還可以將智能喂料系統融入現代互聯網大數據系統中,設計專用中央控制系統,進行實時遠程調控。