傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)在奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)的應(yīng)用

文/王 波 李小明

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院）

隨著大眾消費(fèi)觀念的升級(jí)，對(duì)羊奶制品需求的不斷增加，以及國(guó)家的政策扶持和畜牧養(yǎng)殖技術(shù)與裝備的快速發(fā)展，我國(guó)奶山羊產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展軌道，奶山羊養(yǎng)殖方式已由傳統(tǒng)的庭院式分散養(yǎng)殖逐步向適度規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，一批萬(wàn)只、千只規(guī)模的奶羊養(yǎng)殖場(chǎng)相繼建成[1]。在這種規(guī)模化奶羊場(chǎng)中，先進(jìn)的飼喂設(shè)備、環(huán)境控制設(shè)備以及糞污處理設(shè)備等被有效地利用，大大提升了養(yǎng)殖業(yè)綜合發(fā)展水平，進(jìn)而提高了羊奶產(chǎn)量。其中，作為直接影響奶山羊產(chǎn)奶量的飼喂技術(shù)及裝備，是奶羊養(yǎng)殖場(chǎng)運(yùn)營(yíng)工作的重中之重。目前，我國(guó)奶山羊規(guī)模化養(yǎng)殖主要采用舍飼TMR方式，并配備運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，配套的主流飼喂設(shè)備為牽引式TMR飼喂車[2]。在當(dāng)前國(guó)家大力倡導(dǎo)畜牧業(yè)智能化發(fā)展的大背景下，傳送帶式飼喂系統(tǒng)憑借其顯著的智能、高效、降耗、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，近幾年在國(guó)內(nèi)肉牛、奶牛、肉羊養(yǎng)殖場(chǎng)等有了成功的嘗試。

1 系統(tǒng)組成

傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)基于TMR飼喂技術(shù)，利用傳送帶將攪拌好的飼料傳送至畜舍內(nèi)，完成飼喂工作。如圖1所示，系統(tǒng)主要由固定式TMR設(shè)備、模塊化填料設(shè)備、精料塔和多種功能的傳送帶單元以及飼喂管理軟件系統(tǒng)組成。其中，填料設(shè)備用來(lái)存放干草、青貯飼料等粗飼料，模塊化的設(shè)計(jì)方便用戶根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展；傳送帶根據(jù)功能需求分為提升式、運(yùn)輸式與舍內(nèi)撒料式3種類型；飼喂管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)各組成設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)同控制，同時(shí)可通過(guò)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更便捷的牧場(chǎng)飼喂管理。

2 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)飼喂養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)，在奶山羊的日糧配方中，粗飼料應(yīng)高于飼料干物質(zhì)的50%，主要為青貯玉米、苜蓿干草、禾本科秸稈等[3]，而對(duì)精料需求較少，當(dāng)?shù)剞r(nóng)副產(chǎn)品如花生秧、花生殼（陜西關(guān)中）等亦是經(jīng)濟(jì)飼料的有效來(lái)源[4]，模塊化填料單元可高效完成這些飼料組分的暫存與投放；舍內(nèi)傳送帶對(duì)羊舍的建筑結(jié)構(gòu)需求較低，2 m的飼喂通道寬度即可滿足設(shè)備的安裝、使用，與傳統(tǒng)的TMR飼喂車需4 m的飼喂通道寬度相比，能夠顯著降低建筑成本；系統(tǒng)運(yùn)行均由電力驅(qū)動(dòng)，節(jié)省能耗成本，避免TMR飼喂車產(chǎn)生廢氣與噪聲污染，大幅提高了飼喂工作的自動(dòng)化智能化水平，節(jié)省人力成本；智能化的控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，能夠根據(jù)不同的分群種類設(shè)定相應(yīng)的飼料配方，通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)組成設(shè)備的運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)各個(gè)分群多次小份飼料飼喂，避免剩料、霉變等問(wèn)題，在提高羊只體況、提升產(chǎn)奶量的同時(shí)，節(jié)省飼料成本，更使得奶羊養(yǎng)殖場(chǎng)管理數(shù)據(jù)如飼料配方信息、飼喂群組信息、飼喂時(shí)間信息、設(shè)備運(yùn)行信息等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和有效利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息化和數(shù)字化的奶羊養(yǎng)殖場(chǎng)運(yùn)營(yíng)[5～6]。

3 應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)的應(yīng)用方案設(shè)計(jì)是以牧場(chǎng)場(chǎng)區(qū)的平面規(guī)劃圖為依據(jù)，基于飼料輸送合理性、高效性、經(jīng)濟(jì)性等原則，從各畜舍的分布和養(yǎng)殖數(shù)量情況、飼喂模式、分群情況、飼料區(qū)的位置等方面綜合考慮，完成飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置選取、主傳送帶走向路徑的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)各組成設(shè)備的選型與數(shù)量確定等內(nèi)容。本文將以陜西地區(qū)某3 000 只規(guī)模化奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)為例，進(jìn)行傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)的配置方案設(shè)計(jì)。

3.1 飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置選取

飼料準(zhǔn)備區(qū)，也稱為飼料廚房，固定式TMR、填料設(shè)備等其它飼料組分添加設(shè)備均安裝于其中。選取適合的飼料準(zhǔn)備區(qū)位置，將有利于降低設(shè)備運(yùn)行成本，提高系統(tǒng)工作效率。一般來(lái)說(shuō)，為了便于鏟車為填料設(shè)備填料，以及縮短精料塔上料時(shí)間，飼料準(zhǔn)備區(qū)應(yīng)位于飼料區(qū)附近，盡可能接近青貯窖、干草庫(kù)以及精料塔。另外，由于主傳送帶要通過(guò)飼料準(zhǔn)備區(qū)輸出飼料，因此在飼喂廚房位置選取時(shí)還要從節(jié)省飼料輸送時(shí)間和設(shè)備成本角度，確定飼料廚房中合適的主傳送帶輸出的開(kāi)口方向。

3.2 主傳送帶走向路徑的設(shè)計(jì)

完成攪拌的飼料，在飼料準(zhǔn)備區(qū)內(nèi)經(jīng)提升傳送帶提升至外部主傳送帶，并由主傳送帶分送至各羊舍，完成飼喂工作。主傳送帶的走向路徑設(shè)計(jì)主要基于飼料輸送的時(shí)效性和節(jié)省設(shè)備資金投入的原則。在奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)中，常見(jiàn)的羊舍布局為線性分布或雙列分布。在雙列分布時(shí)，主傳送帶可設(shè)計(jì)為居中走向；在萬(wàn)只規(guī)模及以上的奶羊養(yǎng)殖場(chǎng)中，可通過(guò)配置2 條主傳送帶來(lái)提高飼料輸送效率。本例中，羊群規(guī)模為3 000 只，配置羊舍6棟，線性分布，如圖1所示，主傳送帶位于羊舍一端，飼料被主傳送帶運(yùn)輸至羊舍中門位置時(shí)，飼料流在重力作用下由主傳送帶落入舍內(nèi)傳送帶，并在推料換向裝置作用下落至飼喂面上。

3.3 系統(tǒng)主要設(shè)備選型與數(shù)量確定

系統(tǒng)主要組成設(shè)備包括固定式TMR和填料設(shè)備，兩者容量選型與數(shù)量確定以畜群的飼喂數(shù)量和飼喂模式為依據(jù)。本例羊群規(guī)模為3 000頭，按照日產(chǎn)奶量約4 kg的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，飼喂量平均以5 kg/只·天計(jì)算[7]，全群每天所需飼喂量為15 t，約54 m3（TMR混合飼料以280 kg/m3計(jì)算，干草捆以210 kg/m3計(jì)算）。

3.3.1 固定式TMR容量選型與數(shù)量確定

圖1 傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)示意圖

表1不同日飼次數(shù)與每次飼喂量

表2 填料設(shè)備容量與日填料次數(shù)

固定式TMR的容量選型與數(shù)量確定，應(yīng)基于全群日飼量、日飼次數(shù)以及分群情況。按照全群日飼量54 m3的實(shí)際需求，不同日飼次數(shù)所對(duì)應(yīng)的每次飼喂量如表1所示。由表1可知，隨著日飼次數(shù)的增加，所需攪拌機(jī)容量相應(yīng)減少。另外，對(duì)于該養(yǎng)殖場(chǎng)，分群一般為泌乳羊、青年羊、干奶羊等，而每個(gè)分群類型羊群的每次飼喂量小于整群的每次飼喂量。基于以上考慮，在本例中確定日飼次數(shù)為5 次，配套1 臺(tái)容量為8 m3的固定式TMR攪拌裝置，實(shí)現(xiàn)多次小份飼喂。

3.3.2 填料設(shè)備的容量選型與數(shù)量確定

填料設(shè)備用于暫存粗飼料如青貯料、干草料等，根據(jù)飼喂管理系統(tǒng)中各群組的飼料配方，向固定式TMR中自動(dòng)投放相應(yīng)重量的飼料組分。此類設(shè)備的選型和數(shù)量應(yīng)基于奶山羊的日糧配方和填充次數(shù)來(lái)確定。根據(jù)日產(chǎn)奶量約4 kg的標(biāo)準(zhǔn)，奶山羊全群日糧配方中青貯玉米、干草、精料平均重量分別為2.5 kg、1.0 kg 、1.5kg，比例為5:2:3，不同生長(zhǎng)階段的群組會(huì)做微調(diào)。因此，根據(jù)每次飼料攪拌量為8m3計(jì)算，則每次飼料所需青貯料體積 （m3）與干草料體積（m3）為：

選取更大的填料設(shè)備，每日粗飼料填充次數(shù)就越少，鏟車油耗低，勞動(dòng)力成本降低，但是設(shè)備購(gòu)置成本提高；反之則填充次數(shù)增加，鏟車油耗提高，勞動(dòng)力成本增加。因此在填料設(shè)備容積的選取時(shí)，還應(yīng)兼顧各類成本的影響因素。如表2所示，在日飼次數(shù)5 次的前提下，與固定式TMR攪拌裝置配套選取的填料設(shè)備容量和日填料次數(shù)。基于表中數(shù)據(jù)可知，本例選取20 m3（青貯料）和13 m3（干草料）的填料設(shè)備各1 套，每日由鏟車填充1 次即可滿足使用要求。

4 運(yùn)營(yíng)成本的對(duì)比分析

從人力成本和能耗成本2 個(gè)方面，對(duì)比分析傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)和牽引式TMR飼喂車在本例奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)中應(yīng)用的運(yùn)營(yíng)成本，以此來(lái)說(shuō)明該系統(tǒng)在規(guī)模化奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

市場(chǎng)上的羊用TMR機(jī)械一般分4 m3（或5 m3）、9 m3等[8]。對(duì)于本例奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)，為了滿足日飼5 次的要求，需要配置2 臺(tái)4 m3的TMR飼喂車，每臺(tái)需要配備1 名司機(jī)，共2 名；同時(shí)，每2 棟羊舍需1名飼喂維護(hù)人員負(fù)責(zé)各畜舍的巡視，因此對(duì)于牽引式TMR飼喂模式來(lái)說(shuō)，該奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)負(fù)責(zé)飼喂工作的人員共需5 人。而對(duì)于傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)，由管理系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)各系統(tǒng)設(shè)備完成飼喂工作，且多次飼喂的方式也避免了因飼料剩余而產(chǎn)生的清理工作，因此只需要“3 人組模式”，即1 人負(fù)責(zé)填料設(shè)備、精料塔等的上料，1 人負(fù)責(zé)對(duì)控制系統(tǒng)的操作，1 人負(fù)責(zé)各羊舍的設(shè)備檢修和常規(guī)巡視。在能耗方面，該奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)使用牽引式TMR飼喂車進(jìn)行日飼5 次的飼喂工作，每臺(tái)飼喂車全天工作時(shí)間約為7 h，一般4 m3的飼喂車需約30 馬力的拖拉機(jī)牽引，2臺(tái)日油耗量90 L[9，10]；對(duì)于傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)，各設(shè)備均由電力驅(qū)動(dòng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，日耗電量約為120 度。

表3 2種飼喂設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比

由表3所示的兩種不同飼喂設(shè)備的運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比可知，與牽引式TMR飼喂車相比，傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)的應(yīng)用可為該奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)節(jié)省工人2 人，按照當(dāng)?shù)孛棵と嗣磕昶骄べY4 萬(wàn)元的標(biāo)準(zhǔn)，則該奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)全年飼喂工作人工工資支出可節(jié)省8 萬(wàn)元；在每日能耗方面，基于目前工業(yè)電價(jià)0.8 元/度，柴油價(jià)格5.3 元/L，2 種飼喂設(shè)備每日能耗費(fèi)用分別為477 元和96 元，則每年的飼喂工作能耗費(fèi)用差約為14 萬(wàn)元。因此，使用傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)能夠?yàn)樵撃躺窖蝠B(yǎng)殖場(chǎng)的飼喂工作每年節(jié)省約22萬(wàn)元。當(dāng)羊場(chǎng)規(guī)模更大時(shí)，2 種飼喂設(shè)備應(yīng)用的運(yùn)營(yíng)成本差異則更加明顯。

5 小結(jié)

通過(guò)在陜西地區(qū)某3 000 只規(guī)模化奶山羊養(yǎng)殖場(chǎng)的傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)配置方案設(shè)計(jì)，完成了飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置選取，并根據(jù)場(chǎng)區(qū)羊舍布局完成了主傳送帶走向路徑的設(shè)計(jì)。

基于全群飼喂模式選取了容積為8 m3的固定式TMR1 臺(tái)，容積為20 m3（青貯料）和13 m3（干草料）的填料設(shè)備各1 臺(tái)。

通過(guò)與牽引式TMR飼喂車運(yùn)營(yíng)成本的對(duì)比，傳送帶式智能飼喂系統(tǒng)的應(yīng)用可為該奶山羊每年節(jié)省人力成本約8 萬(wàn)元，能耗成本約14萬(wàn)元，共計(jì)約22 萬(wàn)元，因此應(yīng)用該設(shè)備具有顯著的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)。C