多功能一體化犢牛飼喂裝備的設計與研制

高 凱，黃有竹，李字輝，段愛國

（1.新疆至臻化工工程研究中心有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆生產建設兵團第一師16團農業發展服務中心；3.新疆生產建設兵團第一師農機技術推廣站）

0 引言

當前，我國犢牛飼喂大部分依靠人工經驗，該方式在一定時期解決了犢牛的飼喂問題，但隨著我國畜牧業的不斷發展，由于人工飼養方式受工人技術水平影響大，易出現常乳加工質量差、飼喂量不能按需精確供給等未嚴格按照犢牛養殖要求進行飼喂的問題[1]，同時人工飼喂流程繁瑣、勞動強度大、飼喂效率低，大大制約了規模化畜牧養殖。

目前，德國優本（Urban）公司[2]研制了電腦控制的寶拉和阿爾瑪型號的犢牛自動飼喂機，其中寶拉型犢牛飼喂機由攪拌罐、加熱器、吸吮器及動態監控系統等構成，可完成犢牛的自動飼喂以及飼喂過程監控；阿爾瑪機型可實現飼喂過程吸吮嘴中牛奶的連續供給，并可完成攪拌罐、奶嘴以及管道的自動清洗。美國奶牛養殖單位的犢牛養殖主要利用移動式奶桶、犢牛自動飼喂機等技術裝備，將酸化乳或代乳等飼喂物料提供給犢牛進行自由采食[3-4]。張海蕓等人研制了一種多頭等量給料式犢牛飼喂站,滿足了多頭犢牛同時飼喂的要求[5]。

在犢牛飼喂過程中，飼喂效率、飼料質量以及飼喂環境衛生都是犢牛科學化喂養的重要指標。因此，本文針對現有人工犢牛飼喂存在的常乳飼料加工質量差、飼喂效率低、耗時耗力等問題，結合相關學者的研究[5]，研制了一種集加工、消毒、飼喂、清洗、控制等多功能于一體的犢牛飼喂裝備，為高效、科學、精細化犢牛飼喂奠定基礎。

1 裝置總體設計

多功能一體化犢牛飼喂裝備主要包括常乳加工水浴循環裝置、常乳加工攪拌裝置、飼喂站清洗裝置以及控制模塊單元等，系統整體結構如圖1。

圖1 犢牛飼喂裝備整體結構圖

多功能一體化犢牛飼喂裝備主要用于常乳的加工、為犢牛提供采食空間、裝置清洗消毒以及裝置功能驅動控制等。其中，常乳加工水浴循環裝置用于常乳的儲存、加熱介質水的儲存與輸送；常乳加工攪拌裝置用于常乳加工過程的攪拌，保證加工過程均勻、穩定；飼喂站主要為犢牛提供采食空間以及識別檢測器件的定位和安裝等；清洗裝置用于飼喂結束后對常乳加工攪拌裝置、常乳儲料內桶以及部分輸奶管道進行清洗；控制模塊單元主要用于犢牛精確飼喂過程中各執行機構的精確控制，保證犢牛精確飼喂過程中各環節的有序進行。

2 關鍵裝置的設計

2.1 常乳加工水浴循環裝置

基于常乳水浴加工方式設計的常乳加工水浴循環裝置主要由水循環外桶、加工儲料內桶、進奶口、進水口、出水口、出氣口等組成，常乳加工水浴循環裝置總體結構如圖2。

圖2 常乳加工水浴循環裝置結構圖

常乳加工水浴循環裝置工作過程中，通過升溫加熱、高溫保持、降溫冷卻以及飼喂溫度保持來完成犢牛采食常乳的加工。其中升溫加熱過程首先向加工儲料內桶中加入原料奶，然后利用水泵向水循環外桶泵水，利用觸摸屏進行加熱溫度、冷卻溫度等參數設置，進而由加熱裝置對水循環外桶水進行加熱，當牛奶溫度達到設定溫度時停止加熱，升溫加熱階段結束；高溫保持過程主要將加熱到最高溫度后的牛奶按照設定溫度保持一定時間；降溫冷卻過程利用水循環外桶的冷水對加工儲料內桶中牛奶進行降溫，排出的熱水流入溫水儲存箱，進行二次利用；當常乳溫度降至設定冷卻溫度值時，完成常乳的加工。犢牛飼喂過程中，為保證飼喂效果，將常乳溫度始終保持在犢牛適宜飲用的溫度值。常乳加工過程中，升溫加熱與高溫保持實現對原料奶的滅菌，降溫冷卻與飼喂溫度保持實現適于犢牛飲用溫度常乳的加工。

2.2 飼喂站

飼喂站主要由稱重平臺、吸吮器、行進護欄以及檢測部件安裝板等組成，如圖3。為確保每次只進入一頭犢牛，避免采食過程中的搶食以及其他牛只干擾，依據犢牛身寬，確定飼喂站寬度為40 cm；為保證犢牛個體識別準確性，結合試驗牛場犢牛電子標簽佩戴位置（佩戴在犢牛右耳），讀寫器安裝位置確定為飼喂站右側方，距離吸吮器安裝板25 cm，高度為75 cm。

圖3 飼喂站結構簡圖

2.3 清洗裝置

清洗裝置主要由清洗噴頭和水泵等組成，用于犢牛飼喂結束后的加工儲料內桶及管道清洗消毒，結構如圖4。清洗過程通過在加工儲料內桶中依次加入酸性及堿性清洗劑，利用清洗噴頭以及攪拌裝置對加工儲料內桶的內壁進行沖洗，清洗結束后將水泵出，同時對管道內壁進行清洗。按照泵送水的速度要求（q不低于11.5 L/min），水泵電機選用750 W、額定轉速2 830 r/min的三相異步電動機作為驅動電機。

圖4 清洗裝置示意

3 犢牛飼喂裝備試制與試驗

本文在完成關鍵技術研究基礎上進行了樣機的技術集成與試制。該系統主要針對規模化牛場的犢牛精確飼喂，可完成飼喂過程的常乳加工、犢牛個體識別與常乳精確投飼等功能，單批次加工量150 L，整機功率20 kW。犢牛飼喂裝備技術參數如下：

該裝置在石河子市121團中心牛場進行了性能試驗，如圖5。結果顯示，該裝置提高了飼喂效率、降低了人工成本、設備性能穩定，解決了當前犢牛飼養人工勞動強度大、衛生安全條件無法保障、自動化程度低等問題，實現了殺菌加工—攪拌—飼喂—清洗流程機械化作業，實現了犢牛飼喂的高效化、科學化、精確化、自動化作業。

圖5 犢牛飼喂裝備現場試驗

4 結論

本文針對人工飼喂流程繁瑣、勞動強度大、效率低、質量差等突出問題，研制了一種多功能一體化犢牛飼喂裝備，通過模塊化設計思想，整合常乳加工水浴循環裝置、常乳加工攪拌裝置、飼喂站以及清洗裝置以及控制模塊單元等，實現了加工、消毒、飼喂、清洗、控制一體化精細犢牛飼喂作業，解決了當前犢牛飼養人工勞動強度大、衛生安全條件無法保障、自動化程度低等問題，為犢牛精細化、高質量飼喂養殖奠定了基礎。