自动犊牛饲喂器设计研究

叶岩 张丽 邓红

摘 要：阐述自动犊牛饲喂器设计的基本原理，并分析自动犊牛饲喂器的技术，最后总结设计自动犊牛饲喂器的特点。

关键词：农业机械；自动犊牛饲喂器；发展方向；犊牛饲喂

中图分类号：S823文献标识码：Adoi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.09.003

0 引言

犊牛自动饲喂机是在自动化控制下，通过奶嘴，对带有识别信号的犊牛进行自动饲喂代乳或鲜乳的设备，其随规模化、集约化和现代化养牛业应运而生，对于加速牛群增殖、降低牧场成本和提高经济效益可起到重要的作用，也是人工控制条件下犊牛健康饲养和福利饲养的一次技术革新。

传统犊牛饲喂模式的弊端是以单栏饲养为核心的传统犊牛饲养模式，具有诸多弊端。第一，消耗大量人工，饲喂量的控制，奶桶和奶车等清洁都需要人工完成。第二，奶温难以控制，长时间饮用温差大的奶水易引发犊牛疾病。第三，缺乏犊牛数据控制系统，不能逐头把控，无法了解每头犊牛饲养量和实时的健康数据。

随着牧场规模的扩大，犊牛饲养员的人数会增加，他们的责任心和技术水平参差不齐，加之繁重的工作，往往出现喂奶量不准，冬季的奶温无法控制等，造成犊牛饥饱不均和营养性腹泻等问题，这会影响犊牛的生长和发育。

全自动犊牛饲喂系统是犊牛饲喂的革命性改变，通过智能化的饲喂系统可以节省人力成本，以及保证犊牛饲喂标准化、系统化。针对国内饲养的问题，设计全自动犊牛饲喂机。犊牛自动饲喂机既可以通过奶嘴饲喂代乳粉，随时搅拌随时喝，也可以饲喂鲜奶，随时加温随时喝，温度适宜、恒定保温。根据不同年龄阶段和每头犊牛的具体情况，按营养需要，可以在电脑中输入饲喂定量，其能控制犊牛自动饲喂机进行精细和准确的饲喂，满足每头犊牛的营养需要，促进瘤胃发育，真正做到了定时，定质，定温，定量的“四定”精准饲喂。另外，犊牛自动饲喂机还能及时报警，标定哺乳量异常的犊牛，便于饲养员尽早发现问题犊牛，及时处理和治疗。

首先，对犊牛饲喂控制技术及设备的原理进行综合分析，确定了犊牛饲喂控制系统的基本需求。按照整个系统的设计过程进行分析研究，确定了犊牛饲喂控制系统的整体方案，并从机械和软件控制两个方面分别进行设计。其次，对犊牛饲喂控制系统的识别系统进行了设计，用来读取犊牛的耳标信息，识别进食犊牛的身份；数据采集模块负责采集犊牛的电子耳标号、体重、牛奶的温度及液位等信息；控制模块对电磁阀、加热器等机械装置的控制，实现犊牛吃奶过程的自动化管理。最后，对犊牛饲喂控制系统的软件进行了设计，对软件进行开发，实现控制和监测系统的采集和处理功能。增加系统程序的可读性，便于改进和扩充，具有良好的实用性。

1 犊牛饲喂系统总体设计结构及工作原理

1.1 犊牛饲喂系统总体结构及工作原理（如图1、2所示）

（1）自动犊牛饲喂机首先通过犊牛戴的耳标区分不同日龄的犊牛，并把此信息输入计算机。

（2）饲喂机将料斗中代乳粉按计算机编程好的，不同日龄对应的饲喂量，定量输送到搅拌容器中。

（3）饲喂机再将热水器中热水按计算机编程好的温度，不同乳粉对应的温度，定量输送到搅拌容器中，将热水和代乳粉在搅拌容器中搅拌、混合均匀。

（4）饲喂机再通过泵，定量输送到饲喂站的奶嘴，犊牛由此自由采食。

（5）清洗系统是确保自动犊牛饲喂机的卫生条件良好，避免损害犊牛的健康。

1.2 机械结构设计

犊牛饲喂机包括代乳粉料斗、围栏、换热器、搅拌器、机架等。

（1）换热器设计。饲喂机热水器中热水按计算机编程好的温度，不同乳粉对应的温度，控制热交换器中水的温度39 ℃，使之符合犊牛饲喂要求。如果温度过低会导致代乳粉凝结时间延长，这样的牛奶进入肠道后会引起犊牛腹泻，也就是说，牛奶温度不足会引起犊牛腹泻；如果温度过高会导致犊牛胃黏膜受到损伤。另外每次犊牛饮奶量过大也会导致腹泻。如图3。

（2）搅拌器设计。综合饲喂站可以操控3或4个奶嘴线。犊牛一天饲喂4～8次，每次0.5～2.0 L，经设计和计算后，设计的搅拌器容积为0.5 L。如图4。

（3）围栏设计。犊牛自动饲喂机的人工奶嘴为可隐藏式设计，以免受到外界污染。同时，其还拥有自动酸碱清洗消毒系统，清洗吸管，每饲喂一头犊牛就自动对奶嘴内外清洗一次，以避免犊牛间的交叉污染。依据犊牛身体尺寸，安全舒适，牛舍防尘，防蝇等卫生要求设计。如图5。

（4）代乳粉料斗。在传统饲喂中，犊牛一天分2～3次饲喂限量的代乳粉，当犊牛每日按低于1.5磅（0.68 kg）的固体限喂奶量时，计算代乳粉料斗为0.54 m3。如图6。

1.3 控制系统设计

根据整机集成要求，按电器控制方案将饲喂机分成以下主要部分：①代乳粉给料装置；②乳品搅拌装置；③热交换装置；④奶、水供入装置；⑤清洗装置；⑥定量输送饲喂装置。以松下FP0RC32T为控制核心，传感器等模拟量用8路A/D转换器采集，配合空开、继电器、接触器等外围部件构成主机对整机进行控制。通过对犊牛饲喂管理系统的控制，能够及时发现出现问题的犊牛数据，并据此及时采取相应的措施。如图7。

（1）代乳粉给料装置设计。由代乳粉料斗、物料推送电机组成。实现干粉物料定量给送功能。工作时电机旋转将粉料经代乳粉出料口缓慢推出落入下方搅拌器内。搅拌器下称重传感器对给入量进行测量。工作流程如下：如图8。

（2）乳品搅拌装置设计。实现根据不同犊牛情况配置代乳品，对代乳粉称重，配入温水进行搅拌对奶品进行称量盛放等功能。由搅拌杯、搅拌电机、入水感知电极、水位电极、温度传感器、称重传感器等部件构成。如图9。

（3）热交换装置设计。通过内部加热管对内部冷水加热，犊牛饮用奶经不锈钢盘管热交换器进行加热。主要由水箱、加热管、不锈钢盘管热交换器、温度传感器、限温器、混水泵、入水口流量传感器组成。工作流程如下：如图10。

（4）奶、水供入装置设计。主要由多组电磁阀、减压阀、流量传感器、牛奶输送与配料用不锈钢泵、管路等构成。功能是对其他装置定量提供水、奶以及排放搅拌器内的溶液。

（5）清洗装置设计。由清洗液盛放瓶、蠕动泵、水位浮子以及管路组成。作用是按需要对搅拌器定量提供清洗液。

（6）定量输送饲喂装置设计。当犊牛进入牛奶饲喂站后，电子识别系统可以对其进行识别，根据犊牛的饲喂计划决定是否允许该犊牛饮用牛奶并确定饮用量。饲喂站可以为每头犊牛设置访问量。犊牛站可以为每头犊牛设置每次访问时的最小和最大饲喂份量。如果允许犊牛饮奶，则犊牛饲喂站将立即为该犊牛准备一份具有预定温度的新鲜牛奶。此设计系统由蠕动泵、喂入口膜片式压力传感器、管路等组成，用于对犊牛进行定量饲喂。其中蠕动泵可精确控制转动量，从而达到定量饲喂的目的。膜片式压力传感器能检测管道内压力变化从而判断犊牛是否允吸奶嘴。工作流程如下：如图11。

2 犊牛饲喂器的特点

从自身机构设计上的自动饲喂机有如下特点：

（1） 标配搅拌罐加热装置。搅拌罐连同饲喂用的牛奶都通过一个水浴加热器保持在适宜的温度，代乳粉在此温度下也很容易溶解。

（2） 标配不锈钢材质。饲喂机中的所有金属件都由不锈钢材料制成。这样，设备清洗更加简便，不受粪污的腐蚀，使用寿命也更长。

（3） 对剩余奶量的精确称量。犊牛饲喂机都可以称量犊牛未喝完剩奶的准确质量，让农场主立刻可以知道一只犊牛到底有多少奶没有喝完。而其它类型的饲喂器系统只能测出牛奶容器是空的还是满的。

（4） 先进的自动清洗功能。饲喂机都配有一个交替采用酸性和碱性洗涤剂的自动搅拌罐清洗装置。一个不锈钢牛奶换热器参与整个喂奶过程，该装置带有一个全自动清洗系统，而该系统则标配内置洗涤剂（酸/碱）。

（5） 电脑监测控制系统。每头犊牛都有其独特的吸吮速度，本犊牛饲喂机可以记录并储存每只犊牛的这种特点。当一只犊牛的饮奶速度偏离其正常值一定量时，机器就会发出警报，通知牧场主检查该犊牛的状况。

综上所述，我国整体上自动化犊牛养殖水平还比较低，而目前主要市场份额仍然被国外产品所占据，传统的犊牛饲养方式在日益增长的市场和需求下渐渐失去竞争力，其发展趋势必将是现代化的规模饲养，而在现代化的养殖过程中，自动化犊牛饲养管理相当重要。以计算机控制的犊牛自动饲喂系统可为犊牛提供全天候照顾，合理的饲喂，恒温恒速的奶量，高效的采食量，个性化精细饲喂是现代化犊牛饲养管理的发展方向。因此大力发展智能化、自动化的犊牛饲养设备，市场需求量大，发展前景广阔。

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