淺談母豬群養(yǎng)機械裝備的研發(fā)

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在母豬管控工作站內根據飼喂規(guī)模設置若干采食站，采食站的進口朝向母豬休息區(qū)，出口朝向封閉的分離通道。在采食站內設置RFID耳標的讀取裝置、程控定量飼喂裝置和噴色裝置，這3個裝置通過中間服務器連接到中央管理計算機上。飼喂裝置與飼料輸送管道相連。在母豬管控工作站之間設置若干公豬站，在公豬站內放入公豬。公豬站朝向母豬休息區(qū)的方位上設置供母豬訪問公豬的窗口，讓母豬和公豬可以相望并聞到氣息;在該位置上設置母豬發(fā)情信息射頻采集器，將所采集的不同母豬的訪問時間、頻率和停留時間信息發(fā)送給中央管理計算機。中央管理計算機記錄、分析母豬的發(fā)情指數(shù)，調整飼喂參數(shù)。在分離通道上設有分離門裝置，分離門裝置的出口有兩個通道，通道之一與隔離區(qū)相通，以分離發(fā)情或有異常狀況的母豬;通道之二與母豬休息區(qū)相通，讓正常母豬回到休息區(qū)。兩個通道的開閉由一個選通門控制，而選通門由電機自動控制。當母豬需要采食進入采食站時，采食站內的耳標讀取裝置立刻讀取該母豬的身份信息并發(fā)送給中間服務器或中央管理計算機，中央管理計算機根據母豬的身份、實時記錄的母豬各項信息和管理者設定的數(shù)據，分析母豬的身體狀況并運算出該豬需要的進食量，繼而對下料控制器發(fā)出控制指令為該豬投放相應種類和數(shù)量的飼料;同時向噴色裝置發(fā)出指令，對需要分離的母豬噴墨標記;母豬采食完畢后，離開飼喂站時，計算機根據該母豬的信息自動控制分離門裝置，選擇打開哪條通道讓該母豬進入休息區(qū)或隔離區(qū)。如此循環(huán)，實施對群養(yǎng)母豬的自動化、智能化飼養(yǎng)管理。同時，系統(tǒng)獲取豬群的其他信息進行統(tǒng)計運算，為養(yǎng)豬企業(yè)管理人員提供企業(yè)運營分析所需的精確數(shù)據。

9ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)的高級機械部分主要是采食站，采食站由進入通道及入口門裝置、飼喂裝置、離開通道及出口門裝置和噴色裝置等組成，如圖2［3］所示。

1進入通道及入口門裝置

為了避免母豬之間爭搶飼料，并保證母豬在采食過程中不受其他母豬的影響，在采食站中需設計進入通道以及入口門裝置。通過進入通道及入口門，母豬可逐個有序地進入采食站進行采食。當1頭母豬通過入口門進入采食通道后，入口門隨即關閉鎖止，以防其他母豬進入干擾。當母豬采食完畢離開采食站后，入口門消除鎖止，以備下一頭母豬進入采食。

進入通道由兩側的金屬管條和活動側板圍成。通道的入口設有電動入口門裝置。電動入口門裝置由門框、活動門、門鎖和門鎖控制器等構成，如圖3［4］所示。門鎖控制器控制門鎖的開啟和鎖止狀態(tài)，門鎖則控制活動門能否被打開?；顒娱T設有左右兩扇，每扇活動門由轉軸桿、橫桿、輪桿、轉輪和擋塊組成，如圖4［4］所示。左邊活動門通過其轉軸桿的兩端安裝在左邊門框的前側，右邊活動門通過其轉軸桿的兩端安裝在右邊門框的后側。橫桿連接在轉軸桿的上端，長度等于1/2通道的寬度，橫桿頂部設有擋塊。5根輪桿以相同的間隔固定在轉軸桿上，各輪桿的長度相同且大于1/2通道寬度，小于通道寬度(若其長度過短則容易卡住母豬身體)，輪桿的自由端均裝有轉輪，轉輪的轉軸豎直設置，轉輪可自由轉動。轉軸桿和橫桿所在的平面位于門框平面內，與各輪桿所在的平面成角度設置，因而左右兩扇活動門的輪桿所在平面之間有一定的間隔。左右兩扇活動門可向兩個不同方向打開，左門向外，右門向里，左右兩扇活動門之間由回位彈簧連接，處于常閉狀態(tài)。門鎖安裝在門框上梁的中間。門鎖包括兩套相對設置的卡銷裝置、1個托板、1個托板桿，每套卡銷裝置包括直角梯形塊、支撐塊和轉軸等，如圖5［4］所示。直角梯形塊靠近下底邊的直角位處設有轉軸孔，靠近上底邊的斜角位處設有凸柱，直角梯形塊與支撐塊相對間隔平行設置，轉軸的一端固定在支撐塊上，另一端安裝在直角梯形塊的轉軸孔內，兩套卡銷裝置中的直角梯形塊的斜邊相對設置;托板安裝在每套卡銷裝置的直角梯形塊與支撐塊之間，且位于兩凸柱的下方。兩套卡銷裝置的上方設有蓋板，蓋板固定在門框上梁上，支撐塊固定在蓋板上，支撐塊的下部設有橡膠墊。托板桿固定在托板上，托板桿上部穿過一安裝在門框上梁中的套筒，托板桿可沿套筒上下運動，托板桿的上半部分設有螺紋，在卡銷裝置的下面設有防護板，在防護板上設有金屬傳感器。門鎖控制器安裝在門鎖的上方，包括偏心輪、直流電機、控制杠桿、金屬探測器和紅外傳感器等，如圖6［4］所示。偏心輪位于控制杠桿后端部的正上方，偏心輪由直流電機驅動?？刂聘軛U的前端部設有一通孔，托板桿穿過該通孔，控制杠桿通過螺絲固定在托板桿上，螺絲可調節(jié)控制杠桿在托板桿上的相對位置，從而調節(jié)托板桿上下運動的幅度。控制杠桿中部設有杠桿支點桿;控制杠桿的后端旁邊設有紅外傳感器，用于感應后門打開的幅度，從而控制系統(tǒng)關門的時間。在直流電機上設有金屬探測器，金屬探測器用于檢測偏心輪轉動的角度。進入通道的后端上方設有噴色裝置，噴色裝置包括電機泵和若干墨盒，墨盒中裝有不同顏色的墨水，墨盒上設有噴嘴，電機泵連接墨盒。在進入通道的后端可設置稱重裝置以獲得母豬體重。

當采食站內未有豬只進入時，偏心輪壓在控制杠桿上，控制杠桿繞杠桿支點提起托板桿，托板桿向上提起托板，托板拉動直角梯形塊上的凸柱，直角梯形塊繞轉軸旋轉，直角梯形塊的斜角向上提起，門鎖處于開啟狀態(tài)，入口門可以被母豬拱開。當母豬需進入采食站時，可從兩扇活動門的間隔中找到著力點，先拱開左邊的活動門向外打開，隨后再拱開右邊的活動門向里打開。當紅外傳感器感應到右邊的活動門已經離開門鎖的控制區(qū)域時，控制系統(tǒng)啟動直流電機工作，帶動偏心輪轉過一個角度，使偏心輪的短徑部分接觸控制杠桿;當金屬探測器檢測到偏心輪轉動了合適的角度后，控制系統(tǒng)使直流電機停止工作;于是托板桿和托板在重力的作用下下落，直角梯形塊的斜角也在重力的作用下繞轉軸轉動，門鎖處于鎖止狀態(tài)。此時母豬身體仍在通過中，兩扇活動門仍處于打開狀態(tài)，回位彈簧將兩扇活動門往回拉，設置在左邊活動門上的塑料輪緊貼在母豬身上，并在母豬身上滾動，既可以避免門打傷母豬，又可以驅趕母豬進入通道，直到母豬全身通過后，左邊活動門緊貼母豬臀部柔和地關閉，防止下一頭母豬緊跟著進入。在回位彈簧的拉力作用下，左邊活動門橫桿頂部的擋塊擠壓直角梯形塊的直角邊，使直角梯形塊的斜角繞轉軸向上轉動，左邊活動門回到直角梯形塊和支撐塊之間，直角梯形塊在重力的作用下再次下落，斜角再次繞轉軸向下轉動，直到托板頂住凸柱，直角梯形塊不能再向下轉動;此時左邊活動門的橫桿被卡在斜角和支撐塊之間，即左邊活動門被鎖住。當豬完全進入時，右邊活動門在回位彈簧拉力作用下，重復左邊活動門的關門動作，直至被完全鎖住。當采食站中的母豬吃完飼料離開采食站后，控制系統(tǒng)將重新打開門鎖，允許另一頭母豬進入。當系統(tǒng)檢測到進入采食站的母豬有異常情況時，噴色裝置上的電機泵將啟動，驅動墨盒，給異常母豬噴上某一的顏色，為后續(xù)的管理帶來方便。在母豬進食過程中，稱重裝置將測量母豬的體重并發(fā)送給中央管理計算機。

2飼喂裝置

飼喂裝置是9ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)的重要部分，用于自動定量供給飼料，實現(xiàn)母豬單體精確飼喂。

飼喂裝置主要包括儲料漏斗、下料控制器、進食料槽和支架等，如圖7［3］所示。飼喂裝置設有兩套儲料漏斗及其下料控制器，儲料漏斗安裝在支架上，每個儲料漏斗上方設有飼料輸送管道，當儲料漏斗中的飼料儲量低于某個位置時，飼料輸送管道便自動送料進來。下料控制器安裝在儲料漏斗的出料口處。進食料槽安裝在在支架下部的一側，進食料槽上設有接料口與進食開口，進食料槽的接料口置于下料控制器的下方，進食開口朝向外側。在進食料槽的外側設有感應母豬RFID電子耳牌信息的天線和天線反射板，天線反射板用于防止信號干擾。進食料槽旁的支架上設置有供水管，供水管上依次安裝有限流閥和電磁閥，供水管的出水口連接在進食料槽的內側壁上。下料控制器是智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)的核心機械部件，優(yōu)化設計的關鍵是自動計量和精確供料。下料控制器主要由隔板、外殼、環(huán)體葉輪和轉軸等零部件組成，如圖8［5］所示。隔板是一個開有中心通孔和扇形進料口的圓形薄板。外殼是一個頂部敞開、底部開有中心通孔和扇形下料口的圓柱桶。環(huán)體葉輪由圓環(huán)體、均布的4根葉片、由葉片分隔成的4個扇形配料格和中心軸孔構成，如圖9［5］所示。在轉軸上均布著4根用于撥動飼料的撥動片和兩根用于攪動飼料的攪動桿。隔板的外徑、環(huán)體葉輪的外徑與外殼的內徑相等，隔板、環(huán)體葉輪與外殼同軸安裝在外殼內，隔板安裝在外殼的頂部。轉軸從上而下穿過隔板的中心通孔，安裝在環(huán)體葉輪的中心軸孔內，下端穿過外殼底部的中心通孔伸出外殼，上端位于儲料漏斗的下部。轉軸通過傳動皮帶由電動機驅動。進料口、下料口和配料格的形狀大小相同。進料口與下料口錯開對稱設置，環(huán)體葉輪靜止時進料口與下料口分別對應于一個配料格。環(huán)體葉輪的轉動通過脈沖控制方式來控制，從而實現(xiàn)環(huán)體葉輪每次停止時，下料口與進料口分別完整對應于一個配料格，進料口、下料口、配料格三者形成一個不直接連通的下料通道。

當配帶有RFID耳標的母豬進入采食站的進食料槽旁時，進食料槽外側的感應天線立刻感應該母豬的身份信息并發(fā)送給中央管理計算機;中央管理計算機根據母豬的身份、各種生理信息、進食次數(shù)和管理者設定的數(shù)據等運算出該豬當次需要的飼料種類和飼喂量，并傳輸給中間控制器;中間控制器把該飼喂量轉換成控制電機轉動需要的脈沖數(shù)，從而控制電機轉動，帶動下料控制器旋轉;飼料從下料控制器的進料口落到配料格，在環(huán)體葉輪的旋轉帶動下，從下料口經下料通道落到進食料槽的接料口，最后落到進食料槽中供母豬食用。上述飼喂裝置優(yōu)化設計的特點是，可針對母豬不同生理階段的需要供給兩種不同的飼料;儲料漏斗安裝位置較低，可人工加料，更適合國內情況;在食槽一側安裝自動供水裝置，可加水混合干料等。

3離開通道及出口門裝置

離開通道以及出口門裝置用于引導采食后的母豬有序離開采食站。離開通道及出口門裝置由圍欄和兩道逆止門裝置組成，如圖10［3］所示。兩道逆止門裝置只能由進口向出口方向開啟。第1道逆止門裝置安裝在離開通道的進口端，是一扇豎直柵欄式的合頁門，由柵欄門、拉桿1、回位彈簧1、擋塊和減震皮帶等組成。拉桿1橫跨在通道前端頂部且固定在兩側的圍欄上，柵欄門與一側的圍欄鉸接，在對應的另一側圍欄上設有截止柵欄門轉動的擋塊，擋塊內側設有減震皮帶?；匚粡椈傻膬啥税惭b在柵欄門和拉桿1上。第2道逆止門裝置安裝在離開通道的出口端，是兩扇門板式的合頁門，由2扇門板、拉桿2、回位彈簧2、擋桿和減震墊等組成。兩扇門板分別鉸接在通道兩側的圍欄上，每一扇門板與拉桿2之間均設有回位彈簧。檔桿橫跨并固定在通道兩側的圍欄之間，每一扇門板與檔桿之間均設有減震橡膠墊，在門板開啟時與兩側圍欄接觸的位置上也設有減震橡膠墊，防止合頁門開啟后硬性碰撞圍欄。離開通道的中央設有一防臥桿，可防止母豬躺在通道處睡覺，保持通道的暢通。安裝上述離開通道以及出口門裝置的采食站，可用于未設置分離通道的養(yǎng)豬場，使養(yǎng)豬場結構簡單化。若養(yǎng)豬場設有分離通道，則采食站的離開通道可設計成不裝出口門的簡單通道，但分離通道上需設置分離門裝置。

通過3年來的測試、應用表明，9ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)總體方案設計合理、技術先進、自動化程度高、功能實用、結構簡單、安裝移動靈活、易于維護，主要技術和機械裝備已獲得中國發(fā)明專利或實用新型專利。9ZMQ－128智能型母豬群養(yǎng)管理系統(tǒng)于2009年推出市場，現(xiàn)已列入我國農機購置補貼產品目錄，已被多家現(xiàn)代化規(guī)模養(yǎng)豬場購置使用，工作可靠、運轉穩(wěn)定、故障率低、性價比高，在生產中取得了較好的經濟效益，推廣應用前景廣闊。（本文作者：陳君梅、黃瑞森、劉德武、葉娟 單位：廣東科學技術職業(yè)學院、廣東省農業(yè)機械研究所、華南農業(yè)大學）