呂媛媛 王金生 戴佳榮 耿嘯

1、山東工程職業(yè)技術(shù)大學(xué)交通工程學(xué)院 2、濟(jì)南易恒技術(shù)有限公司

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，長期食用高脂肪、高熱量、高能量的食品引起“四高”（高血壓、高血糖、高血脂、尿酸高）一系列慢性疾病的人群越來越多。一些低脂肪、高蛋白的食品兔肉隨之進(jìn)入大眾視野。兔肉不僅味道鮮美，而且還具有美容功效，更受到女性朋友的青睞。廣大養(yǎng)殖戶為了迎合市場(chǎng)的需求，不斷擴(kuò)大養(yǎng)殖規(guī)模。

經(jīng)過調(diào)查，隨著我國政策的改變，以家庭自養(yǎng)自食為主養(yǎng)兔模式正逐步被規(guī)?；?、集成化的養(yǎng)殖場(chǎng)所替代。養(yǎng)殖場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)由十年前的幾百只發(fā)展到幾千只，甚至更多。養(yǎng)兔數(shù)量的增多勢(shì)必會(huì)給養(yǎng)殖戶的清理工作帶來一定麻煩。傳統(tǒng)清理兔舍全靠人力來進(jìn)行清理，這種清理方式已經(jīng)不再適應(yīng)廣大養(yǎng)殖業(yè)主的需求。自動(dòng)化已經(jīng)成為養(yǎng)殖業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)[1]?，F(xiàn)如今市場(chǎng)上出現(xiàn)自動(dòng)飲水器、自動(dòng)喂料機(jī)等一系列自動(dòng)化程度較高、更加方便養(yǎng)殖的產(chǎn)品，大大減少了養(yǎng)殖業(yè)主的勞動(dòng)和時(shí)間成本。尤其是兔舍自動(dòng)清理器的使用，更是省時(shí)省力。但是目前市面上已經(jīng)使用的自動(dòng)清理器大多適用于新型兔舍，而很多養(yǎng)殖場(chǎng)為了節(jié)省養(yǎng)殖成本，他們不愿意將傳統(tǒng)的水泥兔舍舍棄，仍采用水泥兔舍進(jìn)行養(yǎng)殖。這些兔舍自動(dòng)清理器無法滿足傳統(tǒng)水泥兔舍的清理工作，長期以來仍然依靠人力完成。這樣不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且易導(dǎo)致人畜呼吸疾病和寄生蟲的傳播[2]。而且兔舍的空間不僅狹小，立體高度層次復(fù)雜，整體長度不均勻，而且對(duì)噪音的要求比較高。據(jù)有關(guān)資料顯示，近幾十年來，我國禽畜養(yǎng)殖業(yè)年均增長9.9%[3]，規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)畜禽舍房的清理工作也提出了新的挑戰(zhàn)。本設(shè)備就是在這種情況下萌生的，秉承以人為本的理念，方便養(yǎng)殖戶的使用，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益雙贏的目的，本文作者設(shè)計(jì)出一款手持式兔舍清理器。該種清理器具有重量輕、體積小、運(yùn)用靈活等優(yōu)點(diǎn)。

1 設(shè)計(jì)原理

兔舍由籠門、后墻、籠底板、承糞板、側(cè)壁、和三角板組成?；\門一般是鐵制籠門或由水泥鋼筋砌合而成；后墻上有若干個(gè)通風(fēng)條狀豎格，用于兔舍通風(fēng)；籠底板是實(shí)心板；承糞板上同樣有若干個(gè)條狀豎格，目的是為了方便兔子的排泄物排出；側(cè)壁是用于支撐兔舍的實(shí)體板。三角板是一個(gè)斜度為15°的實(shí)心板，目的是為了方便兔子排泄物向后方滑落。兔舍所使用的材料是水泥板。手持式兔舍清理器是在籠底板、承糞板及三角板圍成的狹小空間內(nèi)進(jìn)行工作的。如圖1 所示。

圖1 兔舍的結(jié)構(gòu)簡圖

本設(shè)備在電動(dòng)推桿的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示，總長700mm，寬400mm，高180mm，推板最大伸出長度為550mm。電機(jī)作為動(dòng)力源，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成為電動(dòng)推桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)[4]，電動(dòng)推桿與推板聯(lián)接，將電動(dòng)推桿的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成為推板的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推糞功能。

圖2 手持式兔舍清理器結(jié)構(gòu)圖

2 零件選型

2.1 動(dòng)力裝置

一般情況下，發(fā)情期和哺乳期的家畜對(duì)聲音有一定的敏感性。過大的噪聲會(huì)使得發(fā)情期的雌、雄性情緒不穩(wěn)定，降低受孕概率。即使能夠受孕也會(huì)對(duì)后代產(chǎn)生不良影響。噪聲對(duì)于哺乳期的家畜會(huì)造成驚嚇，導(dǎo)致奶量減少，哺乳欲望下降。對(duì)于幼崽來說，會(huì)導(dǎo)致發(fā)育遲緩、抵抗力下降、成活率降低。因此在選型過程中，噪聲也是考慮的重要因素之一。動(dòng)力裝置采用24V/100W 永磁直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其噪聲小，體積小，動(dòng)力強(qiáng)勁，啟動(dòng)電流小，工作穩(wěn)定。由于兔舍的清理需要不斷地更換工作區(qū)域，為了方便工作，將采用24V、10ah 鋰蓄電池為其供電。該電池供電穩(wěn)定，能有效防止不穩(wěn)定電流對(duì)設(shè)備的傷害?？蔀楸驹O(shè)備持續(xù)供電3～4 小時(shí)。

2.2 傳動(dòng)裝置

傳動(dòng)裝置采用電動(dòng)推桿。由于本設(shè)備工作區(qū)域比較狹小，且需要人工進(jìn)行更換工作地點(diǎn)，這就要求電動(dòng)推桿重量輕、體積小。所以在電動(dòng)推桿的選型上選用電動(dòng)螺桿式推桿。電動(dòng)螺桿式推桿最大推/拉力：3KG／2KG。能滿足每周清理一次的需求。

2.3 執(zhí)行裝置

清理器的執(zhí)行部件是推板。推板的作用是將兔舍下的糞便清理干凈。推板的設(shè)計(jì)靈感來源于推土機(jī)，它能夠有效地將承糞板上的糞便和其他雜質(zhì)進(jìn)行清除，甚至一些與承糞板粘連較為嚴(yán)重的異物清理起來也十分奏效。推板與電動(dòng)推桿依靠圓柱銷進(jìn)行連接，這種連接方式便于清理器的維護(hù)與保養(yǎng)。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 推板

2.4 控制裝置

控制裝置采用電器開關(guān)控制，在設(shè)備內(nèi)部設(shè)置過載自動(dòng)保護(hù)裝置，當(dāng)清理器工作行程達(dá)到極限位置或者超過最大推力時(shí)，設(shè)備將會(huì)自動(dòng)停止工作，防止電機(jī)及其它機(jī)件損壞。同時(shí)本設(shè)備增加限位開關(guān)和自恢復(fù)保險(xiǎn)電路，進(jìn)一步提高產(chǎn)品使用安全性。在手柄設(shè)計(jì)上，考慮人性化設(shè)計(jì)，方便用戶操作，其手柄橫截面形狀設(shè)計(jì)為橢圓形，減少握持阻力，提高工作舒適性。

本設(shè)備將電動(dòng)推桿電機(jī)、蓄電池及相關(guān)電路等安裝在殼體內(nèi)，殼體輕巧、靈活。經(jīng)設(shè)計(jì)，清理器主要技術(shù)參數(shù)有：工作幅寬400mm，自重2.3KG，功率0.1kw，工作行程550mm，進(jìn)給速度250mm/s。工作幅寬和工作行程能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)籠舍的需求，也可以根據(jù)養(yǎng)殖業(yè)主的需求進(jìn)行定制加工。自重2.3KG 符合人機(jī)工程，在正常成年人承重范圍內(nèi)，長時(shí)間工作也能維持較好的體力。根據(jù)進(jìn)給速度與形成計(jì)算，單次作業(yè)的時(shí)間在3s 左右。結(jié)合續(xù)航時(shí)間計(jì)算出每臺(tái)設(shè)備一次充電能可以完成3500 個(gè)兔舍的清理，能滿足大部分養(yǎng)殖業(yè)主的需求。如果養(yǎng)殖規(guī)模在5000 只以上，可以通過增加備用電池或者增加勞動(dòng)力的方法來滿足需求。

3 工作過程

蓄電池為永磁直流無刷電機(jī)提供電能，永磁直流無刷電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)推桿與執(zhí)行部件推板聯(lián)接，推板將糞便從承糞板前端推至后端，直至推離承糞板，當(dāng)電動(dòng)推桿到達(dá)最大工作行程后，推板隨著電動(dòng)推桿返程，完成一次清理工作。

4 設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)

設(shè)備每次使用完后使用清水沖洗推板和圓柱銷，防止污垢對(duì)其腐蝕。電動(dòng)推桿定期涂抹潤滑油。建議每季度或每使用20次保養(yǎng)一次。另外注意備用一些易損件，例如按鈕、電池適配器、備用電池等。

5 結(jié)語

通過對(duì)手持式兔舍清理器的整體設(shè)計(jì)和研究表明，該清理器具有以下特點(diǎn)：一是本設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、工作平穩(wěn)、噪聲小。二是單人即可操作，勞動(dòng)強(qiáng)度小。三是適應(yīng)范圍廣，通用性強(qiáng)，既可以滿足家庭式小型農(nóng)戶的需求，也可滿足中小型傳統(tǒng)水泥兔舍養(yǎng)殖場(chǎng)。同樣可適用于與其類似的雞舍、豬舍或鴿舍等其他舍群的清理。解決了傳統(tǒng)水泥兔舍只能靠人工清理的問題。雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是該設(shè)備仍然是建立在一定的人力勞動(dòng)基礎(chǔ)之上的，沒有實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化，無法滿足大規(guī)模以及超大規(guī)模的集約養(yǎng)殖。因此超大型養(yǎng)殖業(yè)主在兔舍建立初期就應(yīng)該進(jìn)行更加系統(tǒng)、科學(xué)的設(shè)計(jì)，使養(yǎng)殖業(yè)成為科技含量較高的產(chǎn)業(yè)。