□ 陳冠定 □陳銀清 □鄭澤鈿 □李 凱 □李 寧

1.廣東石油化工學(xué)院 機電工程學(xué)院 廣東茂名 5250002.廣東省茂名市高級技工學(xué)校 廣東茂名 525000

1 設(shè)計背景

當(dāng)前,普通的禽畜飼養(yǎng)方式已經(jīng)不能滿足市場的需求,禽畜飼養(yǎng)正在向集成化、規(guī)?；⒅悄芑较虬l(fā)展。隨著智能化時代的到來,禽畜飼養(yǎng)的技術(shù)水平不斷提高,自動給料、清糞,以及通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等手段來飼養(yǎng)禽畜,是禽畜飼養(yǎng)智能化發(fā)展的必然趨勢[1]。

喂料是禽畜飼養(yǎng)的重要步驟,對于豬等主要家畜,目前我國普遍使用干料喂養(yǎng)。干料喂養(yǎng)易產(chǎn)生粉塵,容易引發(fā)禽畜呼吸道疾病,而且投放飼料的量也不夠準(zhǔn)確,可能造成飼料嚴(yán)重浪費,剩余飼料還可能產(chǎn)生污染問題。國外大量禽畜飼養(yǎng)場已經(jīng)使用智能化喂料系統(tǒng),但飼喂設(shè)備價格昂貴,并且相關(guān)技術(shù)對我國進(jìn)行封鎖,智能喂料目前在國內(nèi)還沒有發(fā)展起來。

規(guī)?；⒅悄芑乔菪箫曫B(yǎng)行業(yè)的發(fā)展趨勢,目前國內(nèi)禽畜飼養(yǎng)場中,中、小規(guī)模禽畜飼養(yǎng)場占大多數(shù)。筆者針對規(guī)?；菪箫曫B(yǎng),設(shè)計了智能喂料系統(tǒng),采用三菱可編程序控制器作為控制核心,將螺旋推出機構(gòu)作為干料計量推出機構(gòu),由電磁閥控制注水量,通過攪拌桿攪拌,可以很好地完成定時、定量飼料喂養(yǎng)任務(wù)。這一規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)相對于目前的干料喂料方式而言,具有制造方便、成本低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,有助于推動禽畜飼養(yǎng)向智能化方向發(fā)展。

2 總體框架

規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)總體框架如圖1所示,包括機械控制系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)兩大部分。

▲圖1 規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)總體框架

機械控制系統(tǒng)由螺旋推出機構(gòu)、攪拌機構(gòu)、注水機構(gòu)及其它機構(gòu)組成,智能控制系統(tǒng)以三菱可編程序控制器為核心,包括硬件和軟件部分。

3 工作流程

規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)工作流程如圖2所示,具體包括干料下料、定量注水、干料浸泡、攪拌、喂料等。

▲圖2 規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)工作流程

4 定量下料系統(tǒng)

在規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)中,定量下料系統(tǒng)的總體布局如圖3所示。

▲圖3 定量下料系統(tǒng)總體布局

定量下料系統(tǒng)的最終目的是完成飼料投放,包括干料下料和注水?dāng)嚢鑳纱蠊δ?。其?干料下料由干料料斗、步進(jìn)電機和螺旋推出機構(gòu)共同完成。干料下料的原理為,原禽畜飼養(yǎng)場的干料刮板機構(gòu)輸送干料，使干料進(jìn)入干料料斗；步進(jìn)電機帶動螺旋推出機構(gòu)轉(zhuǎn)動，智能控制系統(tǒng)通過控制步進(jìn)電機使螺旋推出機構(gòu)轉(zhuǎn)過一定轉(zhuǎn)數(shù),實現(xiàn)干料的精確定量下料。注水機構(gòu)由一個常閉的電磁閥控制,通過控制電磁閥打開的時間長短來實現(xiàn)定量注水。采用螺旋推出機構(gòu)實現(xiàn)干料下料,并由電磁閥控制實現(xiàn)定量注水,具有結(jié)構(gòu)簡單、下料精確度高等特點,并且由可編程序控制器進(jìn)行控制,設(shè)計觸摸屏,操作方便靈活,系統(tǒng)的智能化、自動化程度高[2-3]。

5 總裝結(jié)構(gòu)

規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)的總裝結(jié)構(gòu)如圖4所示。

▲圖4 規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)總裝結(jié)構(gòu)

6 關(guān)鍵技術(shù)

規(guī)模化禽畜飼養(yǎng)智能喂料系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括螺旋推出機構(gòu)、送料筒、干料料斗、注水噴頭等。采用螺旋推出機構(gòu)推出干料,通過控制步進(jìn)電機達(dá)到干料精確定量下料,由電磁閥控制定量注水[4],系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)簡單,分布合理,維護(hù)方便。

6.1 螺旋推出機構(gòu)

禽畜飼料屬于無黏性小顆粒物料,對此，螺旋推出機構(gòu)設(shè)計為有軸螺旋輸送機構(gòu)。選用實體螺旋葉片,螺旋體采用等螺距水平放置,減小整機高度。送料筒高度較低,兩端安裝軸承支撐。螺旋推出機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

▲圖5 螺旋推出機構(gòu)結(jié)構(gòu)

螺旋體通過兩端軸承安裝在軸承座上,軸承座與送料筒通過四根螺釘牢固連接。送料筒上部有一個進(jìn)料口,下部有一個出料口。螺旋體是螺旋推出機構(gòu)實現(xiàn)干料精確定量下料的核心部件,由螺旋葉片和螺旋軸兩部分構(gòu)成。干料從送料筒上部的進(jìn)料口加入,從送料筒下部的出料口送出,螺旋體一端與步進(jìn)電機相連。智能控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電機使螺旋推出機構(gòu)轉(zhuǎn)過一定轉(zhuǎn)數(shù),實現(xiàn)干料的定量下料[5-7]。

6.2 送料筒

考慮螺旋體和送料筒的制造與裝配精度,送料筒的內(nèi)徑應(yīng)稍大于螺旋體的直徑,使兩者之間有一定的間隙。螺旋體和送料筒的制造與裝配精度越高,間隙可以越小。適當(dāng)留有間隙，有利于減小螺旋推出機構(gòu)的磨損和動力消耗。經(jīng)試驗,間隙取2～4 mm最為適宜。設(shè)計螺旋體的長度時,要考慮進(jìn)料的誤差補償,即在開始計量時要保證干料充滿螺旋體,這樣就需要在螺旋葉片與出料口之間留有一定距離。送料筒結(jié)構(gòu)尺寸如圖6所示。

▲圖6 送料筒結(jié)構(gòu)尺寸

6.3 干料料斗

干料料斗用于儲備一定量的干料,通過干料輸送機構(gòu)進(jìn)行補充,通過螺旋推出機構(gòu)定量下料。干料料斗側(cè)面開上下兩個孔,用于安裝判別干料料斗裝料程度的傳感器。為了防止飼料因結(jié)塊而不能順暢落下,干料料斗上半部分設(shè)計為圓柱形，下半部分設(shè)計為圓錐臺,壁錐面的傾斜角為45°。干料料斗結(jié)構(gòu)尺寸如圖7所示。

▲圖7 干料料斗結(jié)構(gòu)尺寸

6.4 注水噴頭

注水噴頭的作用是注水與清洗。注水噴頭四周均勻分布16個直徑為2 mm的通孔,通孔噴出水流,除完成注水工作外,還可以沖刷攪拌筒的筒壁[8-9]。

7 硬件組成

規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)的硬件組成見表1,其中,三菱可編程序控制器是智能控制系統(tǒng)的核心。

8 軟件流程

規(guī)模化禽畜飼養(yǎng)智能喂料系統(tǒng)中,智能控制系統(tǒng)的硬件是執(zhí)行件,所有信息由軟件進(jìn)行發(fā)布,信息的傳遞則由程序?qū)崿F(xiàn)[10]。系統(tǒng)的軟件流程如圖8所示。

表1 規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)硬件

▲圖8 規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng)軟件流程

9 結(jié)束語

筆者設(shè)計了規(guī)?；菪箫曫B(yǎng)智能喂料系統(tǒng),有效融合了信息化、自動化技術(shù)。

經(jīng)試驗應(yīng)用,這一系統(tǒng)計量準(zhǔn)確,各項參數(shù)均可以滿足要求,可靠性高,達(dá)到預(yù)期的目的。這一智能喂料系統(tǒng)經(jīng)濟、實用,智能化程度高,適用于中、小規(guī)模禽畜飼養(yǎng)場。后續(xù)可以設(shè)計專用的智能移動電話應(yīng)用程序和專屬觸摸屏,實現(xiàn)在移動手機上進(jìn)行喂料遠(yuǎn)程操作,方便快捷。針對大規(guī)模禽畜飼養(yǎng)場,還可以將智能喂料系統(tǒng)融入現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中,設(shè)計專用中央控制系統(tǒng),進(jìn)行實時遠(yuǎn)程調(diào)控。