傳送帶式飼喂系統(tǒng)在規(guī)?；膛?chǎng)的應(yīng)用

（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，北京 102208）

奶牛品種和飼養(yǎng)管理是決定奶牛養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素，而飼養(yǎng)管理中飼料條件對(duì)提高奶牛的產(chǎn)奶量和牛奶品質(zhì)起著決定性的作用[1]，因此，選用合適的飼喂模式和飼喂設(shè)備是規(guī)?；膛?chǎng)養(yǎng)殖工作的重中之重。

不同飼喂模式、飼喂技術(shù)的采用，應(yīng)與不同的飼喂設(shè)備相配套。目前，規(guī)模化奶牛場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的飼喂設(shè)備主要為基于TMR飼喂技術(shù)的牽引式TMR飼喂車。此類設(shè)備由拖拉機(jī)牽引，各飼料組分的混合及輸送的動(dòng)力來自拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸和液壓控制系統(tǒng)，送料時(shí)，邊行走邊進(jìn)行飼料的攪拌，飼料被運(yùn)送至牛舍時(shí)即可飼喂，使攪拌和飼喂連續(xù)完成，在為奶牛提供營(yíng)養(yǎng)均衡化飼料方面有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。然而，隨著國(guó)家對(duì)動(dòng)物福利、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約能源方面重視力度的不斷加大，TMR飼料攪拌車的劣勢(shì)也逐漸凸顯：如所需飼喂通道寬度達(dá)到4～4.5m，大大增加了建筑成本；飼喂工作進(jìn)行時(shí)，既消耗大量的柴油，又造成牛舍內(nèi)的空氣與噪聲污染；尤其對(duì)東北、西北寒冷地區(qū)冬季來說，每次TMR車進(jìn)牛舍時(shí)舍門大開，會(huì)造成舍內(nèi)溫度驟降，引起奶牛的冷應(yīng)激反應(yīng)。因此，尋求一種節(jié)能、環(huán)保、高效的飼喂設(shè)備成為規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的迫切需求。而傳送帶式飼喂系統(tǒng)憑借其特殊的飼喂模式優(yōu)點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)越來越多的關(guān)注和認(rèn)可[2]。

1 傳送帶式飼喂系統(tǒng)組成與工作流程

1.1 系統(tǒng)組成

如圖1所示，傳送帶式飼喂系統(tǒng)基于固定式TMR設(shè)備，集成了高度自動(dòng)化的模塊化填料設(shè)備、精料塔和多種功能的傳送帶單元，并由飼喂管理軟件系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，可實(shí)現(xiàn)不同牛舍不同牛群的多次飼喂。其精確、自然的飼喂方式可有效提高奶牛的產(chǎn)奶量，大大提高飼料利用率，節(jié)省飼料成本。同時(shí)，此系統(tǒng)采用了電力驅(qū)動(dòng)傳送帶輸送飼料的方式，避免了自走式或牽引式TMR飼喂車造成的廢氣和噪聲污染，同時(shí)大大降低了油耗成本，進(jìn)而大幅降低了奶牛場(chǎng)運(yùn)營(yíng)成本。另外，區(qū)別于國(guó)內(nèi)廣泛使用的移動(dòng)式TMR飼喂車需要4m左右的飼喂通道寬度，適用于傳送帶式飼喂系統(tǒng)的飼喂面寬可縮小至1.5～1.8m，因此大大節(jié)省了土地面積和建筑面積，從而可降低奶牛場(chǎng)建設(shè)初始投入資金。并且，智能化的控制也使得奶牛場(chǎng)管理數(shù)據(jù)如飼料配方信息、飼喂群組信息、飼喂時(shí)間信息、設(shè)備運(yùn)行信息等的采集、存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并得到有效利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了信息化和數(shù)字化的奶牛場(chǎng)運(yùn)營(yíng)[3]。

1.2 工作流程

傳送帶式飼喂系統(tǒng)工作流程主要包括填料準(zhǔn)備、固定式TMR加料攪拌和飼料傳輸三個(gè)環(huán)節(jié)。填料準(zhǔn)備主要使用鏟車將青貯料和干草料放入填料設(shè)備，并保證由飼喂管理系統(tǒng)控制的其他飼料組分存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)量正常。在TMR加料攪拌環(huán)節(jié)，飼喂管理系統(tǒng)控制各加料裝置如填料設(shè)備、精料塔等的工作狀態(tài)，并根據(jù)事先存入管理系統(tǒng)的飼料配方對(duì)進(jìn)入攪拌裝置的各飼料組分量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在完成加料后，攪拌裝置進(jìn)行飼料原料的充分?jǐn)嚢琛嚢柰瓿傻娘暳线M(jìn)入飼料傳輸環(huán)節(jié)，飼料首先由提升傳送帶從TMR輸出至主傳送帶，主傳送帶再通過各分支傳送帶將飼料分送至各使用該飼料配方的牛舍中，并由舍內(nèi)傳送帶上的飼料推料換向裝置將飼料推至飼喂通道，完成雙向飼喂工作。與常見的牽引式TMR車相比，此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了飼料工作從加料、攪拌到輸送至牛舍內(nèi)指定區(qū)域的全過程自動(dòng)化、智能化，因此，在提高飼喂效率的同時(shí)，飼喂工作更加可控，牧場(chǎng)管理更為有效。

2 傳送帶式飼喂系統(tǒng)在規(guī)模化奶牛場(chǎng)的應(yīng)用方案設(shè)計(jì)

傳送帶式飼喂系統(tǒng)在規(guī)?；膛?chǎng)中應(yīng)用的方案設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)各組成設(shè)備的選型與數(shù)量確定、飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置選取、傳送帶走向路徑的設(shè)計(jì)等，力求通過最佳的方案來實(shí)現(xiàn)設(shè)備配置的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、高效性。圖2為基于東北地區(qū)某規(guī)模化奶牛場(chǎng)應(yīng)用傳送帶式飼喂系統(tǒng)的牛舍布局方案設(shè)計(jì)。

圖2 應(yīng)用傳送帶式飼喂系統(tǒng)的規(guī)模場(chǎng)牛舍布局示意圖

2.1 系統(tǒng)各組成設(shè)備的選型與數(shù)量確定

系統(tǒng)各組成設(shè)備的選型主要包括飼料攪拌裝置選型和填料設(shè)備選型，其要以全群的飼喂頭數(shù)和飼喂模式為依據(jù)。本例中奶牛場(chǎng)牛舍分布為左區(qū)和右區(qū)，全群共計(jì)約1800頭。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，飼喂量平均以30kg/（頭·d）計(jì)算，全群每天所需飼喂量為54t，即193m3（TMR混合飼料以280kg/m3計(jì)算，干草捆以210kg/m3計(jì)算）。

2.1.1 飼料攪拌裝置選型與數(shù)量確定

飼料攪拌裝置的選型與數(shù)量確定，除了與全群日飼量有關(guān)以外，還取決于日飼次數(shù)（一般選3～5次），同時(shí)還要考慮設(shè)備的可靠性。一般來說，需通過日飼次數(shù)和設(shè)備容量的多次選取和校核，才能完成最終的選型和數(shù)量確定。按照全群日飼量193m3的實(shí)際需求，采用不同日飼次數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)每次飼喂量如表1所示。由表1可知，隨著日飼次數(shù)的增加，所需攪拌機(jī)容量相應(yīng)減少，但綜合考慮到全群奶牛頭數(shù)較多，為提高設(shè)備的可靠性和安全性，配置2臺(tái)攪拌裝置，且每套攪拌系統(tǒng)獨(dú)立工作，是更為經(jīng)濟(jì)合理的方案。因此，確定日飼次數(shù)為5次，配套2臺(tái)容量為20m3的固定式TMR攪拌裝置，分別為左區(qū)和右區(qū)牛舍獨(dú)立供應(yīng)飼料。

表1 不同日飼次數(shù)與每次飼喂量

2.1.2 填料設(shè)備選型與數(shù)量確定

填料單元為攪拌裝置供應(yīng)大宗飼料組分，如青貯料、干草料等。此類設(shè)備的選型和數(shù)量應(yīng)基于奶牛的飼料配方來確定。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，奶牛推薦日糧配方中青貯玉米、干草、精料重量比例約為5:1:2，根據(jù)不同生長(zhǎng)階段牛群會(huì)進(jìn)行微調(diào)[4,5]。因此，根據(jù)每次飼料攪拌量20m3，則每次飼料所需青貯料體積與干草料體積為

綜合一天飼喂次數(shù)和經(jīng)濟(jì)性考慮，在日飼次數(shù)5次的前提下，為每套固定式TMR攪拌裝置配套選取的填料設(shè)備容量和日填料次數(shù)如表2所示。

表2 填料設(shè)備容量與日填料次數(shù)

2.2 傳送帶走向路徑設(shè)計(jì)

傳送帶的走向路徑設(shè)計(jì)要基于飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置，同時(shí)結(jié)合各牛舍在牛場(chǎng)的布局，協(xié)調(diào)各傳送帶在便于控制的前提下，盡可能減少飼料從飼料準(zhǔn)備區(qū)到達(dá)飼喂面的運(yùn)輸時(shí)間，進(jìn)而提高設(shè)備的利用率。

2.2.1 飼料準(zhǔn)備區(qū)的位置選取

飼料準(zhǔn)備區(qū)主要用來安裝固定式TMR攪拌裝置、填料設(shè)備等，TMR各組分在這里完成攪拌混合，因此也稱為飼料廚房。選取適合的飼料準(zhǔn)備區(qū)位置，將有利于降低設(shè)備成本、提高系統(tǒng)工作效率。一般來說，為了便于鏟車為填料設(shè)備填料，以及縮短精料塔進(jìn)料時(shí)間，飼料準(zhǔn)備區(qū)應(yīng)位于飼料區(qū)附近，距離青貯窖、干草庫以及精料塔盡可能近。因此確定本方案的飼料準(zhǔn)備區(qū)位于青貯窖西側(cè)（如圖2所示），并在廚房周圍設(shè)計(jì)硬化路面，方便鏟車上料。

2.2.2 傳送帶走向路徑設(shè)計(jì)

完成攪拌的飼料，在飼料準(zhǔn)備區(qū)內(nèi)經(jīng)提升傳送帶提升至外部主傳送帶，并由主傳送帶分送至各牛舍，完成飼喂工作。本方案的傳送帶走向路徑如圖3所示，兩套飼喂系統(tǒng)分別為左右兩區(qū)牛舍提供飼料，兩條主傳送帶均位于牛舍一端，飼料被主傳送帶運(yùn)輸至牛舍中門位置時(shí)，飼料流在重力作用下由主傳送帶落入舍內(nèi)傳送帶，并在推料換向裝置作用下落至飼喂面上。

圖3 傳送帶走向路徑示意圖

3 運(yùn)營(yíng)成本分析

一般來說，對(duì)于此種養(yǎng)殖規(guī)模的奶牛場(chǎng)，至少需要配置2臺(tái)TMR飼喂車，每臺(tái)需要配備1名司機(jī)；同時(shí)，除特需牛舍有專人維護(hù)外，每2棟牛舍需一名飼喂維護(hù)人員負(fù)責(zé)各牛舍的巡視，因此對(duì)于TMR飼喂模式來說，該奶牛場(chǎng)負(fù)責(zé)飼喂工作的人員共需6人。而對(duì)于傳送帶式飼喂系統(tǒng)，由于其由控制系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)各系統(tǒng)設(shè)備完成飼喂工作，且多次飼喂的方式也避免了因飼料剩余而產(chǎn)生的清理工作，因此只需要“3人組模式”，即1人負(fù)責(zé)填料單元、精料塔等的上料，1人負(fù)責(zé)對(duì)控制系統(tǒng)的操作，1人負(fù)責(zé)各牛舍的設(shè)備檢修和常規(guī)巡視，因此該種模式下該奶牛場(chǎng)只需要3人負(fù)責(zé)飼喂工作。另外，該奶牛場(chǎng)如使用牽引式TMR飼喂車來進(jìn)行1天5次的飼喂工作，則每臺(tái)飼喂車全天工作時(shí)間約為8h，一般20m3的飼喂車需約100馬力的拖拉機(jī)牽引，日油耗412L[6]；而對(duì)于傳送帶式飼喂系統(tǒng)，各設(shè)備均由電力驅(qū)動(dòng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，日耗電量約為700度。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，使用兩種不同飼喂設(shè)備時(shí)，奶牛場(chǎng)飼喂工作運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比如表3所示。由表3可知，與牽引式TMR飼喂車相比，傳送帶式飼喂系統(tǒng)的應(yīng)用可為該奶牛場(chǎng)節(jié)省工人3人，按照當(dāng)?shù)孛棵と嗣磕昶骄べY4萬元的標(biāo)準(zhǔn)，則該奶牛場(chǎng)全年飼喂工作人工工資支出可節(jié)省12萬元；在每日能耗方面，基于目前工業(yè)電價(jià)0.8元/度，柴油價(jià)格6.5元/L，兩種飼喂設(shè)備每日能耗費(fèi)用分別為560元和2678元，每年的飼喂工作能耗費(fèi)用差約為76萬元。因此，使用傳送帶式飼喂系統(tǒng)每年能夠?yàn)樵撆?chǎng)節(jié)省約88萬元。

表3 兩種飼喂設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比

4 結(jié)論

（1）通過在東北地區(qū)1800頭規(guī)模奶牛場(chǎng)的傳送帶式飼喂系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，完成了飼料攪拌裝置和填料設(shè)備的選型與數(shù)量確定，即2套飼喂系統(tǒng)獨(dú)立工作，分別為奶牛場(chǎng)左區(qū)和右區(qū)提供飼料；每套飼喂系統(tǒng)主要包括20m3的飼料攪拌裝置1臺(tái)、容積為20m3和13m3的填料設(shè)備各1臺(tái)。

（2）選取飼料準(zhǔn)備區(qū)位于青貯窖西側(cè)，并確定了場(chǎng)區(qū)傳送帶的走向路徑，即：主傳送帶全部位于牛舍外部，進(jìn)舍傳送帶由牛舍中門正上方進(jìn)入舍內(nèi)完成飼料傳輸。

（3）通過與牽引式TMR飼喂車運(yùn)營(yíng)成本的對(duì)比可知，應(yīng)用傳送帶式飼喂系統(tǒng)可為該奶牛場(chǎng)每年節(jié)省人力成本約12萬元、能耗成本約76萬元，共計(jì)約88萬元，因此應(yīng)用該設(shè)備具有顯著的經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)。