新型多層樓房式豬舍智能化機械清糞系統(tǒng)的設(shè)計

佘德勇，卓明雪，劉 瑤，張瑞娜，汪 雅，左瑞華，王重龍

（1.皖西學(xué)院生物與制藥工程學(xué)院，安徽 六安 237012；2.安徽國農(nóng)數(shù)據(jù)科技有限公司，安徽 合肥 230088；3.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，安徽 合肥 230031）

我國是世界養(yǎng)豬大國, 生豬養(yǎng)殖規(guī)模與豬肉消費量均居世界第一[1]。近年來隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，用于發(fā)展規(guī)模養(yǎng)殖業(yè)的土地資源越來越緊張。為合理利用有限的土地資源，促進生豬產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，樓房式豬舍逐漸為業(yè)界所接受。作為一種新的養(yǎng)豬模式，既節(jié)約用地，也便于進行生物安全管理[2]。但要實現(xiàn)這一目標(biāo)，還需要在清糞、喂料、環(huán)控等環(huán)節(jié)提供配套工藝技術(shù)。文章重點闡述了樓房式豬舍中智能化機械刮板清糞工藝的設(shè)計與應(yīng)用。

機械刮板清糞是替代傳統(tǒng)人工清糞、水沖糞和水泡糞等清糞工藝的新型清糞工藝，新型清糞刮板采用智能化控制系統(tǒng)，可以人工設(shè)定豬舍每日清糞次數(shù)、清糞時間間隔，并能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備故障報警等功能。它能夠減少人與豬的接觸，降低疾病傳播的概率[3]；及時、有效地清除畜舍內(nèi)的糞便、尿液，可以保持畜舍的環(huán)境衛(wèi)生，降低舍內(nèi)有害氣體濃度；大幅度減少糞污清理過程中的用水，降低后續(xù)糞污處理的投入成本；合理的豬糞收集利用方式還可以大幅度減輕勞動強度，節(jié)約企業(yè)人工成本，并為業(yè)主增加可觀的經(jīng)濟收入[4]。在樓房式豬舍中，由于不同樓層豬舍有高低落差,便于各樓層糞便污水的集中處理[5]，更能夠發(fā)揮機械刮板清糞工藝的優(yōu)勢。

1 樓房式豬舍機械清糞工藝設(shè)計

以存欄10 400頭育肥場為例，采用四層樓房式豬舍，大跨度小單元設(shè)計（見圖1、圖2），豬只全進全出，每層存欄育肥豬2 600頭，長90 m，寬39 m，建筑面積3 510 m2；每層設(shè)計一條公共走道，余下分為12單元，每單元面積256 m2；每單元設(shè)計雙列豬欄，每列寬度3 m，內(nèi)走道寬1.1 m，存欄217頭。育肥欄內(nèi)采用水泥預(yù)制漏縫板或LFT漏縫地板。

圖1 多層樓房式豬舍剖面圖

樓房式豬舍設(shè)計中（見圖2），刮糞板走向為從濕簾端向風(fēng)機端，糞道有2%的坡降，以減小刮糞機工作過程中的阻力。濕簾設(shè)計于外墻上，公共走道設(shè)計于濕簾端，寬度為1.8 m。豬舍內(nèi)水泥漏縫地板長度為3 m，糞道寬2.8 m，刮糞板的寬度為2.7 m，糞道兩邊各留0.05 m間隙以確保刮板順利運行。樓房式豬舍單層層高4.1 m，糞道濕簾端深度為0.55 m，風(fēng)機端深度為0.63 m。

二、三、四層豬舍糞便通過風(fēng)機端的糞道落糞口落下，二、三、四層平面圖如圖3所示，落糞口設(shè)計如圖4所示。漏斗形落糞口連接400 mm管徑的落糞管，落糞管采用PE材質(zhì)，用環(huán)形金屬支架固定于樓房山墻，落糞管長度為3.1 m，伸入漏縫地板下方100 mm（見圖5）。

在該設(shè)計中，總存欄育肥豬10 400頭，以平均每頭豬每日糞便10 kg計算，每天總共產(chǎn)糞便104 t，集糞池設(shè)計不少于3d的糞便量共計312 t,設(shè)計集糞池的容積為360 m3，設(shè)計池深4 m、長10 m、寬9 m。

圖2 一層平面圖

圖3 二、三、四層平面圖

圖4 落糞管節(jié)點圖

圖5 糞便清理工藝節(jié)點圖

2 機械清糞運行過程說明

機械刮板其運行原理是：刮糞板放置在漏縫地板的下方，與漏縫對板有一定的距離，每單元采用一拖二機械式刮板，由驅(qū)動電機通過鋼絲繩帶動刮糞板，運行時，A側(cè)刮板工作將漏縫地板下的糞便刮到豬舍風(fēng)機端的主糞溝，同時B側(cè)刮板翹起，反向運動至豬舍水簾端；然后電機反向運轉(zhuǎn)，B側(cè)刮板工作，同時A側(cè)刮板返回，如此往復(fù)循環(huán)工作，完成清糞（如圖6）。

圖6 刮板清糞工藝圖

圖7 多層樓房一層清糞工藝圖

在該設(shè)計中，一層豬舍的糞便污水由刮糞板直接刮入風(fēng)機端的主糞溝（圖7）；二、三、四層糞便經(jīng)由舍內(nèi)刮板刮至落糞管后直接落到一層糞道斜坡，滑入主糞溝（圖5）；主糞溝糞便再由其內(nèi)一拖一刮糞機的刮板刮入集糞池。集糞池中糞便通過管道或?qū)Ｓ脵C械轉(zhuǎn)運至專門糞污處理場所處理。

3 智能化清糞設(shè)備的設(shè)備配置參數(shù)

該設(shè)計中，舍內(nèi)刮板、主糞溝刮板驅(qū)動電機功率為2.2 KW減速電機，速比1:60，牽引繩為304不銹鋼鋼絲繩（?=8 mm）；舍內(nèi)刮糞板寬度為2.7 m、高0.2 m，主糞溝刮板寬度為0.9 m、高度為0.26 m，刮糞板均為304不銹鋼材質(zhì)。采用智能化控制模塊設(shè)定運行程序，實現(xiàn)自動化運行。智能控制模塊主要配置包括：stm32f103Rct6主控芯片，1602中文液晶顯示器，DS1302時鐘系統(tǒng)，16 cm×10 cm觸摸面板，DZ47-25空氣開關(guān)，CDS11-5電機保護器等，行程控制采用12 V電磁感應(yīng)接近開關(guān)，LA3811-3手動/自動切換開關(guān)，ND16-22DS刮板運行指示燈。

4 討論

4.1 豬場刮板清糞工藝的效果

刮板清糞已在我國的養(yǎng)禽場運行多年，作為當(dāng)前我國豬場主流的清糞工藝之一，在眾多豬場付諸實踐，其突出的優(yōu)點體現(xiàn)在：可完全取代人工清糞，大幅度減少規(guī)模豬場人工數(shù)量，并減少污水排放；通過智能化程序控制可以及時清除舍內(nèi)糞便，提高豬舍內(nèi)的空氣質(zhì)量[6-7]。進一步研究顯示，每個單元內(nèi)刮板清糞日啟動兩次可以滿足豬舍空氣環(huán)境質(zhì)量要求[8]，促進豬群健康，從而促進養(yǎng)殖場綜合效益的顯著提升。

4.2 樓房式豬舍對智能化自動化工藝的需求

自動化、智能化的是現(xiàn)代豬場建設(shè)的必然趨勢[9]。樓房式豬舍是土地資源緊缺地區(qū)養(yǎng)殖業(yè)主的重要選擇，鑒于樓房養(yǎng)殖的規(guī)?；⒏呙芏?，不配套智能化、自動化的工藝裝備，生產(chǎn)將難以進行，因此對于其配套的清糞、環(huán)控、喂料等工藝的研究顯得尤為重要和迫切。

5 結(jié)論

此研究對現(xiàn)有相關(guān)科技成果進行集成創(chuàng)新，形成新型多層樓房式豬舍智能化機械清糞系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)實踐。關(guān)于樓房養(yǎng)殖機械清糞工藝的應(yīng)用，目前也還有一些具體問題如：如何提高清糞設(shè)備的穩(wěn)定性可靠性，如何提高舍內(nèi)機械清糞的清除率等，還有待進一步研究解決。