新型履帶式豬舍板下清糞機場地作業(yè)性能試驗

李奇 許志華 史冬梅 李騰 劉怡云

摘 要： 隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平提高，豬肉消費量巨大，帶動規(guī)?；B(yǎng)豬業(yè)蓬勃發(fā)展，但豬舍糞污清理成為難題。河南牧原智能科技有限公司研發(fā)的一種履帶式豬舍板下清糞機，能夠?qū)崿F(xiàn)自動導航作業(yè)，對豬舍板下糞污進行清理。場地作業(yè)性能測試結(jié)果表明，清潔率、生產(chǎn)率、導航精度和連續(xù)作業(yè)時間等主要作業(yè)質(zhì)量合格，符合農(nóng)機專項鑒定大綱規(guī)定要求，能替代人力作業(yè)，滿足規(guī)?；B(yǎng)殖場實際生產(chǎn)需求，節(jié)約資源成本，環(huán)境適應(yīng)性強，是一種有效的清理糞污智能設(shè)備，推廣應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：清糞機；畜禽糞污處理；清潔率；生產(chǎn)率；導航精度；作業(yè)時間

中圖分類號：S232.9文獻標識碼：A文章編號：2095-1795（2023）12-0097-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.12.017

0 引言

在我國傳統(tǒng)食肉習慣中，豬肉占據(jù)重要地位，目前其消費總量超過肉類總消費量的50％，這也刺激帶動了以規(guī)?；B(yǎng)豬業(yè)為代表的行業(yè)快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，2022 年，我國生豬出欄近7 億頭，其中規(guī)?；B(yǎng)殖產(chǎn)量接近60％，是豬肉穩(wěn)產(chǎn)保供的主要飼養(yǎng)方式[1]。在大部分生豬規(guī)模化養(yǎng)殖場內(nèi)，豬舍單元建設(shè)時，使用漏糞板將整個豬舍垂直空間分隔為板上和板下兩層。板上層為生豬采食活動生長區(qū)，豬所產(chǎn)生的糞污則通過漏糞板掉落至板下層水液中做進一步浸泡分解暫存處理，待養(yǎng)殖單元內(nèi)豬清圈出欄后，再統(tǒng)一進行糞污清理。這種水泡糞的排泄物處理方法相對簡便、環(huán)保、實用，是當前規(guī)?；B(yǎng)殖場普遍采用的糞污處置生產(chǎn)模式[2]。但在豬舍凈圈后，對漏糞板下糞污進行擾動清理時，因板下空間低矮狹小，作業(yè)環(huán)境惡劣，人工勞動強度大，雇工難且作業(yè)時耗工、耗時、耗水、耗力及耗資，已成為規(guī)?；B(yǎng)豬業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的難點、堵點和痛點[3]。

為改變這種現(xiàn)狀，河南牧原智能科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)了一種新型履帶式豬舍板下清糞機，自帶動力，行走裝置為履帶，防腐力強，密封性好。在豬舍板下作業(yè)時，可通過自動導航，單機獨立作業(yè)，實現(xiàn)代替人工在豬舍漏糞板下狹矮空間內(nèi)水泡糞的清理工作。該機具在作業(yè)場景運行時，對糞污進行攪拌、推送和清理，將沉淀在豬舍糞尿水底部的固態(tài)糞推到上層水層面與水充分混合，攪拌結(jié)束后拔開養(yǎng)殖單元底部糞塞、開啟排污泵，混合后的糞污更容易隨著糞口流走，同時繼續(xù)操控履帶底盤進行攪拌推糞，即可完成網(wǎng)底糞污的絕大部分清理，再配合清水管或高壓水槍簡單沖洗即可完成網(wǎng)底清洗工作，大大減輕人工勞力，減少清洗時間，節(jié)約用水，保證生產(chǎn)安全。

為驗證新型履帶式豬舍板下清糞機的作業(yè)性能，根據(jù)農(nóng)業(yè)機械專項鑒定大綱DG41/Z 005—2022《履帶式豬舍板下清糞機》要求的試驗條件，以隨機抽取樣機的辦法，對9FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機的作業(yè)性能進行了場地試驗作業(yè)測試，以獲取現(xiàn)場第一手數(shù)據(jù)資料參數(shù)，作出計算解析，直觀了解其作業(yè)性能，分析推廣應(yīng)用前景[4]。

1 產(chǎn)品基本情況

1.1 結(jié)構(gòu)型式

9FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機結(jié)構(gòu)主要由履帶底盤、推板、電控系統(tǒng)和可視操控系統(tǒng)等組成，外觀與主要部件如圖1 所示。

1.2 試驗測試產(chǎn)品型號說明

產(chǎn)品型號符合JB/T 8574—2013《農(nóng)機具產(chǎn)品 型號編制規(guī)則》的規(guī)定，依次由分類代號、特征代號、動力特征、主參數(shù)和改進代號5 部分組成，分類代號、特征代號和動力特征與主參數(shù)之間，以短橫線隔開[4-5]。具體型號解釋如圖2 所示。

1.3 工作原理

1.3.1 實現(xiàn)功能

利用履帶底盤和可移動推板，通過可視操控、路線規(guī)劃等方式，使該設(shè)備實現(xiàn)樓房豬舍板下糞污的攪拌、刮糞和清理等作業(yè)。

1.3.2 主要零部件運行原理

（1）電源開關(guān)。按鍵式開關(guān)，按鍵后啟動電源。

（2）LED 鷹眼燈。電池容量顯示電量，20% 以上常亮，20% 以下間隔8 s 閃爍。

（3）攝像頭?？赏ㄟ^視頻查看板下環(huán)境和清糞狀況。

（4）激光雷達。用于掃描環(huán)境，規(guī)劃設(shè)計作業(yè)地圖，進行自主避障和導航。

（5）天線。遠程信號接收和網(wǎng)絡(luò)信號強度提升。

（6）可移動推糞板?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)后端螺絲來調(diào)節(jié)高度。

（7）履帶底盤。適應(yīng)復雜作業(yè)環(huán)境。

1.4 核心參數(shù)

FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機主要設(shè)計參數(shù)如表1 所示。

2 試驗前期準備

2.1 測試用品

2.1.1 測試設(shè)備

在成品庫中隨機抽取9FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機樣機2 臺（測試機和備用機各1 臺）。

2.1.2 試驗用主要儀器設(shè)備

鋼板尺（50 cm ）、鋼卷尺（5 m ）、臺秤（30 kg ）、取樣容器（20 cm×20 cm×20 cm）和取樣金屬框（50 cm×50 cm×10 cm）。

2.1.3 輔助工具／材料

標記膠帶1 卷、油性記號筆1 支、取樣工具若干（瓢、鏟、挖具等）。

2.2 試驗地點

2.2.1 清潔率、生產(chǎn)率和連續(xù)作業(yè)時間試驗地點

河南省南陽市內(nèi)鄉(xiāng)縣牧原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合體有限公司12 場5 樓B18 哺乳養(yǎng)殖單元。

2.2.2 測試導航精度試驗地點

河南省南陽市臥龍區(qū)信臣西路龍升工業(yè)園區(qū)牧原智能裝備研發(fā)生產(chǎn)中心場區(qū)8 號樓2 樓。

2.3 試驗前檢查準備

2.3.1 豬舍漏糞板下環(huán)境檢查

揭開豬舍漏糞板，利用挖勺獲取糞污，倒入容器內(nèi)觀察液體渾濁程度，分別挑選3～5 塊區(qū)域，若液體過于清澈或密度較低，則挑選其他單元進行測試。

2.3.2 測試設(shè)備檢測

將9FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機置于非測試單元板下清糞通道入口處，隨后遙控進入板下環(huán)境后，利用攝像頭進行環(huán)境掃描并規(guī)劃路線，然后進行單圈次攪拌作業(yè)，作業(yè)完成后遙控開出板下環(huán)境，并檢查設(shè)備外觀、推糞板、各連接部件和APP 端相關(guān)信息等，確認設(shè)備一切無異常后完成樣機設(shè)備檢測。

3 試驗驗證依據(jù)、條件和項目

3.1 試驗驗證依據(jù)標準

驗證試驗符合農(nóng)業(yè)機械專項鑒定大綱DG41/Z005—2022《履帶式豬舍板下清糞機》要求，樣機外殼結(jié)構(gòu)應(yīng)密封，符合GB/T 4208—2017《外殼防護等級（IP 代碼）》IP68 等級要求，樣機驅(qū)動電機應(yīng)符合GB/T 1311—2008《直流電機試驗方法》的要求，樣機鋰電池的安全性能應(yīng)符合GB 8897.4—2008《原電池第4 部分：鋰電池的安全要求》的要求[4，6-8]。

3.2 試驗驗證條件

3.2.1 樣機要求

試驗用9FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機狀態(tài)應(yīng)符合產(chǎn)品說明書要求。

3.2.2 試驗糞便要求

種類為糞污， 糞污高度不低于推糞板高度的80%。

3.2.3 試驗豬舍選擇

豬舍應(yīng)具有代表性，長度≥36 m，寬度≥14 m，試驗豬舍面積滿足試驗要求。

3.2.4 氣象條件

在整個試驗過程中測定環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度各2 次，取其范圍值。

3.3 性能試驗項目

依據(jù)DG41/Z 005—2022《履帶式豬舍板下清糞機》中第6.4 試驗項目相關(guān)要求，進行下列試驗：糞污深度測算、糞污區(qū)域體積測算、單位體積糞污質(zhì)量測算、糞污區(qū)域總質(zhì)量測算、清潔率和生產(chǎn)率測算、導航精度測試試驗（適用導航版機型）及連續(xù)作業(yè)時間測試試驗（適用配套蓄電池機型）[9-10]。

4 試驗方案

4.1 試驗條件核查

4.1.1 試驗機具核查

經(jīng)核對，試驗用9FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機狀態(tài)符合產(chǎn)品說明書要求。

4.1.2 試驗機具推糞板高度與測區(qū)糞污深度核查

試驗用9FD-645B 型履帶式豬舍板下清糞機推板高度196 mm，經(jīng)測量試驗糞污平均高度193 mm，符合糞水高度不低于推糞板高度80％的要求。

4.1.3 試驗豬舍面積代表性核查

單元長度36 m，寬度14 m，試驗豬舍面積符合試驗要求。

4.1.4 試驗氣象條件

在整個試驗過程中測定環(huán)境溫度、環(huán)境相對濕度各2 次，溫度23～24 °C，濕度70%～75%RH。

4.2 性能試驗

4.2.1 糞污深度測算

（1）攪拌作業(yè)。履帶式豬舍板下清糞機按使用說明書要求，運行進入板下環(huán)境，在豬舍板下按設(shè)置預(yù)定線路對糞污進行一輪攪拌作業(yè)，完成后駛出板下。

（2）隨機取點。在豬舍板下不同區(qū)域內(nèi)隨機取20 個點，利用鋼板尺分別測量，得出20 個點位糞污深度數(shù)據(jù)[11]。

（3）計算。根據(jù)式（1），計算測試單元糞污平均深度。

6 驗證試驗

通過新型履帶式板下清糞機作業(yè)結(jié)果測試運算，對照DG41/Z 005—2022《履帶式豬舍板下清糞機》中第6.4 試驗項目相關(guān)要求，對比結(jié)果如表2 所示。表明此機型現(xiàn)場實地作業(yè)驗證合格。

7 結(jié)束語

對新型履帶式豬舍板下清糞機場地試驗驗證測試和數(shù)據(jù)運算處理結(jié)果可以看出，該設(shè)備工作的清潔率、生產(chǎn)率、導航精度和連續(xù)作業(yè)時間等性能指標均符合農(nóng)業(yè)機械專項鑒定大綱規(guī)定要求，產(chǎn)品作業(yè)質(zhì)量合格，產(chǎn)品設(shè)計可以滿足實際生產(chǎn)需求。

新型履帶式豬舍板下清糞機可以通過自動導航，實現(xiàn)單機獨立作業(yè)，代替人工在豬舍漏糞板下狹小空間內(nèi)水泡糞的清糞作業(yè)；通過SLAM 技術(shù)實現(xiàn)即時定位和對板下進行地圖構(gòu)建，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實現(xiàn)對多個單元清糞任務(wù)的遠程控制，各單元作業(yè)不需要進行人工干預(yù)；同時通過手機APP 可以遠程利用攝像頭和激光導航對機器人位置和板下環(huán)境進行監(jiān)控，實現(xiàn)現(xiàn)場清糞和異常巡查無人化作業(yè)。可以適應(yīng)空間狹小、坡度大、結(jié)構(gòu)物多等豬舍場景，以及多種存糞工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)快速完成一個和數(shù)個豬舍單元的水泡糞的清糞作業(yè)，提高清糞效率，減少工作人員、作業(yè)時間、沖洗水量，降低人工勞動強度和節(jié)約人力資源成本，提升員工勞動舒適度。

新型履帶式板下清糞機適用性強，可以滿足不同地區(qū)大中小型養(yǎng)殖企業(yè)及養(yǎng)殖戶，因地形、環(huán)境造成的豬舍建設(shè)差異的作業(yè)需求，能較好地適應(yīng)市場要求，改變生豬養(yǎng)殖清糞作業(yè)難以全面實現(xiàn)機械化、自動化的現(xiàn)狀，推動養(yǎng)殖機械的發(fā)展應(yīng)用和養(yǎng)豬技術(shù)模式創(chuàng)新，具有較好的市場推廣應(yīng)用前景。

參考文獻

國家統(tǒng)計局．中華人民共和國2022 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL]．（2023-02-28）. https：//www.gov.cn/xinwen/2023-02/28/content_5743623.htm？eqid=e028b30900014457000000046476f114．

宋承謀，蔡映紅，吳正杰，等．規(guī)?；B(yǎng)豬廢水處理問題及對策[J]．中國豬業(yè)，2016，11（2）：66-68．

朱良瑞，朱昌友，韓安勤，等．規(guī)模豬場廢水組合處理效果分析[J]．養(yǎng)殖與飼料，2019，18（5）：4-6．

農(nóng)機具產(chǎn)品 型號編制規(guī)則：JB/T 8574—2013[S]．

履帶式豬舍板下清糞機：DG 41/Z 005—2022[S]．

外殼防護等級：GB/T 4208—2017[S]．

直流電機試驗方法：GB/T 1311—2008[S]．

原電池 第4部分 鋰電池的安全要求：GB 8897.4—2008[S]．劉繼奎．液體密度測定的三種方法[J]．考試（中考版），2005（4）：18．

劉媛媛，徐京邦，張豐華，等．視覺信息輔助激光導航AGV 的應(yīng)用[J]．物流技術(shù)與應(yīng)用，2019，24（11）：146-148．

李秀敏，徐凌云．用隨機模擬方法研究抽樣分布問題[J]．高師理科學刊，2018，38（3）：62-65．

LI Xiumin，XU Lingyun．Studied sampling distribution problem usingstochastic simulation method[J]． Journal of Science of Teachers' Collegeand University，2018，38（3）：62-65．