基于EDEM的双螺旋奶牛饲喂装置给料性能分析与试验

奶牛精确饲喂技术的实施不仅能够促进奶牛业健康发展,而且还能够提高牛场经济效益。基于牛场现状,该文在设计的等径双螺旋精确给料的奶牛饲喂装置基础上,理论分析了物料输送速度与给料时间,通过Solidworks对双螺旋给料装置进行了三维建模,并利用EDEM软件分别对40 mm搅龙和70 mm搅龙不同转速(80、100及120 r/min)的给料过程进行了离散元仿真,分析了装置给料稳定性,结果表明,40 mm搅龙在转速为120 r/min时变异系数为0.052 2,70 mm搅龙在转速为100 r/min时变异系数为0.105 2,给料稳定性最优。为进一步验证仿真结果,在搭建的双螺旋给料饲喂装置上,对40 mm搅龙和70 mm搅龙进行了给料试验,试验结果显示,40 mm螺距搅龙转速120 r/min和70 mm搅龙转速100 r/min时给料稳定性最优,试验结果与仿真结果吻合。在验证装置给料稳定性基础上,对给料精度进行了试验,结果显示:40 mm搅龙和70 mm搅龙在80、100、120 r/min等不同工作转速组合下,给料精度均大于95%,当40 mm搅龙转速为120 r/min,70 mm搅龙转速为100 r/min时,给料时间为14.1 s,给料量为6.009 kg,装置给料精度不低于99.835%,符合奶牛精确饲喂效率与精度要求。     

基于全混合日粮饲喂技术的精饲料精确饲喂模式

为了提高奶牛产量、降低生产成本,奶牛精细饲喂是重要的实现途径,该文对奶牛精饲料精确饲喂与配套饲喂模式进行了研究。该文以个体奶牛为饲养管理单位对200头和500头牛群进行了"TMR（total mixed ration,全混合日粮）+精饲料精确饲喂"饲喂模式的牛舍内和奶厅外饲喂研究,试验结果表明：牛舍内饲喂采用牛颈枷间距1.2 m,装备行进速度0.45 m/s时,识别系统对奶牛的识别率100%,识别准确率不小于96%,抢食率不大于4%,系统响应时间不大于2 s,每百头奶牛饲喂时间不大于0.4 h;奶厅外饲喂采用牛颈枷间距1.4 m,装备行进速度0.7 m/s时,识别系统对奶牛的识别率100%,识别准确率不小于99%,抢食率为0,系统响应时间不大于2 s,每百头奶牛饲喂时间不大于0.35 h;同时试验期间比2011年同期传统"TMR+人工补饲精饲料"饲喂模式平均单产提高0.8 kg/d,并减轻了劳动强度。研究结果可为奶牛饲喂与养殖模式相关研究、牛场建设与改造等提供参考。     

肉鸽规模养殖自动化饲喂装置设计

肉鸽规模化养殖是一种具有较高经济效益的新兴养殖产业,人工饲喂工作量大、饲喂精细化水平低、饲料浪费率高。为解决肉鸽工厂化规模养殖的自动饲喂难题,设计了一种肉鸽自动饲喂装置。该装置主要由饲喂食槽、控制箱、行程开关、三相异步电机、行走轮、动力传动系统及机架等组成;控制系统使用变频器控制2台三相异步电机的转速,以行程开关为位置检测元件,用循环时间继电器设定饲喂过程中的行走、停留时间,实现自动饲喂装置工作过程中的行走、停留、反向等行程控制,以保证饲喂的精细程度。试验结果表明,该装置行程精度控制在98%以上,饲料浪费率控制在1%以下,具有良好的稳定性,适合于肉鸽工厂化规模养殖。肉鸽自动饲喂装置适用于肉鸽大规模、工厂化养殖。     

奶牛饲喂自动机电控制系统的设计与试验

为开展奶牛精准饲喂及采食行为学研究,设计了一种集自动识别、饲喂、数据自动采集、数据分析与处理于一体的奶牛饲喂自动机电控制系统。该系统包括机械装置、电子识别系统、料槽称质量系统、中央控制系统、现场数据存贮及远程数据提取与分析系统等几部分。其中,机械装置包括料斗、支撑座、栏杆和阻挡单元等;电子识别系统包括阅读天线及料门启闭的气动装置;料槽称质量系统除支撑座外,还有嵌入的质量传感器及线路;中央控制系统包括微处理器、看门狗复位电路、读卡器电路、称质量数据采集电路、数据通信电路、数据收发器电路及外围驱动与稳压电路等。现场数据存贮电路接受来自各个饲喂系统的中央控制系统发送的采食行为数据,其主板结构与中央控制系统基本一致,预设可存贮记录数为14 000条,且采用堆栈数据存贮模式。远程PC端数据提取与分析系统实时管理采食行为数据,并提供多功能的数据挖掘分析。系统测试结果表明,对牛只低频RFID(134 kHz)电子耳标的识读率为100%,料及槽的计量范围为0.01~200 kg,最低称量精度10 g,实际称量相对误差≤0.15%,同时满足奶牛对最大采食量及精准饲喂对计量的需求。系统的采食行为试验表明,奶牛的日均采食次数、采食时间及采食量等采食行为均差异显著(P0.05),符合奶牛的采食行为特点。具体地,奶牛日均采食次数10~13次,日均采食时间5.38 h,而奶牛个体实际采食量与NRC(National Research Council)模型预测的采食量有-4.76%~7.83%的偏差,可能是由各种内外部因素及NRC模型的普适度造成的,有待进一步研究。总之,该系统能较好地实现奶牛个体的精细化饲喂,为研究奶牛的采食行为特点提供了在线、智能化的自动数据采集与分析平台。     

榨菜收获机割台结构设计与试验

为了适应西南丘陵山区的作业环境,解决榨菜收获关键技术问题,设计了一种榨菜收获机。通过正交试验分析榨菜收获机割台各工作参数对青菜头损伤程度的影响,对切根装置与地面夹角、切叶机构转速、喂入螺旋转速进行优选。试验结果表明,当切叶机构转速为750 r·min-1,切根装置与地面夹角20°,喂入螺旋转速250 r·min-1时,收获损伤率最低;当切叶机构转速为750 r·min-1,切根装置与地面夹角30°,喂入螺旋转速250 r·min-1时,收获含杂率最低。     

分段螺旋式甘草茎秆揉切装置设计与试验

针对全混合日粮饲草料揉切需求，该研究设计了一种分段螺旋式甘草茎秆揉切装置，对分段螺旋叶片的主体结构和搅龙结构参数进行设计，建立了刃口曲线方程，分析了装置揉切机理，并试制了分段螺旋式甘草茎秆揉切装置试验台。以搅龙转速、加工时间、填充系数、刀片与底壳间隙为因素，以粒度、破节率、单位质量能耗为指标，开展四因素三水平Box-Behnken试验，对试验结果进行方差分析和二次回归拟合，得出各因素对粒度影响显著性由大到小为加工时间、搅龙转速、填充系数、刀片与底壳间隙；对破节率的影响显著性由大到小为加工时间、填充系数、搅龙转速、刀片与底壳间隙；对单位质量能耗的影响显著性由大到小为填充系数、加工时间、搅龙转速、刀片与底壳间隙。对交互影响因素进行响应曲面分析并进行参数优化验证试验，结果表明：当搅龙转速为25 r/min、加工时间为12 min、填充系数为0.46、刀片与底壳间隙为15 mm时，甘草茎秆的揉切粉碎粒度为11.76 mm，破节率为83.27%，此时单位质量能耗为9 959.82 J/kg，试验值与模型理论值误差不超过7%，参数优化模型合理，满足作业要求。研究结果可为全混合日粮搅拌机的研发提供理论依据。     

马铃薯种薯切块机分级装置的设计与试验

针对传统马铃薯种薯切块机存在的切块均匀性差、不便于直接进行播种的问题，设计了一种安装在马铃薯种薯切块机上的分级装置。对分级装置的结构和工作原理进行了阐述，通过力学分析和运动分析确定了分级装置分级辊拨轮各部分的结构参数。选取分级辊组组数、分级辊组转速、上料量为试验因素，分级精度为试验指标进行正交试验，并用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析，确定较优参数组合为分级辊组组数为7，分级辊组转速为110 r/min，上料量为40 t/h，并对较优参数组合进行了验证试验，验证试验结果表明在较优参数组合下的分级精度为98.7%，能够满足分级要求，本研究提供了一种用于马铃薯种薯切块机上的高效率、高分级精度的分级装置。     

立式有机肥螺旋撒肥装置设计与试验

针对有机肥黏度大、流动性差、粘结成块后抛撒困难的问题，该研究设计了一种带撒肥叶片的立式有机肥螺旋撒肥装置。通过建立有机肥在抛撒过程中的运动学模型，对撒肥距离、撒肥幅宽进行分析，确定影响撒肥效果的主要因素。以撒肥均匀度和撒肥幅宽为试验指标，以螺旋轴转速、撒肥圆盘倾斜角度、螺旋叶片螺距为试验因素进行旋转正交试验。运用Design-Expert软件对试验结果进行参数优化，通过验证试验对优化后的参数进行验证，结果表明：当螺旋轴转速为385.0 r/min，撒肥圆盘倾斜角度为16.0°，螺旋叶片螺距为360.0 mm时，撒肥均匀度横向变异系数为14%，撒肥幅宽为8.1 m，满足有机肥撒肥机作业标准及田间作业要求。该研究可为有机肥撒肥机的设计和优化提供参考。     

香菇柄成松机研制与成松性能试验

针对当前香菇柄成松加工效率低、品质差、不适应工业化生产等问题,该课题研制了一种基于打击成松原理的香菇柄成松机,其结构主要包括机架、进料装置、成松筒、主传动装置、打击成松装置、出料装置,该机器能实现香菇柄连续工业化生产。为探究不同工艺与结构参数对成松机成松性能的影响,选择干/鲜香菇柄类型、香菇柄含水率、主轴转速、刀具类型、刀具末端与成松筒壁之间的间距等作为试验因素,以打击后样品的含松率、蓬松度和感官评分作为试验指标,进行了香菇柄成松试验。试验结果表明：对于含松率,含水率、主轴转速和干/鲜香菇柄类型影响极显著（P<0.01）,其它因素均影响显著（P<0.05）;对于蓬松度,含水率、干/鲜香菇柄类型和刀具末端与成松筒壁之间的间距影响极显著（P<0.01）,刀具类型和主轴转速影响显著（P<0.05）,主轴转速影响不显著（P>0.05）;对于感官评分,含水率、刀具类型、主轴转速和刀具末端与成松筒壁之间的间距影响极显著（P<0.01）,干/鲜香菇柄类型影响不显著（P>0.05）。同时,设计了正交试验,采用综合平衡法对含松率、蓬松度和感官评分指标进行综合分析,确定了成松试验的最优水平组合：干香菇柄,复水后含水率为50%左右,主轴转速为2200 r/min,直刀,刀具末端与成松筒壁之间的间距为7 mm。该条件下的试验样品的含松率平均值为97.1%,蓬松度平均值为0.079 g/cm3,感官评分平均值为16.8分。     

批次式种子清选装置设计与试验

针对试验小区种质材料"批次式、无残留、易清机、高效率"特殊加工要求，该研究采用开放式组合框架结构、变频振动清筛技术，系统集成批次供种、风选除杂、筛选分级、筛面清理等作业工序，设计了批次式种子清选装置，并对供料系统、风选系统、筛分装置等关键部件进行了设计与分析。以玉米种子为试验对象，以给料速度、振动频率、振幅、筛面倾角为试验因素，以物料净度、获选率和作业时间为试验指标，开展了四因素三水平Box-Behnken试验，建立了响应面数学模型，并进行了参数优化和试验验证。结果表明，振幅、振动频率及二者的交互作用是影响净度和获选率的主要因素；给料速度、振幅、振动频率、筛面倾角均对作业时间有较大影响；优化参数组合为给料速度0.072 kg/s、振幅5 mm、振动频率6.25 Hz、筛面倾角4.6°，在此参数下的验证试验结果为净度98.8%、获选率为99.7%、作业时间约50 s，与模型优化预测结果基本一致。生产性能试验结果表明，处理量15 kg/批时清选装置加工能力达到10批/h，各项指标均满足设计要求。研究可为种质材料及其他颗粒物料批次式清选装备的设计提供参考。     

畜禽粪污固液分离机断齿螺旋脱水装置运行参数优化

固液分离是畜禽粪便后续处理利用的重要环节,针对现有固液分离机处理高浓度粪污混合物存在效率低、分离效果差等问题,该文设计了一种断齿螺旋脱水装置,以高浓度猪粪为试验对象,采用Box-Benhnken中心组合试验对断齿螺旋脱水装置的工作参数进行了优化试验,以螺旋转速、间断距离、配重位置为影响因素,以分离效率和挤出物含水率为目标函数,建立了影响因素与目标函数之间的多元数学回归模型。通过试验并结合生产实际,最终获出最佳工作参数组合为:间断距离37 mm,转速56 r/min、配重块处于配重杆309 mm位置处(相对位置),此时分离效率为5.43 m3/h,挤出物含水率为53.52%,试验结果与理论优化值间的误差小于10%,最优参数组合下固体回收率实测值为54.91%,表明该文得出的多元数学回归模型与真实值间的拟合度较高,可为高浓度粪污混合物固液分离机的设计与应用提供参考。     

轮式拖拉机水田轮辙覆土装置设计与试验

以轮式拖拉机为动力的水稻精量穴播机作业时会在田面压出宽而深的轮辙,严重影响播种质量。为此,该文提出了一种变螺距等径螺旋覆土方式。该文分析了覆土原理,进行了运泥过程动力学和运动学分析,建立了螺旋覆土器的运泥量数学模型,经过理论计算和优化设计,确定了螺旋外径为250 mm、内径80 mm 和最大螺距200 mm 等关键参数。田间试验结果表明：在拖拉机轮辙自动填覆系数大于0.6,拖拉机前进速度不超过1 m/s 条件下,轮辙覆土装置能较好的填覆辙深不超过250 mm,辙宽小于400 mm 的轮辙,并保持泥面平整,满足实际生产要求。研究结果可为拖拉机轮辙覆土装置的研究和设计提供依据。     

信息技术在奶牛业中的应用：精确饲养奶牛业

介绍了我国奶牛业的现状及加入WTO后面临的形势。在全面分析和比较各种饲养方式的基础上，肯定了用信息技术改造传统奶牛饲养方式的必要性、可行性，指出精确饲养奶牛业是今后奶牛饲养的主要方向。将现代信息技术全面应用于奶牛生产，可最大限度地发挥奶牛的遗传潜能，取得最佳的经济效益和社会效益。     

气送式高速玉米精量排种器设计与试验

为满足在高速条件下玉米精量播种的要求,从工作原理出发,设计一种可从根本上解决因高速作业带来的充种性能不佳、清种结构复杂等问题的高速精量排种器,其利用高速作业产生的离心力进行充种与清种,将现行的种子堆积依靠重力充种的形式改成气送充种,对排种盘、型孔插件、护种板结构形状进行了理论分析和参数设计,采用文丘里管进行有序气吹送种,型孔插件与护种板相配合充种与携种,护种板宽度变化清种。分别对排种器工作速度、种子喂入速度、气送风压进行单因素试验,以合格指数、漏播指数、重播指数为试验指标,得出各因素对排种性能的影响,其中此工作原理下增加排种器工作速度不但不会增加漏充指数,反而降低并基本保持不变。为得到排种器的最佳性能参数,进行正交旋转组合试验并构建各因素与指标间的关系式。采用响应曲面法对试验结果进行目标优化,并通过台架试验进行验证:得到工作速度为9 km/h,种子喂入量为1.91 kg/min,气送风压为492.17 Pa时,排种合格指、漏播指数、重播指数分别为93.14%,1.00%,5.86%,经台架试验验证,优化结果可靠。试验结果表明此种气送式高速玉米精量排种器很好的解决了在高速作业下充种难,清种复杂的问题,在高速工作条件下能保持良好的排种性能。     

基于射频技术的奶牛身份识别系统

针对当前奶业所存在的养殖规模较小、单产水平低、管理技术落后、饲料单一、牛群血缘不清,以及由此导致动物产品安全无法得到有效的保证的问题,提出并建立了一种基于无线射频识别技术的奶牛的身份识别系统。该系统通过采用瘤胃式动物电子标识来为每头奶牛建立一个永久性的数码档案,实行一畜一标,并通过采用RFID技术以及单片机与PC机的通信技术对存储奶牛信息的电子标签进行远距离识别,从而及时的实现对每头奶牛的监控与管理。研究结果表明RFID系统读卡器的识读率为100%,识读距离可达到8 m以上。该方法不仅实现了对奶牛生产养殖的数字化管理,也为精细养牛提供了理论依据。     

基于最优二叉决策树分类模型的奶牛运动行为识别

针对奶牛行为分类过程中决策树算法构建主观性强、阈值选取无确定规则,易导致分类精度差的问题,该文提出一种基于最优二叉决策树分类模型的奶牛运动行为识别方法,首先选取描述奶牛腿部三轴加速度数值大小、对称性、陡峭程度、变异程度、不确定性及夹角的24个统计特征量,其次通过构建ROC(receiver operating characteristic,ROC)曲线获得各统计特征量的最佳行为类别分组方式及最优阈值,然后利用信息增益作为最优二叉决策树划分属性的选择标准,最终构建最优二叉决策树分类模型对奶牛运动行为进行分类识别。试验结果表明,该分类模型能够有效区分奶牛的站立、平躺、慢走、快走、站立动作、躺卧动作6种运动行为,平均准确率、平均精度、平均F1值分别为76.47%、76.83%、76.57%,相较传统的ID3(iterative dichotomiser 3,ID3)决策树算法分别高5.71、5.4和5.61个百分点,分别高于K-means聚类算法7.51、8.02和7.77个百分点,优于支持向量机算法6.77、6.72和6.57个百分点。该方法可为提高奶牛行为分类精度提供有效的理论支撑。