引言
犢牛飼養管理是犢牛管理中的重要方面，犢牛飼喂質量不僅影響犢牛淘汰率，還直接關系到犢牛成年投產后的生產性能是否能夠得到正常發揮。抓好犢牛的飼養管理，提高犢牛成活率，培養健康犢牛，是牧業生產基礎中的基礎，也是提高牛群質量、創建高產牛群的重要基礎。提高犢牛成活率及生產性能無論對規?；B殖，還是個體養殖戶來說，在發展生產、提高經濟效益方面都具有十分重要的意義。
目前，常乳期飼喂主要采用人工飼喂，雖解決了犢牛飼喂問題，但由于犢牛期飼養技術要求高，其存在問題也比較突出。主要表現為: 一是人工飼喂勞動強度大，飼喂效率低; 二是人工飼喂受飼喂工技術水平影響較大，易出現飼喂未嚴格按照“五定”原則進行飼喂的現象，如飼喂攪拌不均勻、飼喂溫度控制不精確、飼喂用具清洗不徹底等; 三是犢牛在人工飼喂時都是低頭進食，此現象不有利于犢牛瘤胃的發育和生長。機械化飼喂已成為必然趨勢，相關資料表明: 瑞典利拉伐公司的犢牛智能化飼喂 CF500具有耐用、低維護等優點; 飼喂犢牛過程中相關可為每個犢牛提供精確的牛奶量，在很短的時間里完成犢牛的飼喂。
關鳴等人發明了一種犢牛飼喂裝置，通過加壓器和噴頭迅速向奶盆中分配特定體積的奶液，可使多頭犢牛同時飲用。曲永利等人發明了一種犢牛水乳兩用飼喂裝置，可減少訓練犢牛喝奶飲水的時間。在以上裝置的研究中，雖然能夠解決人工飼喂所存在的問題，但是沒有實現結構簡單、精量配比及定量飼喂等要求。因此，開發出適于犢牛生理特性的自動化飼喂裝置，對于兵團乃至全國畜牧業發展都有著重大的意義。
1 裝置結構及工作原理
1． 1 總體方案
該裝置主要由料倉、螺旋給料器、攪拌裝置、加熱器、自動控制系統及內外混合清洗系統等組成，結構示意圖如圖 1 所示?！緢D1】
1． 2 技術原理
裝置工作時，依據犢牛的個體信息，設置控制系統的相關參數，向攪拌桶中注入定量水; 加熱器將水加熱至 100℃ 殺菌，當水溫冷卻至 50 ～ 60℃ 時，代乳粉給料裝置向攪拌桶中加入定量代乳粉\\( 代乳粉量與水量最佳比為 1: 8\\) ，攪拌器將代乳粉與水的混合物攪拌均勻\\( 形成常乳\\) 。裝置行進時，射頻識別系統識別犢牛耳標獲取犢牛個體信息，控制器根據所獲取的犢牛個體信息控制常乳給料裝置進行工作，使其按照犢牛所需飼喂量進行精確飼喂。當飼喂工作結束后，內外混合清洗系統對吸吮頭及攪拌桶進行清洗后將廢水排入收集箱中。
2 機械部件的設計
2． 1 料倉
料倉是本裝備正常生產的必備部件之一，它主要被用作儲存物料和物料的供給。根據代乳粉的物料特性及料倉的流型特點，選擇整體流型料倉，滿足給料的穩定性、連續性等要求。物料在料倉中的流動與料倉倉斗的斜壁傾角有著很大的關系，要獲得較好的物料流動性，就必須保證最小半頂角角度在 18° ～ 20°之間。
根據生產力的要求，要求本料倉可容納 20 ～ 30kg代乳粉，由于本裝置行走速度慢、沖力小、儲存時間短\\( 只存儲本班次飼喂所需代乳粉\\) ，所以本料倉選取為厚度 δ = 2mm 的不銹鋼制成\\( 如圖 2 所示\\) ，可提高代乳粉儲放的衛生要求?！緢D2略】
2． 2 代乳粉給料裝置
代乳粉給料裝置\\( 如圖 3 所示\\) 由螺旋給料器及步進電機組成。工作時，螺旋給料器由步進電機驅動對攪拌桶進行代乳粉的投放，投放量與螺旋給料器的轉數有關。為此，螺旋給料器是影響給料工作性能的主要部分。查找資料顯示: 采用等徑等螺距螺旋給料器易出現影響給料裝置工作性能的“結拱”和“死區”等現象。為此，裝置通過采用等徑變螺距螺旋給料器\\( 如圖 4 所示\\) ，解決了傳統給料裝置出現的“結拱”以及“死區”等現象，提高了給料的準確性及穩定性。等徑變螺距螺旋給料器的螺距計算公式為【1-3】
根據公式\\( 3\\)，計算等徑變螺距給料器的螺距S1= 15，S2= 20，S2= 25，螺距的變化要求遵循直線變化\\( 一元函數\\) 的規律，線性增加\\( 即 y = kx+b 型\\) ，遵循函數為 y=5x+15\\( x=0，1，2\\) 。對等徑變螺距給料器進行了給料試驗，結果表明給料精度不低于 95%?！緢D3-4】
2． 3 攪拌裝置
攪拌裝置主要由攪拌葉扇與攪拌桶組成。攪拌葉扇不同的安裝形式會產生不同的流場，使攪拌的效果有明顯的差別。根據裝置所需的攪拌效果要求及代乳粉與水攪拌混合加工特點，葉扇安裝位置選擇偏心式攪拌安裝類型，安裝位置為頂部安裝\\( 如圖 5 所示\\) ，加強了液層間的相對運動，增強了液層間的湍動，使攪拌效果得到明顯的改善。
攪拌桶的材料選擇為不銹鋼，其有易于清洗、不易生銹等特點。攪拌葉扇類型選擇為旋槳式攪拌器，不僅可以對代乳粉和水的混合物進行攪拌形成常乳，而且還可以對攪拌桶進行清洗。
2． 4 常乳精確供給系統
依據犢牛不同生長階段，其飼喂量也隨之發生變化，建立犢牛常乳需求量與犢牛生長階段之間的飼喂模型，確定犢牛常乳供給量，并對犢牛實施精準識別及精確給料。該系統實現了犢牛的精確識別及犢牛不同生長階段所需常乳的精確供給，保證了犢牛飼喂的質量。
裝置一次可裝載常乳量為 40 ～60kg，根據每頭犢牛的常乳飼喂量在 2 ～ 3kg 進行計算，該裝置每班次可飼喂 15 ～ 20 頭犢牛，而每次飼喂時間不大于 12s。
在飼喂過程中，裝置機架上裝有的 ＲFID 無線射頻識別系統，可準確地識別犢牛耳標，獲取犢牛個體信息。
控制器根據所獲取的犢牛個體信息控制蠕動式計量泵進行工作，按犢牛所需常乳量進行投喂，在投喂管一端安裝吸吮器，模擬吸吮母牛奶頭，犢牛通過吸吮器進食，可減少進食時間，為犢牛健康成長奠定基礎?！緢D5略】
3 自動控制系統的設計
自動控制系統\\( 如圖 6 所示\\) 是基于單片機的整機控制系統，實現整機原料供給、時間及溫度等參數的精確控制。主要包括硬件設計和軟件設計?！緢D6】
3． 1 硬件設計
自動控制系統硬件部分主要包括人機交互模塊、單片機模塊和電源模塊。其中，人機交互模塊以維綸公司的 MT6070iH 觸摸屏為核心，設計了良好的人機交互界面\\( 如圖 7 所示\\) ，主要功能為控制其他各模塊的運行; 單片機模塊\\( 如圖 8 所示\\) 是以 PIC24FJ256單片機為核心，主要實現接收觸摸屏發出的控制信號功能; 電源模塊\\( 如圖 9 所示\\) 分別由三路開關電源組成，主要實現交流轉直流以及降壓輸出功能，通過電源模塊將 220 伏交流電轉換為不同要求的直流電，為飼喂機各個模塊供電，如給步進電機提供所需的 24V直流電、為無線射頻識別系統提供所需的 5V 直流電等。硬件部分設計在保證各個模塊可靠性的前提下，具有一定的經濟性及可升級性。
3． 2 軟件設計
在軟件設計中，充分考慮系統的硬件特性和用戶的功能需求，完成了基于模塊化的自動控制系統軟件設計。人機交互界面能夠方便、快捷地實現對原料供給量、水供給量、加熱溫度、原料配比、飼喂時間、犢牛飼喂量以及冷卻溫度等參數的設置，并控制相應系統工作。人機交互界面圖如圖 7 所示?！緢D7-9略】
4 結論
1\\) 采用機械、電子與自動控制等技術，建立集常乳加工系統、常乳精確供給系統、識別系統及自動控制系統等為一體的犢牛智能化飼喂裝置，實現了犢牛飼喂的科學化、自動化、精確化，為奶牛業的可持續發展提供飼養技術裝備支撐。
2\\) 搭建的軟硬件控制系統不僅有效實現了對原料供給量、水供給量、加熱溫度等參數的設置，而且進行了控制相應模塊動作，完成了對犢牛所需飼喂量的供給，實現了犢牛飼喂的智能化、精細化及自動化。
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