自行走奶牛全混合日粮搅拌车研究

张军鸿

（安徽安凯金达机械制造有限公司项目部，合肥230051）

0 引言

饲喂一体搅拌车（TMR：Total Mixed Ration）是发展现代化畜牧养殖的高端机械产品，是实现集约型机械化牛场的先进技术及精品畜牧业实现低投入、高产出的重要途径之一。TMR饲养技术，其内涵就是采用先进的机电联合加工和控制工艺，把牛只的精饲料和粗饲料的加工调制、搅拌混合、送料、喂料连成一体化技术，实现了针对不同阶段牛群饲养的机械化、自动化、定量化、营养均衡化，是实现牛场现代化机械化生产的一个非常重要环节。

1 研究的目的及意义

1）是实现集约型机械化农场操作的需求。现代畜牧业离不开现代先进综合技术，许多畜牧技术只有通过采用先进的畜牧机械，才能得以实施。发挥机械化的优势，发展精品畜牧业是实现低收入、高产出的重要途径。

2）是加快TMR在国内推广的需求。根据国家积极推进的未来退耕还牧、散养牧场向规模牧场整合政策，未来TMR在中国的市场前景广阔。

2 自行走TMR搅拌车研究

主要形式为采用成熟中卡二类底盘进行改装，上装立式搅拌仓，绞龙减速机采用液压马达驱动，液压泵从卡车变速箱取力。

图1 总体布置草图

2.1 二类底盘选择

1）发动机。发动机型号为朝柴4102BQ工程发动机，低速输出功率较好；额定功率为88 kW/2 600 r/min；最大扭矩/转速为 280 N·m/1 700～2 200 r/min。

2）变速箱。型号：LC6T46；各挡速比：Ⅰ挡为6.314，Ⅱ挡为3.913，Ⅲ挡为2.262，Ⅳ挡为1.393，Ⅴ挡为 1.000，Ⅵ挡为0.788，R挡为5.847。

3）取力器。速比为1.007，最大扭矩为230 N·m。

4）后桥。速比为5.375，单级减速、双曲线圆锥螺旋齿轮。

表1 自走式搅拌车主要参数

2.2 液压系统参数计算

1）马达参数。型号：AA2FE160/61W-VSB527；排量：160 mL/r。

2）油泵参数。型号：416.0.90RY；排量：0～90 mL/r。

3）油冷却器（带油箱）有关技术参数。型号：4443.089.X00；电压：24 V；油箱容积：20 L。

2.3 搅拌液压系统计算

根据2.2节选择参数为：

油泵：PSM90，排量 q1=90 mL/r，转速 500～3 050 r/min，最高压力40 MPa。

马达：AA2FE160，排量 q2=160 mL/r，转速 3 600 r/min，最高压力45 MPa。

减速机：709R2：速比 i=23.5，最大扭矩 18 000 N·m，允许转速3 800 r/min。

发动机转速<2 300 r/min，系统压力p1<30 MPa。

马达最大输出扭矩：T1=p1×q2×ηm1/6.28=30×160×0.93÷6.28=711 N·m，则减速机最大输出扭矩为 711×23.5=16 704 N·m，满足搅拌需求。

当机器行走撒料时，发动机转速n1=1 200 r/min，则此时供油流量 Q1=n1×q1×ηv1/1 000=1 200×90×0.93÷1 000=100.4 L/min。

则马达转速 n马达=1 000Q1×ηv2/q2=1 000×100.4×0.95÷160=596 r/min，此时搅拌速度为 596÷23.5=25.4 r/min，满足撒料要求。

当发动机转速n1=1 600 r/min，则此时供油流量Q1=n1×q1×ηv1/1 000=1 600×90×0.93÷1 000=134 L/min。

则马达转速 n马达=1 000Q1×ηv2/q2=1 000×134×0.95÷160=795 r/min，此时搅拌速度为 596÷23.5=33.8 r/min，此工况下发动机油耗最经济，推荐在发动机转速1 500～1 700 r/min下进行搅拌作业。

调试：系统调试需要调试系统压力，需要通过调节高压溢流阀将主油路压力调节至30 MPa，同时检测补油压力。速度方面可通过调节油泵排量来调节。调节范围为0～90 mL/r，在不需要油泵工作时可以将排量调至0 mL/r。

图2 液压系统原理图

2.4 立式搅拌仓设计

立式TMR饲料搅拌机主要由料箱和一个垂直的锥形螺旋搅龙组成，其结构如图3所示。

1）搅拌仓容积。本次设计针对500头奶牛左右的中型牧场，根据奶牛采食量及饲喂效率，料仓设计为8 m3。

图3 立式搅拌仓示意图

2）料仓锥度设计。采用国际通常采用的104°，便于混合饲料下滑，及与搅龙配合搅拌、混合、切割。

3）料仓材料选择。考虑到饲料对仓壁的摩擦，采用Q345B耐磨钢板，仓壁采用8 mm厚度，仓底则采用20 mm厚度，以避免漏底。

4）使用UG进行参数化设计（如图4）。

图4 搅拌仓三维模型

2.5 搅龙设计

1）采用锥心搅龙设计，叶片2.5圈。

2）切割刀片设计。采用5把大刀，11把小刀，锯齿形。材料选择65Mn加焊W6，使用寿命2 000 h。

2.6 称重传感系统设计（如表3）

3 自行走TMR搅拌车试验

根据《农业部农机鉴定大纲》DG/T 054-2012，进行搅拌车鉴定试验，和安徽农业大学拟定试验计划。

图4 绞龙三维数模

图5 绞龙和箱体装配数模

表3 称重传感参数

图6 称重系统构成

3.1 生产性能试验安排

3.1.1 TMR饲料加工评价

1）称重系统计量校对；2）搅拌仓有无死角残留；3）物料剪切长度，观察揉搓痕迹；4）记录TMR混合时间、混合顺序。

3.1.2 实验室分析（每组3个样品，每个样品100g物料）

1）TMR样品与纸配方比对；2）颗粒度大小（采集5个样品，检查 6～7 cm 长纤维含量，标准 5%～10%）；3）混合均匀度（取10个样品，进行盐分含量分析，变异系数10%～20%）；4）感官评价，TMR日粮混合均匀，松散而不分离，色泽均匀，新鲜不发热、无异味、不结块。

3.1.3 饲喂效果评价

1）奶牛采食无挑食、打洞现象；2）干物质采食量没有发生明显变化；3）奶牛生产性能评价，产奶量、乳品品质正常；4）奶牛反刍生理活动评价，反刍频率没有发生变化；5）奶牛体重及体况正常，粪便正常。

3.2 车辆性能试验

1）行驶稳定，最小稳定时速不超过10 km/h；2）搅拌稳定，搅拌速速符合设计要求；3）油耗符合车辆要求。

4 结语

本文结合中国奶牛养殖TMR技术的发展及推广应用情况，对比欧美先进技术，结合笔者机械产品研发经验，成功开发了自行走TMR全混合日粮搅拌车，并在牧场进行机械性能试验和生产试验，产品性能稳定，能够满足牧场工况及使用要求。自行走TMR奶牛全混合日粮搅拌车是目前TMR技术应用的发展趋势，一方面为客户降低了购买和使用成本；另一方面设备稳定性和维护性得到提高。今后的研究方向是在自行走设备的基础上，研究产品功能的扩展和整合。

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