自动化TMR传送带饲喂系统在牛场中的应用

许立新，孙路勇，范淋佳，郭祎玮，崔安，李亚茹，高继伟

（1.北京京鹏环宇畜牧科技股份有限公司，北京 100094; 2.北京市奶牛产业创新团队，北京 100094）

全混合日粮（TMR）是指将粗饲料、精饲料、预混饲料和其他辅助饲料按照一定的比例充分混合后，制成适宜反刍动物采食的一种营养相对平衡的混合饲料[1]。TMR饲养技术因能够改善饲料适口性以及降低奶牛饲养成本而备受关注，目前TMR技术已经成为世界上广泛采用的奶牛喂养管理方式[2]。随着科技的发展，欧洲已经进入奶牛饲喂的新纪元。部分大型牛场已选择应用了完全自动化的TMR饲喂系统，并且越来越多的牛场已经开始考虑自动化饲喂。

牛场规模的增大则意味着更多的工作、需更多的劳动力，并由疾病引发的疫病和经济潜在风险也在增加。自动化饲喂能够提供针对不同牛群进行目的性饲喂，通过移动电话实现遥控管理等先进管理方式来提高生产力和生产效率，满足牧场生产需要。

1 传送带饲喂系统工作原理及主要组成

与传统的TMR饲喂技术不同，传送带式自动饲喂系统更加符合奶牛的采食习性与生理特点。

1．1 工作原理

自动化TMR饲喂前首先要对所需饲料量进行计算，然后配置合适的饲料填充位置。系统工作前，先用铲车将饲料放入填料装置。自动化的TMR饲喂设备配备自动称重装置，所有的饲料成分按照所需的重量被提取。图表式饲喂管理系统控制填料装置的工作状态，并对进入搅拌装置的饲料量进行实时监控。在滑动犁（其方向可由管理系统控制）的推力作用下，饲料被均匀撒在饲喂面上，如图1所示。

图1 传送带系统工作示意图

1．2 系统组成

传送带式自动饲喂系统主要包括机械结构部分和电控部分，通过两大部分的协同工作，将搅拌好的饲料由传送带输送到牛舍内各个指定区域（图2）。

图2 系统组成结构简图

1.2.1 机械结构部分

机械结构部分由模块化填料装置、饲料搅拌装置、饲料传送带等组成。

1.2.1.1 模块化填料装置

作为饲料传送带的填料设备和新鲜饲料的中间存贮设备，填料装置采用了模块化的设计，可根据客户的不同需求通过扩展模块来对其容量进行扩展。其高功率的双尖锯齿刀为搅拌装置提供了稳定的饲料原料输入速度；同时装置底部的传送铰链速度和双尖锯齿刀控制电机的转速可由变频器进行调节而达到匹配；另外，底部传送铰链正反转方向可由操作员进行远程控制（图3）。

图3 填料装置

1.2.1.2 饲料搅拌装置

自动饲喂系统的饲料搅拌装置有两种，分别为固定式TMR搅拌站和切碎搅拌装置。

（1）固定式TMR搅拌站：此搅拌装置置于称重单元上，能够在填料过程中实现每个添加组分重量的称量（图4）。搅拌完成之后，饲料通过传送带传送至牛舍内。

（2）切碎搅拌装置：此搅拌装置为立式，可切碎并搅拌不同类型的饲料组分，并可通过改变铰刀的数量调整切碎的效率（图5）。同样此装置置于称重单元上，可实现添加组分的自动称重。

图4 固定式TMR搅拌站

1.2.1.3 饲料传送带

传送带用来实现在填料单元、搅拌装置、饲喂牛只之间的饲料传送，其上安装了滑动犁，方向可由控制系统进行变向，通过自动或手动控制传动带运行可以实现饲料从传动带不同方向落在饲喂面上（图6）。传送带有多种宽度类型，可适用于不同的使用需求。

另外，还有一种专用的传送带，即提升传送带，其最大提升仰角达到45°，用来将搅拌机搅拌完成的饲料提升至牛舍传送带的安装高度，提升传送带上装有橡胶刮板，具有封闭的底部结构和自洁功能，见图7。

图6 饲料传送带

1.2.2 电控部分

自动饲喂系统的核心是图表式饲喂管理系统，可实现对填料单元、搅拌装置、传送带等运行情况的控制管理（图8）。使用时，根据饲喂计划将饲料配方输入至图表式生产控制系统中，此系统可基于饲料配方与饲喂群组的数量、饲喂次数、饲喂时间等，优化饲料厨房的运行。同时，自动的饲喂过程采集了存储在不可擦除式内存上的数据来获取当天的饲料短缺信息，以避免忽然断电等原因造成的数据丢失。另外，图表式人工智能系统能够综合考虑搅拌装置中的称重信息数据偏差对整体工作性能优化的影响。

图表式饲喂管理系统具有适应性报警功能，偏差报警信号可通过移动短信方式发送至手机。作为系统功能的新特性，前一天的饲料搅拌信息可作为短信报告发送给相关牧场管理人员。图表式控制模块的数据信息存贮在闪存盘上，并未使用如硬盘、继电器等机械组件，其可通过无磨损晶体管、短路和过载保护实现对装置的控制。

对于此系统的操作运行，电脑并不是必需的，所有数据信息都会存入显示单元；在必要时，可通过计算机技术或移动电话技术对系统实现远程控制。

图8 图表式饲喂管理系统

2 传送带饲喂系统的主要优点

2．1 节省劳动力成本

千头规模的牛场只需要3个人即可轻松完成所有饲喂工作：一人负责制定饲喂计划、设备操作等；一人负责从青贮窖和干草库运送饲料到填料装置；一人负责牛舍饲喂维护。对于更大规模的牛场来说，节省人工的效益将更加明显。

2．2 节省建筑成本

国内大部分牛舍饲喂通道在5m左右[3]，而传送带式自动饲喂系统所需饲喂面宽可缩小至1.5 ～1.8m，与常规牛舍相比，可大大节省土地面积及建筑面积，进而降低建筑和土地成本。牛舍跨度降低还有其他的好处，通风系统更容易设计安装，而且成本降低，采光更好。

2．3 节省运营成本

传送带式自动饲喂系统设备稳定、可靠，日常维护成本低；系统工作时，除需用叉车给填料单元上料外均采用电力驱动，相比TMR饲喂方式，燃油消耗量有了大幅减少。

2．4 精确、自然的饲喂方式，可提高产奶量

2.4.1 实现饲料配方准确，饲喂精准

按照饲喂计划自动配料，精确称量后饲喂，可以保证每次投喂新鲜饲料之前，上次的饲料已经被牛吃完，降低饲料损失，也可避免人工清理陈料的工作。

2.4.2 实现多次饲喂，提高饲料利用率和产奶量

使用传送带饲喂系统每天最多可以达到9次饲喂，多次均匀小份地撒料可以避免超量饲喂或饲喂不足对奶牛健康造成的不利影响。增加饲喂次数可以平衡瘤胃里的酸性变化，当精料的饲喂次数从平均每天2次增加到4次时，效果非常明显[4,5]。按时输送新鲜的饲料还可以提高饲料的消化、吸收率，提高奶牛产奶量。

2.4.3 实现不同牛群的准确自动饲喂

系统可以针对不同的牛群单独搅拌指定的料型，当指定的料型输送到指定的牛群前，传送带上的传感器可以确保将料准确撒在指定牛群前，并将误差控制在10cm以内。

2．5 改善牛舍环境，提升牛群福利

（1）安静、平和、无噪声的舍内传送带式自动饲喂系统可以让牛轻松自然地采食，增加采食量，提高饲料利用率[6]。

（2）尤其是在寒冷地区，使用传送带式自动饲喂系统，可以避免TMR车饲喂时频繁开启牛舍大门所造成的温度骤降对牛只的影响，同时还可以避免由于TMR车饲喂而引起牛的应激反应[7]。

（3） 改善牛舍环境福利，牛舍跨度降低，更有利于自然光采光和牛舍通风。

（4）饲喂面更清洁，草料“悬空”输送，从饲料厨房到饲喂面，输送过程没有任何污染源。

（5）降低疫病风险，由于工人进入饲喂面的机会减少，杜绝了拖车进入饲喂面的可能，从而减少了舍内外及不同牛舍之间交叉污染的风险[8]。

3 传送带饲喂系统在牛场中的应用

3．1 新建牛场饲喂系统的安装要求

3.1.1 系统安装对牛舍结构的要求

（1）系统安装对牛舍高度要求：牛舍高度要随着传送带高度确定。一般传送带安装高度在185cm以上，牛舍高度要高于这个高度。

（2）系统安装对饲喂通道宽度要求：最佳的饲喂通道宽度范围为1.5～1.8m，如安装延伸板（其宽度2.7m），在牛舍高度达到4m时饲喂通道宽度最大可以是4.5m。

（3）预留合理的饲料厨房的位置。

（4）青贮区与饲料厨房要在合理的距离以内。

3.1.2 系统安装对牛舍所处地域环境的要求

（1）冬季舍内温度在5℃以上。

（2）对牛舍所处地势无特殊要求。传送带安装完成后，单套坡度不超过15°即可，当坡度过大时，应选用提升传送带，其最大提升角度可达到45°。

3．2 旧舍改造的饲喂系统安装要求

3.2.1 系统安装对旧牛舍结构的改造要求

（1）旧牛舍从地面到顶棚的高度为2m以上。

（2）有必要的饲料传送带支撑部件，或者有安装支撑部件的立柱等。

（3）避免可能对饲喂系统工作造成干扰的牛舍结构：如舍门、通风窗、水管、挤奶管等。

3.2.2 已有的TMR搅拌设备能否融入此饲喂系统

对已有的TMR搅拌设备，需将其称重信号传送至图表式饲喂管理系统，以检测饲料传送带上的饲料量。

3.2.3 设备出现问题时，如何保证牛的正常饲喂

（1）图表式饲喂管理系统会显示系统运行时间，建议在系统工作5 000h之后进行系统的整体维护检修。

（2）对机械结构部件齿轮箱进行定期维护。

（3）由于系统配备有备用配件（包含了设备运行的重要零部件），一旦系统出现问题，系统可检测问题发生的位置，并由牧场管理人员对损坏件进行快速简单的更换和调试（1～2h内）。

（4）极端情况下，可在牧场配备小型饲喂车。

综合以上措施，系统出现问题时，可快速进行维修，完全可以保证牛的正常饲喂。