一種水陸兩用自動投餌機設計與試驗研究

文/張繼業 胡福良 鄭琴 馮燕 付斌

一種水陸兩用自動投餌機設計與試驗研究

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自動投餌機是提高飼料利用率，降低養殖成本的重要設施。為解決小型池塘的投飼浪費，提高工廠化養殖水平，設計研發出一種新型的水陸兩用自動投餌機。根據其工作原理，對投餌機的供料裝置、高壓流體裝置、餌料釋放裝置和控制系統進行了設計與分析，采用高壓流體作為供料能源，管道作為輸送機構，混料釋放倉作為撒料裝置，PLC3系統作為控制器，并按要求制作了樣機進行投喂試驗。結果表明，該投餌機可以實現底部投喂，投飼深度和投飼距離具有可調性，可以滿足不同池塘的需求；投飼的同時還具有增氧的作用。較傳統投餌機，該投餌機具有減少飼料浪費，優化魚類攝食環境，減少局部缺氧的優點，適合現代化漁業養殖的推廣和應用。

近年來，我國水產養殖業有了很大的發展。隨著對水庫、湖泊等大水域環境的重視，池塘和工廠化養殖占據了主導地位。飼料是水產養殖中最重要的投入品，因此，投飼是水產養殖中最重要的步驟，且飼料投喂技術是否合理直接影響到養殖效果和環境生態。在我國水產養殖生產中普遍使用傳統單片機控制的小型自動投餌機。該投餌機價格便宜，適合一般的池塘，但因其投餌量小、人工成本高等不利條件，難以滿足高密度水體養殖的大量投喂和自動化投喂。因此，有必要開發適合不同水體的自動投餌設備，進一步提升水產養殖機械化、自動化水平。

1986年挪威開始使用自動投餌系統結合音響集魚系統養殖鱈魚幼魚。隨著自動化技術的推進，國外研究者研發出一種將圖像、視頻處理和嵌入式技術相結合的投飼檢測系統，可實現判斷殘餌量和自動投餌一體化，大大降低人工勞動量；計算機與投餌機的結合，實現了飼料投喂的自動化、智能化及遠程遙控。在小型水體養殖中，英國根據不同的餌料生產了一款螺旋軸可更換的螺旋給料小型投餌機，通過控制螺旋進給時間進行定量。澳洲生產的小型投餌機則通過有線網控制電磁鐵拉動方式進行飼料的投喂。

借鑒國外的先進技術，國內也針對自動投餌機開展了大量的研發工作，目前主要的研究成果包括工廠化養殖自動投餌系統，深水網箱自動投餌系統，基于PLC或MCGS的網箱自動投餌系統、氣力投飼系統、海洋牧場遠程監控投餌系統和基于視覺技術的智能投餌系統。這些自動投飼機在一定程度上提高了飼料的利用率，降低了人工投入。但未投入批量生產且普遍價格偏高。綜合國內對投餌機的研究，相比國外，還存在一些不足：（1）針對特定養殖模式和對象的自動投餌機的研發少（2）投餌系統軟件開發較為落后（3）投餌機智能化程度較低。

中國市面上的自動投餌機，根據投餌裝置大致可以分為3類：（1）不使用動力的拋撒裝置，其工作原理是利用餌料自然下落遇障礙物碰散開進行投飼。這種裝置一般應用于投餌面積較小的大水面養殖中。（2）使用空氣動力的裝置，使用管道和高速流動的空氣把餌料輸送到投餌點，遇障礙物碰散開進行遠距離投餌。這種裝置應用于環境較特殊的網箱養殖或工廠化養殖中。（3）使用電機和圓盤為動力的裝置，餌料接觸電機帶動的圓盤時進行拋灑，這類自動投餌機主要用于池塘養殖中。這些投餌機都是從空中進行餌料拋灑，且目前投喂的大都是浮性料，魚類需到水面進行攝食，不利于特殊魚類和環境條件下的養殖。為了克服特殊魚類和特殊環境的投喂方式的不足，作者在普通自動投餌機的基礎上，設計研發了一種結構簡單、實用性強的水陸兩用自動投耳機，可用于深水、淺水和陸地投放餌料，滿足多樣化、生態化的水產養殖投餌需求。

一、投飼機的組成及其工作原理

該自動投餌機主要由送料倉、高壓流體生成器、高壓流體噴倉、負壓倉、混料倉和混合料釋放倉等結構組成。送料機構位于負壓倉的上面，通過導料管與負壓倉相通；高壓流體噴倉位于負壓倉一側，混料倉位于另一側（圖1）。投餌機長52cm，寬52cm，高78cm，功率120W，可承載50kg～80kg飼料。

投餌原理：高壓流體生成器提供流體動力，輸出的高壓流體由高壓流體噴倉噴出，經負壓倉進入混料倉，此時負壓倉內為負壓，同時餌料在吸引力作用下從餌料倉經導管送入負壓倉，餌料在負壓作用之下跟隨高壓流體進入混料倉，餌料與高速、高壓的流體在混料倉中混合，然后由混合料釋放倉釋放飼料進入

圖1.水陸兩用自動投餌機結構示意圖

二、投飼機的設計

1.供料裝置

該投餌機的供料裝置包括餌料倉和設置于餌料倉下方的分料倉。分料倉的出料口與導料管連通。餌料倉主要用于儲存餌料，分料倉的作用在于控制投餌量。餌料倉與分料倉之間設置有一個隔板，隔板上設置有一個振動器，振動器通過一個控制器控制其間隔時間和頻率，實現對投餌量的控制。此外，控制器還用于控制高壓流體生成器的運行和停機?？刂破髟O置于餌料倉頂部內側，當然也可以設置于室內其它便于操作的地方。導料管的長度可根據養殖水體的深度進行調節，適用于各種深度的養殖水體。

在餌料倉的出料口處設置有一個光敏傳感器（型號HL340HP、HL504HP），用于判斷餌料是否用完。當餌料投完時，光敏傳感器向控制器發出延時停機信號，控制器將在幾分鐘之后控制高壓流體生成器停機，工作人員可根據實際需要選擇繼續向餌料倉加餌料或者關閉本系統結束投料。停機瞬間，負壓倉和導料管內壓強由負壓變為正壓，與水壓平衡。水越深，負壓與正壓間的壓力差越大。延時停機的目的主要是利用該壓力差，將混料倉和混合料釋放倉內的殘余餌料處理干凈。在導料管內設置有緩沖板，用于在深水作業時，防止高壓流體生成器停機時的內壓力瞬間變化導致水沖進餌料倉。

2.高壓流體裝置

高壓流體裝置包括高壓流體生成器、導流管、壓力控制閥和泄壓閥。高壓流體生成器為水泵或氣流泵，根據養殖投餌需求確定水泵或氣流泵功率的大小。另外，水泵或氣泵分別輸出的都是對養殖魚類及水質無污染的液體或氣體。在導流管與高壓流體噴倉之間設置有一個壓力控制閥，可根據實際投餌量，通過壓力控制閥調節流體壓強，使本系統更為靈活的適用于不同類型的餌料及投餌環境。壓力控制閥還與一泄壓閥連接，該泄壓閥可將多余的壓力釋放，使高壓流體噴倉內保持一個平衡的實用壓力。

3.餌料投放裝置

該自動投餌機的餌料投放裝置由負壓倉、混料倉及混合料釋放倉組成。高壓流體裝置和供料裝置分別通過導流管和導料管向負壓倉提供高壓流體和餌料，兩者在混料倉中混合后，經混合料釋放倉投放入水體?；旌狭厢尫艂}呈發射狀，可增大餌料的投放范圍，擴增魚類的攝食空間?；炝蟼}的長度可根據需在養殖水體投餌的位置進行調節，增加了投餌的靈活度。

高壓流體裝置和供料裝置與餌料投放裝置分體設置，餌料投放裝置可以置于水下，而高壓流體裝置和供料裝置可以置于水上，因此該投餌機可適用于深水、淺水及陸地投餌工作，減少在網箱、流水養魚池等小水體的投餌浪費，實用性強。

三、軟件設計

如圖2，高壓流體生成器連接有PLC3控制器，通過無線通信模塊和網絡遠程控制端連接再與主控機相連接。主控機即工業控制計算機，采用DELL/280P-01、H280P-01型號；無線通信模塊可采用zigbee無線通信模塊或AMBER WIRELESS型無線收發器模塊；網絡遠程控制端主要是手機、平板計算機或臺式計算機。主控機通過PLC3控制器控制高壓流體生成器操控投餌機投料。網絡遠程控制端的連接，可實現遠程控制投餌機投料。主控機和網絡遠程控制端還分別連接有PLC1控制器和PLC2控制器。其中，PLC1控制器主要用于控制餌料倉庫分料定量控制，PLC2控制器用于控制餌料運輸控制，將餌料按需送入各餌料倉中。通過PLC智能控制系統，遠程控制由若干個水陸兩用投餌機組成的投餌系統，所有水陸兩用投餌機共用一個餌料倉庫、分料倉和高壓流體生成器，實現工廠化養殖（圖3）。

圖2.水陸兩用投餌機系統軟件設計圖

4-高壓流體生成器，20-餌料倉庫，21-分料倉圖3.水陸兩用投餌機工廠化養殖場示意圖

四、樣機試驗

1.試驗材料

試驗材料：漁牌自動投飼機（STLZ-120A，佛山市南海漁愉魚水產服務有限公司），自制水陸兩用自動投飼機，浮性顆粒飼料，福爾馬林溶液，350g～450g的患孢子蟲病的鯉魚6400kg、350g～450g正常鯉魚6,400kg。采用魚兒樂溶氧傳感器（SF-206，南京祿輝物聯科技有限公司），池塘內循環養殖水泥槽6個（圖4，其中C、D流水槽重復利用編號分別為E、F）。圖中，A-D為池塘內循環養殖水泥槽，C/E為同一水流槽，D/F為同一水泥槽，箭頭為流水方向。

圖4.樣機試驗所用流水槽

2.樣機試驗

該自動投餌機按照設計制造和組裝調試后，于2016年7月10日，在四川省仁壽縣清水鎮金白漁業專業合作社池塘內循環養殖槽（22m×5m×2.2m）（水溫28℃±2℃）內進行了水下投餌試驗。在A水泥槽設置普通自動投餌機對照組，B水泥槽設置水陸兩用自動投餌機試驗組，兩個槽內分別投放正常鯉魚6400kg。在餌料倉中裝入同一品牌的浮性顆粒飼料70kg。同時啟動投餌機，進行投餌，觀察飼料的拋灑、鯉魚的吃食情況和水面飼料殘留量。

此外，為了測試水陸兩用投餌機的增氧作用，在循環水養殖池塘的相鄰C、D兩個流水槽中，放養相同規格和密度的患有孢子蟲病的鯉魚6400kg。關閉進水口推水風機，C流水槽中開啟水陸兩用投餌機但不投餌，D流水槽中不開，用福爾馬林按100 ppm濃度全池潑灑，計時觀測流水槽中溶氧的變化；在另外相鄰的E、F兩個流水槽中，不投放養殖魚類，打開推水風機，E池實驗組開啟水陸兩用投餌機但不投餌，F池對照組不開投餌機，計時30分鐘觀測流水槽中溶氧的變化。

3.試驗結果及分析

（1）投餌試驗

通過2個多月的投餌試驗和觀察，結果表明，投餌機運行平穩，工作安全可靠，實現了從池塘底部對鯉魚進行投喂。當兩臺投餌機同時啟動后，可以明顯看到A池對照組自動投餌機中的飼料呈弧形向外拋撒，范圍廣；鯉魚快速扎堆聚在飼料拋灑范圍內或躍出水面搶食，激起大面積水花；池塘埂及臨近池塘中有大量飼料落入；飼料從投餌機中噴灑時產生很大的噪聲。相比對照組，B池實驗組水陸兩用投餌機投餌時，基本不見養殖魚類浮在水面攝食，水面并未出現魚類因搶食而引起的浪花，只有暗流涌動；一定深度水面下，可見魚類的攝食行為與從水面拋灑投喂的不同。

養殖魚類在水下正常游動過程中攝食上浮的飼料，沒有出現魚類扎堆搶食的現象，減少了魚群在攝食過程中產生的碰撞、擠壓、刺傷等不良影響。開動自動投餌機至停止自動投餌機期間，只可聽到輕微的由該自動投餌機發出的噪音，推測其可適用于翹嘴紅鮊等性情急躁的魚類養殖。投喂的餌料一般都是膨化飼料，當飼料從水體底部噴出后，吸水膨脹上浮，中下層及底部魚類無需上游至水面進行攝食，可以避免因日照、鳥類和人為活動等不良因素對魚類攝食造成的干擾，可實現生態、穩定的良性攝食；對于長吻鮠、鱘魚等口下位或口亞下位的魚類，飼料從水體底部自下而上，更利于其攝食活動的進行，大大提高了飼料利用率。未被攝食的飼料，會浮至水面，投喂一段時間后，飼養者可以直接觀察到水面上漂浮飼料的量的多少，從而判斷投喂的飼料是否滿足養殖魚類的攝食。

（2）增氧作用驗證試驗

耐藥實驗中，開啟該自動投餌機后，較對照組觀察到有明顯的浪花從池塘底部往水面涌出（圖5）。D池對照組中鯉魚20分鐘左右開始大量浮出水面，游動緩慢；C池開啟了底部投餌機的實驗組，鯉魚出現浮頭的時間比D池晚30分鐘～40分鐘。推測本文所述的水陸兩用自動投餌機在投料的同時具有一定的增氧作用。在不投放養殖魚的流水槽E、F中，對照組F池內溶氧在30分鐘內基本不變，實驗組E池內溶氧呈先增加后減少的趨勢，在10分鐘時增加到最大值。分析產生此現象的原因為，在推水風機的作用下，水流發生交換，水體內的溶氧會因此出現波動，在短時間內可呈現增加趨勢；流水槽只占整個水域的小部分，當槽內的水體大部分被交換后，水中的溶氧會降低，因此一段時間后，流水槽中的溶氧會和槽外的大水域的溶氧保持一致（圖6）。

圖5.水陸兩用自動投餌機的增氧作用

圖6.打開投餌機后流水槽中溶氧變化

五、結論

本文介紹了一種水陸兩用投餌機及系統。該投餌機機械結構簡單實用，安裝、拆卸方便，實用性強，實現了從水體底部進行投餌，解決了現有投餌機不適用于投餌面積小、口亞下位魚類的養殖技術問題，同時還可作為增氧機，一定程度上緩解局部缺氧。后期可進行其他深水魚類和口下位魚類的養殖試驗，進一步驗證該水陸投餌機的功能。

另外，該投餌機也存在一定的不足。導料管和混料倉為不可伸縮型，需要人為的增加或減少管道的長度，自動化水平較低，一定程度上局限了投餌深度和距離。

作者單位：1.四川省眉山市東坡區農業局 2.四川省安岳縣魚種站