手持式兔舍清理器的设计与研究

吕媛媛 王金生 戴佳荣 耿啸

1、山东工程职业技术大学交通工程学院 2、济南易恒技术有限公司

引言

随着经济社会的发展，人们生活水平的提高，长期食用高脂肪、高热量、高能量的食品引起“四高”（高血压、高血糖、高血脂、尿酸高）一系列慢性疾病的人群越来越多。一些低脂肪、高蛋白的食品兔肉随之进入大众视野。兔肉不仅味道鲜美，而且还具有美容功效，更受到女性朋友的青睐。广大养殖户为了迎合市场的需求，不断扩大养殖规模。

经过调查，随着我国政策的改变，以家庭自养自食为主养兔模式正逐步被规模化、集成化的养殖场所替代。养殖场的规模已经由十年前的几百只发展到几千只，甚至更多。养兔数量的增多势必会给养殖户的清理工作带来一定麻烦。传统清理兔舍全靠人力来进行清理，这种清理方式已经不再适应广大养殖业主的需求。自动化已经成为养殖业的必然发展趋势[1]。现如今市场上出现自动饮水器、自动喂料机等一系列自动化程度较高、更加方便养殖的产品，大大减少了养殖业主的劳动和时间成本。尤其是兔舍自动清理器的使用，更是省时省力。但是目前市面上已经使用的自动清理器大多适用于新型兔舍，而很多养殖场为了节省养殖成本，他们不愿意将传统的水泥兔舍舍弃，仍采用水泥兔舍进行养殖。这些兔舍自动清理器无法满足传统水泥兔舍的清理工作，长期以来仍然依靠人力完成。这样不仅费时费力，而且易导致人畜呼吸疾病和寄生虫的传播[2]。而且兔舍的空间不仅狭小，立体高度层次复杂，整体长度不均匀，而且对噪音的要求比较高。据有关资料显示，近几十年来，我国禽畜养殖业年均增长9.9%[3]，规模化养殖业的迅速发展，对畜禽舍房的清理工作也提出了新的挑战。本设备就是在这种情况下萌生的，秉承以人为本的理念，方便养殖户的使用，以达到经济和社会效益双赢的目的，本文作者设计出一款手持式兔舍清理器。该种清理器具有重量轻、体积小、运用灵活等优点。

1 设计原理

兔舍由笼门、后墙、笼底板、承粪板、侧壁、和三角板组成。笼门一般是铁制笼门或由水泥钢筋砌合而成；后墙上有若干个通风条状竖格，用于兔舍通风；笼底板是实心板；承粪板上同样有若干个条状竖格，目的是为了方便兔子的排泄物排出；侧壁是用于支撑兔舍的实体板。三角板是一个斜度为15°的实心板，目的是为了方便兔子排泄物向后方滑落。兔舍所使用的材料是水泥板。手持式兔舍清理器是在笼底板、承粪板及三角板围成的狭小空间内进行工作的。如图1 所示。

图1 兔舍的结构简图

本设备在电动推杆的基础上进行改造。整体结构如图2 所示，总长700mm，宽400mm，高180mm，推板最大伸出长度为550mm。电机作为动力源，将电机的旋转运动转变成为电动推杆的直线往复运动[4]，电动推杆与推板联接，将电动推杆的直线往复运动转变成为推板的直线往复运动，进而实现自动推粪功能。

图2 手持式兔舍清理器结构图

2 零件选型

2.1 动力装置

一般情况下，发情期和哺乳期的家畜对声音有一定的敏感性。过大的噪声会使得发情期的雌、雄性情绪不稳定，降低受孕概率。即使能够受孕也会对后代产生不良影响。噪声对于哺乳期的家畜会造成惊吓，导致奶量减少，哺乳欲望下降。对于幼崽来说，会导致发育迟缓、抵抗力下降、成活率降低。因此在选型过程中，噪声也是考虑的重要因素之一。动力装置采用24V/100W 永磁直流无刷电机驱动，其噪声小，体积小，动力强劲，启动电流小，工作稳定。由于兔舍的清理需要不断地更换工作区域，为了方便工作，将采用24V、10ah 锂蓄电池为其供电。该电池供电稳定，能有效防止不稳定电流对设备的伤害。可为本设备持续供电3～4 小时。

2.2 传动装置

传动装置采用电动推杆。由于本设备工作区域比较狭小，且需要人工进行更换工作地点，这就要求电动推杆重量轻、体积小。所以在电动推杆的选型上选用电动螺杆式推杆。电动螺杆式推杆最大推/拉力：3KG／2KG。能满足每周清理一次的需求。

2.3 执行装置

清理器的执行部件是推板。推板的作用是将兔舍下的粪便清理干净。推板的设计灵感来源于推土机，它能够有效地将承粪板上的粪便和其他杂质进行清除，甚至一些与承粪板粘连较为严重的异物清理起来也十分奏效。推板与电动推杆依靠圆柱销进行连接，这种连接方式便于清理器的维护与保养。其结构如图3 所示。

图3 推板

2.4 控制装置

控制装置采用电器开关控制，在设备内部设置过载自动保护装置，当清理器工作行程达到极限位置或者超过最大推力时，设备将会自动停止工作，防止电机及其它机件损坏。同时本设备增加限位开关和自恢复保险电路，进一步提高产品使用安全性。在手柄设计上，考虑人性化设计，方便用户操作，其手柄横截面形状设计为椭圆形，减少握持阻力，提高工作舒适性。

本设备将电动推杆电机、蓄电池及相关电路等安装在壳体内，壳体轻巧、灵活。经设计，清理器主要技术参数有：工作幅宽400mm，自重2.3KG，功率0.1kw，工作行程550mm，进给速度250mm/s。工作幅宽和工作行程能够满足标准笼舍的需求，也可以根据养殖业主的需求进行定制加工。自重2.3KG 符合人机工程，在正常成年人承重范围内，长时间工作也能维持较好的体力。根据进给速度与形成计算，单次作业的时间在3s 左右。结合续航时间计算出每台设备一次充电能可以完成3500 个兔舍的清理，能满足大部分养殖业主的需求。如果养殖规模在5000 只以上，可以通过增加备用电池或者增加劳动力的方法来满足需求。

3 工作过程

蓄电池为永磁直流无刷电机提供电能，永磁直流无刷电机将电能转化为动能，驱动电动推杆做直线往复运动，电动推杆与执行部件推板联接，推板将粪便从承粪板前端推至后端，直至推离承粪板，当电动推杆到达最大工作行程后，推板随着电动推杆返程，完成一次清理工作。

4 设备维护与保养

设备每次使用完后使用清水冲洗推板和圆柱销，防止污垢对其腐蚀。电动推杆定期涂抹润滑油。建议每季度或每使用20次保养一次。另外注意备用一些易损件，例如按钮、电池适配器、备用电池等。

5 结语

通过对手持式兔舍清理器的整体设计和研究表明，该清理器具有以下特点：一是本设备结构紧凑、重量轻、体积小、工作平稳、噪声小。二是单人即可操作，劳动强度小。三是适应范围广，通用性强，既可以满足家庭式小型农户的需求，也可满足中小型传统水泥兔舍养殖场。同样可适用于与其类似的鸡舍、猪舍或鸽舍等其他舍群的清理。解决了传统水泥兔舍只能靠人工清理的问题。虽然有诸多优点，但是该设备仍然是建立在一定的人力劳动基础之上的，没有实现完全自动化，无法满足大规模以及超大规模的集约养殖。因此超大型养殖业主在兔舍建立初期就应该进行更加系统、科学的设计，使养殖业成为科技含量较高的产业。