羊圈带式饲喂输送系统设计研究

摘要 为解决传统羊圈饲喂方式效率低、劳动强度大及饲料浪费等问题，设计了一种基于PLC控制的带式饲喂输送系统。该系统将带式输送机作为核心结构，结合钢丝绳和皮带牵引等组件，实现羊圈内饲料的自动化传送与定量投放。研究内容包括系统结构、主要参数、关键部件选型和工作原理，并对系统进行了实际应用验证。结果表明，改造后的饲喂系统显著提升了效率，降低了人工成本和饲料浪费，具备较高的经济效益与推广价值。

关键词 输送带；饲喂；改造设计；PLC控制

中图分类号 TU 264+.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）05-0177-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.05.037

Design and Research of Sheep Pen Belt Feeding Conveyor System

WANG Rong-hua1， ZHANG Yan-bin2， YANG Kai2

（1.Inner Mongolia Technical College of Mechanics and Electrics， Hohhot， Inner Mongolia 010000;2. Vocational and Technical College of Inner Mongolia Agricultural University， Baotou， Inner Mongolia 014100）

Abstract To address issues of low efficiency， high labor intensity， and feed wastage in traditional sheep pen feeding methods， this paper designs a PLC-controlled belt feeding conveyor system. The system integrates a belt conveyor as the core structure， with steel ropes and belt traction components， enabling automated feed transport and precise delivery within the sheep pen. The study covers the system’s structural design， key parameters， component selection， and operating principles， followed by practical application testing. Results indicate that the upgraded feeding system significantly enhances efficiency， reduces labor costs and feed wastage， and offers considerable economic benefits and potential for widespread adoption.

Key words Conveyor belt;Feeding;Renovation design;PLC control

目前，我国许多羊场仍采用传统的人工饲喂方式，存在饲料浪费严重，劳动强度大，管理不规范等问题。随着畜牧业的快速发展，羊圈饲喂系统自动化成为提高养殖效率及降低劳动成本的重要手段［1-2］。因此，实现羊圈饲喂系统的自动化显得尤为迫切和必要。为解决这一问题，笔者针对传统羊圈建筑结构，在尽量减少成本的原则下，设计由PLC控制的输送带系统改造饲喂条件［3-4］。

1 系统结构及主要参数

1.1 输送方案确定

舍饲圈养羊饲喂需要做到定量、定质、搭配合理，定量即在一定时间内饲喂相对稳定的饲料量，满足羊只足够的营养需要即可，避免造成不必要的损失浪费；定质即给羊喂的饲料要新鲜、清洁，保证质量、营养成分要达到要求，确保不喂腐烂、霉变的饲料和饲草；搭配合理即按羊的采食性、消化特点和饲料的品种、特性等选用多种多样的原料，以加强营养互补，防止偏食和营养缺失［5-6］。通常情况下，舍饲羊的圈舍与活动场相连，白天饲喂完在活动场自由活动，晚上可回到圈舍休息。传统饲喂方式由人工或者撒料车将饲料抛洒在羊舍围栏外的饲槽。饲槽常用砖石或水泥筑成，固定在围栏外下方，与舍栏等长，饲槽上宽下窄，宽30～40 cm，羊圈中间留有过道供饲喂人和撒料车通过［7］。根据羊圈结构，在羊圈中间利用过道的空间设置饲喂系统较合理，且可以节约成本。图1a为改造前的羊舍。

带式输送机具有结构简单、使用方便、操作安全、维修容易、节省人力等特点。结构简单，仅需胶带、托辊（板）、滚筒、驱动装置等几大部件；使用方便，可以在各种场所安装、使用；操作安全，维修容易，需要经常维修的仅是托辊，胶带使用寿命长，损耗很小；节省人力，由于操作简单，维修容易，需要的管理人员少［8］。同时，带式输送机还易于实行集中遥控，自动保护，适合作为羊舍饲喂系统的主体结构［9］。考虑到环形输送机的相对密闭性特点，饲料碎末泄漏到上、下皮带中间不易清理，易造成饲料腐烂、霉变，笔者结合输送机与卷扬机的结构特点改造羊圈内饲喂输送带。图1b为根据羊舍空间结构改造饲喂系统后的羊舍。

1.2 系统结构设计

饲喂输送系统主要由控制部分、羊圈内传送部分、羊圈外辅助部分组成，其中控制部分主要由皮带牵引电动机、喂料牵引电动机、电磁离合器、电气控制柜等组成；传送部分主要由传送带、皮带滚筒、钢丝绳、钢丝绳滚筒、不锈钢导槽、托辊等部分组成；辅助部分主要由搅拌机、皮带提升机、转运输送皮带机、废料回收车等部分组成，如图2 所示，为了说明饲喂输送系统结构，图2中1号与2号羊舍中间的输送带展开，2号与3号羊舍中间的输送带收回［10］。笔者主要对控制及羊圈内传送部分进行结构设计，对主要参数、工作部件、工作性能和工作原理进行分析。羊圈外辅助部分可利用羊场已有的机器或者选配标准设备组成。

1.3 主要技术参数

配套动力：交流电动机；饲喂速度：0.80～1.06 m/s；饲喂输送带长度：18 m；输料能力：250 kg/min;功率：3 kW。

2 羊圈内饲喂输送系统设计

2.1 羊圈内饲喂输送系统工作原理

送料时，饲料可以由搅拌机、皮带提升机、转运输送皮带机等辅助设备输送至饲喂输送带的入料端，也可将搅拌好的饲料由料车直接匀速撒在饲喂输送带的入料端。牵引钢丝绳的一端固定在钢丝绳滚筒上，另外一端固定在饲喂输送带边缘，喂料牵引电动机启动，动力通过电磁离合器输送至钢丝绳滚筒，牵引钢丝绳随着钢丝绳滚筒的转动缠绕在滚筒上，将饲喂输送带沿着不锈钢导槽铺开，将输送带上的饲料输送至羊舍。喂料牵引电动机运行时，皮带牵引电动机的电磁离合器置于离合位置，以减小工作阻力［11-13］。

回收残余饲料时，皮带牵引电动机启动，动力通过电磁离合器输送至皮带滚筒，输送带随着皮带滚筒的转动缠绕在滚筒上，废料回收车放置在入料端皮带滚筒的下方，残余饲料自动掉落到回收车中。皮带牵引电动机运行时，喂料牵引电动机的电磁离合器置于离合位置，以减小工作阻力［14］。羊圈内饲喂输送系统的工作原理如图 3 所示。

2.2 主要部件的选型及计算

2.2.1 电动机及减速机选型。

由于羊舍供电不受限制，动力输出选择三相异步电动机。2台电动机均采用了羊场已有的 YE3-100L2-4异步电动机，标定功率为3 kW，标定转速为1 420 r/min，工作电压为380 V，不仅功率大，还可有效节约成本。

减速机连接电动机和滚筒，是输送机的重要部件之一，应满足输送机功率、速比、转矩等要求。由于电动机输出的转速很高，但输送带的设计速度要求在1 m/s左右，故选取传动较大的 XWD4 型摆线针轮式减速机。该减速机减速比大，体积小，使用寿命长，结构紧凑，噪声低，传动效率高，故笔者采用摆线针轮减速机更为合理［15］。XWD4 型摆线针轮式减速机的单级减速比包括11、17、23、29、35、43、59、71、87，具体减速比选择需要结合滚筒直径计算确定。

2.2.2 滚筒直径计算。

生产中，如果使饲喂输送带一直匀速运行，需要使牵引钢丝绳均匀地缠绕在滚筒上，且保持钢丝绳缠绕滚筒的直径不改变，这就需要设计较复杂的导向及牵引机构。考虑到饲喂输送带实际使用过程中速度在一定范围内变化并不影响饲喂效果，故而简化滚筒设计，以减少改造及后续维修成本，皮带滚筒、钢丝绳滚筒均选择普通尼龙滚筒，牵引钢丝绳选用直径3 mm半钢芯，最大承重764.2 kg钢丝绳，皮带及钢丝绳滚筒宽度根据羊舍内结构确定为700 mm，滚筒直径需要通过计算获得［14］。

2台电动机的输出转速相同n1=1 420 r/min，喂料时皮带的理想速度为1 m/s，即60 m/min，如果减速机传动比选择i=29，则计算过程如下：

钢丝绳滚筒转速：n2=n1/i=1 420/29≈48.97 r/min

钢丝绳滚筒半径：r=v_输送带/（2πn₂）=60/（2×3.14×48.97）≈0.20 m

钢丝绳滚筒直径：d=2r= 400 mm

回收残余饲料时对皮带的速度没有严格要求，因此选择相同减速机传动比，皮带滚筒直径与钢丝绳滚筒直径同为400 mm。

2.2.3 饲喂输送带选型。

带式输送机中，输送带既是承载构件，又是牵引构件，不仅要有承载能力，还要有足够的强度。该设计中，由于输送的物料是草料，就允许张力、最高耐温等参数而言，普通国产PVC、PU输送带都可以满足工作需要。考虑到PU材质的耐磨性、耐油性、耐水性、耐腐蚀性、耐切割性更好的特点，且常用于食品加工业，其用于饲料输送更加环保，选择价格相对较高的PU材质。输送带的尺寸根据羊舍的建筑面积养殖数量确定为长18.00 m，宽0.65 m。

通过一年实践证明，输送带能够满足日常饲喂负荷支撑，有足够的抗张强度，耐撕裂性和耐老化、风化性能好，非工作面的覆盖胶耐磨，承载面的覆盖胶能承受羊的啃咬。一年使用期间未出现破损，有效节约了使用成本［16］。

2.2.4 托辊与不锈钢导槽选型及设计。

托辊起着支撑输送带和减小输送带与不锈钢导槽摩擦力的作用。该研究针对输送带的跑偏问题，采取2节式“V”形托辊，托辊满足了使用可靠、功率消耗低的要求。如图4所示，托辊轴安装在不锈钢导槽两侧，托辊下方的位置开槽，使从皮带与不锈钢导槽缝隙漏下的饲料碎末直接从开槽位置漏下，减少托辊维修率，便于设备维护［17］。

不锈钢导槽选用冷弯等边角钢和冷弯等边槽钢焊合而成，具有支撑输送带的作用，不锈钢导槽的尺寸根据皮带尺寸及羊舍的建筑结构确定为长19.0 m，宽0.7 m。如图4所示，在不锈钢导槽内每隔0.25 m安装1个托辊，托辊轴安装在不锈钢导槽两侧，托辊下方的位置开槽。不锈钢导槽可以直接放置在砖砌的底座上，在开槽位置预留清理饲料碎末的空隙［18］。不锈钢导槽两侧根据养殖的羊的身高等体征确定角钢高度，预留羊颈夹的安装位置。

3 电气控制设计

3.1 控制方案设计

该系统采用PLC控制，通过PLC的输出控制2台电动机工作，还可以通过网关与互联网进行通信，利用电脑、手机远程定时、定量控制和监控。通过传感器采集饲料重量等参数，与羊舍内的温度、湿度、水循环、空气质量等恒温供水与环境控制参数共同构建智能控制系统［19］，如图5所示。

3.2 电控柜设计

电控柜从功能上除满足对系统的控制外，还须集成电源系统、信号通信、电气保护、运行状态显示、远程就地控制、故障报警等功能，电控柜内包含 PLC主机与模拟量及通信扩展模块、断路器、电源模块、接触器、继电器、接地排、温控器、急停以及各种按钮开关等电气元件。根据现场实际的输入输出点的数量，选用西门子S7-1200系列PLC，所选 PLC 集成了14个输入点和10个输出点，足够现场设备使用。电气控制柜安装在室外，选用 2 mm 厚不锈钢材质，IP65 防护等级。