肉羊高架舍饲模式下粪尿自动收集装置的设计与应用

摘要

本文主要介绍了一款肉羊高架舍饲模式下粪尿自动收集装置的设计原理，包括传动方案设计、粪带滚筒及支撑架设计、粪带选择、其他配套设施安装和羊尿收集设施；分析了安装成本，通过3个规模羊场的安装使用对比试验，提出了相关设施设备的建议参数、安装注意事项和优缺点，通过1年的实践应用，在羊粪收集、销售方面平均每只羊增收节支44.3元，2年左右可收回投入成本，为大范围推广应用提供了理论参考和实践依据。

关键词

肉羊 / 高架舍饲 / 粪尿收集 / 设计应用

近年来，随着人民群众生活水平的提高，环保意识增强，生态环境政策趋严，畜禽粪污资源化利用和养殖尾气处理成为当前畜牧业规模化生产实现可持续发展的主题。目前，国内生猪、家禽、奶牛等畜禽规模养殖比重高，养殖场设施化、自动化水平较高，各类粪污自动收集装置配套成熟^[1]，肉羊规模养殖比重较低，养殖设施设备相对简陋，自动化水平低，清粪方式仍以人工清粪为主，部分养殖场采用刮粪板清粪^[2-3]。研究表明，传送带清粪方式相对于刮板式清粪方式对舍内空气质量的影响小，并且传送带方式清理出来的含水率更低，清粪更彻底^[4-5]。

1 海安肉羊产业基本情况

1.1 基本情况

肉羊养殖是江苏海安的传统产业，2011年以来海安在全国率先研发、集成、示范、推广肉羊高架养殖、肉羊颗粒饲料、疫病综合防治等技术，大幅提升了农区肉羊规模化养殖水平，新疆、陕西、河北、山东、内蒙古等地多次组织人员前来学习观摩。随着高架舍饲高效配套饲养技术的集成推广，海安的养羊业迅速发展，年饲养量连续多年超100万只，约占全省养殖量的10%。近年来，受羊价低迷、从业人员老龄化、环保要求严格等因素影响，养殖量略有下降，海安市畜牧统计数据显示，2023年全市肉羊饲养量92.01万只，现有年出栏30只以上的规模羊场611家、规模比重达68.69%，其中县级规模羊场211家、占肉羊出栏总数的3.22%，市级283家、占肉羊出栏总数的16.81%，省级117家、占肉羊出栏总数的48.66%，千头以上羊场69家。

1.2 粪尿收集模式

经调研，海安市94.31%的规模羊场使用高架舍饲养殖方式，粪尿收集采用承粪池“1批1清”模式，即在高架床下设置承粪池的方式进行粪尿收集，承粪池两边高、中间低，底部设置1个导尿槽，羊粪羊尿通过高架床板的缝隙（网眼）漏到承粪池中，羊粪留在承粪池中，羊尿在重力的作用下通过导尿槽流到蓄尿池中储存，羊粪清理频率为出栏1批羊、清1次羊粪。此种粪尿收集模式虽然便利，但在长期养殖实践中我们发现存在以下问题：

一是羊粪长期堆积在羊舍内发酵产生氨气、二氧化硫、硫化氢等有害气体，影响肉羊生长发育和生产性能，引发疾病甚至可导致死亡。

二是羊粪经济效益低、人工清粪成本高，由于每天都有新鲜羊尿排入承粪池中使得羊粪的含水率增高，中下层的羊粪腐烂无法出售。

三是发酵产生大量臭气、滋生蚊蝇，影响周边村民正常生活；四是发酵过程产热使得夏季羊舍内温度升高，增加降温成本。

为促进全市肉羊养殖产业高质量健康发展，海安畜牧兽医工作人员深入到养殖一线不断探索创新，设计出一款适用于肉羊高架舍饲模式的粪尿自动收集装置，实现了粪尿日产日清。2022－2023年在3家存栏5 000头以上的规模羊场进行试验示范，取得了很好的效果。

2 机械化设计

本设计采用传送带清粪方式，将产生的羊粪与羊尿分离并及时转运出羊舍，达到日产日清的效果。

2.1 传动方案设计

在选择清粪带装置动力传动方案时，需要根据羊舍内的具体布局综合考虑，如图1所示，在高架床的一端加装1套支撑架，支撑架上安装电动机支撑板、滚筒轴承等设备，将电动机通过紧固螺栓安装在电动机支撑板上，电动机输出端经减速器连接带轮或者齿轮，通过皮带或者链条与动力滚筒的带轮或者齿轮连接，从而实现电动机通电后将动力传给动力滚筒，带动粪带周期性工作。该方案有如下优点：结构简单、传动平稳、易维护、承载力强、便于安装、成本较低等特点。缺点是存在滑动损失、滞后损失等。

电动机的功率需根据高架床的长度和宽度选配，此次试验的3家羊场高架床规格分别为36 m×2.8 m、60 m× 2.3 m、55 m×2.8 m，经多轮试验，最终分别选装了1.1、1.5、2.2 kW规格的电动机，转速设定折算为粪带工作速度为10～20 cm/s。

2.2 粪带滚筒及支撑架设计

如图2所示，粪带滚筒通过轴承固定在高架床两端的支撑架上，与电动机连接的为动力滚筒，另一个为从动滚筒。滚筒的直径根据高架床距离地面高度和羊舍布局进行选择，3家试验羊场有的使用了17 cm规格的滚筒、有的使用了25 cm规格的滚筒，经对比，粪带在相同张紧力条件下，直径大的滚筒传送带弯曲应力小，传动效率更高，但滚筒直径越大对高架床离地高度要求越高。滚筒的选择和安装上建议选用专业厂家生产的专用滚筒及配套配件，确保安装后滚筒两轴平行，滚筒表面与粪带之间产生的正压力均衡，传送带不发生跑偏现象。

由于粪带具有可伸缩性，在重力作用下长距离传输会出现粪带中间向下凹陷的现象，需要在下方安装支撑架托住粪带使其呈平面状态。本设计充分考虑高架床现有资源，通过在床腿上加装支撑管方式进行支撑，分为上支撑管和下支撑管，上支撑管上表面与滚筒上表面同高，下支撑管上表面与滚筒下表面同高，支撑管安装间距根据高架床腿间距进行调整，一般选择2～3 m安装1组。试验过程中，3家羊场均使用普通钢管作为支撑管，该材料的优点是成本低，缺点是阻力大、易磨损传送带。

2.3 粪带选择

粪带一般选用PP或者PVC网布，网眼直径大小建议选用2～3 mm为宜，网眼过稀会导致网布承载力不够，易出现变形、撕裂等问题。网眼过密会增加粪尿清理难度，此次试验中有1家试验羊场选用网眼直径1 mm的网布，由于表面张力作用部分羊尿滞留在网面上，新鲜羊粪在网面上接触到羊尿，粪球表面吸收水分变烂会糊住网眼，同时脱落的羊毛又通过羊尿黏附在网面上，三者相互作用形成一种恶性循环，使得网面上和网眼内附着的羊尿、羊粪、羊毛越来越多，难以清理。

2.4 其他配套设施

1）张紧装置。粪带使用一段时间后会因形变而弹力减小，为了使粪带保持张紧度，需要在滚筒轴承处设置张紧装置。如图3所示，利用紧固螺丝将滚轮轴承固定到支撑架上，支撑架靠近高架床的一侧设置固定螺母，张紧调节螺杆通过固定螺母抵住滚轮轴承，通过拧动调节螺杆调节滚筒轴承之间的距离，进而调节粪带的松紧度。

2）刮板装置。在粪带循环运动中，经过滚筒处时羊粪和羊毛会因重力作用掉下来，完成初步收集工作。少部分羊粪和羊毛会因淋过羊尿黏附在粪带上，需要通过刮板将其清理下来。如图4所示，利用角铁制作一个简易刮板装置，装置的两臂分别通过活动螺栓连接到支撑架上，刮板通过自身的重力作用压在滚筒边缘的粪带上，刮板上沿安装刮片，为减少对粪带的磨损，刮片一般选用PP或PVC等塑料材质，安装时需注意使刮片紧紧压在粪带上并与粪带表面相切。

3）护板装置。试验过程中，我们发现安装粪带后绝大部分羊粪能够通过粪带进行集中收集，但仍有少部分羊粪散落到高架床周围以及承粪池内，主要由两方面原因造成：一是羊粪呈椭圆形，部分靠近粪带边缘位置的羊粪从漏缝板（网眼）落到粪带上时发生滚动，从粪带边缘滚落进承粪池或走道上；二是羊只排粪时身体位置具有随机性，有时臀部刚好紧挨着高架床的围栏，羊粪通过围栏间空隙排出床外。通过在粪带两边安装护板能够有效解决这一问题，安装要求护板一头位于粪带上距离粪带边缘10～20 cm，距离粪带上表面5 mm左右，另一头伸出高架床外10～20 cm，护板倾斜角度根据实际情况调整，如图5所示，安装护板后边缘处的羊粪均掉落在护板上。

4）输送机。在粪带集粪端滚筒下方设置挡板，挡板下方安置皮带输送机，挡板下沿出口宽度略小于输送机皮带宽度。运转过程中，羊粪从粪带上落下通过挡板集中到输送机皮带上输送出羊舍，经风干3～5 d后装袋出售。

2.5 羊尿收集设施

原有承粪池自带坡度，尿液通过中间的导尿槽自动流到每栋羊舍的收集池，再通过管道动力系统转运到尿液收集中心集中处置。新建羊舍可不设置承粪池，直接通过设置斜坡、导尿槽、收集池、管道等方式实现全场羊尿自动收集。

2.6 安装成本

3个试验羊场由于高架床大小、安装选用材料、配套设施等不一样，安装费用存在差异。羊场1高架床大小为36 m×2.8 m，使用1.1 kW电动机，74 m×2.6 m粪带，无护板，安装费用1.45万元，单价143.85元/m²；羊场2高架床大小为60 m×2.3 m，使用1.5 kW电动机，122 m×2.1 m粪带，简易护板，安装费用1.72万元，单价124.64元/m²；羊场3高架床大小为55 m×2.8 m，使用2.2 kW电动机，112 m×2.6 m粪带，不锈钢精装护板，专用滚筒及配件，安装费用2.53万元，单价164.29元/m²。由于3个羊场均是在现有高架床基础上进行改造的，施工不便，人工费用比较高，新建羊舍安装该套设备人工成本相对会低一些。

3 应用效果

一是节本增效，减少人工，降低能耗。承粪池“1批1清”模式的每栋羊舍清粪需要10～15个工日，每个工日按120元计算，清粪人工费需要1 200～1 800元。安装粪尿自动收集装置后，每天仅需接通电源即实现了粪尿日产日清，每栋羊舍日粪尿收集设备用电量0.7～1.5度，每度电0.5元，每个育肥周期按249 d计算，1个育肥周期粪尿收集电费为87.15～186.75元。另外，通过对比发现，羊舍内粪尿实现日产日清后，夏季舍内温度能够下降4～5 ℃，节省了降温费用，降低了能耗。

二是改善养殖环境，减少养殖矛盾。承粪池“1批1清”模式的羊粪长期堆积在羊舍内发酵产生氨气、二氧化硫、硫化氢等有害气体，一方面易引发呼吸道、眼部等疾病；另一方面，羊舍通风将有害气体排到周围空气中扩散距离远，影响周边村民正常生活，少数羊场因臭气扰民被环保部门关停。安装粪尿自动收集装置实现粪尿日产日清后，羊舍内外环境显著改善，羊舍内熏眼、呛鼻的气味没有了，仅有轻微的羊膻味和臭味，羊场周边基本上闻不到异味。经现场检测，夏季敞开式风机通风条件下，同一羊场内普通羊舍平均氨气质量浓度为（3.2±0.54） mg/m³，安装粪尿自动收集装置羊舍内平均氨气质量浓度为（1.38±0.31） mg/m³，差异显著（P＜0.05）。

三是降低发病率，提升生产性能。安装粪尿自动收集装置实现粪尿日产日清后，羊舍内有害气体浓度下降，羊只呼吸道、眼部等处疾病发病率降低，减少用药成本，提升生产性能。对比分析羊场改造前后兽药、饲料使用量，改造前平均每只羊使用抗生素类兽药0.61 g(折合原料药），中成药制剂46.33 g，改造后平均每只羊使用抗生素类兽药0.21 g(折合原料药），中成药制剂10.12 g，用药成本显著下降；改造前育肥全程料肉比6.57，改造后育肥全程料肉比下降至6.44。

四是羊粪的经济效益显著提升。海安及周边地区从事优质果蔬生产的种植园非常多，干羊粪作为一种优质有机肥原料在市场上供不应求，目前海安地区干羊粪（每袋约25 kg）在夏季施肥淡季售价7～8元/袋，冬季施肥旺季售价9～10元/袋。经统计，试验期间3个试验羊场平均每头羊育肥周期8.3个月（由于羊价低迷、养殖场惜售），产生干羊粪7.52袋，按每袋8.5元计算，每头羊羊粪销售收入63.92元。承粪池“1批1清”模式仅有上层约1/3羊粪能够晾干出售，安装新粪尿自动收集装置后羊粪效益能增收约42.61元/头。

经济效益测算，按每栋存栏600头羊计算，承粪池“1批1清”模式人工出粪费用约3元/头，安装粪尿自动收集装置粪尿日产日清模式人工费约1元/头，增加电费支出约0.31元/头，在不计算节约夏季降温成本和有害气体浓度对肉羊健康、增质量影响的情况下，仅羊粪收集、销售方面平均每头羊增收节支约44.3元，2年左右能够收回安装成本。

4 结语

通过安装使用试验，该款肉羊高架舍饲模式下粪尿自动收集装置安装成本低，收回投资成本快，具有显著的经济效益和生态效益，值得推广。

参考文献

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基金资助

江苏现代农业产业技术体系建设专项(JATS〔2023〕389)