《AgriEngineering》：Design and Performance Analysis of an Integrated Feed Conditioning Machine for Leveling, Turning, and Collecting Feed Refusals in Cattle Feed Troughs
Wawan Hermawan,
Radite Praeko Agus Setiawan,
Diang Sagita and
Reka Ardi Prayoga
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针对发展中国家养牛场饲料槽内饲料平整、翻料和残料清除依赖人工作业导致效率低下、均匀性差的问题，研究人员开展了一项旨在设计、开发和评估一台集饲料平整、翻料与残料收集功能于一体的集成机器研究。研制的原型机采用铲刷组合与气动抽吸系统，在实地测试中显著改善了饲料分布均匀性（料堆高度和质量的变异系数分别降低达67%和73%），并将残料收集效率维持在94-97%。该机器为优化现有固定水泥料槽的饲料管理提供了实用、高效的解决方案。
在印度尼西亚等发展中国家的集约化肉牛育肥场，一个看似不起眼的环节正持续拖累着生产效率：那就是饲料槽内饲料的日常管理。每天，饲养员需要多次将饲料车运来的混合日粮（Total Mixed Ration, TMR）倾倒入长长的水泥料槽。然而，在牛只采食过程中，饲料分布不均、底部饲料被压实、以及牛只拒食的残料（Feed Refusals）不断积累成为常态。为了确保每头牛都能公平、充足地获取饲料，避免因抢食导致的生长差异，工人不得不频繁地使用铲子等工具，弯腰进入狭窄的料槽，手动完成三项繁重工作：将堆积不均的饲料“平整”（Leveling）开、将被踩踏压实的饲料“翻料”（Conditioning/Turning）松动、以及在下一次投喂前将腐败变质的残料“收集”（Collecting）并清理出去。这不仅需要投入大量劳动力，而且工作环境差、效率低下，饲料分布的均匀性也难以保证。更关键的是，这些固定式水泥料槽宽度通常只有55-65厘米，结构狭窄，国际上通用的宽槽自动饲喂设备在此“水土不服”。那么，能否设计一台小巧、多功能、适应本地化条件的机器，一揽子解决料槽内的这三项“老大难”问题，解放人力，提升养殖效率呢？
为了回答这个问题，来自印尼的研究团队在《AgriEngineering》上发表了一项研究，旨在设计、制造并评估一台集饲料平整、翻料与残料收集功能于一体的集成化机器。这项研究并非简单的设备组装，而是基于对实际料槽几何尺寸和饲料物理特性的精确测量，进行针对性工程设计的结果。
研究人员开展这项研究，主要运用了几个关键技术方法。首先，实地几何与物理特性测量：在印尼商业养牛场，精确测量了四种不同类型饲料槽的详细几何参数（如内宽、深度、底部弧度），为机器头部工作单元的设计提供约束条件。同时，系统测定了饲料残料（样本来源于实地料槽）的物理特性，包括按形态（叶片、茎秆、颗粒）和粒径的分类、容重、含水率，特别是终端速度的测量，这对于后续气动抽吸系统的设计至关重要。其次，集成化机器系统设计：核心是集成了铲子、对转双刷和耙子的“头部工作单元”，用于在料槽内同时执行平整和翻料功能；并配套了由独立汽油机驱动的气动抽吸系统（结合旋风分离器），用于收集残料。整个系统（包括电力驱动的刷子、滑动框架等）被集成在一辆本地常见的三轮微型卡车上，作为移动平台和动力源，确保了在狭窄场区通道的机动性。最后，原型机制造与实地性能测试：基于设计制造出原型机，在实际养牛场环境中，通过改变料槽宽度和机器前进速度等操作参数，对机器的各项功能进行了量化评估。
研究团队对机器性能进行了全面测试，主要结果如下：
饲料平整与翻料性能：平整机构显著改善了饲料沿料槽长度方向的分布均匀性。测试显示，经过机器处理后，饲料料堆高度和质量的变异系数（Coefficient of Variation, CV）分别降低了最多67%和73%。在翻料（重新整型）过程中，机器能将料堆高度提升8-10厘米，同时将料堆宽度收窄6-13厘米，这有助于将饲料集中到料槽中央，便于牛只采食。机器的操作概念如图所示，展示了其沿料槽行进工作的方式。
残料收集性能：气动抽吸系统表现出色。收集效率高达94-97%，意味着绝大多数目标残料都能被有效吸入。系统的平均收集能力为14.1 ± 0.8 kg·min-1，即每分钟可收集约14公斤残料。高效收集得益于基于饲料颗粒终端速度设计的抽吸风速，以及抽吸头部集成的旋转刷，它能预先松动压实的残料并将其导向吸口。
燃油消耗：机器在不同工作模式下的燃油消耗得到了量化。在仅进行平整作业时，油耗较低，为0.54 L·h-1；而在运行气动抽吸系统进行残料收集时，油耗升至1.30 L·h-1。这为评估机器运行成本提供了依据。
综合以上研究结果，可以得出明确的结论：本研究成功设计并验证了一台适用于印尼等发展中国家常见固定水泥料槽的集成化饲料处理机器。该机器创新性地将饲料平整、翻料和残料气动收集三大功能融为一体，能够在狭窄的料槽空间内（宽550-650毫米）有效工作。实地性能测试表明，该机器能显著提升饲料分布的均匀性，有效翻松和集中饲料，并以高效率清除残料，同时保持了合理的燃油经济性。
这项研究的意义在于，它填补了现有自动化饲喂技术与特定本地化基础设施（狭窄固定料槽）之间的鸿沟。所开发的机器提供了一种实用、经济且可适应本地条件的机械化解决方案，可直接替代目前普遍依赖人力的低效作业模式。这不仅能够降低养牛场的劳动力需求和劳动强度，改善工人作业环境，更重要的是通过提高饲料管理的精度和一致性，有助于减少因采食不均导致的牛群生长差异，提升整体饲养效率和生产效益，对于推动发展中国家畜牧业向更高效、可持续的方向发展具有积极的实践价值。
