CN103141921B - 生物质高效利用的青贮农机装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质高效利用的青贮农机装备，由压缩装料机、青贮集装箱和智能化控制模块组成，其中压缩装料机包括风料分离仓、辅料仓、电脑控制系统、混合仓、电动机、变速传动装置、螺旋增压推进装置、推进仓和机座，青贮集装箱由箱体、进料舱门、出料箱门、真空管和装卸支脚构成，智能化控制模块由可再生能源供电系统、数据采集系统、网络传输系统和终端控制系统组成，风料分离仓与收割铡草机的风送料管连接，压缩装料机的螺旋增压推进装置与青贮集装箱箱体连接。本发明有利于配套收割铡草机联合移动作业，为青贮饲料提高营养提供恒温发酵优良环境，特别适应我国牧区温差大的恶劣环境，提高了资源利用率。

Description

生物质高效利用的青贮农机装备

技术领域

 本发明涉及一种农业用生物质加工青贮设备，特别涉及生物质高效利用的青贮农机装备。

背景技术

随着社会的发展，自然资源消耗加快，为了地球的生态平衡、人类更好的生存，世界各国都在倡导低碳环保、循环经济发展。国家倡导发展循环经济模式，使再生资源高效开发、清洁生产与综合利用；使固体废弃物得到优化处理与综合利用；实现经济社会可持续发展。农业分为植物栽培和畜牧业两大类，生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物，特点：可再生性，低污染性，广泛分布性。现有农业加工技术几乎都属于独立作业，不能综合开发达到高效利用的目的，比如秸秆、木材废弃物生产的生物质能压块机，单独生产综合成本要高于煤炭，而且热值不高，直燃转化热能经济效益低，利用秸秆粉碎或焚烧还田存在环境污染和流失弊病。秸秆气化技术目前还存在以下技术问题亟待解决：CO含量偏高，不仅不符合居民用燃气标准，而且目前还未制定农村居民燃气标准；焦油的处理和燃气净化有待改进；整套装置的可靠性、安全性及使用寿命尚待确定；集中供气质量验收和施工规范仅在山东省刚刚提出，还没有形成国家级的规范和标准等。经济方面：系统一次性投资较大，利用秸秆等农产品下脚料加工饲料的机械都是些经济效益低下的小型家庭作坊式，大型规模化高效率的机械应用还没有实例。科学实验证明生物质秸秆最佳生态环保的循环经济路线是制作青贮饲料→牲畜过腹还田的自然途径→促进农作物生长→收获后的秸秆制作青贮饲料，其中过腹还田环节可精细化，利用粪便发酵后做食用菌培养料生产蘑菇，蘑菇菌渣作有机肥，或经沼气池提取燃料熟化后的渣液作有机肥更能体现高效无害化循环利用经济价值。青贮饲料有“草罐头”美誉，多汁适口，气味酸香，适口性好，消化率高，营养丰富，是饲喂牛羊等家畜的上等饲料。由于普通的铡草机对玉米秸秆的蜡质层、坚硬的皮和结没有完全破坏，采食后消化吸收相当有限，营养损失很大，风吹、雨淋、日晒以及灰尘洒落，导致玉米秸秆资源的严重浪费。据有关部门测算，其营养成分损失高达50%，且发霉变质，绝大多数达不到饲喂标准，牛羊采食率和消化吸收率低，玉米秸秆产量高、资源丰富，是饲草加工发展的首选品种，有关化验结果表明，其营养成分、总能量与牧草相当。青贮技术就是通过对富糖源的青鲜秸秆等收获、铡切后储于窑、缸、塔、池及塑料袋中，压实密封储存，使其在缺氧条件下自然利用乳酸菌厌氧发酵，产生乳酸，使其内部pH值降到4.0左右，大部分微生物停止繁殖，而乳酸菌由于乳酸的不断积累，最后被自身产生的乳酸所控制而停止生长，既可以保持其营养物质不受损失，又可使饲草保持青鲜多汁，且具有酸香味，牲畜爱吃，储存时间长。该项技术的关键是适时收割和即时铡切及密封储存，对机械化作业要求较高，青贮壕、青贮窖 、青贮塔的缺点是密封不严，制作和使用机械化程度低，青贮质量低，容易产生浪费和污染，不能移动也是弊病之一；塑料袋青贮虽然便于贮运和饲喂，但是也存在机械化程度不高并且塑料袋不可重复使用而使成本提高，还容易造成白色污染；还有一种塑料膜缠绕青贮，利弊与塑料袋青储类似。收获和粉碎机械应用最为普遍，技术也比较成熟，最为关键的青贮设备与技术有待完善。

青贮设施的种类较多，国内各地也建造了一批永久性青贮设施，如青贮塔、青贮窖、青贮壕，但当前也还有部份地区仍大量采用临时性青贮设施，即在地上随意挖一土坑，不用任何建筑材料，只铺上一层塑料薄膜就装青贮原料进行青贮，这种临时性青贮设施结构简单，造价低廉，但泥土和地下水极易进人青贮原料中，常使靠近塑料薄膜附近产生10厘米以上的霉烂层，青贮料损失高达20%。此外，由于这种青贮设施装料后不便于采用机械压实，每年都要进行维修。因此，在推广玉米青贮技术时，为提高青贮质量，应同时建造一批永久性青贮设施，虽然这种永久性青贮设施建造成本较高，但使用年限长，维修方便，贮存损失小，经济效益是十分良好的，青贮的最关键技术在于密封和厌氧环境的建设。

青贮是保证畜牧业青绿饲料常年均衡供应的一种比较理想的保存方法。尤其我国北方畜牧业为主的草原生态失衡的现状下，发展圈养有利于生态文明建设。青贮饲料的青贮方法有塔式青贮、窖式青贮、壕式青贮、堆式青贮、袋式青贮和裹包式青贮。各种方法均有不同的特点，塔、窖、壕式设施投资较大，方法简单易行，但这几种方法往往由于取料面积过大，暴露于空气中而造成二次发酵，使青贮饲料表面变黑、发霉甚至腐败，损失达10%-50%。袋式青贮和裹包式青贮虽然方法简单，储存地点灵活以及饲喂方便，但需要价格昂贵的机械设备和容易造成环境污染的包装物料，所以发明一种清洁生产、产业化集成化、生物质资源高效循环利用的农机装备势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种清洁生产、产业化集成化、青贮效果好的生物质高效利用的青贮农机装备。

本发明的技术方案如下：

生物质高效利用的青贮农机装备，由压缩装料机、青贮集装箱和智能化控制模块组成，其中压缩装料机包括风料分离仓、辅料仓、电脑控制系统、混合仓、电动机、变速传动装置、螺旋增压推进装置、推进仓和机座，机座上方设有电动机及变速传动装置，变速传动装置与推进仓内的螺旋增压推进装置连接，螺旋增压推进装置上为混合仓，混合仓上方为风料分离仓和辅料仓，辅料仓上方设有辅料仓盖，风料分离仓一侧设有电脑控制系统；青贮集装箱由箱体、进料舱门、出料箱门、真空管和装卸支脚构成，箱体底部设有装卸支脚，箱体上设有进料舱门和出料箱门，箱体底部有液汁过滤网和沉积池，真空管、废液排出管在箱体的保温层内，真空管、废液排出管上分别设有真空管阀门和废液排出管阀门，箱体与进料舱门同侧设有箱体PC和箱体操作按钮，箱体顶部设有太阳能光伏发电装置和蓄电池、真空泵和无线接入设备，箱体一侧设有出料箱门，出料箱门上部设有网络摄像头，箱体内部四角设有真空管口，靠近出料箱门口处的箱内顶部设有紫外线或臭氧消毒装置；智能化控制模块由可再生能源供电系统、数据采集系统、网络传输系统和终端控制系统组成；风料分离仓与收割铡草机的风送料管连接，压缩装料机的螺旋增压推进装置与青贮集装箱箱体连接。

所述压缩装料机电脑控制系统由电源、压力控制数据线、电机控制线、配料控制线、装料机PC及装料机操作键盘构成，压力控制数据线通过压力传感器接口与青贮箱内的压力传感器相连，电机控制线通过继电器开关电动机，配料控制线控制辅料计量装置。

所述青贮集装箱内外面层由高强度金属制作，内层面采用耐酸碱的无毒镀塑工艺或涂覆玻璃钢涂层，箱体保温层采用有机发泡保温板或低成本泡沫混凝土等无机A级防火保温材料。

所述进料舱门上设有舱门锁柄，进料舱门通过铰链连接进料舱门口，进料舱门口设有密封橡胶圈，箱体上还设有锁扣, 进料舱门口与螺旋增压推进装置上的减速轮连接。

所述智能化控制模块的可再生能源系统由太阳能光伏发电装置和蓄电池组成，其中太阳能光伏发电装置也可以是风力发电装置和/或太阳能发电装置组合应用。

所述智能化控制模块的数据采集系统由中央处理器、网络摄像头、湿度传感器、温度传感器、气压传感器、压力传感器、酸碱度传感器、无线接入设备、屏显、操作键盘、真空泵、继电器真空阀、继电器废液阀、电子标签、电子锁和GPS定位系统组成。

所述智能化控制模块的网络传输系统由专用局域网和无线通信网络构成。

所述智能化控制模块的终端控制系统由移动读写设备和主控机房分析数据、收发指令。

所述紫外线或臭氧消毒装置，由出料箱门和智能化控制模块联合控制开启。

所述GPS定位系统，应用于青贮集装箱运输中的监控和导航。

本发明的优点在于：

1、集装箱式青贮设备，有利于配套收割铡草机联合移动作业，也有利于青贮期物联网智能管理与运输调度；2、保温箱式设计，为青贮饲料提高营养提供恒温发酵优良环境，特别适应我国牧区温差大的恶劣环境；3、使农作物秸秆等有机固体废弃物资源化，而且提高了天然资源利用率，有显著节能、降耗、零排放效果；4、生产作业省工，节省人工成本，清洁生产，青贮装备可以循环利用，综合投资少、操作方便和存放地点灵活，可以规模商品化生产；5、联合一体化加工模式，减少青贮饲料养分与水分丢失，工作效率成倍提升，既可集团化供大型畜场常年饲喂使用，又利于秸秆过腹还田统一智能化管理从而实现生态农业的良性循环；6、经本发明制作的青贮饲料成品率高，牲畜过腹还田的粪便肥料优于直接粉碎、焚烧等原始还田效果，充分体现出自然资源高效利用的循环经济价值，利于牲畜对饲料质量和数量上的需求；7、天然清洁能源提供智能系统运行，确保生产工艺清洁环保；8、取消以往青贮工艺中塑料薄膜的应用，减少不可降解的白色污染，青贮箱内壁涂层耐酸碱、寿命长，可循环使用，维护成本低，工艺简单，成本低，可作为产业化生产；9、本发明生产的饲料具有以下优点：可提高秸秆的粗蛋白含量，增加了秸秆的营养价值；可以提高粗纤维的利用率，青贮饲料结构疏松、味道糊香、适口性好，提高家畜采食量；可减少精料、降低养殖成本；可使牛羊的增重速度加快，提高收入；10、本发明同样适用于牧草的青贮。

附图说明    图1是本发明整体结构示意图；

             图2是本发明压缩装料机左视图；

             图3是本发明智能化控制模块和青贮集装箱进料舱门结构示意图。

具体实施方式    下面结合附图对本发明作进一步说明。

由图1至图3可以看出，生物质高效利用的青贮农机装备，由压缩装料机13、青贮集装箱和智能化控制模块组成，其中压缩装料机13包括风料分离仓1、辅料仓21、电脑控制系统、混合仓19、电动机18、变速传动装置17、推进仓36、螺旋增压推进装置35和机座37，机座37上方设有电动机18及变速传动装置17，变速传动装置17与推进仓36内的螺旋增压推进装置35连接，螺旋增压推进装置35上为混合仓19，混合仓19上方为风料分离仓1和辅料仓21，辅料仓21上方设有辅料仓盖31，风料分离仓1一侧设有电脑控制系统；青贮集装箱由箱体6、进料舱门47、出料箱门25、真空管9和装卸支脚14构成，箱体6底部设有装卸支脚14，箱体6上设有进料舱门47和出料箱门25，箱体6底部有液汁过滤网15和沉积池16，真空管9、废液排出管12在箱体6的保温层20内，真空管9、废液排出管12上分别设有真空管阀门10和废液排出管阀门11，及时排除酸性液汁渗出，减少对青贮料的污染，避免对青贮设施产生腐蚀，箱体6与进料舱门47同侧设有箱体PC7和箱体操作按钮8，箱体6顶部设有太阳能光伏发电装置3和蓄电池30、真空泵4和无线接入设备5，通过在密封条件下，将原料中的空气抽出，为乳酸菌繁殖创造厌氧条件，箱体6一侧设有出料箱门25，出料箱门25上部设有网络摄像头26，箱体6内部四角设有真空管口28，出料箱门25顶部设有紫外线或臭氧消毒装置29；智能化控制模块由可再生能源供电系统、数据采集系统、网络传输系统和终端控制系统组成；风料分离仓1与收割铡草机的风送料管连接，压缩装料机13的螺旋增压推进装置35与青贮集装箱箱体6连接，接收铡碎青贮原料，与经过辅料计量装置32配比好的辅料仓21中的辅料一同进入混合仓19混合后，由螺旋增压推进装置35送入青贮集装箱内，压缩装料机13完成一台青贮集装箱装料作业后，进行下一台装料，青贮集装箱封闭进料舱门进入青贮期。

所述压缩装料机13电脑控制系统由电源、压力控制数据线41、电机控制线39、配料控制线40、装料机PC33及装料机操作键盘34构成，压力控制数据线41通过压力传感器接口52与青贮箱内的压力传感器27相连，传输和控制设定压力数据，压力达到设定值可以自动停止装料机工作，完成填装作业，电机控制线39通过继电器开关电动机18，配料控制线40控制辅料计量装置32，调节辅料添加量。

所述青贮集装箱内外面层2由高强度金属制作，内层面采用耐酸碱的无毒镀塑工艺或涂覆玻璃钢涂层22，箱体保温层20采用有机发泡保温板或低成本泡沫混凝土等无机A级防火保温材料。

由图3可以看出，所述进料舱门47上设有舱门锁柄45，进料舱门47通过铰链48连接进料舱门口49，进料舱门口49设有密封橡胶圈50，箱体6上还设有锁扣51, 进料舱门口49与螺旋增压推进装置35上的减速轮38连接。

由图3可以看出，所述智能化控制模块的可再生能源系统由太阳能光伏发电装置3和蓄电池30组成，其中太阳能光伏发电装置3也可以是风力发电装置和/或太阳能发电装置组合应用，为自动化和智能化数据采集提供电能。

所述智能化控制模块的数据采集系统由中央处理器42、网络摄像头26、湿度传感器46、温度传感器55、气压传感器56、压力传感器27、酸碱度传感器53、无线接入设备5、屏显、操作键盘、真空泵4、继电器真空阀43、继电器废液阀44、电子标签23、电子锁54和GPS定位系统24组成，通过湿度传感器46控制好原料的水分，饲料中水分过高，会影响青贮料的适口性，经研究证明，饲料含水量一般在50%～75%左右最为适宜，同时最适宜乳酸菌的繁殖，通过温度传感器55控制青贮料温度在25℃～35℃，此温度乳酸菌能够大量繁殖，抑制了其它杂菌(丁酸菌)繁殖，有利于青贮成功，电子标签23自动记录开关电子锁54的时间，可以智能控制青贮时间和饲喂自动化系统，将固定式读写器安装在青贮场和养殖场，自动读取经过道口和装卸场的电子标签信息，实时上传至服务器，电子标签23读头实时接收电子标签发出的信号，并将接收到的数据转送到后台管理系统，手持式读写器用于装卸点，集装箱电子标签信息录入、识读、核对、交换，并整合GPS和Internet通讯功能，实现产业化、集团化和智能化综合模式。

所述智能化控制模块的网络传输系统由专用局域网和无线通信网络构成。

所述智能化控制模块的终端控制系统由移动读写设备和主控机房分析数据、收发指令，实现智能化管理。

所述紫外线或臭氧消毒装置29，由出料箱门25和智能化控制模块联合控制开启，实现青贮饲料的随取随用，取后随即继续封闭，真空泵尽量排尽空气。

本发明的压缩装料机辅料计量装置32，根据青贮添加剂的配方不同，可以将该技术进一步分为秸秆微贮、氨化、酸贮、碱化等多种复合青贮加工技术，辅料包括微量元素、复合维生素、食盐、益生菌等营养元素、液氨或尿素提高蛋白的氨化技术原料，适量磷酸拌入青贮饲料贮藏后，再补充少许芒硝，可使饲料增加含硫化合物，有助于增加乳酸菌的生命力，提高饲料营养，并抵抗杂菌侵害；氢氧化钠、尿素和石灰石（碳酸钙）的碱化处理原料；加入淀粉质粮（玉米粉、麦子粉、高粱粉、谷粉或薯干粉等）以保证青贮的质量，使家畜获得丰富的营养。辅料计量装置32就是将这些辅料按比例通过人机设定值计量调整输送辅料。

物联网的工作步骤是首先通过标签等对物体属性进行标识，接着利用感应器和识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式，最后物体的信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算，这个过程是可逆的，信息使用者可以通过通信网络指挥物体做出相应的动作，达到“智慧”状态。

生物质高效利用的青贮农机装备物流全程实时在线监控系统:是利用RFID技术，通过青贮集装箱物联网实现青贮集装箱的自动识别和信息的互联和共享，实时记录青贮集装箱物流中各类信息，结合全球网络环境感知青贮集装箱物流的全过程，青贮集装箱物流过程中所包含的青贮集装箱及货物信息，包括青贮集装箱及货物的跟踪、管理和调度信息，在整个青贮集装箱物流过程中这些信息被写入电子标签，所有信息就能通过无线局域网或GPRS/CDMA公网上传至互联网。此后，带有电子标签的青贮集装箱经过堆场、装卸机、装箱出场，固定读写器都会读取最新数据，并在第一时间上传到信息平台数据库，实时更新信息，直至青贮集装箱抵达目养殖场，都可以在网上查询青贮集装箱的实时状态。

青贮集装箱电子标签自动识别系统：采用射频识别技术，在任意装/拆箱点，基于Internet的读写设备能够与智能标签对话，实时地将信息自动上传至系统网站；能自动记录开箱、关箱的时间，自动记录地理位置信息（与GPS连接的读写设备），对未经授权的操作实时报警，并对不安全事件进行追溯性管理；在码头能够录入EDI信息数据包，自动记录和校验青贮集装箱物流相关的所有信息；青贮集装箱电子标签是具备多方式读写电子标签，生产场和养殖场具备固定式读写设备和移动式读写设备。

青贮场所生产的每批饲料是否按照经过审定的配方投料、各种原料的投放是否超出预设的标准，通过物联网即可及时得知，而且能够有效地区分原料损耗到底发生在库存状态还是发生在生产过程，投料偏差率将更准确。给饲喂的牲畜贴上带有电子标签的二维码，可以实现定时定量对牧场牲畜饲养实行智能化管理，这个二维码会一直保持到超市出售的肉品上，消费者可通过手机阅读二维码，知道牲畜的成长历史，确保食品安全。更为重要的是，管理者可以准确地掌握青贮场实时生产耗用情况。建立起涵盖秸秆青贮、运输、仓储、出箱、饲喂全过程的EAS饲料供应链管理系统，实现青贮饲料物联网全覆盖应用。

青贮加工、贮运和饲喂综合路线：创造智能集成青贮箱→秸秆趁青收获→机械切碎→调节湿度和掺入青贮添加剂→自动控压装箱→封箱→启动物联网系统→调节初始青贮环境→智能化控制发酵程序→成品的运输与分配→智能定时定量饲喂牲畜。

                  玉米秸秆青贮饲料的鉴定方法

标准等级	优	中	劣
				色泽	绿色、黄绿色	黄褐色、暗褐色	褐色、黑色、暗墨绿色
酸味	较浓	中等或较淡	很淡
				气味	芳香味	芳香稍有酒精味	腐臭味
质地	柔软稍湿润	柔软稍干或水分稍多	干燥或粘结成块
				结构	茎叶易分离	茎叶分离较困难	茎叶连接并有污染

通过本发明装备生产的青贮饲料经试验证明均达到优良等级。

Claims (7)

1.生物质高效利用的青贮农机装备，其特征在于：由压缩装料机（13）、青贮集装箱和智能化控制模块组成，其中压缩装料机（13）包括风料分离仓（1）、辅料仓（21）、电脑控制系统、混合仓（19）、电动机（18）、变速传动装置（17）、推进仓（36）、螺旋增压推进装置（35）和机座（37），机座（37）上方设有电动机（18）及变速传动装置（17），变速传动装置（17）与推进仓（36）内的螺旋增压推进装置（35）连接，螺旋增压推进装置（35）上为混合仓（19），混合仓（19）上方为风料分离仓（1）和辅料仓（21），辅料仓（21）上方设有辅料仓盖（31），风料分离仓（1）一侧设有电脑控制系统；青贮集装箱由箱体（6）、进料舱门（47）、出料箱门（25）、真空管（9）和装卸支脚（14）构成，箱体（6）底部设有装卸支脚（14），箱体（6）上设有进料舱门（47）和出料箱门（25），箱体（6）底部有液汁过滤网（15）和沉积池（16），真空管（9）、废液排出管（12）在箱体（6）的保温层（20）内，真空管（9）、废液排出管（12）上分别设有真空管阀门（10）和废液排出管阀门（11），箱体（6）与进料舱门（47）同侧设有箱体PC（7）和箱体操作按钮（8），箱体（6）顶部设有太阳能光伏发电装置（3）和蓄电池（30）、真空泵（4）和无线接入设备（5），箱体（6）一侧设有出料箱门（25），出料箱门（25）上部设有网络摄像头（26），箱体（6）内部四角设有真空管口（28），出料箱门（25）顶部设有紫外线或臭氧消毒装置（29）；智能化控制模块由可再生能源供电系统、数据采集系统、网络传输系统和终端控制系统组成；风料分离仓（1）与收割铡草机的风送料管连接，压缩装料机（13）的螺旋增压推进装置（35）与青贮集装箱箱体（6）连接。

2.如权利要求1所述的生物质高效利用的青贮农机装备，其特征在于：所述压缩装料机（13）电脑控制系统由电源、压力控制数据线（41）、电机控制线（39）、配料控制线（40）、装料机PC（33）及装料机操作键盘（34）构成，压力控制数据线（41）通过压力传感器接口（52）与青贮箱内的压力传感器（27）相连，电机控制线（39）通过继电器开关电动机（18），配料控制线（40）控制辅料计量装置（32）。

3.如权利要求1所述的生物质高效利用的青贮农机装备，其特征在于：所述青贮集装箱内外面层（2）由高强度金属制作，内层面采用耐酸碱的无毒镀塑工艺或涂覆玻璃钢涂层（22），箱体保温层（20）采用有机发泡保温板或无机A级防火保温材料。

4.如权利要求1所述的生物质高效利用的青贮农机装备，其特征在于：所述进料舱门（47）上设有舱门锁柄（45），进料舱门（47）通过铰链（48）连接进料舱门口（49），进料舱门口（49）设有密封橡胶圈（50），箱体（6）上还设有锁扣（51）, 进料舱门口（49）与螺旋增压推进装置（35）上的减速轮（38）连接。

5.如权利要求1所述的生物质高效利用的青贮农机装备，其特征在于：所述智能化控制模块的可再生能源系统由太阳能光伏发电装置（3）和蓄电池（30）组成，其中太阳能光伏发电装置（3）是风力发电装置和/或太阳能发电装置组合应用。

6.如权利要求1所述的生物质高效利用的青贮农机装备，其特征在于：所述智能化控制模块的数据采集系统由中央处理器（42）、网络摄像头（26）、湿度传感器（46）、温度传感器（55）、气压传感器（56）、压力传感器（27）、酸碱度传感器（53）、无线接入设备（5）、屏显、操作键盘、真空泵（4）、继电器真空阀（43）、继电器废液阀（44）、电子标签（23）、电子锁（54）和GPS定位系统（24）组成。

7.如权利要求1所述的生物质高效利用的青贮农机装备，其特征在于：所述紫外线或臭氧消毒装置（29），由出料箱门（25）和智能化控制模块联合控制开启。