CN112974022A - 一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，包括围栏、喷淋单元、高压水泵、净水机、冷水机、水雾浓度检测器、入位感应器及控制单元，在围栏上分别安装有喷淋单元、水雾浓度检测器及入位检测器，在喷淋单元的进水口处通过管路依次连接有高压水泵、冷水机及净水机，所述的控制单元分别与喷淋单元、高压水泵、净水机、冷水机、水雾浓度检测器及入位感应器控制连接。本发明还设计了由水帘箱及风扇组成的水帘降温机构，进一步降低高温而带来的奶牛热应激反应。本发明主要通过两个技术手段实现了节水目的，其一是通过入位感应器，反应牛是否在；其二是通过增加水雾浓度感应器，实时感应水雾浓度，从而控制电磁阀的开闭，实现节水目的。
Description
技术领域
本发明属于畜牧饲养领域，涉及一种能够为畜牧降温的装置，特别是一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统。
背景技术
奶牛不断地从饲料中摄取能量来满足生命和生产的需要，同时又不断地向环境中释放热量。如果这些热能不能及时释放或释放受阻，奶牛就会出现病态反应，就是所谓的热应激。奶牛所承受的热负荷，不仅仅是奶牛自身体内产生的热量，还有环境中热量(包括空气温度、相对湿度、空气流动和阳光的辐射)所产生的叠加热效应总和。
所以，当夏季高温来临时，较高的环境温度会对奶牛的身体造成不适，使其产生热应激反应。产生热应激反应后会对奶牛造成体况下降，乳产量及乳脂率同时下降的问题；繁殖力下降，空胎期拉长的问题以及免疫机能、防御机能下降，疾病增加等问题。
因此，为了降低这种热应激反应，现有技术中，通常靠喷淋降温来完成，但是，单纯的依靠喷淋，降温效果较慢，并存在如下问题：1，喷淋依靠人工控制，养殖人员依靠自身经验判断是否开闭喷淋系统，不但不便操作，而且，对养殖人员的经验要求较高，不利于缓解奶牛的热应激反应；2，喷淋水为常温水，需要依靠风机为喷淋水降温再落到奶牛身上带走热量，降温效果较差；3，喷淋水硬度较高，容易在喷头处凝结，堵塞喷淋孔，影响喷淋效果；4，当喷淋一段时间后，喷淋的水雾达到一定浓度时，由于氧气的减少会造成奶牛的不适。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种方便操作、降温快速、降低喷淋成本、延长喷头的使用寿命、具有水雾浓度检测功能、节水、易于实现的能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，包括围栏、喷淋单元、高压水泵、净水机、冷水机、水雾浓度检测器、入位感应器及控制单元，在所述的围栏上分别安装有喷淋单元、水雾浓度检测器及入位检测器，在喷淋单元的进水口处通过管路依次连接有高压水泵、冷水机及净水机，所述的控制单元分别与喷淋单元、高压水泵、净水机、冷水机、水雾浓度检测器及入位感应器控制连接。
而且，所述围栏包括横向挡栏及支撑立杆，在两两横向挡栏之间设置有延伸至牛舍棚顶的支撑立杆，在所述各横向挡栏的上端面上安装有水雾浓度检测器，在所述横向挡栏的上部设置有喷淋单元。
而且，所述的喷淋单元由升降机构、喷淋架、喷淋管、雾化喷头及电磁阀构成，在所述的支撑立杆上通过升降机构升降安装有喷淋架，在喷淋架上水平间隔平行设置多根喷淋管，喷淋管下端设置雾化喷头，每根喷淋管端部分别安装电磁阀以及入位感应器，同一根杆上的入位感应器感应信号控制该跟喷淋管上的电磁阀，电磁阀控制该根喷淋管是否通水。
而且，所述的升降机构由步进电机支架、步进电机、保护套管、导杆及导套构成，在所述的支撑立杆上横向安装有步进电机支架，在步进电机支架上安装步进电机，该步进电机通过链条驱动喷淋架的升降，在链条的外部套装有安装在支撑立杆上的保护套管，在喷淋架的上端面上间隔设置导杆，该导杆在安装于支撑立杆上的导套内伸缩。
而且，还包括水帘降温机构，该水帘降温机构由水帘箱及风扇构成，在所述横向挡栏的上部支撑立杆的外侧安装有水帘箱，在水帘箱的外侧上方安装有由PLC控制的风扇，该风扇相对于水帘箱斜向45°安装，所述的风扇通过其两侧设置的L形安装架安装在支撑立杆上。
而且，还包括喷淋液调节装置，该装置为薄荷提取物加液泵，加液泵直接连接至进水管进水处，内部放置含薄荷叶提取物水溶液，薄荷叶提取物在10-15wt％，加入主体水管的推荐浓度为：薄荷提取物浓度占喷淋水浓度的0.1-0.3％。
而且，所述的喷淋架及喷淋管均为表层镀镍然后再浸涂憎水剂的结构。
而且，所述的水雾浓度检测器为光学散射传感器，型号为PMS3003。
而且，所述入位感应器用于感应奶牛是否进入围栏，检测到进入后发送信号给控制单元，控制单元控制相应喷淋管上的电磁阀开启，雾化喷头喷水；所述的入位感应器不限于红外线感应器或生命信号检测器或多普勒检测或超声检测或导体检测。
而且，所述控制单元包括PLC、温湿度传感器及无线通讯模块，在所述PLC的I/O接口上分别连接有温湿度传感器、电磁阀及无线通讯模块，所述的温湿度传感器用于感应牛舍以外环境的温度，并将数据传送至PLC，经PLC根据热应激判断模型分析计算后，判断开启高压水泵上调压阀的幅度；通过电磁阀控制每根喷淋管的开启；所述的无线通讯模块用于与远端的无线控制终端无线连接，无线控制终端用于对喷淋情况进行远程监控。无线控制终端可以是手机、电脑或者其他显示器。
而且，所述热应激判断模型为：
ITS＝0.8*(TDB+58)+0.01RH*(TDB-14.4)
其中，ITS为热应激指数，TDB为干球温度，RH为相对湿度。
本发明的优点和积极效果是：
1.本能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，通过热应激判断模型判断热应激温度，然后系统根据热应激温度启动相应等级的喷淋状态，实现自动化、智能化的喷淋，避免了因人为判断失误，而造成的降温不及时问题；通过将现有直接喷淋的常温水经净化和制冷后再喷淋，提高了降温效率，快速降低奶牛热应激反应，解决了由于水质带来的易腐蚀，影响喷淋效果的问题；通过水雾浓度检测器的设置，可对环境中的水雾浓度进行实时检测，当某个区域的水雾浓度较高时，该区域的水雾浓度检测器发送信号给其相应的电磁阀，电磁阀关闭，该处的喷淋单元停止工作。
2.本能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，通过将喷淋架设计为上下可移动的结构，以此来控制喷淋水达到牛身体的时间，实现对雾量以及温度的辅助控制。
3.本能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，通过在喷淋水内添加含薄荷叶提取物的水溶液，喷淋时，带有薄荷叶提取物的水溶液喷淋到牛身上，能够使牛的毛细血管扩张，促进汗腺分泌，增加散热效果，有助于快速降低奶牛的热应激反应。
4.本能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，通过将喷淋架及喷淋管设计为表层镀镍然后再浸涂憎水剂的结构，减少了喷淋水，由其是添加药剂后喷淋水在喷淋架及喷淋管内停留的时间，避免沾附在管道上，对管道造成污染。
5.本发明设计科学合理，具有降温快速、降低喷淋成本、延长系统的使用寿命、具有水雾浓度检测功能、节水、远程可控、易于实现的优点，是一种具有较高创新性的能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A部放大图；
图3为本发明喷淋单元的结构示意图(俯视图)；
图4为本发明水帘降温机构在本系统上的装配图；
图5为本发明L形安装架的结构示意图；
图6为本发明的电路原理方框图；
图7为本发明热应激对照表。
附图标记说明
1-牛舍、2-喷淋架、3-支撑立杆、4-步进电机、5-链条、6-保护套管、7-导套、8-喷淋架进水口、9-加液泵、10-高压水泵、11-冷水机、12-净水机、13-水雾浓度检测器、14-雾化喷头、15-电磁阀、16-入位感应器、17-喷淋管、18-风扇、19-L形安装架、20-水帘箱、21-向外垂直延伸的部分、22-螺丝。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例做进一步详述：
本发明提供一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，本系统的整体创新性包括以下几个部分：
1、在整体牛舍喷淋系统结构方面：将现有的风扇引导水雾的形式转换成喷雾自主调节的形式。冷却水直接雾化后喷淋，提高降温效率，起到快速降温的作用。
2、在喷淋系统的感应方面：现有牛棚通过红外感应，牛是否在喷淋位置。本发明采用红外和水雾检测器双重检测方法，红外感应直接在喷头杆以下，能够分别感知牛是否在喷淋位，水雾检测器能够实时监控水雾浓度，避免高浓度水雾造成牛的物理缺氧。
3、在喷淋液方面：本发明首次在水中加入了薄荷提取物，薄荷能够增加牛的舒爽感，提高喷淋效果，加快降温。
4、在智能控制方面：本发明将红外感应器、水雾检测器、薄荷提取物加液泵、高压水泵进行有机联系，通过PLC智能调节，达到针对牛的实时、适时的喷淋，不会造成系统浪费，达到节水的目的。
5、喷淋系统开启条件：首次将热应激评价公式作为整个系统开启、调节、关闭的条件，能够实时监测外部环境，根据奶牛应激状态开启或关闭喷淋，达到节水的目的。
通过以下实施例对上述发明点进行详细说明。
一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，包括围栏、喷淋单元、高压水泵10、冷水机11、净水机12、水雾浓度检测器13、入位感应器16及控制单元。
所述围栏包括支撑立杆3和横向挡栏，支撑立杆延伸至棚顶，支撑整个牛舍1，横向挡栏设置间隔，一侧放置牛饲料，一侧用于喷淋。
在两个支撑立杆之间安装步进电机支架，支架上安装步进电机4，在横向挡栏上部的支撑立杆之间滑动安装喷淋架2，喷淋架水平间隔平行设置多根喷淋管17，喷淋管下端设置雾化喷头14，每根喷淋管端部分别安装电磁阀15以及入位感应器，同一根杆上的入位感应器感应信号控制该跟喷淋管上的电磁阀，电磁阀控制该根喷淋管是否通水。步进电机通过链条5带动喷淋架在支撑立杆上上下移动，且移动后可实现定位。在链条外部套装有安装在支撑立杆上的保护套管6，用于保护链条。在喷淋架上端面上间隔设置有与其相垂直的导杆，各导杆在安装于支撑立杆上的导套7内上下移动，以保证喷淋架上下移动时的稳定性。
在横向挡栏上间隔安装有水雾浓度检测器，各水雾浓度检测器连接控制单元，所述的控制单元分别与喷淋单元、高压水泵、净水机、冷水机及水雾检测单元控制连接。
还包括水帘降温机构，该水帘降温机构由水帘箱20及风扇18构成，在所述横向挡栏的上部支撑立杆的外侧安装有水帘箱，在水帘箱的外侧上方安装有由PLC控制的风扇，该风扇相对于水帘箱斜向45°安装，所述的风扇通过其两侧设置的L形安装架19安装在支撑立杆上。在所述的支撑立杆上水平焊接有L形安装架，在L形安装架上向外垂直延伸的部分21上设有安装孔，在该安装孔处设有螺丝22，该螺丝顶进风扇两侧所制的安装螺纹槽内，用于调节风扇相对于L形安装架的角度。
该水帘箱通过一根进水管与高压水泵连接。在使用时，风扇一方面通过吹拂水帘箱达到向牛舍内传冷的目的，使牛舍快速降温；另一方面，其可以吹散牛舍内的湿气，降低牛的不适感。
为了减少风扇工作时所带来的噪音，可选用降噪风扇。
同时本申请设置喷淋液调节装置，该装置为薄荷提取物加液泵9，加液泵直接连接至喷淋架进水口8处，内部放置含薄荷叶提取物水溶液，薄荷叶提取物在10-15wt％，加入主体水管的推荐浓度为：薄荷提取物浓度占喷淋水浓度的0.1-0.3％。该装置根据实际情况，与高压泵同开。
所述的喷淋架及喷淋管均为表层镀镍然后再浸涂憎水剂的结构。
所述的水雾浓度检测器为光学散射传感器，型号为PMS3003。
入位感应器用于感应奶牛是否进入围栏，检测到进入后发送信号给控制单元，控制单元控制相应喷淋管上的电磁阀开启，雾化喷头喷水；所述的入位感应器不限于红外线感应器或生命信号检测器或多普勒检测或超声检测或导体检测。
在所述PLC的I/O接口上分别连接有温湿度传感器、电磁阀及无线通讯模块，所述的温湿度传感器用于感应牛舍以外环境的温度，并将数据传送至PLC，经PLC根据热应激判断模型分析计算后，判断开启高压水泵上调压阀的幅度；所述的无线通讯模块用于与远端的无线控制终端无线连接，无线控制终端用于对喷淋情况进行远程监控。无线控制终端可以是手机、电脑或者其他显示器。
所述热应激判断模型为：
ITS＝0.8*(TDB+58)+0.01RH*(TDB-14.4)
其中，ITS(index ofthermal stress)为热应激指数，TDB(dry-bulb temperature)为干球温度，RH(relative humidity)为相对湿度。结合图7热应激对照表可知，当ITS大于79时，为中度热应激温度；当ITS大于85时，为重度热应激温度。
中度热应激温度时，PLC调节调压阀的压力为一档，此时系统启动一级喷淋，即小雾量喷淋；当检测到为重度热应激温度时，PLC调节调压阀的压力为二档，此时，系统启动二级喷淋，即大雾量喷淋。具体使用时，系统会根据检测到的温湿度进行一级喷淋以及二级喷淋的切换。
本发明在使用中，能够节省大量的水源，为企业降低成本。具体表现在两个方面：
其一是通过入位感应器实现的。入位感应器可选择在喷淋管上安装红外线检测器，该红外线检测器与PLC连接，当红外线检测器检测到有牛后，PLC将此处的电磁阀开启，开始进行喷淋；当红外线检测器没有检测到牛后，此处的电磁阀处于关闭状态，该处的喷淋管不工作，起到节水的目的。
其二是通过增加水雾浓度检测器实现的。水雾浓度检测器选用光学散射传感器，该光学散射传感器安装在横向挡栏上并与各喷淋管上的电磁阀控制连接，用于感应牛舍内水雾的浓度，当水雾浓度达到预设的阈值时，电磁阀关闭，此处的喷淋管停止工作；当水雾浓度低于预设的阈值时，电磁阀开启，此处的喷淋管开始工作。
工作原理：
喷淋系统的启动：温湿度传感器采集牛舍意外环境的温湿度，并将采集的温湿度信号传输给PLC，PLC通过热应激判断模型判断出热应激温度的等级，当判断为中度热应激温度时，启动一级喷淋。此时，PLC调节高压泵的调压阀压力为一档，各喷淋管进行小雾量喷淋；
当检测到为重度热应激温度时，系统启动二级喷淋。此时，PLC调节高压水泵的调压阀压力为二档，此时，各喷淋管继续拧大雾量喷淋。具体使用时，系统会根据检测到的温湿度进行一级喷淋以及二级喷淋的切换。
喷淋系统工作状态下各元器件的启动：当牛离开喷淋点位后，如果喷淋管继续工作，便会造成能耗的浪费，这时，入位感应器感应牛是否入位，如果入位则喷淋管工作，如果检测到该点位无牛，则喷淋管停止工作。
当喷淋一段时间以后，牛舍内的水雾达到较高的浓度时，该浓度由水雾浓度检测器感应，水雾浓度检测器发送信号至PLC，PLC再控制高压水泵的调压阀压力降档或关闭，待浓度降低到预设的阈值后，再次开启。
由此实现对整个喷淋系统的智能控制，达到节能降耗、节约成本、降温快速等目的，从而有助于提高奶牛的产奶量，提高经济效益。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (10)
1.一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：包括围栏、喷淋单元、高压水泵、净水机、冷水机、水雾浓度检测器、入位感应器及控制单元，在所述的围栏上分别安装有喷淋单元、水雾浓度检测器及入位检测器，在喷淋单元的进水口处通过管路依次连接有高压水泵、冷水机及净水机，所述的控制单元分别与喷淋单元、高压水泵、净水机、冷水机、水雾浓度检测器及入位感应器控制连接。
2.根据权利要求1所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：所述围栏包括横向挡栏及支撑立杆，在两两横向挡栏之间设置有延伸至牛舍棚顶的支撑立杆，在所述各横向挡栏的上端面上安装有水雾浓度检测器，在所述横向挡栏的上部设置有喷淋单元。
3.根据权利要求2所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：所述的喷淋单元由升降机构、喷淋架、喷淋管、雾化喷头及电磁阀构成，在所述的支撑立杆上通过升降机构升降安装有喷淋架，在喷淋架上水平间隔平行设置多根喷淋管，喷淋管下端设置雾化喷头，每根喷淋管端部分别安装电磁阀以及入位感应器，同一根杆上的入位感应器感应信号控制该跟喷淋管上的电磁阀，电磁阀控制该根喷淋管是否通水。
4.根据权利要求3所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：所述的升降机构由步进电机支架、步进电机、保护套管、导杆及导套构成，在所述的支撑立杆上横向安装有步进电机支架，在步进电机支架上安装步进电机，该步进电机通过链条驱动喷淋架的升降，在链条的外部套装有安装在支撑立杆上的保护套管，在喷淋架的上端面上间隔设置导杆，该导杆在安装于支撑立杆上的导套内伸缩。
5.根据权利要求2所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：还包括水帘降温机构，该水帘降温机构由水帘箱及风扇构成，在所述横向挡栏的上部支撑立杆的外侧安装有水帘箱，在水帘箱的外侧上方安装有由控制单元控制的风扇，该风扇相对于水帘箱斜向45°安装，所述的风扇通过其两侧设置的L形安装架安装在支撑立杆上。
6.根据权利要求1所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：还包括喷淋液调节装置，该装置为薄荷提取物加液泵，加液泵直接连接至进水管进水处，内部放置含薄荷叶提取物水溶液，薄荷叶提取物在10-15wt％，加入主体水管的推荐浓度为：薄荷提取物浓度占喷淋水浓度的0.1-0.3％。
7.根据权利要求3所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：所述的喷淋架及喷淋管均为表层镀镍然后再浸涂憎水剂的结构。
8.根据权利要求3所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：所述入位感应器用于感应奶牛是否进入围栏，检测到进入后发送信号给控制单元，控制单元控制相应喷淋管上的电磁阀开启，雾化喷头喷水；所述的入位感应器不限于红外线感应器或生命信号检测器或多普勒检测或超声检测或导体检测。
9.根据权利要求3所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：所述控制单元包括PLC、温湿度传感器及无线通讯模块，在所述PLC的I/O接口上分别连接有温湿度传感器、电磁阀及无线通讯模块，所述的温湿度传感器用于感应牛舍以外环境的温度，并将数据传送至PLC，经PLC根据热应激判断模型分析计算后，判断开启高压水泵上调压阀的幅度；通过电磁阀控制每根喷淋管的开启；所述的无线通讯模块用于与远端的无线控制终端无线连接，无线控制终端用于对喷淋情况进行远程监控。
10.根据权利要求9所述的一种能够快速降低奶牛热应激反应的喷淋系统，其特征在于：所述热应激判断模型为：
ITS＝0.8*(TDB+58)+0.01RH*(TDB-14.4)
其中，ITS为热应激指数，TDB为干球温度，RH为相对湿度。
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