Основные проблемы и концепции модернизации автоматизированных технологий и установок для доения коров

Выводы

1. В результате проведенных исследований установлено, что из трех выбранных факторов на энергоемкость процесса электродиализа воды влияют напряжение на электродах и расстояние между электродами.

2. Полученная регрессионная модель адекватно описывает результаты эксперимента.

Литература

1. Бирюков, В.В. Практическое руководство по применению математических методов планирования эксперимента для поиска оптимальных условий в многофакторных процессах / В.В. Бирюков. - Рига: Зинатне, 1969. - 186 с.

2. Сычевская, И.Д. Обзорная информация ТС-4 «Аналитические приборы и приборы для научных исследований: планирование научного эксперимента / И.Д. Сычевская. - Москва, 1976. - 81 с.

Сведения об авторе

Кияшко Елена Александровна - инженер Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград).

Information about the author

Kiyashko Elena Alexandrovna - engineer, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy, Zernograd.

УДК 636.2.3:637.116

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И КОНЦЕПЦИЯ МОДЕРНИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И УСТАНОВОК

ДЛЯ ДОЕНИЯ КОРОВ

© 2011 г. И.К. Ванников, О.Б. Забродина

Обозначены основные проблемы комплексной автоматизации доения в России. Предложена концепция модернизации автоматизацированных технологий и установок для доения коров путем применения адаптивных к индивидуальным особенностям вымени коров двух-трехтактных автоматизированных доильных аппаратов, модулей носителей и высокопроизводительного стойлового автоматизированного доильного модуля с нижним расположением сменного молокосборника на крупных фермах и в комплексах.

Ключевые слова: доильный аппарат, доение, доильные установки, вакуум, режим, корова, молоко, концепция, автоматизация, модернизация, качество, молокопровод, доильный модуль, манипулятор, технология содержания.

The main problems of complex automation of milking in Russia are designated. The concept of the automated technologies and plants modernization for milking of cows by application adaptive to specific features two-three-phase automated milking machines of an udder of cows, modules-carriers and the high-efficiency automated stall milking module with the bottom disposition of the replaceable milk-collection on large-scale farms and complexes is offered.

Key words: milking machine, milking, milking plants, vacuum, conditions, cow, milk, concept, automation, modernization, quality, milk line, milking module, manipulator, maintenance technology.

Машинное доение коров является самым сложным, уникальным и трудоемким технологическим процессом в животноводстве. В 2013 году исполняется 110 лет практическому использованию машинного доения коров. За этот период доильная техника непрерывно совершенствовалась -от простейших доильных аппаратов, используемых в стойлах с доильными ведрами, до современных доильных роботов с электронным управлением, но и сегодня остается ряд проблем, требующих своего разрешения.

В связи с переводом молочного скотоводства на промышленную основу в 70-х годах Правительством Союза ССР было поручено ГСКБ по комплексу машин для ферм крупного рогатого скота (г. Рига) создать высокопроизводительные доильные установки для работы в доильных залах при беспривязном содержании коров. После неоднократных испытаний, из-за низкой надежности работы прежней электроники в тяжелых условиях доильных залов на производство были поставлены (1980 г.) автоматизированные более надежными пневматическими средствами доильные установки УДА-8 типа «Тандем» и УДА-16 типа «Елочка», созданные с долевым участием ВНИПТИМЭСХ. Необходимость модернизации этих установок для доильных залов давно назрела [1].

Традиционно в России большую часть коров содержат на привязи и доят в коровниках в молокопровод или доильные ведра. В частности, наряду с большими затратами труда на процесс доения и низкими удоями одной из проблем молочного животноводства является неудовлетворительное качество производимого молока [2]. Проведенная ВНИПТИМЭСХ (СКНИИМЭСХ) с помощью специальной передвижной контрольно-измерительной молочной лаборатории «Автолактограф» комплексная оценка более 120 тысяч коров на пригодность к машинному доению показала, что при доении коров в стойлах в общий молокопровод переболевают маститами до 70% коров, молоко которых нельзя использовать даже для кормления животных. То есть практически нет молока, при-

годного для детского питания по содержанию соматических клеток и из-за бактериальной загрязненности. Предпринимаются попытки автоматизировать процесс доения и на этих установках.

Поэтому целью модернизации автоматизированных технологий и установок для доения коров должно быть не только повышение производительности труда доярок в 1,5-2,0 раза, но и производство высококачественного молока, пригодного для детского питания.

К основным причинам высокой загрязненности молока, прежде всего, относят: несовершенство доильной техники и технологии доения; безответственность доярок из-за обезлички удоев при сборе молока в общие емкости и отсутствии постоянного контроля на большей части доильных установок; отсутствие действенного организационно-экономического механизма устойчивого производства высококачественного молока; бактериальную загрязненность молока при транспортировке и первичной обработке молока.

Несовершенство доильной техники заключается, прежде всего, в том, что основной рабочий орган, взаимодействующий непосредственно с выменем коровы, -доильный аппарат - не обеспечивает выведение молока, адекватное молокоотдаче. Это ведет, с одной стороны, к травмам сосков и внутренних тканей долей вымени, не защищенных молоком, при несвоевременном отключении доильного аппарата («сухое доение»), с другой - к преждевременному запуску коров при недодаивании. И то и другое ведет к снижению удоев и экономических показателей производителя молока.

Наибольшее распространение получили двухтактные доильные аппараты, имеющие высокую пропускную способность, но и жесткий режим работы с рабочим вакуумом (%), кПа, что требует своевременного отключения и снятия доильных стаканов с сосков с передержкой, не превышающей 30 с. Без автоматизации заключительных операций процесса молоковы-ведения это условие невыполнимо [1].

Р, кПа 50

Продолжительность доения с Q.>Qmin •К-ИР а б о ч и й в а к у у м

Р, кПа 53 37

Двухтактный аппарат Р а б о ч и й п у л ь с и р у ю щи й в а к у у м

^о 80 с

Р, кПа

50 33

Низкий вакуум •.• •.'• •'.• ••

Трехтактный аппарат

Р а б о ч и й в а к у у м

до 40с ;

Низкий вакуум

^о 90 с

Рабочий I, кПа пульсар.

50 35

Аппарат DUOVAC-300

Р а б о ч и й в а к у у м

до

45 с —>

Рабочий пульсир. вакуум

до 83 с

др 42 с

Двух-трехтактный аппарат

- среднее действующее значение глубины вакуума;

- пониженный вакуум под соском вымени коровы

Рис. 1. Продолжительность безопасной работы доильных аппаратов по критерию W

Для доения поголовья, неотселекцио-нированного по морфологическим и функциональным свойствам вымени, В.Ф. Королевым еще к началу механизации доения был создан трехтактный доильный аппарат ДА-3М «Волга» с мягким режимом работы за счет впуска воздуха под сосок в такте отдыха. Среднее действующее под соском значение вакуума составляет 37 кПа при

рабочем вакууме в системе питания 53 кПа. Основным недостатком трехтактного аппарата является низкая пропускная способность, что не позволяет выдаивать коров с продуктивностью выше 5 тыс. кг в год.

Шведская фирма De Laval активно продвигает в России двухрежимный аппарат DUOVAC-300 со щадящим вакуумом 33 кПа в начале и в конце доения.

t

t

t

н

к

t

t

вакуум

t

Нашими исследованиями установлено, что вышеназванные наиболее распространенные доильные аппараты безопасными назвать нельзя. Даже слабый вакуум (20-30 кПа) через кожный покров тела в течение определенного времени вызывает не только гематому, но и кровь. То же происходит с внутренними тканями сосков и вымени, не защищенными молоком в конце доения, и кожным покровом сосков коровы. То есть значимы не только величина вакуума Р, но и продолжительность его действия I, поэтому можно ввести показатель «количества» вакуума Ж = - критерий, по которому можно оценить биологическое воздействие «сухого доения» на вымя коровы аппаратами различного типа (рис. 1).

Согласно зоотехническим требованиям к доильным аппаратам с рабочим вакуумом Р = 50 кПа продолжительность «сухого» доения считается безопасной, если в начале доения (при заполненных молоком сосках) она составляет не более ^ = 60 с, в и в конце (на выдоенных сосках) - не более ^ =30 с. Исходя из этого, предельный биологический эквивалент безопасного воздействия «сухого доения» (количество вакуума) на вымя коровы при заполненных молоком сосках будет равен Жпр н = 3,0-106 Па-с, а в конце доения при не заполненных молоком сосках -Жпр к = 1,5-106 Па-с. Эти значения в дальнейшем будем считать критериями безопасности любого доильного аппарата для вымени коровы.

Анализ режимов работы доильных аппаратов показывает, что декларируемый как «безопасный» пониженный вакуум 33 кПа аппарата Би0УЛС-300 будет действительно безопасным в конце доения только в течение 45 с после прекращения молоковыведения из сосков («сухое доение») (рис. 1). Трехтактный доильный аппарат ДА-3М «Волга», в котором средний действующий вакуум под соском составляет 37 кПа, по истечении 40 с «сухого доения» уже будет небезопасен. Преимущество продолжительности безопасной работы аппарата БИ0УЛС-300 по сравнению с трехтактным аппаратом составляет всего 5 с, а по сравнению с «особо опасным» двухтактным аппаратом - 15 с.

Реальные передержки доильных аппаратов на вымени, особенно низковакуумных, рекламируемых как «безопасные», исчисляются минутами, что и является основной причиной еще более высокого содержания в молоке соматических клеток.

Для существенного снижения периода «сухого доения» важно, чтобы в течение безопасного времени было проведено качественное машинное додаивание, отключение и снятие доильных стаканов с сосков вымени коровы. Эти функции могут выполнять только автоматизированные доильные аппараты и манипуляторы, что и было принято за основу создания во СКНИИМЭСХ манипуляторов типа МД-Ф-1 для автоматизированных вакуумными пневматическими средствами доильных установок УДА-8 типа «Тандем» и УДА-16 - «Елочка».

Однако ввиду практически полного отсутствия селекционной работы на существующих фермах более 70% коров имеют неравномерное развитие вымени и выдаиваются с опасными передержками [3] даже при использовании простейшей автоматики любыми из названных выше доильными аппаратами. Поэтому для более качественного доения необходимо создавать и использовать автоматизированные адаптивные доильные аппараты, например, двухрежимный доильный аппарат АДД-2/3, изменяющий режим доения с трехтактного на двухтактный и наоборот в соответствии с изменением интенсивности молоковыведения, имеющий высокую пропускную способность и щадящий режим машинного додаивания.

Однако даже если обеспечить хорошее качество молока, извлекаемого из вымени животного, используя автоматизированные адаптивные технологии, следует обратить внимание на транспортировку и первичную обработку молока.

В СКНИИМЭСХ были изучены и проанализированы все возможные на фермах производственные ситуации технологических линий первичной обработки молока (рис. 2) и сделан вывод, что при длине моло-копровода свыше 30 м получить на ферме высококачественное молоко невозможно.

Рис. 2. Основные производственные процессы и источники загрязнения молока: 1 - доильный аппарат (манипулятор); 2, 3 - молоко- и вакуум-провод; 4 - фляга; 5 - насос; 6 - цедилка;

7 - танк-охладитель; 8 - молочный танк; 9 - охладитель молока; 10 - холодильная машина;

11 - центробежный очиститель молока;

12 - фильтр; 13 - рекордер; 14 - фильтровальное устройство; 15 - манипулятор; 16 - молокоприемник; 17 - трубы

для подачи воды; 18 - резервуар. А - афлотоксины; Н - антибиотики; ш - алькоголь; А - анаэробные бактерии; 5 - аммиак и др. вредные газы; I - возбудители заболеваний; Ъ - запахи; W - масляно-кислые бактерии

Основной недостаток верхнего расположения фермских молокопроводов -запредельные колебания вакуума под соском при подъеме потока молока в молоко-провод. Например, при подъеме сплошного потока молока по шлангу от коллектора в молокопровод на высоту до 2 м потери только статической составляющей глубины вакуума в системе достигает 20 кПа. Для снижения этих потерь общую массу сплошного молочного столба облегчают, заменяя его пеномолочным, путем засасывания из коровника в аппарат через коллектор большого количества воздуха, тем самым загрязняя молоко всевозможными бактериями, аммиаком, углекислым и другими газами и неприятными запахами, адсорбируемыми в молоке.

На фермах привязного содержания коров средняя удельная длина молокопро-вода на корову составляет около 2 м. Общая длина молокопровода в коровнике на 200 коров при этом составляет около 400 м. Следовательно, необходимое качество промывки в этих условиях недостижимо.

Экологически более чистым является нижнее расположение молокосборников и молокопроводов. При этом величина вакуума под соском во время интенсивного мо-локовыведения без впуска воздуха может даже возрастать, если молочный шланг аппарата работает как сифон.

Поэтому при модернизации доения для существенного повышения качества молока через разработанный в СКНИИМЭСХ организационно-экономический механизм молокопроводы на фермах необходимо исключить в первую очередь. Самое чистое молоко можно получить только при доении коров в отдельные емкости, расположенные ниже уровня вымени коровы. В личных подсобных хозяйствах и на малых фермах это могут быть автоматизированные модули с доильными ведрами и флягами.

Для средних и крупных молочных ферм и комплексов необходимо создать специальные автоматизированные мобильные доильные модули, перемещающиеся в коровниках по легкой подвесной линии типа Easy Line и включающие адаптивные

автоматизированные пневматические доильные аппараты со съемниками, молочные фильтры, средства контроля и учета молока, и компактные сменные молочные емкости, обеспечивающие раздельный сбор молока определенного качества от разных групп коров и технологичность замены в течение 2,0-2,5 часов (бактерицидный период) использованного доильно-молочного оборудования (рис. 2). При этом необходимо обеспечить возможность охлаждения и реализации надоенного высокосортного молока непосредственно в сменных емкостях без перелива его в общую емкость.

При этом в коровниках привязного содержания при автоматизированном доении коров, так же как и в доильных залах, можно производить высококачественное молоко, пригодное не только для сыроделия и детского питания, но и гарантированное питьевое. Технически это решается, нужны желание, инвестиции и воля.

На основании проведенных ранее исследований и в соответствии с вышеизложенным можно сделать следующие выводы.

В настоящее время основными направлениями комплексной автоматизации и модернизации доения являются [2]:

• модернизация серийных автоматизированных станочных доильных установок для беспривязного содержания коров УДА-8 типа «Тандем» и УДА-16 «Елочка» на базе адаптивных доильных аппаратов (например, автоматизированного двух-режимного двух-трехтактного доильного аппарата АДД-2/3, созданного в СКНИИМЭСХ);

• автоматизация доения коров непосредственно в стойлах путем модернизации стойловых доильных установок типов АД-100 и ДАС-2 на базе адаптивных доильных аппаратов (двухрежимного двух-трехтактного автоматизированного доильного аппарата АДД-2/3) с использованием в стойлах малых ферм модулей-носителей МСД-1 и МСД-2 с одним и двумя аппаратами и высокопроизводительного стойлового автоматизированного доильного модуля с нижним расположением сменного

молокосборника на крупных фермах и в комплексах;

• автоматизация доения коров в летних лагерях и на пастбищах на базе созданного в СКНИИМЭСХ типоразмерного ряда автоматизированных доильных установок типа УДА-У с параллельно-проходными станками с нижним расположением сменных молокосборников.

Литература

1. Винников, И.К. Технологии, системы и установки для комплексной меха-низациии и автоматизации доения коров / И.К. Винников, О.Б. Забродина, Л.П. Кор-

мановский // РАСХН - Зерноград: ВНИПТИЭСХ, 2001. - 354 с.

2. Винников, И.К. Основные направления комплексной автоматизации и роботизации доения коров / И.К. Винников // Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения: сборник научных трудов / «Интерагромаш-2011», ДгИУ. - Ростов-на-Дону, 2011.

3. Забродина, О.Б. Пути совершенствования автоматизированного доильного оборудования / О.Б. Забродина, О.И. Мар-тыненко, Е.Н. Чмелева // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Процессы и машины агроинженерных систем. Технические науки (спецвыпуск). - 2005.

Сведения об авторах Винников Иван Кириллович - д-р техн. наук, зав лабораторией механизации процессов молочного скотоводства Северо-Кавказского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии. Тел. 8(86359)42-2-80.

Забродина Ольга Борисовна - канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой теоретических основ электротехники и электроснабжения сельского хозяйства Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел. 8(86359)43-5-68.

Information about the authors

Vinnikov Ivan Kirillovich - Doctor of Technical Sciences, Chief of the dairy cattle-breeding mechanization department, North Caucasian Scientific Research Institute of Mechanization and Electrification of Agriculture (Zernograd). Phone: 8(86359)42-2-80.

Zabrodina Olga Borisovna - Candidate of Technical Sciences, Chief of the theoretical bases of electro-techniques and agricultural electro-supply department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: 8(86359)43-5-68.

УДК. 631.173.004

МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЗЕРНОУБОРОЧНЫХ КОМБАЙНОВ

© 2011 г. Ю.А. Царев, С.В. Филобок

Рассмотрен принцип повышения надёжности зерноуборочных комбайнов, основанный на принудительном восстановлении элементов с низкой наработкой на отказ. Данный принцип направлен на проведение упреждающих замен узлов с истекающим ресурсом, что позволяет повышать эксплуатационную надежность комбайнов как систем с последовательным соединением элементов.

Ключевые слова: эксплуатационная надёжность, принудительное восстановление, коэффициент готовности, время безотказной работы.