Поточно-конвейерные технологии в молочном животноводстве
Анализ технологических составляющих молочного животноводства, связанных с процессами кормления, доения, удаления навоза и микроклимата. Изучение математической модели обоснования выбора систем микроклимата при проектировании животноводческих помещений.
| Рубрика | Сельское, лесное хозяйство и землепользование |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.02.2018 |
| Размер файла | 12,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Поточно-конвейерные технологии в молочном животноводстве
Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной
степени доктора технических наук
Тесленко Иван Иванович
Москва 2009
Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ), г. Москва, Российской академии сельскохозяйственных наук.
Научный консультант: член-корреспондент РАСХН,
доктор технических наук,
профессор Цой Юрий Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Шевцов Виктор Васильевич
доктор технических наук, профессор
Карта.шов Лев Петрович
доктор технических наук, профессор
Кирсанов Владимир Вячеславович
Ведущая организация: ГНУ Северо-Кавказский
научно-исследовательский институт
животноводства Российской академии
сельскохозяйственных наук, г. Краснодар
Защита состоится «____»___________2010 г. в ____часов на заседании Диссертационного совета Д 006.037.01 по присуждению учёной степени доктора технических наук Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) по адресу: 109456, Москва, 1-й Вешняковский проезд, 2. Факс: (095)170-51-01, E-mail: viesh@dol.ru Отзывы на автореферат просим высылать по указанному адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИЭСХ
Автореферат разослан «___»____________2009 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета,
доктор технических наук А.И. Некрасов
Общая характеристика работы
животноводство молочный доение микроклимат
Актуальность проблемы. В настоящее время государством принят курс на восстановление АПК России, для чего разработаны и утверждены приоритетные национальные проекты, в том числе и в животноводстве. Восстановление утраченных позиций в АПК необходимо выполнять с привлечением высоких технологий и использованием последних достижений науки и техники. Уже давно возникла необходимость перевода сельскохозяйственного производства на промышленную основу и ведущее значение в этом принадлежит разработке и созданию ресурсо- и энергосберегающих технологий. Необходимость перевода процесса производства животноводческой продукции на более высокий технологический уровень определяется также жесткими условиями конкуренции и экспансией импорта животноводческой продукции на внутренние рынки страны. В этих условиях для отрасли животноводства необходимы технологии, повышающие производительность труда и снижающие себестоимость производимой продукции. Для крупных специализированных предприятий необходимы технологии и исполнительные механизмы, устройства, машины и агрегаты, обеспечивающие процесс промышленного производства сельскохозяйственной продукции и, в частности, в молочном животноводстве, основанные на принципах поточности и ресурсосбережения.
Научная проблема заключается в комплексном научном обеспечении перспективными средствами механизации основных технологических процессов молочного животноводства при крупной концентрации поголовья.
Цель работы: разработать поточно-конвейерную технологию содержания крупного рогатого скота при крупной концентрации поголовья для повышения эффективности и снижения энергоемкости производства, роста производительности и культуры труда.
Объекты исследований - технологические составляющие молочного животноводства, связанные с процессами кормления, доения, навозоудаления и микроклимата, объединённые в единую систему «человек - машина - корма - животные», в рамках одной мегафермы.
Предмет исследований - режимы и параметры поточно-конвейерных технологий кормления и доения, способы навозоудаления и микроклимата на основе использования возобновляемых источников энергии на крупных животноводческих комплексах.
Модель исследований является конгломеративной, в ее основе использовались теория многофакторного эксперимента, методы линейной интерполяции, теория множеств, основные законы теплотехники, закон Дальтона, частная методика. При обработке полученных данных использовались методы статистики, программирования и алгебры логики.
Научная гипотеза - наибольшая производительность в сложных взаимосвязанных технологиях производства животноводческой продукции молочного скотоводства при крупной концентрации поголовья возможна при условии соблюдения принципа строгой поточности, требованиям которого полностью соответствуют поточно-конвейерные технологии кормления и доения, служащие производственно-технической базой для создания ферм-автоматов.
Достоверность исследований подтверждается сходимостью теоретических и экспериментальных данных, полученных в ходе внедрения поточно-конвейерных технологий кормления, доения и ресурсосберегающего температурного компенсатора на базе подпольного навозохранения в хозяйствах Нижегородской области, многолетними производственно-экономическими показателями экспериментальных животноводческих комплексов, испытаниями опытных образцов поточно-конвейерных технологических линий, проведенными научно-исследовательскими и проектно-технологическими институтами г. Ростова-на-Дону и г. Нижний Новгород, а также публикациями независимых авторов в средствах массовой информации, отражающими опыт внедрения экспериментальных ферм промышленного типа.
Научная новизна:
- методика обоснования на базе алгебры логики наукоемких направлений энерго- и ресурсосбережения в отрасли животноводства, позволяющая выполнить структурный анализ затрат ресурсов, задействованных в процессе производства молочной продукции;
- аналитические зависимости расчетов объемов получения продукции молочного животноводства, в сочетании с качественными, количественными и временными показателями кормовой базы и объемов землепользования;
- способ вентиляции широкогабаритных животноводческих помещений;
- методика расчета по использованию тепла земли, определение параметров технического взаимодействия естественной тепловой энергии земли в процессах консервации навозной массы, сохранности ее органической ценности и предотвращения биохимического разложения;
- метод теплового расчета температурного компенсатора, с учетом тепловых потерь, в зависимости от степени заполнения подпольного навозохранилища;
- математическая модель обоснования выбора систем микроклимата при проектировании животноводческих помещений;
- технология объединения доильного и кормового конвейеров в единый комплекс по содержанию животных.
Практическую ценность представляют: модельный ряд поточно-конвейерных установок, рассчитанных на обслуживание животных в диапазоне 200…6000 голов; технологический метод объединения поточно-конвейерных технологий доения и кормления с учетом определения их параметров в рамках одной мегафермы; способ вентиляции животноводческих помещений при наличии подпольного навозохранилища; тепловой расчет температурного компенсатора при проектировании систем микроклимата; рекомендации по выбору систем микроклимата; ресурсосберегающий эффект применения поточно-конвейерных технологий.
Внедрение результатов исследований. Все представленные технические и технологические решения легли в основу экспериментов на фермах и комплексах с поголовьем от 600 до 1000 коров в хозяйствах Западной Сибири, Нечерноземья и Северного Кавказа, в том числе в колхозе им. Ленина и в поселке Кудьма («Буревестник») Нижегородской области, ГУСХП «Рассвет» Динского района Краснодарского края.
На защиту выносятся:
- методология анализа структуры энерго- и ресурсозатрат процесса производства молока и обоснования приоритетных направлений энергосбережения;
- метод исследований функциональных параметров ресурсосберегающих поточно-конвейерных технологий: скоростные режимы, объемные характеристики, радиусы, технологические размеры, расчеты времени, объемно-планировочные решения, производительность, экологические и социальные аспекты;
- новые технические решения конвейерной доильной установки (авторское свидетельство № 1333268 «Доильная установка»);
- способ обеспечения параметров микроклимата в животноводческом помещении в зоне содержания животных на основе использования возобновляемых источников энергии посредством температурного компенсатора (авторское свидетельство № 1341462 «Способ вентиляции животноводческого помещения»);
- технология уборки, хранения и консервации навозной массы на комплексах с крупной концентрацией поголовья за счет использования низкопотенциальной энергии земли (авторское свидетельство № 1445579 «Устройство для хранения навоза»);
- технология содержания и обслуживания животных с применением поточно-конвейерных технологий кормления и доения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8-и международных (ГНУ ВНИИМЖ, г. Подольск; ГНУ ВИЭСХ, г. Москва; ФГОУ ВПО «Волгоградская ГСХА», г. Волгоград; ГНУ СКНИИЖ, г. Краснодар; МНТЦ ВИЭСХ, г. Углич), 4-х российских (ДонГАУ, п. Персиановский; ФГО ВПО СГАУ, г. Ставрополь) и 3-х региональных (Отделение ВАСХНИЛ по Нечерноземной зоне, г. Нижний Новгород; СевкавНИПИагропром, г. Ростов-на-Дону) научно-практических конференциях.
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 105 работ, в том числе три монографии, четыре брошюры, два сборника рекомендаций, каталог паспортов научно-технических достижений, рекомендуемых для использования в сельском строительстве Северного Кавказа, получено три авторских свидетельства на изобретения № 1333268 «Доильная установка», № 1341462 «Способ вентиляции животноводческого помещения, № 1445579 «Устройство для хранения навоза». В ведущих рецензированных научных журналах, определенных перечнем ВАК, опубликовано 17 статей по теме диссертации («Техника в сельском хозяйстве», «Механизация и электрификация сельского хозяйства», «Экономика сельского хозяйства»).
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, списка литературы (235 наименований) и приложения. Работа изложена на 386 страницах текста, включая 87 рисунков и графиков, 28 таблиц.
В первой главе «Средства механизации основных технологических процессов молочного животноводства, цели, задачи и метод исследований» представлен краткий обзор средств механизации процессов кормления, доения, навозоудаления и микроклимата, выполнено обоснование на базе алгебры логики сфер применения наукоемких технологий ресурсо- и энергосбережения, разработана концептуальная схема данной работы, содержащая цели, задачи и комплексную методику исследований поточно-конвейерных и смежных технологий молочного животноводства.
С целью обеспечения процесса индивидуального кормления применяются поточно-конвейерные средства раздачи кормов. Первые разработки конвейерных технологий кормления животных в нашей стране относятся к 1930 г. Уже тогда был поставлен вопрос о необходимости отказа от традиционных способов кормления в связи с нарождающимися принципами комплексной механизации и автоматизации молочного животноводства. Основной проблемой при разработке данных поточно-конвейерных систем кормления являлось обеспечение заданного параметра производительности с целью технологической стыковки их со смежными линиями, машинами, агрегатами, способом содержания животных.
Многообразие технологических линий организации доения и обработки молока отражает многолетние поиски путей повышения производительности и облегчения труда доярок. Поточно-конвейерная технология доения коров является наиболее совершенным способом организации непрерывного потока, дальнейшая ступень которого - полная автоматизация или роботизация процесса по примеру системы добровольного доения VMS робот-дояр компании DeLaval. Конструктивные особенности, связанные с размещением животных на кольцевых поточно-конвейерных доильных установках, создают технологические сложности по обеспечению равномерного поступления коров на доение, при их обслуживании на установке и выходе по завершению процесса доения.
В хозяйственных условиях технология удаления и хранения навоза решается различными способами. Она включает в себя несколько этапов: удаление навоза непосредственно от места содержания животных, промежуточное накопление навоза в коллекторах для дальнейшей транспортировки в навозохранилище, его переработка и внесение. Скребковые, скреперные, гидравлические и пневмогидравлические системы навозоудаления не исключают процесс транспортировки навоза от животного в хранилище, тем самым обременяют процесс поточности дополнительными ограничениями и связями.
Состояние среды обитания животных в помещениях имеет большое значение, достаточно отметить, что ухудшение параметров микроклимата может снизить их продуктивность на 30 % и более. Существующие системы вентиляции имеют ряд недостатков, одним из которых является большая энергоемкость при обеспечении параметров микроклимата на комплексах с крупной концентрацией поголовья, особенно в условиях центральной части России.
Существенный вклад в разработку поточно-конвейерных систем кормления внесли П.М. Соколов, В.С. Краснов, Д.Д. Грязнов, А.И. Лягасов, Е.П. Аулов, Н. Д. Машихин, И.И. Тесленко (старший), В.Ф. Киташева, Ю.И. Тесленко, Ю.А. Аристов, А.Д. Алаторцев, В.А. Курганов, И.М.Чаленко, К.М. Осипов, В.П. Коваленко, Н.И. Колов, А.И. Кудаков, В.Ф. Королев, Л.П. Кормановский, В.Р. Краусп, В.С. Палатин, В.И. Плеханов и другие специалисты.
Решению научных проблем процесса машинного доения посвящены исследования таких ученых, как Л.П. Карташов, В.С. Краснов, И.И. Тесленко (II, ст.), В.Ф. Королев, И.Н. Краснов, И.К. Винников, Н.П. Ледин, Н.К. Вазельмиллер, А.В. Гольдефанг, А.С. Краснополянский, А.И. Смирнов, Ю.А. Цой, К.С. Шаповалов, В.А. Воронцов, Н.А. Гришин и многих других.
Существенный вклад в разработку средств механизации навозоудаления внесли такие ученые, как И.Н. Бацанов, И.И. Лукьяненков, С.Е. Маркарян, В.Э. Вейнло, М.Ф. Козликов, П.А. Фурсин, А.А. Ковалев, В.П. Коваленко, В.В. Калюга, Н.П. Ледин и многие другие.
Вопросам исследований, разработки и внедрения технологий микроклиматического обеспечения животноводческих помещений посвящены труды А.Г. Егиазарова, В.М. Махова, В.М. Валова, Р.М. Славина, В.В. Шведова, Д.Н. Мурусидзе, В.Б. Скуратова, Е.Н. Короткова, В.А. Сырецкого и др.
Одной из важнейших задач сегодняшнего дня является система мер, обеспечивающих рациональное использование всех видов ресурсов. Но так как все ресурсы Рм (материальные), Рт (трудовые), Рп (природные), Рф (финансовые), Рэ (энергетические) имеют ограниченный характер, это влечет необходимость ресурсосбережения. На языке математической логики - ресурсы, «если» они имеют ограниченный характер, «то» необходимо их ресурсосбережение, применимое в любой сфере деятельности человека, «или» в молочном животноводстве, или в другой отрасли.
Достижение поставленной цели ресурсосбережения (третий и четвертый блоки рис. 1) базируется в широком смысле на создании новых машин, узлов и агрегатов, на разработке новых технологий и совершенствовании имеющихся, на четкой научно-обоснованной организации производства, выражающейся в строгой технологической дисциплине в процессе эксплуатации.
Рисунок 1 - Схема обоснования наукоёмких технологий энерго- и ресурсосбережения в молочном животноводстве
Первый и второй блоки схемы (рис.1) соотносятся с четвертым через объединяющую цель - экономия, сбережение F различных видов ресурсов, третий блок. В четвертом блоке часть составляющих носит теоретический характер (), а часть - эмпирический (), имеющий в своей основе научно-определяющую базу
А () F, В1 () F, В2 () F;
А () В1 (х) В2 () F; (1)
В3 () F, G () F;
В3 () G () F; (2)
B3 (, ) G (, ) F. (3)
Таким образом, выражаясь языком алгебры логики, если в той или иной сфере человеческой деятельности, а конкретно, в области молочного животноводства, применяются более эффективные комплекты или отдельно новые машины, узлы, агрегаты А, соответствующие новым или усовершенствованным технологиям В1, В2, используется научно-обоснованная организация производства В3 совместно с практикой экономной эксплуатации G, то в конечном итоге потенциально получим процесс сбережения F всех видов ресурсов - материальных Рм, трудовых Рт, природных Рп, финансовых Рф и экономических Рэ.
Обоснование сферы применения наукоемких технологий ресурсо- и энергосбережения в молочном животноводстве с использованием основ алгебры логики определяет направление данной научной работы и является первым этапом комплексного подхода при анализе их ресурсосберегающего эффекта.
Рисунок 2 - Концептуальная схема научной работы
Концептуальная схема данной научной работы представлена на рисунке 2. Весь объем работы можно разделить на четыре основных этапа: первый - изучение базы данных существующих машин, технологий, проектно-конструкторских решений; второй - определение технических условий, вводная программа или условия проведения научных исследований (научная проблема - цели - задачи - объект исследований - метод исследований, НП - Ц - З - ОИ - МИ); третий - разработка способов, устройств, технологий и проектов, методов, выполнение расчетов; четвертый - внедрение, получение результатов, корректировка, обработка данных, апробация (результаты - выносится на защиту - научная новизна - практическая ценность - достоверность - апробация работы, Р - ВЗ - НН - ПЦ - Д - АР).
Исследования проводились на молочно-товарных фермах и комплексах промышленного типа в хозяйствах Краснодарского края, Ростовской и Нижегородской областях.
Во второй главе «Определение параметров поточно-конвейерных технологий молочного животноводства» на основе системного подхода при анализе ресурсосберегающего эффекта технологий, применяемых в молочном животноводстве, обоснована оптимальная система кормопроизводства, определены организационно-технические параметры технологий машинного доения, проведено обоснование технологических параметров подпольного способа уборки навоза, разработаны научные основы конвекции естественной тепловой энергии температурного компенсатора.
С целью объективной оценки технико-экономического эффекта научно-технических достижений предлагается модель системного подхода анализа энерго- и ресурсозатрат. Суть предлагаемой модели заключается в следующем: необходимо определить общий перечень видов используемой энергии и ресурсов, выполнить их индексирование; при обозначении области применения (в рассматриваемом случае - молочное животноводство) необходимо провести инвентаризацию и структуризацию ресурсов и энергии, задействованных в данном случае в животноводстве при производстве молочной продукции; определить варианты для сравнения с представленными разработками; выполнить расчет повышающих и понижающих коэффициентов и составить для итогового анализа ресурсосберегающего эффекта формулы алгебры логики.
Рисунок 3 - Структура ресурсо- и энергозатрат процесса
производства молока: М - механическая энергия; Э - электрическая;
Т - тепловая; Х - химическая; Ч - энергия, затрачиваемая человеком; Б - биологическая энергия
Структура ресурсо- и энергозатрат процесса производства молока представлена на рисунке 3. Используя русский алфавит, в соответствии с обозначениями схемы (рис. 3) и основы алгебры логики для процесса кормления, получим выражение
(М Э Т Ч) К, (4)
при этом задействованы ресурсы
(Рм Рт Рп Рэ) К. (5)
Для системы водопоения
(М Э Ч) П; (6)
(Рм Рт Рп Рэ) П. (7)
Затраты энергии и ресурсов на процесс доения
(М Э Т Ч) Д; (8)
(Рм Рт Рэ) Д. (9)
Для навозоудаления
(М Э Ч ) Н; (10)
(Рм Рт Рэ) Н. (11)
Для создания оптимальных параметров микроклимата в животноводческом помещении
(М Э Т Ч ) Мк; (12)
(Рм Рт Рп Рэ) Мк. (13)
Первичная обработка молока
(М Э Т Ч ) По; (14)
(Рм Рт Рп Рэ) По. (15)
Для освещения животноводческого помещения
(Э Ч) О; (16)
(Рм Рт Рп Рэ) О. (17)
Для завершения расшифровки структуры энергозатрат необходимо записать импликационное высказывание алгебры логики для двух оставшихся участков схемы (рис. 3)
(М Б Х) Ж; (18)
(Рм Рп) Ж; (19)
(М Э Т Ч) Пз; (20)
(Рм Рт Рп Рф Рэ) Пз. (21)
Навешивая кванторы всеобщности и существования, получим
( Эз) (А V В1 V В2 V В3 V G) Е (ПППж) F. (22)
Таким образом, на языке алгебры логики выражение (22) примет вид - «если» задействована вся затрачиваемая энергия на молочно-товарной ферме ( Эз) и имеет место применение новых технологий или усовершенствованных (В1 В2), новых машин, узлов или агрегатов (А), научно-обоснованной организации производства (В3) и практики экономной эксплуатации (G), «то» будет существовать процесс производства продукции животноводства Е (ПППж) и эффект энерго- и ресурсосбережения F. При этом оценка технико-экономических параметров ведется в таких единицах измерения, которые являются универсальными, так как в любой момент их можно перевести в денежный эквивалент, соответствующий рассматриваемому периоду времени. К ним относятся, например, киловатты установленной мощности, киловатт-часы израсходованной электроэнергии, квадратные метры производственных площадей и т. д.
Первым этапом разработки проекта кормопроизводства является подготовка информационного обеспечения (рис. 4), к которому относится компонентный состав рационов, характеристики кормовых культур, их объемы потребления и производства, а также ряд дополнительных ограничений. Расчет экономических и технологических параметров отрасли соответственно плана производства продуктов животноводства сочетают с качественными и количественными показателями производства сырья. Многофакторность этой задачи решается симплексным методом математического программирования. Модель оптимизации в математическом виде представляется так: найти Сmin - минимальную стоимость кормов,
n
Сmin = Сj х1 при следующей системе технологических ограничений:
j=1 n
аij хj вi, (i = 1, 2, 3, 4...m);
j=1 < <
хjк > dк, хj > еj, хj 0,
где n - количество видов кормов; m - количество видов питательных веществ; аij - содержание i-го питательного вещества в единице j-го корма; хj - количество j-го корма по проекту или в рационе; к - виды одноименных кормов (грубых, сочных, концентрированных и т. п.); dк - содержание одноименных кормов по проекту или в рационе; Сj - стоимость единицы j-го корма; вi - содержание i-го питательного вещества по проекту или в рационе.
Рисунок 4 - Схема программируемого кормопроизводства - первого этапа производства молока
Математическое описание проектируемого кормопроизводства сводится к следующему. Найти оптимальные значения, которые удовлетворяли бы условиям:
а11 х11 + а12 х2 + ... + а1n хn в1
а21 х1 + а22 х2 + ... + а2n хn в2
аm1 х1 + аm2 х2 + ... + аmn хn вm
где хj 0 для всех значений j.
Целевая функция имеет вид
Сf = C1 х1 + C2 х2 + ... + Cn хn = min. (23)
Математическое описание кормопроизводства на стойловый период (декабрь месяц) будет выглядеть следующим образом:
0,12х7 + 0,15х8 + 0,52х12 + 0,31х15 + 0,41х16 + 1,27х17 +
+1,12х18+1,09х21+0,63х22+0,77х23 +1,14х29+1,33х30 в1;
9х7 + 14х8 + 116х12 + 14х15 + 23х16 + 73х17 + 46х18 +
+ 396х21 + 102х22 + 45х23 + 0,398х29 + 299х30 в2;
0,4х7 + 1,5х8 + 17,7х12 + 4,3х15 + 2,1х16 + 1,2х17 +
+0,3х18+3,3х21+12,5х22+3х23 +20,3х29+31х30 в3; (24)
0,4х7 + 0,5х8 + 22х12 + х15 + 0,1х16 + 4х17 +
+2,9х18+9,9х21+2,8х22+0,3х23 +12,6х29+14х30 в4;
0х7 + 15х8 + 45х12 + 4х15 + 4х16 + х17 +
+3х18+150х22+0х23 +0х29+0х30 в5.
Неравенства, выражающие ограничения по общему питательному составу, являются основными технологическими условиями. К ним относятся показатели по кормовым единицам, протеину, каротину, кальцию, фосфору и различного рода аминокислотам.
В общем случае кормовой баланс в соответствии с ежемесячной продуктивностью коров можно представить в следующем виде
, (25)
где Qк - сводный кормовой баланс проектируемого кормопроизводства; a…qк-1 - оптимальный объем кормовых компонентов на кормовой период, исходя из удельной продуктивности коров; N - количество коров, на которое проектируется сырьевая база и планируемый выход продукции.
Анализ расчетных данных ЭВМ по проектированию кормовой базы для условий степной зоны Северного Кавказа показывает, что при существующем уровне производительности труда, механизации и урожайности кормовых культур затраты на производство кормов должны быть ниже фактических как минимум на 20…30 % (в соответствии с планами кормопроизводства хозяйств Новопокровского района Краснодарского края).
В контексте рассматриваемого проекта кормопроизводства дальнейшим важным этапом технологической цепочки является доставка каждому животному определенной проектом порции кормов.
Классификация средств раздачи кормов животным представлена на рисунке 5. Средства раздачи кормов в различных отраслях животноводства имеют определенные технические и технологические особенности. В связи с этим различают машины и оборудование, применяемые в свиноводстве, для крупного рогатого скота, в овцеводстве и птицеводстве.
Представленная классификация отличается от существующих (по разработкам В.Г. Кобы, С.В. Мельникова) тем, что в ней выделены в отдельную группу поточно-конвейерные технологии индивидуального кормления животных. Им присущи некоторые признаки как мобильных, так и стационарных систем. Но главным их отличительным показателем является наличие технической возможности строго индивидуального дозирования кормов для каждого животного.
Рисунок 5 - Классификация средств раздачи кормов животным
Рисунок 6 - Классификация систем организации доения коров
Доение может осуществляться в стойлах, на специализированных площадках, со стационарными или подвижными станками, а также на передвижных доильных установках с вращающимися станками (рис. 6).
Суммарные затраты времени на корову Тпк при поточно-конвейерной технологии машинного доения определяются из выражения
Тпк = tc + tПА + tмд + tх + tук + , (26)
где tc - время, затрачиваемое на санитарную обработку вымени; tПА - время, затрачиваемое на подвеску и включение аппаратов; tмд - время, затрачиваемое на машинное доение, додаивание и снятие аппаратов; tх - время, затрачиваемое на переходы; tук - время, затрачиваемое на управление конвейером; tу - время, затрачиваемое на уход за оборудованием.
Число доильных аппаратов на каждого оператора ограничивается физическими возможностями их обслуживания. Этот фактор зависит от лимита машинного времени и суммарных затрат на обслуживание каждого аппарата, зависимость такого рода отражена на номограмме (рис. 7). При установившемся режиме времени на переходы и на ручные операции увеличение числа аппаратов ведет к росту производительности труда только до того момента, пока лимит машинного времени по значению не сравняется с суммарными затратами на их обслуживание. Зависимость этих показателей определяется следующей формулой
Ко = , (27)
где Ко - допустимое количество доильных аппаратов, обслуживаемых одним оператором; tд - средняя продолжительность времени машинного доения; tсзх - суммарные затраты времени на управление процессом доения коровы.
Производительность труда Рмд при машинном доении - это количество коров, выдоенных в единицу времени. Она зависит от величины затрат времени на подготовительные tпо и заключительные операции tзо, числа доильных аппаратов Км и кратности их использования nд, продолжительности доения tмд, удельной продуктивности п подоенных коров N и определяется следующим выражением
Pмд=. (28)
Условия, при которых оператор, выполняя лимитную операцию, будет соблюдать ритм доения, выражаются следующей зависимостью
tл tрд , (29)
где tл - время, необходимое для выполнения лимитной операции; tрд - ритм доения; lрм - зона рабочего места по внутреннему диаметру конвейера; Vк - скорость конвейера.
Расчет оптимального числа доильных аппаратов на конвейерных установках определяется из соотношения
Ко=, (30)
где tц - средний производственный цикл доения.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 7 - Номограмма зависимости производительности труда оператора от количества доильных аппаратов
Математическая закономерность затрат труда ТА и часовой производительности QА в зависимости от мощности конвейерной установки (числа доильных аппаратов Км) аналитически представляется следующим образом:
при 6 рабочих местах (операторах)
QА6 = , ТА6 =;
при 5 QА5 = 2 Км, ТА5 =;
при 4 QА4 =, ТА4 =; (31)
при 3 QА3 =, ТА3 =.
Приведенные аналитические, экспериментальные и сравнительные данные показывают - поточно-конвейерная технология доения коров обладает более существенными резервами для сокращения трудовых затрат и, соответственно, повышения производительности труда, так как способствует сокращению протяженности технологических переходов оператора, уменьшению времени, затрачиваемого на проведение технологических операций процесса доения, позволяет максимально эффективно использовать лимитное время, не нарушая при этом ритма поточности.
Особое значение проблема навозоудаления приобретает для животноводческих комплексов при крупной концентрации поголовья. В классификации средств механизации навозоудаления (по разработкам С.В. Мельникова) система подпольного навозоудаления не представлена. В связи с этим была разработана классификация, основанная на структуре технологического процесса: навозоудаление - хранение - переработка - внесение (рис. 8). Здесь же представлена система подпольного навозоудаления.
Рисунок 8 - Классификация средств механизации навозоудаления
Энергосберегающая технология уборки и консервации навозной массы при температурном компенсаторе и подпольном навозохранении имеет следующие параметры: объем навозохранилища Vх, температурный режим tх, сроки хранения навозной массы Tх, время выгрузки навозохранилища Tвн, фактическое производство навоза Wф.
Графическая зависимость теплотворной способности компенсатора от степени заполнения навозохранилища (рис. 9) показывает, что на отметке 1,1 м теплотворная способность становится отрицательной, то есть возникает ситуация недостаточности тепла. Из полученных наблюдений следует, что допустимый уровень заполнения хранилища не должен превышать 75 % или 3/4 его общего объема. Таким образом, допустимый объем заполнения навозохранилища определяется по формуле:
Vдх = 3/4Vх, (32)
где Vх - общий объем навозохранилища, определяемый по общеизвестной формуле.
Рисунок 9 - Графическая зависимость теплотворной способности компенсатора от степени заполнения навозохранилища
Технологический срок хранения навоза в подпольном хранилище без вредных последствий на смежные технологии составляет 18 месяцев. Время хранения навозной массы в подпольном навозохранилище определяется следующей формулой:
Тх = Vдх / Wc qисп nоп, (33)
где Wc - суточная масса навоза, qисп - коэффициент испарения, nоп - коэффициент объемного перевода.
Этого времени достаточно на два летних цикла хранения, за которые любое, даже самое отсталое хозяйство сможет разгрузить помещение от навоза.
Общее время, затрачиваемое обслуживающим персоналом, на выполнение трех технологических составляющих молочного животноводства - кормление, доение и навозоудаление, при использовании типовых технологий Ттт и поточно-конвейерных Тпкт в математическом виде будет выглядеть следующим образом Ттт = tок + tод + tон; (34)
2 (tок + tод) 2 tпкт
Тпкт = 3 = 3 , (35)
где tок - время, затрачиваемое обслуживающим персоналом на осуществление процесса кормления; tод - время, затрачиваемое обслуживающим персоналом на осуществление процесса доения; tон - время, затрачиваемое обслуживающим персоналом на осуществление процесса навозоудаления; tпкт - время, затрачиваемое обслуживающим персоналом на осуществление объединенного процесса кормления и доения (в дальнейшем метод объединения поточно-конвейерных технологий) при условии наличия подпольной системы навозоудаления.
Система подпольного навозоудаления за счет сокращения технологических операций способствует повышению производительности труда обслуживающего персонала и обеспечивает процесс поточности на фермах молочного направления. Анализ параметров подпольного способа навозоудаления свидетельствует о том, что данная система позволяет беспрепятственно и без вредных последствий на экологию накапливать навоз в течение 18 месяцев. Она не накладывает дополнительные ограничения на смежные технологии содержания животных, не оказывает негативного воздействия на их производительность и прочие параметры, при этом обеспечивает процесс ресурсосбережения.
При описании тепловых процессов температурного компенсатора необходимо учитывать, что процедура теплообмена в подпольном компенсаторе осуществляется тремя способами - теплопроводностью, конвекцией и излучением. Тепло земли, благодаря свойству теплопроводности строительных материалов в подземной части хранилища, передается в его внутренний газовый объем. На боковых стенах тепло излучением распространяется в подпольном компенсаторе. Однако теплопередача через его донную часть затруднена имеющимся слоем накопившегося навоза. Чем больше его слой, тем больше тепловые потери, тем меньше внутренний объем компенсатора, а, следовательно, качественно ухудшается эффективность объемно-планировочного решения всего животноводческого комплекса.
Для анализа тепловых процессов температурного компенсатора на первом этапе опытным путем были определены параметры его источника естественной тепловой энергии - тепла земли на различной глубине, а затем математически обработаны.
Теплотворная способность почвы в соответствии с графическими зависимостями опытных данных на глубине 1,6 м определяется из уравнения
;
на глубине 2,4 м
; (36)
на глубине 3,2 м
;
на глубине 4,5 м
.
Анализ теплотворной способности почвы, величины заглубления и температуры внешней среды показывает, что все эти параметры связаны определенной закономерностью. В частности, с ростом заглубления воздействие внешних факторов на почву снижается. На основании полученных аналитических и практических данных можно отметить, что температурный компенсатор имеет круглый год стабильные температуры, изменяющиеся в пределах +5 оС ... +12 оС. Летом приточный воздух, попадая в подпольную часть здания, охлаждается, а зимой подогревается.
В третьей главе «Экспериментальные исследования параметров поточно-конвейерных и смежных технологий молочного животноводства» рассмотрены результаты исследования и анализ параметров поточно-конвейерной технологии индивидуального кормления коров, экспериментальные и аналитические исследования исходных параметров поточно-конвейерных доильных установок, результаты исследования параметров подпольной системы навозоудаления и температурного компенсатора.
Все исследования поточно-конвейерной технологии кормления проводились в течение ряда лет на двух экспериментальных комплексах молочного направления: моноблок на 1600 голов коров поселка Кудьма («Буревестник») Богородского района Нижегородской области и моноблок на 1000 коров колхоза им. Ленина Большемурашкинского района Нижегородской области.
Практика эксплуатации и экспериментальные исследования поточно-конвейерных технологий кормления показали: линия с косым расположением коров (рис. 10, а) нетехнологична, так как движение животных боком под углом к трассе конвейера является неестественной позой для животного. Однолинейные конвейеры (рис. 10, б) с последовательным расположением животных технологичны, но малоэффективны, так как имеют недостаточную производительность для осуществления стыковки с доильным конвейером. Отмеченные недостатки исключаются двухлинейной (рис. 10, в) параллельно-поточной технологической линией кормления коров, имеющей оптимальную производительность для объединения в единый технологический комплекс процессов кормления и доения при наличии поточно-конвейерной системы доения.
Экспериментально было установлено, что обычная скорость движения коров при перегонах колеблется от 0,4 до 0,6 м/с. На пастбищах в зависимости от вида трав, урожайности и их вегетационного периода скорость передвижения коров в процессе пастьбы колеблется от 0,08 до 0,22 м/с (рис. 11). По наблюдениям, в самоходном потоке на кормовом конвейере животные поедают корм за более короткое время в сравнении с привязным содержанием.
Рисунок 10 - Схема размещения коров в потоке на кормовом конвейере: а - косое; б - однолинейное; в - двухлинейное
Рисунок 11 - График скорости передвижения коров по пастбищу
В результате исследований параметров кормового конвейера установлено - использование данной технологии кормления не снижает продуктивности животных. Время на поедание коровами рациона при движении на кормовом конвейере в соответствии с проектными и экспериментальными данными составляет 50…65 минут. Оптимальным скоростным параметром для кормления животных является интервал от 0,08 до 0,15 м/с. Наиболее технологичная форма кормушки - цилиндрическая, диаметром 600 мм. Для конвейера с последовательным расположением коров технологический шаг расстановки ячеек с кормушками равен 2,8 м. Ширина технологического прохода для коров на прямолинейном участке конвейера составляет 700…800 мм, на поворотах до 900 мм. Пространственная трасса кормового конвейера расширяет технологический диапазон содержания коров, обеспечивает их принудительный моцион в оптимальных дозах, который позволяет получать 95 телят от 100 голов коров.
Исследование параметров поточно-конвейерных доильных установок проводилось на машинах серии ДКТ-50-3М в колхозе им. Ленина Большемурашкинского района Нижегородской области, ДКТ-50 в колхозе «Россия» Неклиновского района Ростовской области, ДКТ-50-3М и ПДКТ-12 в поселке Кудьма («Буревестник») Богородского района Нижегородской области.
Исследования ритма доения конвейера были проведены на 3268 коровах с продуктивностью от 1800 до 5000 кг за лактацию. Полученные результаты - длительность доения и количество полученной продукции группировались по величине времени выдаивания с интервалом в полминуты. Такая методика обработки экспериментальных данных позволила не только их систематизировать, но и построить графическую зависимость (рис. 12), доступную для математической обработки наблюдаемых процессов.
Рисунок 12 - График продолжительности доения коров в зависимости от их продуктивности и способов доения
Суммарные затраты машинного времени на выдаивание коров первой опытной группы графически представляются площадью трапеции Sаee3а3, которая определяется следующим образом
. (37)
С целью определения наиболее характерных производственных циклов доения, каждый промежуточный в интервале от 2 до 11 минут исследуется по его экономическим и технологическим параметрам. В частности, при производственном цикле доения 10 минут, согласно графику полностью выдоится 99 % коров. Оставшееся поголовье выдоится на 93,5 %, получено из выражения
. (38)
В результате проведенных исследований был получен диапазон оптимальных скоростных характеристик конвейера, составляющий 0,08…0,16 м/с. Все эти данные сочетаются со скоростью входа коров на конвейер и ритмичностью совмещённого потока.
Условия сохранения поточности процесса доения при использовании поточно-конвейерной установки имеют следующий математический вид
, (39)
где Vк - линейная скорость конвейера; tрд - ритм доения.
Результаты исследований характеристик сил, действующих на корову во время вращения в зависимости от периметра конвейера, представлены на рисунке 13.
Рисунок 13 - График величины центробежных сил, действующих на животных на кольцевом конвейере в зависимости от числа станков и скоростных параметров
Центробежная сила, действующая на животных на поточно-конвейерных доильных установках, в общем случае равна
, (40)
где mк - масса животного, Vк - скорость движения доильного конвейера, Rк - радиус конвейера, Кст - количество станков.
Для ПДКТ-12 при Кст =12, Rк =3,4 м, Fц =0,847 Н (при Vк = 0,08 м/с), Fц = 3,388 Н (при Vк = 0,16 м/с).
Для ДКТ-50 при Кст =50, Rк =8,5 м, Fц =0,338 Н (при Vк = 0,08 м/с), Fц = 1,355 Н (при Vк = 0,16 м/с).
Тангенциальное ускорение (центростремительное), действующее на животных в процессе движения на поточно-конвейерной доильной установке, зависит от скорости движения доильного конвейера Vк, его радиуса Rк и количества станков Кст. и определяется по формуле
. (41)
Для ПДКТ-12 при Кст =12, Rк =3,4 м WТУ = 0,0018 м/с2 (при Vк = 0,08 м/с), WТУ = 0,0075 м/с2 (при Vк = 0,16 м/с).
Для ДКТ-50 при Кст =50, Rк =8,5 м, WТУ = 0,0007 м/с2 (при Vк = 0,08 м/с), WТУ = 0,0030 м/с2 (при Vк = 0,16 м/с).
Диапазон оптимальных скоростных параметров поточно-конвейерной доильной установки находится в пределах 0,08…0,16 м/с. Центробежные силы, действующие на животных в процессе движения на доильном конвейере, зависят от массы животного, скорости движения конвейера и радиуса кольцевой доильной установки. В процессе исследований установлено - тангенциальное ускорение при пусках и остановках конвейера выводят коров из равновесия при скоростях выше 0,21 м/с. Центробежные силы, возникающие в процессе движения на кольцевом конвейере, не оказывают ощутимого воздействия на животных и находятся в пределах 0,3…3,4 Н. Тангенциальное ускорение при окружной скорости в пределах 0,08…0,16 м/с составляет 0,0007…0,0075 м/с2 и не выводит животных из равновесия в момент пуска и остановки кольцевого конвейера.
Для определения параметров подпольной системы навозоудаления при крупной концентрации поголовья КРС на молочных комплексах колхоза им. Ленина Большемурашкинского района и поселка Кудьма Богородского района Нижегородской области были проведены исследования. В ходе исследований проводились ежедневные и ежедекадные маршрутные реметрации основных параметров подпольной системы навозоудаления. Заполнение хранилища происходит равномерно. В среднем ежемесячный подъем уровня навоза составил 182 мм, что соответствует 4 % или 558 м3 от общего объема хранилища. Графическая зависимость степени заполнения хранилища представляет практически линейную функцию (рис. 14), ограниченную на графике горизонтальной линией допустимого уровня заполнения хранилища.
При содержании в моноблоке 1000 голов коров подпольная система навозоудаления позволяет накапливать и хранить навозную массу без негативных последствий на животных и окружающую среду в течение 18 месяцев. При этом обеспечивается процесс поточности при использовании конвейерных технологий, объединенных в единый технологический комплекс, и функционирование температурного компенсатора. Температурный режим консервирования навоза находится в диапазоне +5…+9,5 оС. Цикличность процесса очистки хранилища от навоза составляет 1 раз в 12 месяцев. Затраты рабочего времени на выполнение данных работ не более 22…28 рабочих дней в зависимости от грузоподъемности и количества транспортных агрегатов.
Рисунок 14 - Графическая зависимость степени заполнения навозом подпольного хранилища от сроков хранения
Подобные документы
Характеристика водоснабжения и поения животных в коровнике. Определение показателей микроклимата и освещения животноводческих помещений. Расчет производительности поточно-технологической линии доения коров и обработки молока. Удаление и обработка навоза.
контрольная работа [65,1 K], добавлен 17.01.2013Параметры микроклимата животноводческих помещений. Влияние химического состава и физических свойств воздуха на продуктивность сельскохозяйственных животных. Дифференциальное уравнение воздухообмена. Вентилятор стеновой и клорифер для животноводства.
реферат [3,0 M], добавлен 03.05.2012Влияние микроклимата на естественную резистентность организма животных. Застойные зоны воздуха в животноводческих помещениях. Способы обнаружения и ликвидации локальных зон аэростазов. Применение ультрафиолетового облучения для улучшения микроклимата.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 05.10.2012Свиноводство как одна из наиболее высокоэффективных отраслей животноводства. Технология и условия содержания свиней, основные требования к оборудованию и нормы микроклимата в помещении. Особенности кормления свиней и сущность процесса удаления навоза.
курсовая работа [81,5 K], добавлен 01.04.2013Значение микроклимата животноводческих помещений. Организация и механизация доения. Принцип работы и регулировки измельчителя кормов "Волгарь-5". Устройство и принцип работы фуражира ФН-1,4. Методика расчета потребности животноводческой фермы в воде.
контрольная работа [829,0 K], добавлен 12.02.2011Изобретение решетки для перекрытия навозного канала и устройства для удаления навоза из животноводческих помещений. Расчет площадей помещений и выбора количества зданий свиноводческой фермы. Выбор машин и оборудования для технологической линии фермы.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 20.01.2012Ветеринарно-гигиенические обоснования показателей микроклимата коровника. Зоогигиеническая оценка систем вентиляции и освещенности. Способы хранения навоза. Требования к качеству кормов и кормлению, технологии содержания и условиям ухода за животными.
курсовая работа [389,2 K], добавлен 13.12.2014Изучение способов механизации животноводческих ферм для коров привязного содержания. Проектирование производственной линии удаления навоза скребковым навозоуборочным транспортером с применением гидрофицированной установки. Обеспечение санитарных условий.
курсовая работа [483,9 K], добавлен 24.08.20143оогигиенические требования к отдельным параметрам микроклимата животноводческих помещений и их влияние на организм животного. Защита животноводческих объектов от инфекционных заболеваний. Нормы потребности воды для животных и на технические нужды.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 10.12.2014Оборудование для транспортировки и раздачи кормов и поения свиней. Расчет микроклимата в животноводческом помещении. Конструктивная разработка растаривателя мягких контейнеров. Расчет системы удаления навоза на фермах. Расчет линии приготовления кормов.
курсовая работа [131,2 K], добавлен 06.06.2010
