Поточно-конвейерные технологии в молочном животноводстве

На правах рукописи

Тесленко Иван Иванович

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

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

Карташов 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

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.