Поточно-конвейерные технологии в молочном животноводстве

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

Исследования параметров температурного компенсатора проводились в двух регионах России - Нечерноземье (Нижегородская область), Северный Кавказ (Краснодарский край, Ростовская область). Основная их часть проведена в колхозе имени Ленина Большемурашкинского района Нижегородской области.

Предположение о стабильности температур в подпольном навозохранилище полностью подтверждается суточными диаграммами термографов (рис. 15). Для сравнения на одну карту нанесены показания двух термографов - одного, находящегося на улице, и другого - в подпольном навозохранилище. График изменения температуры в компенсаторе является практически прямой линией, параллельной оси х, при этом а принимает соответственно значения 3, 4, 5 и может быть представлен линейной функцией у = а (а 0).

На рис. 16 представлены результаты наблюдений за состоянием микроклимата на фермах колхоза имени Ленина Большемурашкинского района Нижегородской области. Под каждым столбиком гистограммы в прямоугольнике представлены номера зон. Проведенные исследования охватывают значительный промежуток времени с 1 ноября по 7 мая и, кроме этого, включают три времени года - осень, зиму и весну.

Рисунок 15 – Суточная карта термографа

Рисунок 16 - Графические результаты наблюдений за состоянием микроклимата на фермах колхоза имени Ленина Нижегородской области

На гистограмме представлены результаты опытных данных по трем видам газа - сероводород, окись углерода, аммиак (вертикальные оси). По полю гистограммы проведены три горизонтальных линии, обозначающие допустимую концентрацию сероводорода для коров и молодняка старше 4 месяцев 10 мг/м3, допустимую концентрацию окиси углерода для этих групп животных 15 мг/м3 и допустимую концентрацию аммиака 20 мг/м3.

В результате проведенных исследований установлено: применение температурного компенсатора позволяет поддерживать основные параметры микроклимата в животноводческом помещении при крупной концентрации поголовья в пределах зоотехнических норм – температуру в зоне содержания животных от +12 до + 15,5 оС (зимой), от +18 до + 21,5 оС (летом), влажность от 67,7 до 85,5 %, концентрацию аммиака ниже допустимой нормы на 45 %, сероводорода – на 80 %, окись углерода отсутствует. Данный способ обеспечения параметров микроклимата в животноводческих помещениях способствует процессу поточности, так как не создает дополнительных связей и ограничений со смежными поточно-конвейерными технологиями кормления и доения. Надежное функционирование температурного компенсатора находится в зависимости от степени заполнения подпольного навозохранилища с технологическим циклом 12 месяцев. Предел допустимого заполнения хранилища составляет его общего объема в течение 18 месяцев

В четвёртой главе «Методика расчета и определения параметров поточно-конвейерных технологий в молочном животноводстве» представлены основы расчета параметров поточно-конвейерной технологии индивидуального кормления коров, расчет теплового баланса температурного компенсатора при подпольной системе навозоудаления, методика оценки и выбора систем микроклимата животноводческих помещений, метод объединения поточно-конвейерных технологий кормления и доения в единый технологический комплекс.

В процессе применения кормового конвейера определяющим условием эффективности его эксплуатации является обеспечение процесса поточности с целью исключения возможных простоев смежной поточно-конвейерной технологии доения. При этом происходит совмещение их технологических циклов. Наступает момент, когда одновременно осуществляется процесс кормления и доения. В данной ситуации определяющим параметром, обеспечивающим непрерывный процесс стыковки двух технологий, является производительность.

Степень заполнения кормового конвейера определяется по следующей формуле , (42)

где kос – общее число секций конвейера; kзс – число секций конвейера, занятых животными; kсс – число свободных секций конвейера, находящихся в зоне предварительных и заключительных технологических операций.

Коэффициент полезной занятости конвейера можно определить из соотношений

, (43)

где Тпц - общее время на полный технологический цикл конвейера; Тпо - время на выполнение предварительных и заключительных технологических операций (из расчета на каждый рабочий цикл конвейера); Тлм - лимит машинного времени кормления коров на конвейере.

С учетом длины и линейной скорости конвейера его производительность будет равна

, (44)

где lш - шаг расстановки подвесок; Lкк - общая длина конвейера; Vкк - линейная скорость кормового конвейера; tl - время, за которое конвейер проходит путь, равный длине его секции.

Производительность Qкк двухлинейной параллельно-поточной линии кормления можно представить в следующем виде

, (45)

где fпо - коэффициент производственных отклонений и задержек, возникающих в ходе работы кормового конвейера (всегда fпо 1).

Нагрузки кормового конвейера определяются из постоянных составляющих на его тяговой ветви

, (46)

где Gn – масса подвески; Gк – масса каретки цепи; Gц – масса одного погонного метра цепи; – шаг расстановки кареток.

Нагрузка qri на грузовой ветви от точки 2 до точки 10 (рис. 17)

, (47)

где Gr – масса корма вы кормушке.

Рисунок 17 - Конфигурация трассы кормового конвейера:

- подъем по трассе; - спуск

Рисунок 18 - График нагрузок по трассе кормового конвейера:

1 - qr; 2 - qr2...10; 3 - qr10...11 = 535 Н/м; 4 - qr11...12 = 463,5 Н/м;

5 - qr12...13 = 386,1 Н/м; 6 - qr13...14 = 308,7 Н/м; 7 - qr14...15 = 23 Н/м;

8 - qr15...16 = 145 Н/м; 9 - qr16...17 = 64,2 Н/м

Переменная часть нагрузки qri на грузовой ветви определяется графически по участкам от 10...11 до 16...17. Суммарная нагрузка на грузовой ветви по участкам от qr10...11 до qr16...17 определяется по формуле

, (48)

где Gд – усилие на подвеску, создаваемое животным при поедании кормов.

Натяжение цепи в отдельных точках кормового конвейера (рис. 18) составит:

в точке 0 S0 = Smin, S0 = 1000 Н; (49)

в точке 1 S1 = S0 + Cсдq17...20 l0...1, qrп-2 = qr; (50)

на перепаде высот трассы конвейера:

в точке 9 S9 = 30 (30 S8 + Cсдqr2...10 l8...9 + qr2...10 hкк), (51)

где hкк = 2,22 м - перепад высот трассы;

в точке 19 S19 = 30 (30 S18 + Cсдqr l18...19 – qr hкк), (52)

где 30 – коэффициент сопротивления движению цепи на вертикальном перегибе трассы кормового конвейера под углом = 30о; Ссд – коэффициент сопротивления движению кареток цепи на прямолинейном участке трассы кормового конвейера.

Тепловой баланс температурного компенсатора при подпольной системе навозоудаления – это сопоставление прихода тепловой энергии от всех источников и ее расход с учетом анализа тепловых процессов, происходящих в компенсаторе. Учитывая математический анализ теплотворной способности земли Q3, формулы теплового баланса температурного компенсатора будут иметь вид Q3 + Qж - Qв - Qп > 0(+). (53)

Получив расчетные значения составляющих теплового баланса температурного компенсатора, имеем

уровень 4,5 м 2638634 - 1756900 > 0(+) баланс положительный

уровень 3,2 м 2298882 - 1756900 > 0(+) баланс положительный

уровень 2,4 м 2139150 - 1756900 > 0(+) баланс положительный

уровень 1,6 м 2027010 - 1756900 > 0(+) баланс положительный

уровень 1,1 м 1682634 - 1756900

Таким образом, при завершении заполнения температурного компенсатора навозной массой до отметки 1,1 м (3/4 объема) его эффективность становится равной нулю (Vтк 3/4 Vх) (Q3 0) (0 + Qж - Qв - Qп); (54)

(Vтк 3/4 Vх) (Q3 0) (Qж - Qв - Qп

где Vтк – объем температурного компенсатора; Vх – объем подпольного навозохранилища.

Состояние микроклимата можно представить как множество Мк, состоящее из таких элементов, как температура воздуха Ттв, его влажность Wвв, скорость движения Vсв, засоренность пылью Мзв, газовый состав Gгсв, наличие в воздухе микроорганизмов Вмв, ионизация J, освещенность Lо, уровень шума Zш, давление воздушной среды Рдв и записывается в виде формулы

Ттв Wвв Vсв Мзв Gгсв Вмв J Lо Z ш Рдв Мк. (56)

Формирование микроклимата животноводческих помещений во многом обусловливается объемно-планировочным решением Ор, теплоизоляционными свойствами строительных конструкций Тс, технологиями кормления К, поения П и навозоудаления Н. В математическом виде получим следующие выражения Мк Ор Тс К П Н;

(Ор Тс К П Н) Мк. (57)

В свою очередь, параметры микроклимата оказывают воздействие на продуктивность животных Жмп, расход кормов Ррк, срок службы зданий, оборудования Сс и экологическую обстановку Эо. Используя алгебру логики, получим Мк Жмп Ррк Сс Эо;

Мк (Жмп Ррк Сс Эо). (58)

Прямые и овеществленные затраты на микроклимат включают такие элементы, как стоимость энергозатрат Сэ, стоимость оборудования системы микроклимата Сом и здания Сз

Сэ Сом Сз Мк. (59)

Рисунок 19 – Схема оценки и выбора системы микроклимата

Анализ типовых систем микроклимата показал взаимосвязь – с одной стороны микроклимат находится под воздействием ряда факторов (характеристики здания, технология содержания, параметры окружающей среды), а с другой – сам является воздействующим фактором (продуктивность животных, расход кормов, срок службы здания, экология). Выглядит это с использованием алгебры логики следующим образом

Мк = f (Ф) V Мк (Ф1... Фn); (60)

Ф = f (Мк) V (Ф1... Фn) Мк, (61)

где Ф, Ф1…Фn, - факторы, воздействующие на микроклимат Мк животноводческого помещения; Ф, Ф1... Фn – факторы, находящиеся под воздействием параметров микроклимата Мк животноводческого помещения.

Данные функции взаимодействия микроклимата с различного рода факторами послужили основой для разработки обоснования выбора системы обеспечения микроклимата в животноводческом помещении в виде схемы, представленной на рис. 19.

Микроклимат животноводческого помещения, как известно, находится под влиянием таких производственно-технических составляющих, как технологии навозоудаления, поения и кормления, объемно-планировочное решение животноводческого здания, теплотехнические свойства строительных материалов. С другой стороны, микроклимат оказывает влияние на продуктивность животных, расход кормов, срок службы оборудования и конструкций здания, а также на экологию. При выборе систем микроклимата необходимо учитывать прямые и овеществленные затраты, складывающиеся из стоимости зданий, сооружений и оборудования, а также эксплуатационные затраты и цены на энергоносители.

Объединение в единый поточно-конвейерный комплекс технологий кормления и доения, температурного компенсатора для обеспечения параметров микроклимата при подпольном навозоудалении в рамках одной фермы обуславливает комплексное рассмотрение и определение основных звеньев системы, их параметров, нахождение расчетных и практических значений данных параметров и их совместимость.