CC BY
67
10. Баркалов Б. В., Карпис Е. Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. М. : Стройиздат, 1971.
11. Юдаев Б. Н. Теплопередача: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. школа, 1981. 319 с.
12. Рудобашта С. П. Теплотехника. М. : КолосС, 2010. 599 с.: ил. (Учебник и учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений).
13. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ : Справ. / Под. ред. С. Н. Богданова. 4-е изд. перераб. и доп. СПб. : СПбГАХПТ. 1999.
14. Рац И. И. Конструкции, исследования и расчет пластинчатых теплообменных аппаратов. М. : ЦИНТИМАШ, 1962.
15. Мотэс Э. Микроклимат животноводческих помещений. Пер. с нем. И предисл. В.Н. Базонова. М., «Колос», 1976. 192 с. с ил.
16. ООО АгороПроектИнвест : [сайт]. URL: http://www.agroproj.ru/articles /engene2.html (дата обращения 01.04.2016).
17. Игнаткин И. Ю. Анализ эффективности применения рекуператоров теплоты УТ-6000С, УТ-3000 в системе микроклимата секции откорма на 300 голов свинокомплекса «Фирма Мортадель». // Вестник ВНИИМЖ. 2015. №1(17). С. 107-111.
18. Игнаткин И. Ю. Оценка эффективности рекуперации теплоты в свинарнике-откормочнике ООО «Фирма Мортадель» // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» 2016. № 1(71). С. 14-20.
19. Игнаткин И. Ю., Казанцев С. П. Система микроклимата в свиноводстве с применением охладителей новой конструкции // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. № 5. С. 18-20.
20. Дохов М. П. Влияние смачиваемости на испарение жидкостей с твердых поверхностей // Успехи современного естествознания. 2005. № 11. С. 28-29.
21. Креслинь А. Я. Автоматическое регулирование систем кондиционирования воздуха. М. : Стройиздат, 1972.
05.20.01
УДК 637.116-83
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ НА РИТМ РАБОТЫ КОНВЕЙЕРНОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
© 2016
Кирсанов Владимир Вячеславович, доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией,
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства,
Москва (Россия)
Тареева Оксана Александровна, старший преподаватель кафедры «Технические и биологические системы» Андреев Василий Леонидович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Техническое обслуживание, организация перевозок и управление на транспорте» Васильева Любовь Александровна, заведующая кафедрой «Охрана труда и безопасность жизнедеятельности» Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино (Россия)
Аннотация. Введение. Статья посвящена сравнительной оценке работы конвейерной доильной установки по существующему и адаптивному алгоритмам управления скоростью вращения доильной платформы, а также анализу влияния изученных факторов на ритм работы операторов машинного доения и доильного конвейера в целом.
О преимуществах доильного конвейера говорилось еще с момента появления первой доильной установки типа «карусель» на базе доильного кольцевого конвейера «Ротолактор», созданной в США в 1929 году [1].
Использование доильного зала позволило сократить путь перехода животного из доильного стада до доильного стойла, обеспечить операторов доения фиксированными рабочими местами с минимальными перемещениями и задавать непрерывный режим работы конвейера, а также темп работы операторов. Внедрение автоматизированных систем управления (АСУ) позволило варьировать скорость вращения платформы в соответствии с характеристиками доения конкретной группы коров. Конструкция доильного зала, где имеется один проход для выхода и один - для входа, обеспечила легкость в управлении потоком коров, к тому же наличие единственных выходных ворот значительно упростило процесс отделения животных в зону обработки.
Однако, несмотря на явные преимущества конвейерных доильных установок, спрос на них невелик. В настоящее время производители молока сталкиваются с достаточно противоречивой рекламной информацией, связанной прежде всего с таким важнейшим показателем, как пропускная способность доильной установки. Как показывает практика, действительная производительность доильного конвейера оказывается намного ниже заявленной паспортной, что обуславливается наличием в стаде тугодойных коров.
Материалы и методы. Рассматриваются различные способы управления работой конвейерной доильной установки, методы определения производительности доильного конвейера, описывается адаптивный режим работы доильной «карусели», анализируются результаты хронометражных наблюдений, описываются результаты исследования влияния факторов на ритм работы операторов доения и производительность доильной установки.
Ключевые слова: адаптивное регулирование, алгоритм управления, время доения, имитационная модель, конвейерно-кольцевая доильная установка, продолжительность оборота платформы, производительность доильной установки, ритм работы, способ управления, угловая скорость, хронометражный метод наблюдения.
THE INFLUENCE OF FACTORS ON THE RHYTHM OF CONVEYOR MILKING MACHINES
© 2016
Kirsanov Vladimir Vyacheslavovich, doctor of technical Sciences, Professor, head of laboratory, All-Russian research Institute for electrification of agriculture, Moscow (Russia) Tareeva Oksana Aleksandrovna, senior lecturer of the Department of Technical and biological systems» Andreev Vasily Leonidovich, doctor of technical Sciences, Professor, head of chair Maintenance, organization of transportation and management on transport" Vasilieva Lyubov Alexandrovna, head of the Department «Labour Protection and safety» Nizhny Novgorod state engineering-economic University, knyaginino (Russia)
Abstract. Introduction. The article is devoted to comparative evaluation of the conveyor milking machines under existing and adaptive algorithms to control the speed of rotation of the milking platform, as well as the influence of the studied factors on the rhythm of work of operators of machine milking and the milking pipeline as a whole. About the benefits of milking pipeline has spoken with the onset of the first milking machines such as «carousel» on the basis of the milking ring conveyor «Rotolactor» created in the USA in 1929 [1].
The use of the milking parlor allowed us to shorten the path of the transition of the animal from the milking herd to the milking stall, to provide operators milking fixed workstations with minimal movement and set the continuous operation of the conveyor, as well as the pace of the operators. Introduction of automated control systems (ACS) allowed us to vary the speed of rotation of the platform in accordance with the characteristics of specific groups of milking cows. The design of the milking parlor, where there is one pass for exit and one for entrance, provided ease in managing the flow of cows, besides having a single output gate has significantly simplified the process of separating animals into the treatment zone.
However, despite the clear advantages of conveyor milking machines, the demand for them is small. Currently, milk producers are faced with a rather controversial advertising information, connected first of all with the essential indicator of how the throughput of the milking system. As practice shows, the actual performance of the milking pipeline is much lower than the stated nameplate, which is caused by the presence in the herd Tagadelic cows. Materials and methods. Shows different ways to control the operation of conveyor milking machines, methods of determining the productivity of milking pipeline, describes an adaptive mode of the milking carousel, analyses the results of the timing observations, describes the results of research of influence of factors on the rhythm of the operators of milking performance and milking machines.
Keywords: adaptive control, control algorithm, time of milking, simulation model, conveyor ring milking machine, the length of the turnover platform, the performance of the milking system, rate-control method, angular velocity, time observation method.
Введение
В течение многих лет ученые и конструкторы ведут поиски организационно-технологических решений линий доения с целью повысить производительность труда операторов машинного доения [2, 3, 4, 5, 6, 7].
Анализ источников литературы, научно-исследовательских работ показывает, что развитие и совершенствование технологий и доильной техники происходило в несколько этапов. Сначала были разработаны достаточно простые и примитивные рабочие органы и приспособления для выполнения отдельных операций, затем - стационарные и передвижные доильные установки различных типов и
размеров с комплектом оборудования и в итоге -комплексные многофункциональные поточно-технологические линии.
В течение всего времени ученые пытались приблизить процесс доения по характеру протекания к технологическим линиям промышленных предприятий. Наибольшего сходства с промышленной технологией удалось достичь при разработке конвейерно-кольцевых доильных установок. При использовании кольцевого доильного конвейера животные как предмет труда в процессе обслуживания непрерывно передвигаются, одновременно происходит смена одной простой операции на другую [1].
Организация машинного доения коров на основе специализации и разделения труда, последовательного объединения рабочих мест, на которых выполняются различные по технологическому содержанию операции, совмещение по времени основных и вспомогательных приемов являются основой поточно-конвейерной технологии [8, 9, 10].
Теоретическим и экспериментальным исследованиям повышения эффективности и производительности работы роторно-конвейерных доильных установок посвящены труды академика Кормановского Л. П., Крашакова И. С., Похваленского И. П., Тесленко И. И., Цоя Ю. А. и др.
Все многообразие существующих доильных установок типа «карусель» можно классифицировать следующим образом (табл. 1).
Таблица 1 - Классификация доильных установок «карусель»
№ п/п Признак Тип доильной установки
1 Принцип действия - непрерывно-поточные; - пульсирующие
2 Расположение доильных станков - «елочка»: - с размещением коров головой наружу; - с размещением коров головой внутрь; - «тандем»; -«радиаль»
3 Число доильных станков от 24 до 90;
4 Каркас установок - свободно несущий; - соединен с полом и платформой
5 Организация труда оператора доения - снаружи платформы; - внутри платформы
6 Наличие дополнительного оборудования - навозоуборочное; - кормораздающее; - направляющая поворотная калитка; - регулируемый по высоте пол и др.
7 Направление движения платформы - по часовой стрелке; - против часовой стрелки
8 Материал конструктивных элементов - нержавеющая сталь; - др.
9 Производительность доильной установки от 90 до 180 гол/ч.
В то же время отличающиеся между собой доильные «карусели» сохраняют одно общее преимущество перед остальными доильными системами. Проведение вспомогательных операций на кольцевых конвейерах происходит в непрерывном потоке по мере движения животных, что позволило сократить затраты труда дояров на проведение подмывания, обтирания и дезинфицирующей обработки вымени, а
также одевание доильных стаканов. Поэтому конвей-ерно-кольцевые доильные установки являются основным технологическим решением, которое обеспечивает поточность производства молока [11].
С момента внедрения поточных технологических линий доения появилась возможность снабдить их системами программирования и автоматизированного управления.
В развитие элетротехнологий и систем автоматизации технологических процессов в животноводстве внесли значительный вклад отечественные и зарубежные ученые, такие как И. Ф. Бородин, А. И. Викторов, В. А. Дриго, В. А. Краусп, В. Т. Сергованцев, Р. М. Славин, Д. С. Стребков, А. И. Учеваткин, П. В. Федоров, В. Д. Шеповалов, D. Armstong, F. Colddmith, V. Hetinga и др.
Исследования в данной области проводились в ВИЭСХ, ВНИИМЖ, ВНИИКОМЖ, ВИЖ, СЗНИИ-МЭСХ, Белгородской ГСХА, Вятской ГСХА, МГАУ им. В. П. Горячкина, РГАУ МСХА им. К. А. Тимирязева и др., а также зарубежными фирмами: «DeLaval» (Швеция), «Westfalia Surge» (Германия), «Gascoigne Melotte» (Нидерланды), «Bou-Matic» (США), «Strang-ko» (Дания), «Milklein» (Италия) и др.
Однако, несмотря на явные преимущества таких доильных установок, спрос на них среди производителей молока невелик. Связано это, в первую очередь, с тем, что производители доильной техники, предлагая широкий типоразмерный ряд конвейеров, не дают рекомендаций по их выбору, основанных на каких-либо конкретных методологиях.
Как показывает практика, выбор карусельной доильной установки по принципу «чем больше поголовье коров в хозяйстве, тем больше доильная установка» не всегда оправдан. При выборе доильного оборудования производители «каруселей» предлагают придерживаться следующего расчета. Так, например, настроив работу конвейерно-кольцевой доильной установки, имеющей 36 станко-мест, в режим один оборот за 15 минут и учитывая, что из всех имеющихся станков три буду заняты на вход-выход животных, а три - на проведение подготовительно-заключительных работ оператором машинного доения, получается, что постоянно в работе будут задействованы только 30 станков. Таким образом, совершая в час четыре оборота, такая «карусель» может обслуживать 120 коров в час. Следовательно, за одну утреннюю или вечернюю дойку при двукратном доении в хозяйстве можно обслужить 600 голов дойного стада за пять часов работы.
Однако, как показали наши исследования, действительная производительность такой установки ниже паспортной как минимум на 10 % и составляет в среднем 100-108 коров в час.
Материалы и методы
С целью определения факторов, влияющих на производительность Q и ритмичность работы r ро-торно-конвейерной доильной установки, были проведены хронометражные наблюдения процесса доения на доильной установке типа «карусель» фирмы SAC в ОАО «Ждановский» Кстовского района Нижегородской области [12, 13]. Статистические данные наблюдений регистрировались в хронометражных листах, сравнивались с показаниями системы автоматизированного управления стадом SATURNUS, которой снабжена доильная установка. При необходимости вносились соответствующие корректировки.
С помощью программного продукта Visual Studio 2013 проведены имитационные испытания путем подстановки полученных статистических данных с изменением следующих факторов: k — соотношения тугодойных коров и общего их количества в группе, %; td — времени выдаивания тугодойных
т. к.
коров, с; M — месторасположения тугодойных коров в группе (1 - в начале группы; 2 - в середине группы; 3 - доятся последними; 4 - распределены в начале и середине группы; 5 - распределены в середине и конце группы; 6 - в начале и конце группы; 7 - в начале, середине и конце группы; 8 - хаотично, в соответствии с хронометражом); n — количества станко-мест
на платформе, шт.; i — времени выполнения подготовительно-заключительных работ, с; N — общего количества коров в группе, гол.
Наличие в настоящее время ряда программных продуктов, например, использованный нами Portable Statgraphics Centurion 15.2.11.0, позволяет с легкостью обработать набор статистических данных и получить необходимые математические модели зависимости изучаемых показателей от различных факторов.
В результате исследований были получены значения факторов, при которых режим работы доильной «карусели» обеспечивал наибольшую ее производительность, а также не нарушался ритм работы операторов машинного доения, т. е. Ar ^ min, и были исключены простои в их работе.
Результаты
Исследованию факторов, которые влияют на производительность доильных «каруселей», посвящены труды многих российских ученых: Л. П. Кор-мановского, Л. П. Карташова, Ю. А. Цоя, В. В. Кирсанова, И. И. Тесленко, И. К. Текучева, В. Ф. Ужика и др.
Анализируя приведенные ниже формулы для определения пропускной способности роторно-конвейерных доильных установок, предложенные Л.
П. Кормановским (1) и Ю. А. Цоем (2), можно прийти к выводу, что основное влияние на производительность «каруселей» будут оказывать продолжительность выдаивания каждой коровы и продолжительность простоев, возникающих по различным причинам.
60 ■ А ■ К
W = —(-,-, (1)
t ■( К + А-1 + Ко + Ах ) + 1уА + 1гА
где: t - время оборота платформы, мин.; А - число доильных аппаратов; К - число обслуживаемых коров; К - число коров, выдаиваемых более чем за один оборот платформы; А - число пропущенных станков; ^ - время простоя агрегатов, мин; ^ - время простоя аппаратов из-за спадания стаканов и по другим причинам, мин.
— п
Уср =-,
ср тдТ + 1 тпр
(2)
где n - число обслуживаемых коров; Т-т - время
выдаивания коров, мин.; £ T
пр
суммарная про-
должительность простоев, мин.
Простои доильных конвейеров авторы предлагают условно разделить на три группы:
1) простои, возникающие по причине технических отказов;
2) простои, возникающие по причине нарушения технологического процесса (например, коровы несвоевременно заходят на доильную платформу, в результате чего появляются пропуски станко-мест);
3) простои, возникающие по причине физиологических особенностей коров и неодинакового времени их выдаивания.
Простои, возникающие по первым двум указанным причинам, можно свести к минимуму за счет более эффективной организации труда и использования автоматических погонщиков.
Продолжительность выдаивания коров является фактором случайным и неконтролируемым. Как показывают хронометражные наблюдения и исследования многих авторов, именно по этим причинам доильный зал работает в среднем на 90 % от теоретической пропускной способности [14].
Некоторые авторы предлагают использовать при расчете действительной пропускной способности доильных «каруселей» уточняющие коэффициенты, которые учитывают простои доильного конвейера из-за высокопродуктивных и тугодойных коров. При этом обоснованных рекомендаций по выбору числовых значений данных коэффициентов не приводят.
Другие авторы предлагают использовать максимальную оценку продолжительности выдаивания коров. При таком расчете можно получить заниженное значение производительности конвейера, поскольку на практике количество коров в группе, имеющих большую продолжительность доения, всегда ограничено. К тому же, учитывая логарифмически-нормальное распределение коров в стаде по времени выдаивания, чтобы не снижать ритм работы самого конвейера и операторов машинного доения, в этом случае необходимо увеличить количество стан-ко-мест на платформе и, соответственно, ее радиус, что удорожает стоимость доильной установки.
Технически производители доильных «каруселей» проблему с тугодойными или высокопродуктивными коровами решают следующим образом.
Первый способ заключается в том, что платформе задается постоянная скорость (один оборот за 12, 15, 17 и более минут, что соответствует максимальной продолжительности доения коровы из стада). Если к выходу подходит не выдоенная корова, то оператор, используя пульт ручного управления, останавливает платформу.
Второй способ заключается в том, что скорость вращения платформы задается автоматизированной системой управления (АСУ) работой конвейера. При этом угловая скорость равна среднему значению времени выдаивания коров в стаде за предыдущий день. В последней трети вращения система отслеживает не выдоенных коров и автоматически снижает угловую скорость вращения платформы, которая автоматически останавливается, если непосредственно перед выходом эта корова еще не полностью выдоена [15, 16, 17, 18, 19, 20].
Как видно, и в первом, и во втором случае, дольный конвейер работает с остановами при появлении на платформе коров с высокой продолжительностью выдаивания, что снижает эффективность работы установки и нарушает ритм работы дояров.
Для компенсации простоев, вызванных неравномерностью параметра времени выдаивания коров в группе, предлагается адаптивный алгоритм управления работой платформы доильного конвейера, состоящий из следующих этапов.
1. При помощи АСУ создается массив данных по максимальному t , минимальному t времени
J 'д, max J д, mm г
выдаивания коров в группе, оценке распределения коров по времени выдаивания а и другим.
2. Анализируется распределение и количество тугодойных коров в каждой группе по условию выдаивания за целое число циклов: t =т ^ , где
д, max об,опт
п > 1,2 - число циклов обслуживания.
3. Определяется предварительное значение параметра продолжительности одного оборота платформы:
>ров "т. к. коров "т. к.
^ (td,i ~ td,min) + ^ I'd
об,опт
N - N
коров т.к.
где N в - общее количество коров в группе, гол.;
N
пе, гол.;
количество тугодойных коров в груп-
^ ■ - время выдаивания i-ой коровы, мин.
1. Цикл обслуживания первой вошедшей коровы принимаем как максимальный: t = t .
^ д,1 max
2. Производится сравнение назначенного максимального цикла обслуживания вошедшей коровы t с предварительным значение продолжи-
ц, ^ max
тельности одного оборота Т
об,опт
Если
t „ < т - , то значение т я сохраняется.
ц > max обопт ' об.опт г
об,опт
то назначается
цХ max об,опт
Если t „ > т - ,
цmax об,опт '
Т =t
об,опт ц,^ max '
3. Включается счетчик цикла сравнения каждой последующей вошедшей коровы с циклом обслуживания предыдущей коровы: t и t . Если t ^ > t , то значение т й остается преж-
4,"L max i об,опт г
ним. Если t „ < t , то следует назначить новое
ц,/1 ^max ц ^
значение времени одного оборота: ?'обоп .
4. Проверяется условие «аномальности» параметра t по сравнению со средним значением
времени доения в группе (tdcp): td,max /tdcp > 2...2,5. Если условие выполняется, то считать установленный
цикл обслуживания аномальным t \ .
ц,Етох
5. Проверяется условие компенсации аномального цикла доения.
6. Включить счетчик цикла сравнения аномального t и текущего значения параметра
ц,Етах
t . Если наступает равенство сравниваемых пара-
ц'Е i
метров за 5-6 циклов последовательного доения коров, то следует считать условие компенсации выпол-
.а
ненным и назначить т R=t ; иначе, следует
об 4,Zmax
«аномальный» параметр цикла исключить, а данную корову направить на повторный круг.
7. Определяются расчетные значения суммарных внутренних простоев станков, то есть про-
i=1
i=1
стои станков по причине заблаговременного выдаивания коров перед выходом:
n
т^ = Tñ ■ N - У U..
У пр2 об,тах коров / ¡ 0,1
8. Определяется уточненное значение параметРа тоб,опт по Условию = min.
9. Вычисляется технологический допуск на изменение параметра ритма потока: Ar = r -r .
" ff max min
Учитывая, что ритм потока может быть определен с помощью формулы:
Г =
Т
об
N
ст
где N - количество станков на платформе, шт., то
наибольшую производительность доильной установки при меньшем ее размере и наименьшем времени, которое затрачивается на обслуживание одного стан-ко-места, можно получить при радиальном расположении животных на платформе, что подтверждается следующей формулой:
т * ■ l \l ;l ■ cosa;b
ст коровы коровы '
2nR
Г 'Г
mm* max
где / - размер станка, зависящий от способа размещения коров на платформе, м;
Коровы - длина коровы, учитываемая при последовательном расположении коров, то есть друг за другом, м;
b - ширина коровы, учитываемая при расположении коров радиально, или бок о бок, м;
Коровы ■cosa - размер станка при тангенциальном расположении коров, м.
10. Вычисляется оптимальная линейная и окружная скорость передвижения доильной платформы:
т V
V = Lk , 0)=-°^,
опт ^
об,опт пл
где т - длина конвейера, м;
Япл - внешний радиус платформы, м.
11. Рассчитывается фактическая пропускная способность доильной установки:
Q" = f (тоб, tdmca, Т^пр1, Т^пр2 ) .
12. Вычисляется разность между фактической и паспортной производительностью установки:
АФ = Qn ~Q" 100%' Лф ^ 5%'
Ф Q"
где Q - паспортная производительность доильной
установки, гол/ч;
Q - фактическая производительность доильной установки, гол/ч.
Имитационная модель работы конвейера по вышеизложенному алгоритму позволила провести экспериментальные исследования и зафиксировать полученные результаты. Проведенный регрессионный анализ влияния факторов на изучаемые критерии оптимизации показал следующее.
Получили адекватную математическую модель в натуральных величинах:
rcp = 33,7778+0,0475- td,mK- 1,60069 • n -- 0.0000166667 • td,m,K2- 0.000208333 n• tnL3+ + +0,0162037n2, где rcp - среднее значение ритма потока по обслуживаемой группе, мин.;
td,m.K - время выдаивания тугодойных коров,
мин.;
tn.3 - время, затрачиваемое на выполнение подготовительно-заключительных операций, мин.;
n - количество станко-мест на платформе, шт. При тестировании на статистическую значимость каждого эффекта путем сопоставления среднего квадратичного отклонения с экспериментальной ошибкой выявлено, что 3 эффекта имеют значения p менее 0,05, указывая на то, что они существенно отличаются от нуля при 95,0 %-ом уровне доверия. Степень достоверности аппроксимации полученной модели регрессии R2 составила 99,9432 %. Статистика Дарбина-Уотсона DW = 2,5, следовательно, данная модель является адекватной. В результате проведенного анализа полученной модели регрессии можно признать ее удовлетворительной для описания изменения минимального значения ритма потока r . Ми-
ср
нимальное значение ритма потока r = 13,0278 с бы-
ср
ло получено при следующих сочетаниях наиболее значимых факторов: tdmK = 12,5 мин., n = 48 шт.
На рисунке 1 представлены поверхность отклика и двумерное сечение, характеризующие изменение ритма потока от этих параметров.
Estimated Response Surface
13,0-14,8 14,8-16,6 16,6-18,4 18, 4-20 , 2 20 2-22 0 22 0-23 8 23,8-25,6 25,6-27,4 27,4-29,2 29, 2-31, 0 31,0-32,8
750
24
32
36 40
44 48 950
910
t
Рисунок 1 - Поверхность отклика и двумерное сечение, характеризующие гср в зависимости от ^д,т.к и п
n
Как видно из графика, уменьшение среднего значения ритма потока наблюдается при снижении времени выдаивания тугодойных коров и увеличении станко-мест на платформе.
Аналогичным образом был проведен полнофакторный эксперимент второго порядка для определения факторов, влияющих на производительность доильной установки.
В результате проведенного эксперимента получили квадратичное уравнение следующего вида:
Q = 176,792 - 0,428333 ■ t,жк + 6,1875 • n + + 0,00025• tdim,x2- 0,00125• td,жк • n + + 0,0173611 • n2, где Q - производительность доильной установки, гол/ч.
Как показывают результаты анализа, все факторы данной модели являются значимыми, а сама модель адекватна. Соответственно, данная модель может использоваться для описания изменения производительности доильной установки под воздействием этих двух факторов.
Наглядно влияние факторов на производительность доильной установки представлено на рисунке 2. Estimated Response Surface
750
830
870
910
950
100,0-112,0 112,0-124,0 124,0-136,0 136,0-148,0 148,0-160,0 160,0-172,0 172,0-184,0 184,0-196,0 196,0-208,0 208,0-220,0 220,0-232,0
Рисунок 2 - Поверхность отклика и двумерные сечения, характеризующие изменение Q от ^ т к и п
Как показывает график, увеличение производительности доильной установки наблюдается при снижении времени выдаивания тугодойных коров и увеличении станко-мест на платформе. Максимальное значение производительности конвейера, равное 166 гол/ч, достигается при времени выдаивания туго-дойных коров, равном 12,5 мин., и наличии 36 доильных мест на платформе.
Заключение
Известные способы регулирования угловой скорости вращения платформы доильных конвейеров не обеспечивают им заявленной паспортной производительности и стабильной, ритмичной работы операторов доения. При проведении хозяйственных испы-
таний и хронометражных наблюдений определены факторы, влияющие на производительность доильных «каруселей» и ритм работы дояров. С использованием имитационных моделей на основе предлагаемого адаптивного регулирования угловой скорости вращения платформы «карусели» получены результаты экспериментальных исследований. Регрессионный анализ результатов показал, что при «адаптивной» работе конвейера наибольшее влияние на изучаемые критерии оптимизации оказывают только два параметра: время выдаивания тугодойных коров и количество станко-мест на платформе. В то время как при известных способах работы значимыми оказываются, кроме указанных: общее поголовье коров в группе, количество тугодойных коров в ней, время, затрачиваемое на обслуживание животных, порядок входа тугодойных коров на платформу.
Адаптивный алгоритм управления угловой скоростью вращения платформы позволяет повысить производительность роторно-конвейерных доильных установок в среднем на 15 % и обеспечить непрерывный и постоянный ритм работы операторов машинного доения. При внедрении предлагаемого алгоритма годовой экономический эффект составит 415 557 руб., а срок окупаемости - 0,48 года.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аранович Н. М. Конвейеры на молочных фермах // Электрификация сельского хозяйства, 1932. № 4.
2. Тесленко И. И. Поточно-конвейерные технологии в молочном животноводстве. Дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01. Москва, 2009. 386 с.
3. Тесленко И. И. Поточно-конвейерные технологии в молочном животноводстве. Автореф. дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.01. Москва, 2010. 47 с.
4. Тесленко И. И. Ресурсосберегающие технологии в молочном животноводстве. ВТ-36, Ростов-на-Дону, 2002.
5. Цекулия А. А., Бернис А. Г. Конвейерная технология на молочной ферме // Техника в сельском хозяйстве, 1981. № 3. С. 11-12.
6. Fubbeker A. Критерии выбора доильного станка в зависимости от производственных условий / A. Fubbeker // Auf die Herdengrosse abstimmen. Land-wirtsch. Bl. Weser-Ems, 2002. № 14. С. 16-21.
7. Rodens B. Пути достижения высокой производительности при доении на установках типа «Карусель» в Новой Зеландии / B. Rodens // Top agr. spez. -Neuseeland: 250 Kuhe pro Stunde melken, 2001. № 4. С. 20-21.
8. Кирсанов В. В. Структурно-технологическое обоснование эффективного построения и функционирования доильного оборудования. Княгинино:
Q
48
НГИЭИ. 2012. 396 с.
9. Кирсанов В. В. и др. Тенденции развития доильного оборудования за рубежом / (Ан. обзор). М. : ФГНУ «Росинформагротех», 2000. 76 с.
10. Кормановский Л. П., Шумилов И. Ф. Конвейерный способ содержания коров. В сб. Практика механизации ферм / М. : Колос, 1973.
11. Кормановский Л. П. Теория и практика поточно-конвейерного обслуживания животных. М. : Колос, 1982. 368 с.
12. А. с. № 1717023. Устройство для хронометража технологических операций на доильных установках / Ю. А. Цой, А. Н. Могильный, В. В. Кирсанов и др. // БИ , 1992. № 9.
13. ОСТ 70.20.2.80. Испытания сельскохозяйственной техники. Установки доильные для коров.
Программа и методы испытаний.
14. Цой Ю. А. Процессы и оборудование до-ильно-молочных отделений животноводческих ферм. М. : ГНУ ВИЭСХ, 2010. 424 с.
15. Де Лаваль. Рекламный проспект «Доение», 2013.81 с.
16. Де Лаваль. Рекламный проспект. Роторные залы, 10.2012 г.
17. Де Монмоллен Н. Системы «человек-машина» / Н. де Монмоллен. М. : Мир, 1973. с. 256.
18. Доильные роботы фирм США, ФРГ и Дании / Melktechnik bietet viel Neues // DLZ, 2009. № 1. С.95-97.
19. Какая «Карусель» удобнее в обслуживании? / Тест TOPAGRAR // Сельхозтехника. С. 66-73.
20. Gea-farmtechnologies. 2013.
05.20.01
УДК 631.171: 636.085
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДОИЛЬНОГО АППАРАТА С ПОЧЕТВЕРТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПРОЦЕССОМ ДОЕНИЯ
© 2016
Кирсанов Владимир Вячеславович, доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией
Павкин Дмитрий Юрьевич, аспирант
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства, Москва (Россия)
Аннотация. Введение. Анализ взаимодействия элементов биотехнической системы «Человек-машина-животное» при машинном доении коров предполагает комплексное изучение основных закономерностей функционирования молоковыводящей системы вымени животного и физиологически совместимого ответного воздействия доильной машины на основе углубленного исследования морфологических и лактогенетических характеристик биологических объектов в виде неравномерного опорожнения отдельных четвертей вымени, различной продолжительности латентного периода рефлекса молокоотдачи, характера лактационной доминанты, тугодой-ности, стрессоустойчивости, изменения электропроводности молока, включающих оптимизацию режимов меха-но-термо-электростимуляции вымени, почетвертное управление процессами молокоотдачи на основе импульсной модуляции вакуумметрического давления и отключения от вакуума выдоенных долей вымени, защиту сосков вымени от бактериальных инфекций антимикробным наноагентом, входящим в рецептурный состав сосковой резины, контроль и управление двухфазными молоковоздушными потоками с разрывами сплошности, исключающие обратные токи к вымени, перекрестный перенос инфекций от здоровых четвертей к больным, точное знание продуктивности и полное безопасное выдаивание коров.
В статье приведены методы и направления исследований сложных биотехнических систем «человек-машина-животное» при машинном доении коров, рассмотрены условия физиологически безопасного процесса доения по отдельным четвертям вымени, предложена структурная схема и экспериментальный образец адаптивного доильного аппарата, общий вид переносного автоматизированного доильного аппарата для линейных установок.
Выводы. Впервые предлагается возможность создания унифицированного доильного аппарата с повышенными адаптивными свойствами, совместимого с системами АСУ ТП, для использования как в станочных, так и на линейных доильных установках с молокопроводом.
Ключевые слова: биотехническая система, адаптивный доильный аппарат, почетвертное доение, синхронизация молокоотдачи и молоковыведения, схемы, экспериментальный образец.
