CC BY
37
УДК 636.084.74 DOI 10.51794/27132064-2021-3-5
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОРМЛЕНИЯ КРС НА БАЗЕ ПОДВЕСНОГО РОБОТИЗИРОВАННОГО КОРМОРАЗДАТЧИКА
А.И. Купреенко, доктор технических наук, профессор Х.М. Исаев, кандидат экономических наук, доцент С.М. Михайличенко, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» E-mail: kupreenkoai@mail .ru
Аннотация. Для реализации технологии кормления КРС сбалансированными по питательности кормо-смесями широко применяются мобильные измельчители-смесители-раздатчики кормов, которые обладают рядом недостатков. По сравнению с данными устройствами автоматические системы кормления позволяют добиться целого ряда преимуществ, однако в основном они рассчитаны на обслуживание небольшого поголовья животных, что характерно для большинства европейских ферм. В России, напротив, наблюдается высокая концентрация поголовья на фермах - 800-2000 и более голов. Автоматические системы кормления применяются преимущественно в Нидерландах, Германии, Австрии и странах Скандинавии. Наибольшее распространение получили системы, функцию раздачи кормосмесей в которых выполняет подвесной роботизированный кормораздатчик. В результате проведенного обзора нами выделено три типа данных систем. Для возможности эффективного применения данных устройств на российских фермах нами предложен состав автоматической системы кормления, включающей мобильный смеситель-раздатчик кормов, подвесной роботизированный кормораздатчик, бункер-накопитель и, при необходимости, дополнительные транспортеры. Предложенная система отличается высоким уровнем производительности и позволяет эффективно применять роботизированные кормораздатчики. Разработка наиболее эффективна в крупных хозяйствах с комбинированным содержанием животных - в коровниках и на открытых площадках, поскольку при увеличении численности поголовья обслуживаемых животных удельные затраты на оборудование в расчете на одну голову существенно снижаются. Ключевые слова: кормление КРС, автоматическая система кормления (АСК), роботизированный кормораздатчик.
Введение. В настоящее время наиболее распространенной является технология кормления крупного рогатого скота, в соответствии с которой все виды кормов раздаются животным одновременно в виде сбалансированной по питательности кормосме-си. Для реализации данной технологии широко применяются мобильные измельчители -смесители-раздатчики кормов (ИСРК). Однако наряду с преимуществами данные устройства обладают и целым рядом недостатков [1]. В результате развития техники в производство были внедрены автоматические системы кормления (АСК) [2], которые позволяют добиться целого ряда преимуществ по сравнению с технологией на базе ИСРК. Данные системы выпускаются и используются преимущественно в европейских странах, для которых характерно наличие ферм с
небольшой численностью поголовья. Так, согласно исследованию зарубежных ученых, среднее значение численности стада на 22 молочных фермах, расположенных в Нидерландах, не превышало 90 голов [3]. В России, напротив, наблюдается высокая концентрация поголовья на фермах - 800-2000 и более коров [4], при этом часть животных в хозяйствах содержится на выгульно-кормовых площадках [5]. Кроме того, высокая стоимость существующих автоматических систем кормления (80 000-170 000 € и более) [6, 7] препятствует их широкому внедрению в производство.
Целью исследования является разработка автоматической системы кормления КРС на базе подвесного роботизированного кормораздатчика, соответствующей производственным условиям на отечественных фермах.
Материалы и методы. Производством автоматических систем кормления занимаются такие компании, как GEA Farm Technologies GmbH, EDER GmbH (Германия), KUHN System TKS (Германия и Норвегия), Wasserbauer, Hetwin, SCHAUER Agrotronic GmbH (Австрия), Jeantill (Франция), Trioliet, Lely, Schuitemaker (Нидерланды), DeLaval (Швеция), Pellon (Финляндия), Cormall (Дания), Euromilk (Польша), ЗАО «Колнаг» (Россия), Rovibec (Канада), Dawoon Co., Ltd. (Южная Корея) и др.
В основном, данные технологии применяются за рубежом, преимущественно на фермах в Нидерландах [3], Германии, Австрии и странах Скандинавии [8]. При этом наибольшее распространение получили системы, функцию раздачи кормосмесей в которых выполняет роботизированный кормораздатчик, перемещающийся по подвесному монорельсу [8] (рис. 1).
Для работы данных устройств требуется кормовой проход небольшой ширины - от 2 м при раздаче кормосмесей в кормушку [5] до 2,6 м при раздаче кормов на кормовой стол [9]. Если же сравнить данные устройства с другими техническими средствами, то для работы роботизированных кормораздатчиков, перемещающихся на шасси, требуется кормовой проход шириной 3,2 м [9], для мобильных кормораздатчиков - кормовой проход шириной 5,3±0,4 м [3].
К основным преимуществам, достигаемым за счет использования подвесных роботизированных кормораздатчиков, относятся следующие [6, 9, 10]:
- снижение трудоемкости процесса и экономия рабочего времени;
- экономия на строительстве новых животноводческих помещений и увеличение вместительности старых помещений при их реконструкции;
- более точное кормление разделенного на технологические группы стада;
- возможность повышения кратности кормления до 6-8 и более раз в сутки, что приводит к лучшей поедаемости кормов, стабилизации показателя pH-рубца у животных, снижению уровня стресса в стаде, повышению молочной продуктивности коров, сокращению потерь, связанных с загрязнением кормов и развитием процессов ферментации;
- улучшение условий содержания животных за счет исключения выбросов выхлопных газов, снижения уровня производственного шума, отсутствия сквозняков в зимний период, возникающих в результате открытия ворот для проезда мобильной техники;
- возможность осуществления операции подравнивания кормов благодаря наличию в конструкции специального толкателя.
Автоматические системы кормления на базе роботизированных кормораздатчиков отличаются технической сложностью, уровнем автоматизации и другими параметрами. В ходе проведенного обзора [2] нами было выделено 3 типа данных систем, представленных на рисунке 2. Системы первого типа (АСК 1) включают в себя стационарный смеситель для приготовления кормосмесей соответствующих рационов кормления и роботизированный кормораздатчик.
Рис. 1. Подвесные роботизированные кормораздатчики:
Hetwin Aramis II (слева), Тпо^ Triomatic ОТ 2 300 (в центре), DeLaval ЯЛ 135 (справа)
Рис. 2. Автоматические системы кормления (АСК) на базе роботизированного кормораздатчика
В качестве примеров можно привести системы DeLaval Optimat, Trioliet Triomatic T20 в сочетании с роботизированным кормораздатчиком на шасси Triomatic WP 2 300 или подвесным роботизированным кормораздатчиком Triomatic HP 2 300, подвесной роботизированный кормораздатчик GEA Free Stall Feeder в сочетании со стационарным смесителем GEA MVM и др.
Системы второго типа (АСК 2) включают в себя бункеры-накопители для промежуточного хранения компонентов рационов и роботизированный кормораздатчик с функцией измельчения и/или смешивания. Примеры: DeLaval Optimat Plus, Trioliet Triomatic T30 или T40 в сочетании с роботизированным кормораздатчиком Triomatic WP 2 300 или HP 2 300, подвесной роботизированный кормораздатчик GEA MixFeeder with WIC в сочетании с бункерами-накопителями GEA GM17 или MM8, Lely Vector (в данной системе функцию бункеров-накопителей выполняет кормовая кухня, а загрузка кормов осуществляется грейферным погрузчиком) и др.
Системы третьего типа (АСК 3) включают в себя бункеры-накопители для промежуточного хранения компонентов рационов, стационарный смеситель для приготовления кормосмесей, роботизированный кормораздатчик и транспортеры. Примеры: DeLaval Optimat Master (рис. 2), подвесной роботизированный кормораздатчик GEA Mix&Carry в сочетании с бункерами-накопителями GEA
GM17 или MM8 и стационарным смесителем GEA MVM и др. Основным недостатком АСК является их высокая стоимость. При этом для систем второго и третьего типа большая часть от общей стоимости приходится на приобретение отдельных для каждого компонента рациона бункеров-накопителей, которые требуют выделения соответствующих площадей [6]. Кроме того, рассмотренные АСК первого и второго типа характеризуются относительно малой производительностью, что связано с простоями роботизированного кормораздатчика во время приготовления очередной порции кормо-смеси. Так, например, система Lely Vector стоимостью 270 000 € [7] способна обслуживать стадо численностью 500 голов.
В системах первого типа для приготовления каждой порции кормосмеси в стационарном смесителе требуется постоянно задействовать погрузчик, что может привести к росту затрат на ГСМ и оплату труда, особенно при удаленном расположении хранилищ с кормами от стационарного смесителя, а также при использовании нескольких рационов кормления и при высокой кратности кормления животных. Кроме того, при увеличении количества коровников в соответствующей пропорции растет и количество необходимого технологического оборудования. Стоит отметить, что некоторые животные в хозяйствах могут содержаться на вы-гульно-кормовых площадках, и для их корм-
ления независимо от типа АСК потребуется дополнительно задействовать мобильный кормораздатчик. Так, например, в КФХ «Ло-потов А.Н.» Псковской области примерно половина стада численностью порядка 1000 голов содержится в коровниках, а другая половина - на выгульно-кормовых площадках.
Результаты и обсуждение. Таким образом, для возможности эффективного применения роботизированных кормораздатчиков на отечественных фермах нами предложен состав АСК (пат. № 2701966 РФ), схематично представленный на рисунке 3.
смеситель-раздатчик кормов, 2 - бункер-накопитель, 3 - весовая система, 4 - транспортер, 5 - подвесной роботизированный кормораздатчик
Мобильный смеситель-раздатчик кормов (МСРК) служит для приготовления кормо-смесей разных рационов кормления, выгрузки их в бункеры-накопители и для кормления животных, расположенных на выгульно-кормовых площадках. Бункер-накопитель (один или несколько для каждого коровника) предназначен для хранения готовых кормо-смесей и загрузки их в кормораздатчик. При этом один бункер-накопитель может использоваться для работы с несколькими рационами кормления, что повысит эффективность системы [11]. Подвесной роботизированный кормораздатчик [12] обеспечивает раздачу кормосмесей животным и выполняет операцию подравнивания кормов. Весовой системой в зависимости от производственных условий оснащается подвесной кормораздатчик либо бункер-накопитель. Транспортер может использоваться в качестве дополнительного средства для загрузки бункера-накопителя или подвесного кормораздатчика. Предложенная система наиболее эффективна в крупных хозяйствах с комбинированным содержанием животных (в коровниках и на выгульно-кормовых площадках), поскольку при увеличении численности по-
головья обслуживаемых животных удельные затраты на оборудование в расчете на одну голову существенно снижаются. Так, например, для организации процесса приготовления и раздачи кормосмесей в хозяйстве с одним коровником из основного оборудования потребуется МСРК (1 шт.), бункер-накопитель (1 шт.), подвесной кормораздатчик (1 шт.); в хозяйстве с тремя коровниками -МСРК (1 шт.), бункер-накопитель (3 шт.), подвесной кормораздатчик (3 шт.). Кроме того, за счет сведения к минимуму продолжительности простоев подвесного кормораздатчика при его загрузке из бункера-накопителя обеспечивается высокая производительность процесса, что характерно для рассмотренных систем третьего типа (рис. 2).
Выводы. Внедрение автоматических систем кормления крупного рогатого скота является перспективным направлением развития отрасли животноводства. При этом производством данных систем занимаются компании преимущественно из европейских стран, для которых характерно наличие ферм с небольшой численностью стада. Российские же фермы отличаются высокой концентрацией животных, а общая численность стада на них часто превышает значение в 800 голов. Поэтому зарубежные автоматические системы кормления практически не внедряются на отечественных фермах, что во многом обусловлено и их высокой стоимостью.
Для решения данной проблемы нами предложен состав автоматической системы кормления, включающей мобильный смеситель-раздатчик кормов, подвесной роботизированный кормораздатчик, бункер-накопитель и, при необходимости, дополнительные транспортеры. Данная система отличается высоким уровнем производительности и позволяет эффективно применять роботизированные кормораздатчики, которые обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с наиболее распространенной на сегодня технологией использования мобильных ИСРК. Разработка наиболее эффективна в крупных хозяйствах с комбинированным содержанием животных, в коровниках и на открытых площадках, поскольку при увеличении числен-
ности поголовья обслуживаемых животных удельные затраты на оборудование в расчете на одну голову существенно снижаются.
Литература:
1. Обоснование системы технологий и машин для животноводства / Морозов Н.М. и др. М., 1999. 228 с.
2. Купреенко А., Исаев Х., Михайличенко С. Автоматические системы кормления на молочных фермах КРС // Вестник Брянской ГСХА. 2018. № 3. С. 32-37.
3. Bisaglia C. Automatic vs. conventional feeding systems in robotic milking dairy farms. Valencia, 2012.
4. Иванов Ю.А. Результаты научных исследований по механизации и автоматизации животноводства // Техника и технологии в животноводстве. 2021. № 1. С. 4.
5. Купреенко А., Исаев Х., Михайличенко С. Эксплуатация автоматического кормовагона на молочной ферме // Сельский механизатор. 2018. № 6. С. 32-33.
6. Grothmann A. AFS - potential for optimisation in dairy farming // Landtechnik. 2010. Vol. 65, № 2. P. 129-131.
7. Tangorra F.M. Energy consumption and technical-economic analysis of an automatic feeding system for dairy farms: Results from a field test // Journal of Agricultural Engineering. 2018. Vol. 49. P. 228-232.
8. Oberschatzl R. Automatic feeding systems for cattle -A Study of the Energy Consumption of the Techniques // XXXVI Ciosta cigr v conference. SPb., 2015. P. 1-9.
9. Da Borso F. Influence of automatic feeding systems on design and management of dairy farms // Journal of Agricultural Engineering. 2017. Vol. 48. Р. 48-52.
10. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Михайличенко С.М. Экономическая эффективность технологической линии на базе кормового вагона // Техника и технологии в животноводстве. 2020. № 4(40). С. 113-119.
11. Купреенко А., Исаев Х., Михайличенко С. Повышение эффективности использования автоматических систем кормления КРС на примере КФХ «Лопотов А.Н.» // Вестник ВНИИМЖ. 2018. № 2. С. 138-142.
12. Пат. 187639 РФ. Автоматический кормовой вагон / Купреенко А.И. и др. Заяв. 21.11.18; Опубл. 14.03.19. Literatura:
1. Obosnovanie sistemy tekhnologij i mashin dlya zhivot-novodstva / Morozov N.M. I dr. M., 1999. 228 s.
2. Kupreenko A., Isaev H., Mihajlichenko S. Avtomati-cheskie sistemy kormleniya na molochnyh fermah KRS // Vestnik Bryanskoj GSKHA. 2018. № 3. S. 32-37.
3. Bisaglia C. Automatic vs. conventional feeding systems in robotic milking dairy farms. Valencia, 2012.
4. Ivanov YU.A. Rezul'taty nauchnyh issledovanij po me-khanizacii i avtomatizacii zhivotnovodstva // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2021. № 1. S. 4.
5. Kupreenko A., Isaev H., Mihajlichenko S. Ekspluata-ciya avtomaticheskogo kormovagona na molochnoj ferme // Sel'skij mekhanizator. 2018. № 6. S. 32-33.
6. Grothmann A. AFS - potential for optimisation in dairy farming // Landtechnik. 2010. Vol. 65, № 2. P. 129-131.
7. Tangorra F.M. Energy consumption and technical-economic analysis of an automatic feeding system for dairy farms: Results from a field test // Journal of Agricultural Engineering. 2018. Vol. 49. P. 228-232.
8. Oberschatzl R. Automatic feeding systems for cattle -A Study of the Energy Consumption of the Techniques // XXXVI Ciosta cigr v conference. SPb., 2015. P. 1-9.
9. Da Borso F. Influence of automatic feeding systems on design and management of dairy farms // Journal of Agricultural Engineering. 2017. Vol. 48. R. 48-52.
10. Kupreenko A.I., Isaev H.M., Mihajlichenko S.M. Ekonomicheskaya effektivnost' tekhnologicheskoj linii na baze kormovogo vagona // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2020. № 4(40). S. 113-119.
11. Kupreenko A., Isaev H., Mihajlichenko S. Povyshe-nie effektivnosti ispol'zovaniya avtomaticheskih sistem kormleniya KRS na primere KFH «Lopotov A.N.» // Vestnik VNIIMZH. 2018. № 2. S. 138-142.
12. Pat. 187639 RF. Avtomaticheskij kormovoj vagon / Kupreenko A.I. i dr. Zayav. 21.11.18; Opubl. 14.03.19.
THE AUTOMATIC SYSTEM OF CATTLE FEEDING BASED ON A SUSPENDED ROBOTIC FEEDER A.I. Kupreenko, doctor of technical sciences, professor H.M. Isaev, candidate of economical sciences, docent S.M. Mikhailichenko, candidate of technical sciences, docent FGBOU VO "Bryansk State Agrarian University"
Abstract. To implement the cattle feeding technology with nutritionally balanced feed mixtures, the mobile feed shredders-mixers-distributors which have a number of disadvantages are widely used. In compared to these devices, automatic feeding systems can achieve a number of advantages, but they are mainly designed to a small number of animals serving, that is typical for the most European farms. In contrary in Russia there is on farms high livestock concentration - since 800-2000 or ever more heads. Automatic feeding systems mainly in the Netherlands, Germany, Austria and Scandinavian countries are used. The most widespread systems have received systems in which the function of feed mixes' distributing a suspended robotic feed dispenser has performed. As a result of the review, we have identified three types of these systems. For these devices' possibilities more effective using on Russian farms, we have proposed the automatic feeding system's composition, feed mobile mixer-distributor, suspended robotic dispenser, bunker-storage and, if it is necessary, additional conveyors including. The proposed system is characterized by productivity high level and it allows the robotic feed dispensers' effective to use. The development is the most effective on large farms with combined livestock - in cowsheds and open areas, so as with the number of serviced animals increasing, the equipment's unit costs per head are significantly reduced. Keywords: cattle feeding, feeding automatic system (ASK), robotic feeder.
