CC BY
19
УДК 631.223.2:636.22/28.083.314
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ - ПАСТБИЩАМ
В.А. Шилин, кандидат технических наук, профессор О.А. Герасимова, кандидат технических наук, ст. преподаватель Великолукская государственная сельскохозяйственная академия E-mail: [email protected]
Аннотация. В данной статье внимание уделяется возможному использованию альтернативных источников и новых направлений в технологии производства продукции животноводства на пастбищных комплексах в виде систем и подсистем. При этом принимается значимость экологических факторов как влияющих на качество продукции и состояние окружающей среды. Также, как и в культурной зоне, экологическому обеспечению препятствует использование различных средств механизации - вакуум-насосов со смазочным маслом, бензиновых двигателей силовых установок, накопляемая масса навоза в зоне отдыха животных, система подогрева воды с применением твердого или жидкого топлива, пылевые осадки, увеличивающиеся при усилении ветра, использование негерметичных молочных резервуаров и пр. Необходимо создать условия для перемещения нежелательных примесей - экологических загрязнений или факторов экологического возмущения, влияющих на продукцию и на окружающую среду. Производство теплоносителя и электрической энергии связано с использованием твердого и жидкого топлива, которое сопровождается выбросом в окружающую среду продуктов горения и «потреблением» кислорода воздуха, что изменяет в худшую сторону экологическую ситуацию пастбищной зоны. В культурной зоне основные топливно-энергетические ресурсы - топливо, электроэнергия, теплоэнергия для технологических процессов и систем производства энергоносителей, подаются от внешних централизованных источников-подсистем: газоснабжения, электроснабжения, котельных установок. В группе перспективных потребителей энергоресурсов на пастбищных центрах выделяются: энерготехнологические процессы и установки; производство и распределение энергоносителей.
Ключевые слова: экологичная продуктивность, пастбищный комплекс, альтернативные источники, энергетическая подсистема.
Пастбищный период в молочном животноводстве Псковской области, где под пастбищами заняты значительные неиспользуемые площади, считается реальным резервом снижения себестоимости производства молока в летний период.
Травы пастбищного периода в несколько раз дешевле других кормов, скот выпасается в течение 140 дней. Эти травы являются естественным кормом для коров. Нельзя не учитывать и того обстоятельства, что в 1 кг сухого вещества зеленой бобово-злаковой смеси содержится более 100 г переваримого протеина, до 70 г сахара, 10-12 МДж обменной энергии, каротин, витамины Д, Е и др. Животные, находясь на свежем воздухе, укрепляют здоровье, улучшают воспроизводительные функции. Как правило, 60-70% годового надоя приходится на пастбищный период. Однако при производстве молока на пастбищных комплексах отсутствует эффек-
тивная технология, отвечающая конкретным условиям региона, не решена задача первичного охлаждения молока, в то время как своевременное и качественное охлаждение способствует снижению количества бактерий и, соответственно, повышению качества молока и продолжительности его хранения. В современных условиях хозяйственных отношений мало произвести молоко, важно сохранить его на более длительный срок для последующей переработки и реализации как продукта высокого качества. В условиях пастбищного содержания коров в летний период эти вопросы особенно актуальны, если учесть условия получения молока, хранения и транспортировки.
Рассматривая технологию содержания животных на пастбище как систему, представляющую упорядоченную совокупность объектов, можно выделить следующие подсистемы: создание благоприятных условий
для животных; обеспечение стабильного вакуумного режима доения и условий для транспортировки молока, первичной обработки и предварительного хранения молока; облагораживание загонов; кормление и поение животных; удаление навозных остатков.
Анализ показал, что для снижения энергоемкости производства молока в летний период необходимы комплексные решения по рациональному использованию всех видов
производственных ресурсов, основанные на широком использовании вычислительной техники, обеспечивающие качество и выход продукции заданного количества при минимальных трудовых, материальных, энергетических затратах и наименьшем негативном влиянии на окружающую среду.
На основании анализа была разработана новая технология содержания животных на пастбищных комплексах (рисунок 1).
мобильное устройство дтпранспортировI патентна полезную модель N95974
ки молока
12 - установка для охлаждения мора_____
"патенты на изобретение N2446679,2486749
9 - резервуар для термизаиии молока в условиях пастбищ паттентна изобретение N2512451
/15 Оистема управленияворс заявка на полезную модель N20
Оюооб определение пластичности молока _______ .
решение о выдаче патента на избретение от30.01.2015г.
21 Передвижной навес для животных патентна изобретение N2525922
20 Облагораживаемый пастбищный загон
Рис. 1. Технология содержания животных на пастбищах с указанием правоопределяющих позиций
Технологическая схема содержит пред-доильные 1 и последоильные 2 площадки, переходные путепроводы 3, доильные станки 4, молокопровод 5, вакуумпровод 6, молоко-приемник-воздухоразделитель 7, фильтр 8, резервуар для термизации молока 9, солнечно-ветровая энергетическая установка 10, насос вакуумный водокольцевой 11, экологически чистая энергосберегающая установка естественного холода 12, мобильное устройство для транспортировки молока 13, датчик вакуумметрического давления 14, водокольцевой вакуумный насос 15, муфта 16, векторный преобразователь частоты 17, трехфазный асинхронный электродвигатель 18, дизельная станция 19, пастбищные загоны 20 с навесами 21 для защиты от солнечной радиации с навешанными на раму чашами 22 для соли-лизунца.
Схема функционирует следующим образом.
Животные перегоняются из пастбищного загона в загоны, обеспеченные навесами с нанизанными на поперечины чашами с со-лью-лизунцом. В определенное время коровы перегоняются к месту дойки, производимой с помощью установок пастбищного доения УДС-3Б с включенной дизельной станцией, создающей вакуум - водокольцевым вакуум-насосом с векторным преобразователем частоты. Молоко поступает по молоко-проводу через молокоприемник и фильтр в зону размещения резервуара для термизации молока [1].
Подогрев молока осуществляется через систему подогрева теплоносителя с помощью солнечно-ветровой энергетический установки. После термизации производится охлаждение молока в экологически чистой энергосберегающей установке естественного холода. После охлаждения молоко подается насосом вакуумного действия в мобильное устройство для транспортировки молока в культурную зону [6].
Взаимодействие всех факторов подсистем позволит получить конечный продукт - высококачественное молоко, а также решить вопрос экологичной составляющей функционирования пастбищного комплекса.
Анализ показал, что для условий пастбищного доения не существует целесообразного энергосберегающего набора средств для механизации доения и первичной обработки молока, которые позволили бы осуществить качественное выполнение данного процесса с точки зрения простоты конструкции и доступности в управлении процессом и вопроса энергосбережения.
Для снижения энергоемкости производства молока в летний период необходимы комплексные решения по рациональному использованию всех видов производственных ресурсов, основанные на широком использовании вычислительной техники, обеспечивающие качество и выход продукции заданного количества при минимальных трудовых, материальных, энергетических затратах и наименьшем негативном влиянии на окружающую среду.
По новому способу снижение энергозатрат вакуум-силовой установки целесообразно осуществлять изменением ее конструктивной схемы за счет введения электродвигателя с изменяемой частотой вращения ротора. Насосы с регулируемой частотой вращения ротора имеют меньшее потребление электроэнергии за счет адаптации его расхода к реальным потребностям доильной установки, обусловленным количеством доильных аппаратов, находящихся в работе.
Экспериментальные исследования осуществлялись на разработанной установке (рисунок 2).
Рис. 2. Комплектный набор доильного оборудования для выполнения эксперимента
На этапе исследования основная задача заключалась в том, чтобы исследовать затраты мощности (вакуумметрического давления) на процесс эвакуации молока от коллектора доильного аппарата до молокоприемни-ка [2]. При этом осуществлялась оценка расхода мощности на процесс, выявлялись наиболее рациональные параметры молочной аппаратуры (рис. 3).
В ходе проведения эксперимента изучались следующие основные параметры: затраты мощности на процесс эвакуации молока; диаметр молочного шланга; диаметр моло-копровода; местоположение входного отверстия в молокопроводе.
Рис. 3. Общий вид экспериментальной установки для исследования процесса эвакуации молока от коллектора доильного аппарата до молокосборника
В экспериментальной лаборатории было создано три молокопровода различного диаметра с подключением доильного аппарата посредством молочного шланга. Последний также был применен трех разных диаметров.
Молокопровод изготавливается из нержавеющей стали диаметром 50 и 75 мм, исследованию подвергался и используемый в настоящее время в доильной установке УДС-3Б - стеклянный молокопровод диаметром 38 мм. Анализ источников выявил, что применение тонкостенного молокопровода из нержавеющей стали позволяет сократить количество стыков в 3 раза, исключить прососы и возможные механические повреждения. Диаметр молокопровода также зависит от его длины.
Для охлажденеия молока естественным холодом была создана экспериментальная установка[3,4], приведенная на рисунке 4.
Рис. 4. Общий вид экспериментальной установки
для охлаждения молока
Технологический процесс осуществлялся следующим образом. Под действием разряжения, создаваемого вакуумным насосом, молоко из вымени коровы через доильные аппараты поступает в молокопровод, а затем в установку для охлаждения молока естественным холодом и направляется в емкость для доохлаждения и хранения молока. При прохождении молока через теплообменник оно охлаждается, т.к. последний находится в аккумуляторе холода с артезианской водой. В верхней части аккумулятора расположена система воздушно-капельного охлаждения воды, в состав которой входят: распылитель, соединенный трубопроводом с аккумулятором холода, и центробежный трехпозицион-ный вентилятор. Сама система выполнена в форме градирни, поэтому распыляемая форсункой вода охлаждается в процессе распыления и направляется в аккумулятор естественного холода. Для интенсификации процесса охлаждения воды и служит вентилятор. Также в нижней части конуса по кругу в три ряда сделаны отверстия для поступления воздуха, которые регулируются с помощью жалюзи. В результате воздушно-капельного теплообмена температура воды в аккумуляторе естественного холода поддерживается
на уровне 10,2-10,4°С, для чего использовались следующие рациональные конструктивные параметры камеры: диаметр отверстий распылителя 1,1-1,2 мм; скорость воздушного потока 0,56-0,58 м/с; давление в системе распыления воды 0,126-0,129 МПа при производительности 1,2 м3/ч.
Нами разработан передвижной навес, предназначенный для защиты животных на пастбище от солнечной радиации и осадков в летне-пастбищный период (ЯИ № 2525922, 2012 г.) [5]. Навес представляет собой сборную передвижную трубчатую конструкцию из металлических труб (рисунок 5), включающую катки или полозья для его перемещения. Жесткость всей конструкции обеспечивается стяжным стальным проволочным канатом с поворотными шкивами, а стяжка концов каната производится с помощью двухсторонней резьбовой стяжки-талрепа. На всю конструкцию в сборе укладывается сетчатая кровля. С помощью пружинных зажимов кровля крепится с внешней стороны к стяжному канату. Для перемещения навеса механическим средством (колесным трактором) используется тяговый канат с крюком.
Условные обозначения трубы штаппическиг
---канат провопсчнъй стяжной
Рис. 5. Передвижной навес для животных
Сборка и эксплуатация устройства. В качестве кровли применяется сетка полиэтиленовая цветная темных тонов с ячейками. Навес представляет собой конструкцию из двух симметричных трапецеидальных сборных единиц, повернутых друг к другу большими основаниями, плоскость трапеции находится к горизонтальной плоскости под углом 38-40°, а по углам больших оснований установлены монтажные устройства в виде сварных конструкций с осями, перпендикулярными к горизонтальной плоскости, на которые установлены поворотные шкивы стяжного каната. Комплексное использование (взаимодействие) вышеуказанных параметров позволяет достичь экологичного производства высококачественного молока на пастбищных комплексах при минимальных затратах энергии.
На основе изложенного можно сделать следующие выводы:
- предложена программа и методика экспериментальных исследований;
- создана экспериментальная установка для исследования водокольцевого вакуумного насоса и определены ее оптимальные кон-
технологические па-кже режимы работы; разработана математическая модель работы водокольцево-го вакуумного насоса при различной нагрузке на основе использования методики планирования ехфакторного экспе-ента;
оздана эксперимен-установка для охла-ия молока и опреде-ны ее оптимальные конструктивные и технологические параметры;
- разработана математическая модель охлаждения молока и воды на основе использования методики планирования трех-факторного эксперимента;
- установлено, что для интенсификации процесса первичного охлаждения молока до температуры 14,0±0,2°С необходимы следующие параметры и режимы работы охладителя молока: длина теплообменника 11 м, температура воды в аккумуляторе холода 10,3±0,2°С при кратности воды 2 и объемной скорости молока 0,82 м3/ч;
- для снижения температуры воды до 10,3±0,2°С в результате воздушно-капельного теплообмена следует использовать следующие рациональные конструктивные параметры теплообменной камеры: диаметр отверстий распылителя 1,1-1,2 мм; скорость воздушного потока 0,56-0,58 м/с; давление в системе распыления воды 0,126-0,129 МПа при производительности 1,8 м3/ч;
- создана экспериментальная установка для исследования процесса транспортирования молока от коллектора доильного аппарата до молокосборника и определены ее рациональные конструктивные параметры;
- разработана математическая модель взаимодействия молочного шланга с моло-копроводом доильной установки на основе использования методики планирования трехфакторного эксперимента;
- создана и апробирована производственная установка для эвакуации молока от коллектора доильного аппарата до молокосбор-ника для использования в доильной установке УДС-3Б на пастбищных комплексах.
Литература:
1. Пат. 2536968 РФ. Резервуар для термизации молока в условиях пастбищ / В.А. Шилин, О.А. Герасимова. Заяв. 14.05.12; Опубл. 27.12.14
2. Пат. 2012153292/28 РФ. Способ определения пластичности молока / О.А. Герасимова и др. Заяв. 10.12.12; Опубл. 30.01.15
3. Пат. 2446679 РФ. Установка для использования естественного холода / В.А. Шилин, О.А. Герасимова. Заяв. 31.12.09; Опубл. 10.04.12
4. Пат. 2486749 РФ. Установка, использующая естественный холод / О.А. Герасимова, А.В. Лобачев. Заяв. 08.07.11; Опубл. 10.07.13
5. Пат. 2525922 РФ. Передвижной навес для животных / В.А. Шилин, О.А. Герасимова. Заяв. 27.02.12; Опубл. 20.08.14, Бюл. № 23.
6. Пат. 95974 РФ. Мобильное устройство для транспортировки молока / В.А. Шилин, О.А. Герасимова. Заяв. 01.02.10; Опубл. 20.07.10
Literatura:
1. Pat. 2536968 RF. Rezervuar dlya termizacii moloka v usloviyah pastbishch / V.A. SHilin, O.A. Gerasimova. Zayav. 14.05.12; Opubl. 27.12.14
2. Pat. 2012153292/28 RF. Sposob opredeleniya plasti-chnosti moloka / O.A. Gerasimova i dr. Zayav. 10.12.12; Opubl. 30.01.15
3. Pat. 2446679 RF. Ustanovka dlya ispol'zovaniya estes-tvennogo holoda / V.A. SHilin, O.A. Gerasimova. Zayav. 31.12.09; Opubl. 10.04.12
4. Pat. 2486749 RF. Ustanovka, ispol'zuyushchaya este-stvennyj holod / O.A. Gerasimova, A.V. Lobachev. Zayav. 08.07.11; Opubl. 10.07.13
5. Pat. 2525922 RF. Peredvizhnoj naves dlya zhivotnyh / V.A. SHilin, O.A. Gerasimova. Zayav. 27.02.12; Opubl. 20.08.14, Byul. № 23.
6. Pat. 95974 RF. Mobil'noe ustrojstvo dlya transporti-rovki moloka / V.A. SHilin, O.A. Gerasimova. Zayav. 01.02.10; Opubl. 20.07.10
ENVIRONMENTAL INNOVATION TO PASTURES V.A. Shilin, candidate of technical sciences, professor O.A. Gerasimova, candidate of technical sciences, senior teacher Velikolukskya GSHA
Abstract. This article pays attention to the possible use of alternative sources and new directions of animal production technology on pasture complexes in the form of systems and subsystems. This takes into account the significance of environmental factors as influencing product quality and the environment condition. /Is in the cultural area, by the environmental provision prevents the use of various means of mechanization - vacuum-pumps with lube oil, gasoline engines, power units, keeping weight of manure in the animals area recreation, water heating system with the solid or liquid fuel use, dust precipitation, increasing by the wind amplification, the use of unhermetic milk tanks, etc. It is necessary to create the conditions to move unwanted impurities, that are the factors of environmental contaminants or perturbations, affecting the production and environment's condition. The fluid and electrical energy's products involves the solid and liquid fuels use, that is accompanied by the combustion products' emissions, and air oxygen "consumption" , that changes the pasture area's environmental situation for the worse site. In the cultural area the main fuel and energy resources - such as fuel, electricity, thermal energy for technological processes and energy production systems, are served from an external centralized subsystems' sources: gas service, electricity, boiler installations. There in the group of energy resources' prospective consumers in the pasture centers are: energo-technological processes and installations; energy production and distribution. Keywords: ecoproductivity, pasture complex, alternative sources, energy subsystem.
