CC BY
8
УДК 636.084.74
ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ НОРМЫ ВЫДАЧИ КОРМА КОРМОВЫМ
ВАГОНОМ
А.И. Купреенко, доктор технических наук Х.М. Исаев, кандидат экономических наук С.М. Михайличенко, аспирант
ФГБОУ ВО «Брянский государственный аграрный университет» E-mail: S.M.Mikhailichenko@yandex.ru
Аннотация. Внедрение автоматических систем кормления является перспективным направлением автоматизации процесса приготовления и раздачи кормов на фермах КРС. С целью совершенствования конструкции кормовых вагонов и обеспечения возможности выдачи рационов с учетом имеющихся остатков на кормовом столе или в кормушке на базе ФГБОУ ВО Брянский ГАУ была разработана лабораторная установка системы автоматического изменения нормы выдачи корма кормовым вагоном. Дано описание конструкции и принципа работы установки. Для проверки ее работоспособности были проведены испытания с раздачей опилок, выполняющих функцию кормосмеси, в короб с изготовленным профилем, который выполняют функцию кормушки с остатками корма в ней. В ходе проведенных опытов экспериментально были подобраны оптимальный вылет копира и высота подвеса его оси вращения, при которых отклонение высоты полученного слоя опилок для нижнего и верхнего порога составили соответственно -10,7% и +1,4% (в среднем -4,6%) по сравнению с эталонной раздачей в пустой короб. Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемая система автоматического изменения нормы выдачи обеспечивает ее регулирование в зависимости от количества остатков корма на кормовом столе при выборе оптимальных значений вылета копира и высоты подвеса его оси вращения. При этом подбор переменного резистора с соответствующей зависимостью сопротивления от угла поворота и/или возможности программных настроек частотного преобразователя позволяет добиться более точных результатов. Ключевые слова: кормление КРС; неравномерность поедания корма; кормовой вагон; изменение нормы выдачи корма, копир.
Введение. Стратегия развития техники и машинных технологий для ферм и комплексов по производству молока предусматривает создание и производство инновационной техники для комплексной механизации и автоматизации процессов на фермах и комплексах сельскохозяйственных организаций размером от 200 до 1200 коров, на фермах
крестьянских хозяйств - от 50 до 100-120 коров [1].
Внедрение автоматических систем кормления (АСК) является перспективным направлением автоматизации процесса приготовления и раздачи кормов на фермах КРС [2,3]. Согласно информации восьми производителей АСК, в 2015 году работало более 1250 автоматических кормораздатчиков по всему миру [4]. Одним из преимуществ данных систем является возможность увеличе-
ния кратности кормления животных по сравнению с широко распространенными мобильными кормоцехами, при использовании которых кормление, как правило, осуществляется 1 -2 раза в сутки. Как показывает опыт эксплуатации АСК на 12 фермах в Голландии, кратность кормления может изменяться в пределах от 5 до 11 раз в сутки [5]. Однако при кормлении животных несколько раз в сутки наряду с преимуществами выявляются и недостатки. На практике потребление корма животными по всему фронту кормления зачастую неравномерно, что не учитывается системой при следующей раздаче в автоматическом режиме [6]. Так, напротив колонн, стоек, мокрых мест пола и т.п. корм чаще всего остается и при каждой следующей раздаче пополняется. Более интенсивное поедание в других местах кормового стола при
установленной норме выдачи приводит к фактическому ее уменьшению в расчете на одну голову. В местах же скопления корма необходима его ручная уборка для предотвращения развития микробиологических процессов и порчи корма. Это затрудняет использование данных систем в автоматическом режиме, вызывает необходимость перевода их в ручной режим управления, что усложняет работу персонала при их эксплуатации.
Целью исследования является проведение испытаний лабораторной установки системы автоматического изменения нормы выдачи корма автоматическим кормораздатчиком (кормовым вагоном), учитывающей имеющиеся остатки на кормовом столе или в кормушке.
Материалы, методы исследования и их обсуждение. В ходе проведенного исследования на молочно-товарной ферме в КФХ
«Лопотов А.Н.» Псковской области, где для выдачи корма животным используются подвесные кормовые вагоны DeLaval RA135, был выявлен существенный недостаток данных устройств. При пятикратном кормлении потребление корма животными по всему фронту кормления неравномерно (рис. 1), что не учитывается кормовым вагоном при следующей раздаче в автоматическом режиме. В результате в зонах с низким потреблением корма он накапливается, что приводит к увеличению потерь кормов и снижению фактической нормы выдачи на одну голову. Поэтому в хозяйстве кормовые вагоны чаще используются в ручном режиме.
Дополнительные исследования, проведенные на молочно-товарных фермах СПК-Агрофирма «Культура» Брянской области и ООО «Родниковое Поле» Тульской области, подтвердили существование проблемы неравномерного потребления кормов (рис. 1).
Рис. 1. Кормовые проходы: КФХ «Лопотов А.Н.» (сверху слева), СПК-Агрофирма «Культура» (сверху справа), ООО «Родниковое Поле» (снизу)
С целью устранения отмеченного недостатка и дальнейшего совершенствования конструкции кормовых вагонов было предложено обеспечить возможность варьирования нормы выдачи корма в зависимости от наличия его остатков на кормовом столе после предыдущей раздачи [6].
Для этого на базе ФГБОУ ВО Брянский ГАУ была разработана лабораторная установка системы автоматического изменения нормы выдачи кормовым вагоном (рис. 2) и проведены соответствующие испытания.
б
Рис. 2. Лабораторная установка: приводная станция (а) и путевая тележка (б)
Конструкция установки. Установка состоит из приводной станции и путевой тележки, которая перемещается по рельсам вдоль почвенного канала.
Приводная станция состоит из электродвигателя мощностью 5,5 кВт и цилиндрического редуктора, соединенных цепной передачей. На выходном валу редуктора установлен фланец, к которому крепится приводной барабан соответствующего диаметра. На барабан намотан трос, другой конец которого закреплен на путевой тележке. Движение тележки осуществляется за счет вращения приводного барабана и, соответственно, наматывания на него троса. Изменение скорости движения путевой тележки происходит путем замены приводного барабана на барабан большего или меньшего диаметра либо за счет замены звездочек цепных передач. В условиях проведения эксперимента скорость движения путевой тележки составила 0,3 м/с.
На раму путевой тележки установлен поперечный ленточный выгрузной транспортер от кормораздатчика КСА-5Б, привод которого осуществляется через цепную передачу с помощью мотор-редуктора мощностью 1,55 кВт и передаточным отношением 37, подключенного к сети через частотный преобразователь (ЧП) Веспер Е2-8300-005Н. Выходной вал редуктора соединен с приводным валом выгрузного транспортера цепной передачей с передаточным отношением 1,4. Изменение скорости движения выгрузного транспортера происходит путем замены приводных звездочек и/или за счет настройки ЧП. В качестве материала для испытания вместо кормовой смеси использовали древесные опилки. Для повышения вязкости материала и уменьшения пылеотделения опилки выдерживались 24 часа на морозе и затем еще 24 часа в отапливаемом помещении. Вследствие перепада температур на опилках конденсировалась влага. В условиях проведения эксперимента максимальная скорость движения транспортера составила 0,2 м/с, при этом полная разгрузка транспортера происходила за 5,7 секунды при длине слоя опилок 1,15 м и высоте 0,16 м. Высота разгрузки составляла 0,54 м.
Функцию кормушки выполнял изготовленный из пластиковых панелей короб размерами 2120х255х270 мм (ДхШхВ), обеспечивающий полную разгрузку транспортера по всей длине короба.
Ключевым элементом в конструкции лабораторной установки является копир, шар-нирно закрепленный по ходу движения тележки. Напротив оси вращения копира установлен переменный резистор, включенный в цепь с частотным преобразователем. Передача крутящего момента от оси вращения копира на ось резистора осуществляется за счет посаженной на их концы силиконовой трубки, играющей роль соединительной муфты. Такая конструкция компенсирует отклонения от соосного положения, а также предохраняет резистор от механических перегрузок, возникающих вследствие вращения копира. Предотвращение поломки резистора при проворачивании копира от вертикального положения в сторону движения тележки при его падении обеспечивает ограничитель. В качестве элемента копира, контактирующего с опилками, выбран валик, вращающийся вокруг своей оси.
Принцип работы установки. При движении кормового вагона (путевой тележки) вдоль кормового стола или кормушки (короба) корм (в эксперименте - опилки) должен выдаваться согласно установленной норме. Система управления установкой настроена таким образом, что при отсутствии в кормушке корма выгрузной транспортер движется с максимальной установленной скоростью, при этом эту скорость можно регулировать установкой необходимого значения параметров настройки ЧП. При отсутствии корма копир расположен перпендикулярно полу, ось резистора повернута в положение, соответствующее минимальному сопротивлению. При контакте копира с остатками корма он отклоняется на угол, величина которого зависит от высоты слоя корма. При этом вращение передается на ось резистора. Резистор подключен к источнику опорного напряжения, и при повороте его вала с него снимается напряжение в диапазоне 0...5 В (рис. 3). Это напряжение используется в си-
стеме управления установкой для задания выходной частоты ЧП, питающего мотор-редуктор привода выгрузного транспортера. Частотный преобразователь настроен таким образом, что при увеличении управляющего напряжения частота вращения подключенного мотор-редуктора уменьшается. Параметры настройки этой зависимости легко меняются при программировании ЧП.
амин'
О Щ 5 иупр,В
Рис. 3. Зависимость частоты вращения электродвигателя от величины управляющего напряжения: значение ином меняется в параметре 3-00, и0 - в параметре 7-01 выбранного частотного преобразователя
Таким образом, при наезде копира на остатки корма он поворачивается, поворачивает ось резистора, управляющее напряжение увеличивается, а скорость движения выгрузного транспортера и, следовательно, норма выдачи корма уменьшаются. При контакте копира с высотой слоя корма, полученной при максимальной норме выдачи, движение выгрузного транспортера прекращается.
Проведение испытаний. В начале испытаний осуществляли раздачу опилок в пустой короб при максимальной норме выдачи. При этом проводились замеры высоты полученных слоев опилок следующим образом: по длине короба через каждые 100 мм; по ширине - по четыре замера через каждые 80 мм, по сумме которых находилось среднее значение.
По результатам замеров (рис. 4) при установившемся режиме работы выгрузного транспортера высота слоя опилок после раздачи в пустой короб (эталонная) находилась в пределах 186-209 мм (в среднем 197 мм).
Рис.
4. Полученный слой опилок после раздачи в пустой короб
Значения, которые при этом учитывались, отмечены маркерами. Для проверки работоспособности установки в коробе был изготовлен профиль (рис. 5) из опилок (фотография профиля была зеркально развернута по горизонтали в программе XnView). После запуска приводной станции, в момент, когда копир достигал начала короба, осуществлялся запуск выгрузного транспортера. Скорость его движения при перемещении тележки регулировалась автоматически копиром в зависимости от высоты слоя опилок, находящихся в коробе.
Длпна короба, мм
Рис. 5. Изготовленный профиль
Эксперимент проводился для разных значений высоты подвеса оси вращения копира ^ и вылета копира
- при ^ = 740 мм и = 230, 380 и 495 мм (соответственно минимальный, оптимальный и максимальный вылеты);
- при ^ = 550 мм и ^^ = 245, 390 и 505 мм (соответственно минимальный, оптимальный и максимальный вылеты). При меньшем значении высоты подвеса ^ = 550 мм результаты оказались неудовлетворительными.
Ниже (рис. 6) приводятся результаты замеров высоты полученных слоев опилок при раздаче в короб с изготовленным профилем при ^ = 740 мм для вылетов ^^ = 230, 380 и 495 мм (расположение на рисунке соответственно сверху вниз).
Неравномерность слоя в начале короба обусловлена спецификой проведения эксперимента:
- в начале короба отсутствовала поперечная стенка;
- запуск выгрузного транспортера осуществлялся в момент, когда копир достигал начала короба;
- слой опилок на транспортере со стороны выгрузки имел скос и находился на удалении от края выгрузного транспортера (~ 50
мм).
Для минимального вылета 230 мм характерно позднее срабатывание автоматики, что ведет к пересыпанию корма при достижении насыпи и образованию «провалов» после ее прохождения.
Максимальный вылет характеризуется ранним срабатыванием копира, в связи с чем при достижении насыпи перед ней образуется «провал», а при прохождении происходит пересыпание.
В ходе проведенных опытов экспериментально был подобран оптимальный вылет 380 мм, который может изменяться в незначительных пределах.
Дтшна короба, мм (Ик = 745 мм, Ьк = 230 мм)
Длина короба, мм (Ик = 735 мм, Ьк = 380 мм)
Длина короба, мм (Ьк = 735 мм, Ьк= 495 мм)
Рис. 6. Результаты замеров высоты полученных слоев опилок после раздачи в короб
с изготовленным профилем
При этом значение высоты полученного слоя варьируется в пределах 166-206 мм (в среднем 188 мм).
По сравнению с раздачей в пустой короб (эталонной) отклонение от нижнего порога составило -10,7%, от верхнего - +1,4%, в среднем отклонение составило -4,6%. При этом подбор переменного резистора с соответствующей зависимостью сопротивления от угла поворота и/или возможности программных настроек частотного преобразователя позволяет добиться более точных результатов.
Выводы. Анализ полученных результатов показывает, что предлагаемая система автоматического изменения нормы выдачи обеспечивает ее регулирование в зависимости от количества остатков корма на кормо-
вом столе при выборе оптимальных значений вылета копира и высоты подвеса его оси вращения. Предложенная лабораторная установка представляет собой упрощенную схему кормового вагона.
На практике изменять норму выдачи кор-мосмеси необходимо за счет изменения скорости движения продольного транспортера, подающего кормо-смесь на поперечный (выгрузной) транспортер. Замена в лабораторной установке управления продольным на управление поперечным транспортером принципиально схему работы системы не меняет, т.к. в кормовом вагоне поперечный транспортер выдает норму, установленную на продольном транспортере. Увеличивается лишь время реагирования на управляющий сигнал копира.
Литература:
1. Стратегия машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства на период до 2020 г. / Иванов Ю.А. и др. Подольск, 2009. 85 с.
2. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Михайличенко С.М. Автоматические системы кормления на молочных фермах КРС // Вестник Брянской ГСХА. 2018. № 3. С. 32-37.
3. Иванов Ю.А., Новиков Н.Н. Автоматизация процессов как фактор повышения эффективности производства животноводческой продукции // Сборник научных докладов ВИМ. 2006. Т. 1. С. 104-109.
4. Haidn B. Effects of an automatic feeding system with dynamic feed delivery times on the behaviour of dairy cows // Proc. of CIGR-AgEng Conference. Aarhus, 2016. P. 1-8.
5. Bisaglia C. Automatic vs. conventional feeding systems in robotic milking dairy farms // Proc. International Conference of Agricultural Engineering CIGR-AgEng, Valencia, 2012. P. 100-104.
6. Купреенко А.И., Исаев Х.М., Михайличенко С.М. Эксплуатация автоматического кормовагона на молочной ферме // Сельский механизатор. 2018. № 6. С. 32-33.
Literatura:
1. Strategiya mashinno-tekhnologicheskogo obespecheni-ya proizvodstva produkcii zhivotnovodstva na period do 2020 g. / Ivanov YU.A. i dr. Podol'sk, 2009. 85 s.
2. Kupreenko A.I., Isaev H.M., Mihajlichenko S.M. Avto-maticheskie sistemy kormleniya na molochnyh fermah KRS // Vestnik Bryanskoj GSKHA. 2018. № 3. S. 32-37.
3. Ivanov YU.A., Novikov N.N. Avtomatizaciya proces-sov kak faktor povysheniya effektivnosti proizvodstva zhivotnovodcheskoj produkcii // Sbornik nauchnyh dok-ladov VIM. 2006. T. 1. S. 104-109.
4. Haidn B. Effects of an automatic feeding system with dynamic feed delivery times on the behaviour of dairy cows // Proc. of CIGR-AgEng Conference. Aarhus, 2016. P. 1-8.
5. Bisaglia C. Automatic vs. conventional feeding systems in robotic milking dairy farms // Proc. International Conference of Agricultural Engineering CIGR-AgEng, Valencia, 2012. P. 100-104.
6. Kupreenko A.I., Isaev H.M., Mihajlichenko S.M. Eks-pluataciya avtomaticheskogo kormovagona na moloch-noj ferme // Sel'skij mekhanizator. 2018. № 6. S. 32-33.
TESTING OF FEED NORM'S AUTOMATIC CHANGING BY FODDER WAGON A.I. Kupreenko, doctor of technical sciences H.M. Isaev, candidate of economic sciences S.M. Mikhailichenko, post-graduate student FGBOY VO "Bryansk state agricultural university"
Abstract. Introduction of automatic feeding systems is a promising direction of feed preparation and distribution process's automation on cattle farms. With the aim of the fodder wagons' design to improve and rations taking into account on feed's table or in feedings' existing leftover feed to distribute on the FGBOY VO Bryansky GAU basis a laboratory installation of a system for feed distributing rate automatically changing by fodder wagon was developed. This installation's design description and operation's principle is given. To check its performance, tests with the sawdust distribution, performing the feed mixture's function, into a box with a manufactured profile, serving as a feeder with feed leftover in it were carried out. In the experiments course the optimal copier's flight experimentally was selected and its suspension's axis rotation height, when the sawdust resulting layer deviation height was lower and upper were respectively -10,7% and +1,4% (in average -4,6%) in compared with into the empty box distribution. The obtained results' analysis had showed that the rate automatic changing proposed system provides its regulation depending on the feed leftover amount on the feed's table when copier departure optimal values choosing and the suspension axis rotation's height. In this case, the alternating resistor's selection with the corresponding resistance dependence on the rotation's angle and/or the frequency converter's program settings possibilities allow to achieve more accurate results.
Keywords: cattle feeding; of feed eating non-uniformity; fodder wagon; feed norm delivery changing, copier.
