CC BY
31
УДК 637.116.4:636.2.034
К вопросу холостого доения коров
Савиных Петр Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологического и энергетического оборудования
e-mail:рeter.savinyh@mail.ru
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»
Шулятьев Валерий Николаевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологического и энергетического оборудования
e-mail:Shulyatev.Valeriy@mail.ru
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»
Рылов Александр Аркадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технологического и энергетического оборудования
e-mail:k-consultant@yandex.ru
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования «Вятская государственная сельскохозяйственная академия»
Аннотация. В статье теоретически подтверждена неизбежность холостого доения коров, обусловленная неравномерностью развития четвертей вымени и различной продолжительностью доения коров в группе. Определена математическая зависимость продолжительности передержки доильных аппаратов на сосках вымени коровы в зависимости от количества используемых доильных аппаратов и времени подготовительно-заключительных операций. Для устранения холостого доения предложено использовать доильный аппарат, оборудованный устройством почетвертного контроля интенсивности молокоотдачи. Показана эффективность использования доильных аппаратов с устройствами почетвертного контроля интенсивности молокоотдачи.
Ключевые слова: вероятность, вымя, продолжительность выдаивания, распределение, холостое доение.
Введение
Заболеваемость молочной железы у коров диагностируется во всех развитых странах мира. По сведениям Международной молочной федерации ежегодно маститом болеет около 25% коров [1]. Воспаление молочной железы регистрируется в среднем по Кировской области у 29,3% коров, в 38-40% случаев причиной выбраковки высокопродуктивных животных является патология вымени [1]. Аналогичная ситуация и в других регионах РФ [2].
Повышение требований к качеству реализуемого производителями молока и его строгий контроль молокоперерабатывающими предприятиями привели лишь к значительному снижению числа соматических клеток и микроорганизмов. Как показывает опыт, к маститу приводят преждевременное надевание на соски вымени доильных стаканов (корова не припустила молоко) и, чаще всего, передержка доильных аппаратов на сосках вымени коровы.
Современные доильные аппараты рассчитаны на однотипных животных с хорошо развитой и правильной формой вымени. Количественным объективным показателем развития и функционального состояния долей вымени является индекс вымени. Принято считать пригодными для машинного доения коров с индексом 40%. Оптимальный индекс вымени, соответствующий 45-50%, гарантирует сокращение продолжительности холостого доения и сохранение здоровья животного при машинном доении. На практике животные имеют индекс ниже этого показателя. Индекс вымени особи, обусловленный наследственностью, как правило, снижается по мере производственного использования, например, с 44,7% у первотелок до 41,9% у коров четырех отелов и старше [3].
Методы исследования
Использованы статистические оценки результатов тестирования коров в одном из передовых хозяйств Кировской области на молочно-товарной ферме со средней годовой продуктивностью 6500 кг/гол [4]. Обработка исходных данных и графическая интерпретация выполнены по компьютерной программе Microsoft Excel 10. Неодинаковая продолжительность выдаивания коров в группе, усугубляемая разной продолжительностью поступления молока от отдельных четвертей вымени коровы во время машинного доения, создают объективные предпосылки передержки доильных аппаратов. Наиболее точно физическую сущность продолжительности выдаивания коров отражает логарифмически-нормальный закон распределения [5]. Вместе с тем наличие хорошо разработанных методов интерпретации нормального закона распределения с учетом определения степени его соответствия статистическому распределению позволяют по-прежнему успешно [6] использовать его в качестве модели, отражающей продолжительность выдаивания коров.
Теоретическая вероятность p. попадания в каждый интервал продолжительности выдаивания коров, соответствующая нормальному закону распределения [7], будет равна:
(1)
где Ф* - функция Лапласа;
т - математическое ожидание продолжительности доения коров в группе, с;
х,, и х+1 - границы /-го разряда, с;
а - среднее квадратическое отклонение, с.
Степень соответствия статистического распределения времени выдаивания коров в группе нормальному закону распределения определена по величине расхождения между теоретическими вероятностями пр. и наблюдаемыми частотами т.. За меру расхождения принят критерий Пирсона с2, определяемый по выражению
[8]:
■ т
где т. - число наблюдений в г'-м разряде;
п - общее число наблюдений;
р. - теоретическая вероятность попадания в г'-й разряд.
Результаты исследований
На кафедре технологического и энергетического оборудования Вятской ГСХА разработано устройство почетвертного контроля интенсивности молокоотдачи, позволяющее визуально определить продолжительность извлечения молока из каждой четверти вымени животного со скоростью молокоотдачи, превышающей критическую (50 мл/мин) [9]. Результаты тестирования [4], обработанные методами дисперсионного анализа, показали, что в условиях реального молочного скотоводства имеет место статистически значимая неравномерность продолжительности выдаивания как отдельных четвертей вымени каждого животного, так и по группе в целом. Статистические оценки неравномерности продолжительности выдаивания коров в группе (средняя продолжительность выдаивания (^р), минимальное (тп) и максимальное ^тах) значения времени выдаивания, вариационный размах (Я), медиана (Ме), дисперсия (а2), эксцесс (е), среднее квадратическое отклонение (а) и коэффициент вариации (д)) представлены в таблице 1.
Таблица 1. Статистические оценки выборки по продолжительности выдаивания коров в группе
IV с *тт' С *тах' С R, с Ме, с £ а2, с2 а, с •
1 275,19 | 135 | 464 | 329 | 264 |-0,29 | 6867,51 | 82,87 1 0,30
С целью аналитического исследования влияния на продолжительность холостого доения количества доильных аппаратов, используемых оператором машинного доения, использованы результаты тестирования [4].
В исследованиях интервал варьирования продолжительности выдаивания коров разбит на восемь разрядов. Результаты расчетов вероятности р. попадания в соответствующие разряды распределения продолжительности выдаивания коров в группе с параметрами ¿р = 275,19 с и а = 82,87 с, определенные по формуле (1), представлены в таблице 2.
Таблица 2. Сравнительные данные числа попаданий в разряды mi и соответствующих значений npi (п = 32)
Разряд 1 2 3 4 5 6 7 8
Границы, с 100-150 150-200 200-250 250-300 300-350 305-400 400-450 450-500
Р, 0,05 0,12 0,20 0,24 0,20 0,12 0,05 0,01
Разряд 1 2 3 4 5 6 7 8
1 5 8 6 6 3 2 1
пр1 1,52 3,71 6,42 7,55 6,34 3,80 1,52 0,46
На рисунке 1 приведена графическая интерпретация статистического и нормального законов распределения продолжительности выдаивания коров в группе. Статистическое распределение продолжительности выдаивания коров в группе формально не совпадает с теоретическим (нормальным) распределением: статистическое распределение не симметрично, центр распределения смещен влево. Критерий Пирсона с2 = 2,30, определенный по формуле (2), свидетельствует, что гипотеза согласованности статистического распределения нормальному закону не противоречит экспериментальным данным, поскольку величина, имеющая распределение с2 при числе свободы г = 5 с вероятностью р = 0,81 превзойдет расчетное значение с2 = 2,30. Число степеней свободы г определено как число разрядов (к = 8) минус число наложенных связей (в = 3): г = 8 - 3 = 5 [8]. Поэтому для данной выборки допустимо использовать в расчетах продолжительности холостого доения математический аппарат закона нормального распределения.
Рисунок 1. Кривые распределения продолжительности выдаивания
коров в группе
Количество доильных аппаратов, с которым должен работать дояр на группе коров, как правило, определяют по выражению:
п —---—, (3)
*р
где гмср - среднее время доения отдельной особи, с;
tр - затраты времени на подготовительно-заключительные операции при доении одной коровы, с.
Выразим из выражения (3) среднее время доения отдельной особи:
г = (п -1) • г
м,ср к ' р.
Отсутствие холостого доения в группе за каждый цикл работы дояра с числом доильных аппаратов п будет при соблюдении условия:
(п -1) • г - г . = о, где гм. - продолжительность доения г коровы.
Холостое доение животного в цикле будет при выполнении условия г^. < гл,ср, наоборот, при гм. > г^ср будет иметь простой оператора.
Предположим, что вероятность попадания случайной величины продолжительности выдаивания отдельной особи в группе коров в диапазон гмтт.п < гм. < гмср будет равна р. Тогда количество коров Ых в группе, подвергнутых холостому доению продолжительностью от г . = о до г . = г - г , будет равно:
1 х,д х,д м,ср м,тгп' ' 1
N =N•р, (4)
где N - число животных в группе, гол.
Если предположить, что время выдаивания г'-ой коровы г^. = г т, тогда среднее время холостого доения за один цикл работы п доильных аппаратов г будет:
г = (п -1) • г - г
х,ц 4 Р м,ср,тгп,
где гхц - продолжительность холостого доения за цикл, с; гмсртЫ - среднее время продолжительности доения коровы в диапазоне от г до г , вычисленное по выражению:
м,тгп' 1
Г +/
* _ М.ср .-млил (5)
.■н^тмг ¡г 2
Суммарная средняя продолжительность холостого доения коров в группе будет равна:
у
^ = —- [(« -1) - ^дал] • (6)
Поскольку вероятность холостого доения коров в группе равна р, то средняя суммарная продолжительность времени холостого доения коров в группе с учетом выражения (4) будет:
^ = гх«р ^ N ^ Р, (7)
где гхср - средняя продолжительность холостого доения коровы, с.
Приравняв выражения (6) и (7), после очевидных преобразований получим:
(8)
Среднее время простоя оператора, определенное в результате аналогичных рассуждений, будет равно:
(9)
где ^р - среднее время простоя оператора, с;
t - среднее время продолжительности доения в диапазоне от от t до t ,
м,cp,max 1 1 1 м,ср м,тах'
вычисленное по выражению
I
.илр м*шлх
'ЛМ7\ГПи?1
(10)
По уравнениям (8) и (9) для различной продолжительности выполнения подготовительно-заключительных операций построены возрастающие txccp= f(n) и ниспадающие t „, зависимости (рис. 2). Величины t и t рассчитаны по дан" 1 п,ср = }(п) х ~ у м,ср,тт м,ср,тах г "
ным таблицы 1 по формулам (5) и (10). Из рисунка 2 видно, что с увеличением продолжительности подготовительно-заключительных операций и числа доильных аппаратов продолжительность холостого доения возрастает, а простои оператора уменьшаются. Из анализа (рис. 2) следует, что при работе с двумя и более доильными аппаратами неизбежно холостое доение при затратах времени на подготовительно-заключительные операции доения одной коровы t > 180с.
140
120
№ а в
о о
чд о
о ~ 100
и 5
о &
^ р
и Н
о се
80
О ^
И в
Л О
Н :Н
2 О
2 н
В и
Л о
Ч а
^ е
в
о
«
о £
60
40
20
tp=120 с
tp=60 с
tp=60 с
4 5
Количество аппаратов, шт.
Рисунок 2. Зависимость средней продолжительности холостого доения и простоев от числа доильных аппаратов, с которыми одновременно работает оператор
Как правило, операторы машинного доения работают с тремя и более аппаратами, поэтому, чтобы исключить передержку доильных аппаратов, обусловленных неравномерностью выдаивания коров в группе, необходимо варьировать продол-
0
2
3
6
7
жительностью подготовительно-заключительных операций. Исключить составляющую холостого доения, обусловленную неравномерностью выдаивания четвертей вымени, при доении серийными доильными аппаратами невозможно. Передержку доильных стаканов, обусловленную неравномерностью выдаивания коров в группе, позволит исключить оснащение доильных аппаратов устройствами почетвертного контроля интенсивности молокоотдачи. Оператор машинного доения, работающий с доильными аппаратами, оснащенными устройствами почетвертного контроля интенсивности молокоотдачи, заблаговременно получив текущую информацию о выдаивании четвертей вымени коров, имеет возможность варьировать продолжительностью подготовительно-заключительных операций адекватно ситуации и тем самым исключить передержку доильных аппаратов, обусловленную неравномерностью выдаивания коров в группе.
Эксплуатация в течение двух лет в опытном коровнике №3 доильных аппаратов, снабженных устройствами почетвертного контроля интенсивности молокоотдачи, подтвердила высокую эффективность их использования на молочной ферме (рис. 3).
7000
§ 6000
2 5000 о № а
и 4000 й
£ 3000
0 =
3 2000 Р
к
и
1 1000 £
ы
0
Период, годы
Рисунок 3. Диаграмма изменения ежемесячных потерь товарного молока
В опытном коровнике по годам имеет место устойчивый тренд снижения ежемесячных потерь товарного молока (Я2 = 0,99). В контрольном коровнике №2, оборудованном доильными аппаратами ми 200, наблюдается тенденция повышения ежемесячных потерь товарного молока (Я2 = 0,33). За первое полугодие 2017 г. усредненные ежедневные потери товарного молока в опытном коровнике составили 107,5 л. В контрольном помещении (коровник №2) ежедневные потери товарного молока колебались на уровне 181,9 л. По данным молочного комбината в пробах молока опытного коровника зарегистрировано устойчивое снижение числа соматических клеток. По сравнению с пробами молока контрольного коровника число соматических клеток за исследуемый период было ниже на 4,3-36,9%, а содержание жира выше на 0,01-0,03%, что свидетельствует о полноте выдаивания молока из
□ Коровник №3 □ Коровник №2
—
2015 2016 2017
вымени коров [10].
Выводы:
1. Теоретически подтверждена неизбежность холостого доения, обусловленная неравномерностью развития четвертей вымени коровы и различной продолжительностью выдаивания коров в группе. Определены математические зависимости продолжительности передержки доильных аппаратов на сосках вымени коровы и технологические простои оператора в зависимости от количества доильных аппаратов и времени подготовительно-заключительных операций.
2. В сложившейся ситуации необходимо варьировать продолжительностью подготовительно-заключительных операций для исключения передержки доильных стаканов на сосках вымени коровы.
3. Целенаправленное варьирование продолжительностью подготовительно-заключительных операций при доении аппаратами, оснащенными устройствами почетвертного контроля интенсивности молокоотдачи, исключит холостое доение, повысит качество молока, позволит оператору работать с большим числом доильных аппаратов.
Список литературных источников:
1. Конопельцев, И.Г. Воспаление вымени у коров / И.Г. Конопельцев, В.Н. Шу-лятьев. - Киров ; СПб.: Вятская ГСХА, Издательство СПбГАВМ, 2010. - 355 с.
2. Машлякевич, А.А. Обоснование параметров и режимов работы устройства для управлением вакуума в доильном стакане: дис. ... канд. техн. наук. - Зерно-град, 2016. - 190 с.
3. Способ отбора коров для машинного доения: пат. 2605333 РФ: МПК A01J 5/00 / Углин В.К., Никифоров В.Е., Тяпугин Е.А., Тяпугин С.Е.; заявитель и патентообладатель ФГБНУ СЗНИИМЛПХ. №2014120803; заявл. 22.05.2014; опубл. 20.12.2016; Бюл. № 35.
4. Мохнаткин, В.Г. Исследование продолжительности доения коров на молочнотоварной ферме доильным аппаратом с устройством почетвертного контроля молокоотдачи / В.Г. Мохнаткин, В.Н. Шулятьев, А.А. Рылов // Улучшение эксплуатационных показателей мобильной энергетики: матер. IX Междунар. науч.- практ. конф. «Наука-Технология-Ресурсосбережение». - Киров: Вятская ГСХА, 2016. Вып. 17. - С. 192-195.
5. Цой, Ю.А. Процессы и оборудование доильно-молочных отделений животноводческих ферм / Ю.А. Цой. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010. - 424 с.
6. Мкртумян, В.С. Применение теории вероятностей для расчета доильных установок / В.С. Мкртумян, Н.А. Петухов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. - 1967. - №1. - С. 33-36.
7. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов. - 5-е изд. стер. - М.: Высш. шк., 1998. - 576 с.
8. Математическая статистика: учебник / В.М. Иванова, В.Н. Калинина, Л.А. Не-шумова, И.О. Решетникова. - М.: Высшая школа, 1981. - 371 с.
9. Патент №154881 РФ, МПК А0и 5/00 Доильный аппарат / А.А. Рылов, В.Н. Шулятьев, И.Г. Конопельцев (РФ) №2015113650/13: заявлено 13.04.2015 // Полезные модели. - 2015. - Бюл. № 25.
10. Рылов, А.А. Повышение эффективности машинного доения коров при привязном содержании / А.А. Рылов, П.А. Савиных, В.Н. Шулятьев // Вестник ВНИ-ИМЖ. - 2016. - №3(23). - С. 87-94.
References:
1. Konopel'tsev I.G., Shulyat'ev V.N. Vospalenie vymeni u korov [Inflammation of the Cow's Udder]. Kirov-SPb, SPbGAVM Publ., 2010. 355 p.
2. Mashlyakevich A.A. Obosnovanie parametrov i rezhimov raboty ustroystva dlya upravleniya vakuuma v doil'nom stakane. Diss. Kand. [Substantiation of Parameters and Operating Modes of Vacuum Control Device in the Teats Cup. Doct. Diss.]. Zernograd, 2016. 190 p.
3. Uglin V.K., Nikiforov V.E., Tyapugin E.A., Tyapugin S.E. Sposob otbora korov dlya mashinnogo doeniya [Method of Cow's Selecting for Machine Milking] Patent RF, No. 2605333 RF, 2016.
4. Mokhnatkin V.G., Shulyat'ev V.N., Rylov A.A. Study of cows milking duration at a dairy farm with using of a milking machine supplied by a device for a quarterly control of milk yield. Uluchshenie ekspluatatsionnykh pokazateley mobil'noy energetiki: Mater. IX Mezhdunar. nauch.-prakt. konf.: "Nauka-Tekhnologiya-Resursosberezhenie" [Improving the Operational Performance of Mobile Energy Development: Mater. of the IX Intern. Research and Practice. Conf .: "Science-Technology-Resource Saving"]. Kirov, the State Agricultural Academy of Vyatka Publ., 2016, Issue No. 17, pp. 192-195 (in Russian).
5. Tsoy Yu. A. Protsessy i oborudovanie doil'no-molochnykh otdeleniy zhivotnovodcheskikh ferm [Processes and Equipment of Dairy Milking Blocks at Livestock-Breeding Farms]. Moscow, GNU VIESKh, 2010. 424 p
6. Mkrtumyan V.S., Petukhov N.A. Application of probability theory for milking plants computation. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya sots. sel'sk. khoz. [Mechanization and Electrification of Social Farming], 1967, no. 1, pp. 33-36 (in Russian).
7. Venttsel E.S. Teoriya veroyatnostey: Ucheb. dlya vuzov [Theory of Probability: College Textbook]. Moscow, Vyssh. shk. Publ., fifth ed., 1998. 576 p.
8. Ivanova V.M., Kalinina V.N., Neshumova L.A., Reshetnikova I.O. Matematicheskaya statistika: uchebnik [Mathematical Statistics: Textbook]. Moscow, Vyssh. shk. Publ., second ed., revised. and enlarged edd., 1981. 371 p.
9. Rylov A.A., Shulyat'ev V.N., Konopeltsev I.G. MPK A01J 5/00 doil'nyy apparat [MPK A01J 5/00 Milking Machine]. Patent RF, No.154881, 2015.
10. Rylov A.A., Savinykh P.A. Shulyat'ev V.N. Increase in the efficiency of cows machine milking with tie-up housing. Vestnik VNIIMZh [Bulletin of VNIIMZh], 2016, No. 3 (23), pp. 87-94. (in Russian).
To the problem of cow's idle milking
Savinykh Petr Alekseevich, Doctor of Science (Engineering), Professor, the Technological and Power Plant Equipment Chair
e-mail: peter.savinyh@mail.ru
Federal State Educational Institution of Higher Education the State Agricultural Academy of Vyatka
Shulyat'ev Valeriy Nikolaevich, Doctor of Science (Engineering), Professor, the Technological and Power Plant Equipment Chair
e-mail: Shulyatev.Valeriy@mail.ru
Federal State Educational Institution of Higher Education the State Agricultural Academy of Vyatka
Rylov Aleksandr Arkad'evich, Candidate of Science (Engineering), associate professor, the Technological and Power Plant Equipment Chair
e-mail: k-consultant@yandex.ru
Federal State Educational Institution of Higher Education the State Agricultural Academy of Vyatka
Abstract. The article theoretically confirms the inevitability of cow's idle milking caused by uneven development of udder quarters and varying duration of cow's milking in a group. The mathematical dependence of milking machines over-exposure on the udder depending on the number of milking machines used and the time of preparatory-final operations has been determined. To exclude the idle milking the using of milking machine supplied with a device for quaternary control of milking intensity has been offered.The effectiveness of milking machines supplied with devices for quaternary control of the intensity of milk yield has been shown.
Keywords: probability value, udder, duration of milking dry, distribution, idle milking.
