CC BY
20
УДК 636.034.57.084.2
НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В СОЗДАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ПОЧЕТВЕРТНОГО ДОЕНИЯ ДЛЯ СТАНОЧНЫХ ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
В.В. Кирсанов, доктор технических наук
Д.Ю. Павкин, аспирант
П.Н. Подобедов, инженер
Е.А. Никитин, инженер
ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
E-mail: [email protected]
Аннотация. Реальные условия ведения сельского хозяйства требуют наличия систем доения, которые бы полностью учитывали физиологические «требования» животных. В связи с этим использование почет-вертных систем управления доением становится все более распространенным. В данной работе рассматривается полуавтоматическая почетвертная доильная установка, в которой операция надевания доильных стаканов выполняется оператором доения, все остальное проходит в автоматическом режиме. Исследования показывают, что среди основных операций при доении именно эта занимает самое большое количество времени; так, на роботах доения среднее время надевания доильных стаканов 68 с, что нарушает физиологические требования, тогда как в доильных залах - 15 с, в молокопровод - 19 с. Нами предлагается компромиссное решение. Данная установка была проверена в лабораторных условиях. Были разработаны принципиальная схема установки и алгоритм управления, позволяющие полностью выдаивать каждую долю и выводить подвесную часть при отключении последней; доильные стаканы закреплены таким образом, что после отключения исключено спадание на землю и попадание грязи в молоко. В алгоритме работы расчетная формула учитывает изменение скорости потока, за счет этого погрешность измерения при интенсивности 5 л/мин не превышает 5%. Ключевые слова: почетвертное доение, алгоритм работы, качество молока.
Введение. Как известно, каждая доля вымени функционирует практически автономно и имеет свою продуктивность (удой) и скорость молоковыведения, что и обуславливает разное время их выдаивания. При этом ранее выдоившиеся доли чаще подвергаются «сухому доению», при котором вакуум, проникая во внутреннюю полость вымени, травмирует ее вплоть до кроводоя. При сухом доении подвергается значительному разрушительному воздействию и поверхностная ткань соска.
Даже в доильных роботах у 75% животных, прежде чем начнут поступать первые струйки молока, соски вымени находятся под вредным воздействием вакуума, из них у 18% животных - более 35 сек, что вредно влияет как на здоровье животного, так и формирующийся стереотип доения [1]. Исследования показали, что в процессе эксплуатации коров возникают существенные нарушения
симметрии в продуктивности левых и правых долей или половин вымени. Пораженная четверть снижает продуктивность, и со временем наступает физиологическая компенсация ее здоровой четвертью той же половины. Переболевшую правую переднюю четверть компенсирует правая задняя, а левую заднюю компенсирует левая передняя и наоборот [2].
Так как каждая доля доится разное время, то необходимо по окончании доения своевременно отключать соответствующий доильный стакан и удерживать его в вертикальном или наклонном положении, избегая засасывания в него вакуумом загрязнений и перераспределения массы доильного аппарата на еще продолжающие доиться четверти.
В случае перераспределения массы доильного аппарата ручной додой находится в пределах от 0 до 800 мл, что является достаточно большой цифрой, также при этом идет
деформация сосков. Так, при додаивании до 0,5 мин. передние соски удлиняются на 0,5 см, задние - на 0,3 см, от 0,6 до 1,0 мин. -соответственно 0,97 и 0,6 см [3].
Методика исследований. Также не менее интересен тот вопрос, можно ли каждую долю вымени рассматривать как отдельный биологический объект при формировании режимов доения. Для этого мы проанализировали данные с двух роботов доения [1].
Очень информативное и глубокое исследование провела группа ученых из ФГБНУ СЗНИИМЛПХ [4], которая оценила влияние различных технологий доения (доение в залах, доение в молокопровод и доение роботом) на ряд факторов: показатели удоев и качества молока, затраты времени на основные операции при доении (обмывка вымени, одевание доильных стаканов, сдаивание первых струек и массаж вымени) и др. Они отмечают, что надевание доильных стаканов в роботе происходит с нарушением физиологических требований животных и занимает в среднем 68 с, в то время как в доильном зале - 15 с и молокопровод - 19 с.
Этой же группой ученых установлено, что месячный удой при привязном содержании изменялся от 897 кг молока в первый месяц лактации до 1000 кг в третий месяц и до 581 кг в последний месяц лактации. Массовая доля жира изменялась от 3,43 до 3,87% в зависимости от продуктивности, белка - от 3,25 до 3,60%, лактозы - от 4,62 до 4,65% . Количество соматических клеток
о
изменялось от 293,84 до 377,00 тыс/см .
При беспривязном содержании (доение роботом) месячный удой изменялся от 735 кг молока в первый месяц лактации до 994 кг в третий месяц и до 637кг в последний месяц. Массовая доля жира изменялась от 3,58 до 3,83 %, белка - от 3,38 до 3,44%, лактозы -от 4,49 до 4,74%. Количество соматических клеток при данной технологии доения было незначительным и изменялось от 142,27 до 295,95 тыс./см3.
При беспривязном содержании (в доильном зале) месячный удой изменялся от 577,7 кг молока в первый месяц лактации до 1013,34 кг в третий месяц и до 603,72 кг в
последний месяц. Массовая доля жира изменялась от 3,53 до 3,82%, белка - от 3,27 до 3,52%, лактозы - от 4,53 до 4,56%. Количество соматических клеток при данном способе содержания и доения изменялось от 419,14 до 551,86 тыс/см3. Также ученые отмечают, что высокое качество молока обусловлено, в первую очередь, применением в роботе щадящего режима доения каждой четверти отдельно, т.е. применение почет-вертного процесса управления доением [6,7].
На основании проанализированной информации можно сформулировать ряд задач:
1. Необходимо более глубоко исследовать почетвертной режим доения животных, исследовать, как изменяется количество молока, скорость доения в каждой доле вымени для обеспечения режима доения, полностью соответствующего требованиям животного
2. В первую очередь необходимо разработать установку для доения в залах, которая работала бы в полуавтоматическом режиме: операция одевания доильных стаканов выполняется оператором, все остальные операции в автоматическом режиме.
3. Важным моментом является точная работа и высокая производительность счетчика-датчика почетвертного учета молока, погрешность измерения которого не превышала бы 4-5%.
Обсуждение и результаты исследований. Первая и третья задача нами были решены ранее, на основании данных первой задачи [1] разрабатывался алгоритм управления (рис. 3). Также счетчик-датчик, исследуемый нами ранее, был адаптирован для по-четвертной доильной установки [5]. Результаты описаны в статьях, опубликованных ранее. Для решения этих задач нами был разработан лабораторный образец почетвертной доильной системы (рис. 1), которая работает в полуавтоматическом режиме, т.е. одевание доильных стаканов производится оператором доения.
Была разработана принципиальная схема данной установки (рис. 2). В ней в качестве манипулятора мы использовали МД-Ф-1, работа которого была настроена под требуемые нам условия, т. е. чтобы вывод подвес-
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(28)-2017
17
ной части происходил в момент отключения последнего стакана без помощи оператора.
В данной установке операцию надевания доильных стаканов выполняет оператор, все остальные операции проходят в автоматическом режиме; за счет почетвертного отключения уже выдоившихся долей вымени значительно снижается заболеваемость животных маститом и повышается качество молока. Для работы новой полуавтоматической почетвертной системы управления доением необходимо было разработать алгоритм, который бы своевременно отключал уже выдоившиеся доли и без помощи оператора выводил подвесную часть.
В данном алгоритме расчетная формула учитывает изменения скорости потока, и погрешность измерения при интенсивности 5 л/мин. составляет менее 5%.
Работа выполняется при поддержке «Фонда содействия развитию малых форм предприятий» в рамках гранта по программе «УМНИК.»
Рис. 1. Лабораторный образец почетвертной доильной установки с полуавтоматическим режимом работы
Рис. 2. Принципиальная схема полуавтоматической почетвертной доильной установки
Рис. 3. Алгоритм управления почетвертной полуавтоматической установкой
1оигпа! of VNIIMZH №4(28)-2017
19
Выводы. В результате работы была разработана новая почетвертная полуавтоматическая установка, в которой оператор выполняет только операцию надевания доильных стаканов с использованием усовершенствованного манипулятора доения МДФ-1, который позволяет удерживать доильные стаканы и выводить подвесную часть после отключения последнего стакана. Разработан алгоритм управления разработанной установкой.
Литература:
1. Кирсанов В.В., Павкин Д.Ю., Цымбал А.А. Результаты обработки экспериментальных данных с роботов доения по четвертям вымени // Инновации в сельском хозяйстве. 2015. №4(14). С. 122-128.
2. Гарькавый Ф.Л. Селекция коров и машинное доение. М., 1974.
3. Бойнович М., Линьков Н., Александрова Л. Элементы автоматизации доения коров // Молочное и мясное скотоводство. 1991. №1.
4. Инновационные решения технологических процессов в животноводстве / Маклахов А.В. и др. Вологда, 2016.
5. Цой Ю.А., Кирсанов В.В., Павкин Д.Ю. Разработка счетчика индивидуальных надоев молока, удовлетворяющего требованиям международной организации ICAR // Техника и оборудование для села. 2015. №7.
6. Цой Ю.А., Кирсанов В.В., Петренко А.П. Функционально-стоимостной анализ роботизированных систем и выбор альтернативных вариантов добровольного доения коров // Техника и оборудование для села. 2014. №8(206). С. 33.
7. Кирсанов В.В., Щукин С.И., Легеза В.Н. Направления совершенствования исполнительных механизмов доильных установок // Достижения науки и техники АПК. 2010. №1. С. 64-65.
Literatura:
1. Kirsanov V.V., Pavkin D.YU., Cymbal A.A. Rezul'taty obrabotki ehksperimental'nyh dannyh s robotov doeniya po chetvertyam vymeni // Innovacii v sel'skom hozyajst-ve. 2015. №4(14). S. 122-128.
2. Gar'kavyj F.L. Selekciya korov i mashinnoe doenie. M., 1974.
3. Bojnovich M., Lin'kov N., Aleksandrova L. EHlementy avtomatizacii doeniya korov // Molochnoe i myasnoe sko-tovodstvo. 1991. №1.
4. Innovacionnye resheniya tekhnologicheskih processov v zhivotnovodstve / Maklahov A.V. i dr. Vologda, 2016.
5. Coj YUA., Kirsanov V.V., Pavkin D.YU. Razrabotka schetchika individual'nyh nadoev moloka, udovletvorya-yushchego trebovaniyam mezhdunarodnoj organizacii ICAR // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2015. №7.
6. Coj YUA., Kirsanov V.V., Petrenko A.P. Funkcional'-no-stoimostnoj analiz robotizirovannyh sistem i vybor al'ternativnyh variantov dobrovol'nogo doeniya korov // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2014. №8(206). S. 33.
7. Kirsanov V. V., SHCHukin S.I., Legeza V.N. Napravle-niya sovershenstvovaniya ispolnitel'nyh mekhanizmov doil'nyh ustanovok // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2010. №1. S. 64-65.
THE RESEARCH DIRECTIONS IN ON-QUARTER MILKING FOR STALL MILKING MACHINES' AUTOMATED
SYSTEMS CREATING
V.V. Kirsanov, doctor of technical sciences
D.Y. Paskin, post-graduate student P.N. Podobedov, engineer
E.A. Nikitin, engineer FGBNY FNAZ OF VIM
Abstract. The real conditions of farming require milking system, that would fully take into account the physiological "requirements" of animals. In this regard, the use of on-quarter milking systems' management is becoming more and more common. In given work are shown semi-automatic on-quarter milking machine in which the milking cups attachment's operation is performed by the milker-operator, the other ones are fully automated. The studies show that among the major of milking operations particularly this has the large amount of time; thus, at robots' milking the average time of of milking cups attachment is 68 sec., that violates physiological requirements, at that in parlors -15 sec., at the milkpipe-19 sec. We propose a compromise solution. The given unit was tested in laboratory conditions. Was developed the principle scheme of the unit and the control algorithm let fully milking of each quarter of udder and withdraw a suspension part at disable of the last; the teat cups are fixed so that after disabling the fall on the ground and the dirt in milk getting are excluded. In the algorithm of the calculation the calculation formula takes into account changing in flow's rate, due to this the measurement error at 5 l/min intensity does not exceed 5%. Keywords: on-quarter milking, algorithm of work, the milk quality.
