CC BY
30
УДК 631.171:636+631.371:621.311
НОВЫЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМАХ
Ю.А.Иванов
В статье представлены материалы о новых ресурсосберегающих средствах для механизации технологических процессов в животноводстве, разработанных в ГНУ ВНИИМЖ Росселъхозакадемии за последние годы. Представлены их технико-экономические параметры, которые не уступают по своим значениям лучшим образцам техники ведущих зарубежных стран, производящих машины для животноводства.
Ключевые слова: эффективность, ресурсосбережение, рынок оборудования, технические средства, механизация животноводства, технологические процессы, производство молока, производство свинины, уборка навоза, обеспечение микроклимата.
Одной из причин, сдерживающих развитие животноводства по инновационному пути, является отсутствие в стране перспективной программы технического и технологического оснащения на 10-15 лет каждой подотрасли, программы создания и производства техники, программы развития специализированного машиностроения для животноводства и кормопроизводства.
Анализ развития животноводства показывает, что несмотря на принятые в последние годы меры государственной поддержки, направленные на его возрождение и развитие (приоритетный национальный проект «Развитие АПК» и его важнейшее направление - «Ускоренное развитие животноводства», Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции - сырья и продовольствия на 2008-2012 годы, отраслевые федеральные и региональные программы производства молока, говядины, свинины, продукции птицеводства и овцеводства), отрасль не обеспечивает потребности страны в высококачественных продуктах питания [1] (рис. 1 и 2). Свыше 90% поступающей на рынок техники для животноводства производится западными фирмами (табл. 1).
Таблица 1. Рынок и экспорт оборудования для животноводства и птицеводства в 2008-2010 гг., тыс. руб.
2008 г. 2009 г. 2010 г.
Рынок, всего 10627251 7153131 8994212
В том числе: Российское производство 850051 966130 899422
Импорт 9777200 6187001 8094790
Экспорт, всего 103500 123256 150449
В России не функционируют специализированные заводы по выпуску инновационной техники, разрушена база ремонта и технического сервиса и система подготовки инженерных кадров для животноводства. Федеральные и региональные органы управления аграрного сектора не осуществляют техническую политику в области механизации и автоматизации животноводства. Восстановление и развитие отечественной базы сельхозмашиностроения для животноводства должно осуществляться на основе перспективной программы механизации и автоматизации отрасли, включающей перспективные ресурсосберегающие технологии производства продукции и технологии выполнения процессов и операций.
<17,2
12,1
1S92
V
ч 53,0
49 0 50,0 sy
___-í - 31. si 32.0 •М J 1_Jl.st i 1.6,
----- „-J--1П-л4 Aftt dl_lT
---^- ----"-а-^ 5-Ъ SE- -^--t;-- 6.3Í. 6.7, ---iv-ф > цТ 7лТ
■О»! 11 птица fyCoiÍHHll
вес), млн Y -Мслрко, или т
-Яиц Д. Г-1Л|?Д шт.
•Ш«|К1Ь (• физическом весе), М(.т
1Í55
2000
2005
20CG
2007
200»
200Э
2010 2011 reд
Рис. 1. Производство основных продуктов животноводства (в хозяйствах всех категорий)
Рис. 2. Поголовье скота и птицы в России (на конец года; в хозяйствах всех категорий; млн. голов)
Целевые индикаторы Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. предусматривают довести к 2020 г. [2]:
- производство скота и птицы в живой массе до 14,1 млн. т или на 33,3% больше, молока до 38,2 млн. т или на 19,9% больше в сравнении с 2010 г.;
- удельный вес российской продукции в общих ресурсах молока и моло-копродуктов до 90%, мяса и мясопродуктов до 88,3% против 73,0% в 2011 г.;
- потребление мяса на душу населения до 73,2 кг в год против 69,1 кг, молока и молочных продуктов до 259,0 кг против 247,0 кг.
Повышение эффективности производства молока будет достигнуто не только на основе усиления технической оснащенности ферм комплектами машин, но и на основе совершенствования технологии и организации производства:
- увеличения удельного веса ферм с беспривязным содержанием скота до 30-35% поголовья, как наиболее эффективного способа содержания животных;
- расширения объемов доения коров в доильных залах со станками «Елочка», «Тандем», «Параллель», «Карусель» до 35-40%;
- применения многофункциональных раздатчиков смесителей кормов, многофункциональных фронтальных погрузчиков, обеспечивающих отсечение кормов от монолита и погрузку их в мобильные кормораздатчики, самоходных агрегатов многофункционального назначения, осуществляющих погрузку, до-измельчение, смешивание и раздачу кормов, а также комплектов машин и оборудования для содержания и обслуживания телят в возрасте до 3-4 месяцев, включающих технические средства для приготовления, выпойки ЗЦМ и выдачи концентратной подкормки и стебельчатых кормов;
- модернизации действующей техники на основе применения новых узлов и агрегатов, систем автоматизации, которая позволит не только повысить сроки использования действующих машин и установок, но и на качественно новый уровень поднять их технико-экономические параметры - надежность, производительность, удельные затраты энергии и других ресурсов, улучшить условия труда работников ферм.
На фермах России более 80% коров содержится на привязи. Такой способ содержания требует от работников ферм больших затрат физического малопривлекательного для сельской молодежи труда (4-6 чел.-ч/ц молока). Отсутствие техники для дозированного кормления коров обуславливает высокие затраты корма на производство молока (1,3 ц корм. ед. и более на 1 ц молока). Условия содержания коров не обеспечивают их длительного использования (3-4 лактации).
ВНИИМЖ приступил к созданию принципиально нового автоматизированного оборудования для обслуживания коров при привязном содержании. Этот комплект оборудования с системой автоматизированного доения со снятием доильных аппаратов существенно снизит заболевание коров маститом (за
счет исключения передержек доильных аппаратов на вымени (рост продуктивности на 10-15%), обеспечит в процессе доения индивидуальное скармливание комбикорма пропорционально каждому выдоенному литру молока (рост продуктивности на 8-10%), сократит ручной труд по уборке навоза из концов стойл и технологического прохода и распределению подстилки в 3-4 раза, улучшит среду обитания животных за счет их ультрафиолетового облучения и озонирования воздуха (рост продуктивности на 10-12%). Все это будет обеспечено оборудованием электромобильного агрегата на 10 доильных аппаратов типа Веша Тгоп 50Т фирмы WestfaliaSurge с системой заполнения 10 индивидуальных дозаторов комбикорма цепочно-шайбовым транспортером фирмы DiSCAFLEX КУ (Бельгия), техническими средствами для уборки навоза и распределения подстилки, лампами УФО и озонаторами.
Принципиальная технологическая схема агрегата представлена на рисунках 3, 4, 5.
Рис. 3. Передвижной доильный агрегат АДП-Ф-10 (поперечный разрез)
Агрегатом управляет один оператор. Перемещая агрегат на 5 стойл, он поочередно с помощью разовых салфеток готовит вымя к доению и включает в работу доильные аппараты одного ряда коров. Затем оператор повторяет все операции по обслуживанию коров второго ряда. Все остальные операции по обслуживанию коров будут выполняться в автоматическом режиме.
Применение в будущем такого агрегата позволит при привязном содержании достичь следующих технико-экономических показателей на ферме на 400 коров: сократить операторов доения с 12 до 4 человек, затраты труда снизить до 1,5-2 чел.-ч/ц молока (в 2-3 раза), повысить продуктивность коров на 20-25% , получать молоко высшего сорта, затраты корма снизить до 0,9-1,0 к.е.
на 1 кг молока, увеличить срок продуктивного использования коров до 5-6 лак-таций, тем самым ежегодно экономить затраты на воспроизводство стада на 3-4 млн руб.
Работа на агрегате сделает труд привлекательным для образованной сельской молодежи. Работать на них будут преимущественно мужчины.
Рис. 4. Передвижной доильный агрегат АДП-Ф-10 (вид в плане)
Рис. 5. Передвижной доильный агрегат АДП-Ф-10 (вид сбоку)
На рынке сельскохозяйственной техники в России предлагается большое разнообразие измельчителей-смесителей раздатчиков кормов отечественного и зарубежного производства. Такая техника надежна в эксплуатации, но энергоемкая и дорогая.
С целью импортозамещения в ГНУ ВНИИМЖ создается отечественный образец многофункционального раздатчика кормов с показателями, представленными в таблице 2.
Таблица 2. Основные технические показатели многоцелевого функционального раздатчика кормов
Числовоезначение
Наименование показателей многофункциональный раздатчик кормов МИР среднее по зарубежным аналогам раздатчиков-смесителей кормов
Производительность, т/ч, не менее - при выдаче грубых кормов с измельчением - при выдаче кормовой смеси - при выдаче силоса и зеленых кормов 3,2... 3,5 26,0 ... 30,0 28,0 ... 35,0 3,0 ... 3,7 24,0 ... 32,0 25,0 ... 32,0
Неравномерность выдачи корма, % 13...18 15... 30
Объем бункера, м3 10,0 10,0 ... 12,0
Грузоподъемность, кг 3000 3500 ... 5000
Габаритные размеры, мм не более -длина - высота в рабочем положении бункера - ширина (без дефлектора) 5300 2800 2300 6150 2570 2170
Скорость передвижения агрегата при раздаче, - м/с, - км/ч 0,3 ... 0,5 1,12...3,8 0,3 ... 0,5 1,12 ... 3,8
Удельная металлоемкость, кг/м* 0,24 0,41
Удельный расход энергии при выдаче измельченных кормов, кВт-ч/т 0,3... 0,4 0,45 ...0,8
Ориентировочная стоимость, тыс, руб. 650,0 1200,0
Теоретическим посылом к разработке многофункционального раздатчика кормов являются особенности перемещения компонентов кормовой смеси внутри вращающегося бункера. Предварительные испытания созданного образца кормораздатчика подтвердили его работоспособность и качественное выполнение процесса. Экспериментальный образец многофункционального измельчителя-раздатчика кормов обеспечивает повышение производительности труда при смешивании в 2,0-2,5 раза, сокращение потерь корма на 5-7%, снижение энергоемкости в 1,5 раза по сравнению с зарубежными аналогами.
Эффективное производство свинины будет осуществляться на основе:
- использования унифицированного станочного оборудования;
- автоматизации выполнения процессов;
- создания полностью автоматизированных цехов и объектов;
- кооперации сельхозпроизводителей со сферой переработки и реализации продукции.
В 2020 г. прогнозируемый прирост свинины - 4,0-4,5 млн т будет достигнут за счет нового строительства высокотехнологических свинокомплексов и увеличения продуктивности свиней во всех категориях хозяйств. Будут разработаны проекты массового применения типоразмерного ряда свиноводческих ферм и комплексов с полной инфраструктурой.
В настоящее время в Канаде и Европе сухое кормление применяется на 80% свиноводческих ферм. У нас в стране на вновь строящихся и модернизируемых свиноводческих фермах из-за отсутствия отечественного оборудования для сухого кормления свиней используется в основном импортная техника. Поэтому необходимо создание отечественного комплекта оборудования при бесстрессовой технологии погнездного выращивания поросят-отъемышей с кормлением "вволю" сухими комбикормами из самокормушек.
В ГНУ ВНИИМЖ разработана конструкция мелкогруппового станка в соответствии с требованиями действующих технологических норм ВНТП 2-96. Его вместимость рассчитана на постоянное содержание 10.. .12 голов поросят-отъемышей. Для создания животным оптимальных условий станок дополнительно оборудован специальным брудером, расположенным вдоль задней стенки станка и имеющим шарнирно закрепленную крышку.
Самокормушка состоит из расходного бункера для сухого комбикорма и круглого корыта, смонтированных в разделительной и контактной стенках станка. Технологическая схема станка представлена на рисунке 6.
Рис. 6. Схема устройства самокормушки бункерной для ее монтажа в разделительной перегородке мелкогрупповых станков для поросят-отъемышей: 1 - бункер для комбикорма; 2 - стенка станка; 3 - перегородки съемные; 4 - патрубок выпускной с ворошилкой; 5 - вертикальные щели; 6 - гибкая подвеска; 7-8 - корыто круглое; 9 - решетка контактная; 10 - канал для удаления навоза
Вместимость бункера рассчитана на 2-х суточный запас корма, а корыто -на единовременное кормление 4 поросят из каждого станка.
Предварительные расчеты показывают, что применение технологии бесстрессового погнездного выращивания поросят-отъемышей с использованием
экспериментального отечественного оборудования должно обеспечить сохранность поросят не менее 90%, довести прирост их живой массы до 400 граммов в сутки. Такие показатели обеспечат окупаемость оборудования за 1,5-2,0 года.
Обеспечение микроклимата в животноводческих помещениях должно основываться на:
- применении высокоэффективных технических средств на базе микропроцессорной техники;
- реализации принципа энергоэффективности на основе применения регулируемого воздухообмена, использования биологического тепла животных;
- кондиционировании, очистке, дезодорации, санации воздуха;
- защите окружающей среды от загрязнения вентиляционными выбросами.
Исходя из этих положений, в ГНУ ВНИИМЖ проводятся исследования направленные на решение вышеперечисленных задач. На фермах по производству молока выявлены особенности функционирования рассматриваемых систем микроклимата, таких как отсутствие обогрева, механической вентиляции, конденсатообразование и др., их преимущества и недостатки, даны количественные оценки основных параметров, позволяющие принимать решения об их применимости и эффективности в конкретных условиях.
Путем анализа данных натурных измерений состояния микроклимата ряда помещений действующих ферм, подкрепленных соответствующими расчетами, установлено:
- существенное влияние на все показатели микроклимата рассматриваемых помещений величины их удельного объема Помещения с удельным объемом 30...50 м /голову более холодоустойчивы, в них возможно сохранять температуру 00С при наружных температурах до -22...-24°С, в то время как в по-
3 о
мещениях с объемом 90.100 м /голову - только до
-12°С;
- наиболее рациональной с точек зрения величины воздухообмена, теплозащитных качеств, целостности конструкции является устройство продольного ограждения с подоконной частью высотой 1200.1400 мм и воздухообменным проемом высотой не менее 1100 мм,
- теплоизолирующие свойства покрытия помещения наиболее значимы, тепловой поток рассеяния в них должен быть не более 35.40 Вт/м , что позволит исключить возможное интенсивное конденсатообразование, намораживание льда, травмирование людей и животных;
- параметры коньковых конструкций помещений целесообразно выбирать из имеющегося типоразмерного ряда, а регулирование воздушных каналов коньков осуществлять сжатым воздухом.
Проведенные исследования позволили разработать рекомендуемые продольные ограждения животноводческих помещений (рис.7), а также обосновать параметры типоразмерного ряда коньковых щелей животноводческих помещений (рис.8).
кровля
проем со
шторами
стена
Рис. 7. Рекомендуемая конструкция продольных ограждений животноводческих помещений
уровень пола
Рис. 8. Параметры типоразмерного ряда коньковых щелей животноводческих помещений и схема регулирования проходного сечения воздушных
каналов коньков сжатым воздухом
В настоящее время энергоемкость производства продукции свиноводства составляет около 164 кг.у.т./ц или 15... 18% в себестоимости, причем доля энергозатрат на микроклимат также наиболее существенная - почти 40.65%. Поэтому нами предложена система микроклимата, существенно уменьшающая потери теплоты через покрытия и продольные ограждения.
Суть предлагаемых решений заключается в образовании с помощью современных материалов, таких как ИЗОСПАН ББ, канала поступления наружного воздуха в помещение в контакте с наружной поверхностью продольных ограждений, дальнейшей подачей воздуха в чердачное пространство над перфорированным потолком, подогреве приточного воздуха потолочными дельта трубками отопления, удалении отработавшего воздуха вытяжными шахтами, создающими отрицательное давление в помещении (рис. 9).
Рис. 9. Схемы и научно обоснованные параметры новых энергоэффективных систем микроклимата в помещениях для доращивания и откорма свиней
Такая схема вентиляции, как показали расчеты, позволяет практически полностью утилизировать теплоту, рассеиваемую в холодное время года продольными ограждениями, в 4.5 раз снизить теплопотери через покрытие, что дает возможность почти вдвое уменьшить необходимую мощность нагрева вентиляционного воздуха.
Кроме того, предлагаемое решение исключает явления обмерзания и за-пыления теплообменных поверхностей, удачно дополняет другие известные способы снижения энергозатрат на обеспечение микроклимата.
Уборка и подготовка навоза к использованию. В существующих технологиях и технических средствах уборки навоза из помещений и подготовки органических удобрений не решены следующие актуальные вопросы:
- ликвидация потерь при транспортировке навоза к местам переработки;
- механизация трудоемких операций по очистке стойл и внесения подстилки;
- устранение разбавления навоза атмосферными осадками при хранении из-за отсутствия достаточного объема закрытых хранилищ;
- подготовка навоза к использованию в качестве экологически чистого органического удобрения;
- приготовление органоминеральных удобрений со сбалансированным составом питательных веществ.
При этом применяемые технологии и технические решения являются энерго-ресурсозатратными, металлоемкими и ненадежными в эксплуатации, поэтому остро стоит проблема создания энерго-ресурсорсберегающих технологий и комплектов технических средств, обеспечивающих максимальное использование удобрительных ресурсов навоза и защиту окружающей среды.
Для уборки навоза из коровников ГНУ ВНИИМЖ создает принципиально новую установку порционного действия, которая должна заменить материало-емкие недостаточно надежные скребковые транспортеры типа ТСН-160.
Средняя производительность установки за один полный цикл уборки навоза из канала в зависимости от режимов работы может изменяться в диапазоне от 0,6 до 4 т/ч.
Для автоматического управления техническими средствами для уборки навоза из помещений в институте создана новая универсальная микропроцессорная станция управления, которая может функционировать со всеми типами электрифицированного оборудования уборки навоза (рис. 10).
Рис. 10. Универсальная станция управления для установок навозоудаления: 1 - блок процессора; 2 - ладонная кнопка аварийного выключения; 3 - переключатель режимов «ручной-автоматический».
Применение разработанной станции управления позволяет реализовать автоматический режим работы оборудования без участия оператора, программировать по времени циклы уборки помещения, контролировать ход процесса уборки, защитить людей и животных от травмирования, сигнализировать отказы, оперативно отключать оборудование при авариях.
а
Работа станции в составе скреперной установки в коровнике 200 голов позволила обеспечить стабильную автоматическую шестикратную уборку помещения в течение суток и за счет этого существенно повысить надежность оборудования, уменьшить загрязнение вымени коров, что в свою очередь привело к увеличению качества молока, почти на 60% снизились трудозатраты на процесс, исключились случаи травмирования животных.
Также для уборки навоза создается штанговый транспортер, который обеспечивает эффективный процесс транспортирования навоза (рис. 11).
Рис. 11. Автоматизированный штанговый транспортер для уборки навоза
В производственных условиях управление процессом транспортирования навоза представляется возможным, не изменяя конструкции транспортера, за счет разных режимов включения его в работу.
Для разделения жидкого навоза на фракции, в институте разработана конструкторская документация и изготовлена установка прессующего типа.
Отличительной особенностью предложенного технического решения является устройство для вибрации исходного навоза и фильтрующего узла, размещение фильтрующего узла в затопленном положении, т.е. фильтрация из навоза происходит в слое жидкости (рис. 12).
Рис. 12. Экспериментальный образец установки прессующего типа для разделения навоза на фракции
Кроме разработок новых технических средств для механизации технологических процессов на животноводческих фермах, в институте ведутся работы по реконструкции отдельных блоков на животноводческих объектах, а также производится выпуск серийных машин и оборудования. В частности подготовлен проект реконструкции системы выгрузки осадка после разделения стоков на фракции для очистных сооружений ООО «Хохланд Руссланд» Московской области, разработана технологическая часть проекта реконструкции системы уборки навоза в коровнике на 200 голов ЗАО «Озера-молоко» Московской области, изготовлены 200 метров шнековых транспортеров, два насоса НЦВ-Ф-2, центрифуга для разделения навоза на фракции и др.
Литература:
1. Агропромышленный комплекс России в 2011 году. - М., 2012. - 555с.
2. Государственная Программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. - М., 2012.
Иванов Юрий Анатольевич, член-корреспондент Россельхозакадемии, директор
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства Рос-
сельхозакадемии
Тел.8(495)867-99-67
E-mail:vniimzh@mail.ru
The article presents the material on new resource means of mechanization of technological processes in cattle, developed in GNU VNIIMZH RAAS in recent years. Submitted their technical and economic parameters, which do not yield to their values the best examples of art, the leading foreign countries producing machines for livestock.
Keywords: efficiency, resource conservation, market equipment, facilities, mechanization, livestock, technological processes, production of milk, pork production, manure management, providing a microclimate.
