CC BY
15
ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА
УДК 636.084.7
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ НА ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ ДОЙНЫХ КОРОВ
B.Ф. Вторый, д-р техн. наук, Р.М. Ильин
C.В. Вторый, канд. техн. наук,
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Основным источником питьевой воды для дойных коров является вода из поилки, и от того насколько эффективно функционирует система водоснабжения зависит продуктивность и здоровье животных. Цель работы - исследовать влияние ряда факторов (режимы кормления и поения, температура воды в поилке, температура воздуха в коровнике) на водопотребление дойных коров и разработать структурную схему оптимального управления процессом поения. Для исследования влияния некоторых факторов на водопотребление выбрана группа коров Голштинской породы с беспривязным способом содержания и продуктивностью более 10000 кг молока на голову за лактацию. Для разработки структурной схемы управления процессом поения использованы методы библиографического поиска и системного анализа информационных материалов. Графически представлены результаты исследования суточного потребления воды в зависимости от выбранных факторов. Разработана структурная схема технологического процесса поения животных. Результатом исследований являются экспериментальные данные по влиянию выбранных факторов на водопотребление дойных коров. Полученные результаты подчеркивают необходимость совершенствования систем поения, которые обеспечат сохранение высокой продуктивности при полноценном использовании генетически заложенных возможностей организма животного. Комплексная автоматизация процесса на основе математических моделей управления и прогноза, позволит контролировать качество и количество питьевой воды, снизит затраты электроэнергии и повысит срок службы оборудования.
Ключевые слова: корова, поилка, поение, температура воды, температура воздуха
Для цитирования: Вторый В.Ф., Вторый С.В., Ильин Р.М. Оценка влияния основных факторов на водопотребление дойных коров // АгроЭкоИнженерия. 2021. № 2 (107). С.106-115
ASSESSMENT OF MAIN FACTORS EFFECT ON WATER CONSUMPTION OF MILKING COWS
V.F. Vtoryi, DSc (Engineering), S.V. Vtoryi, Cand. Sc. (Engineering), R.M. Ilyn
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The main source of drinking water for dairy cows is water from the drinker. Therefore animal productivity and health depend on how effectively the water supply system functions. The study aim was to investigate the effect of some factors (feeding and drinking modes, water temperature in the drinker and air temperature in the barn) on the water consumption of dairy cows and to develop a structural scheme of optimal animal watering control. To study the effect of selected factors on water consumption, a group of Holstein cows in a loose housing system and with productivity of above 10,000 kg of milk per cow per lactation was selected. Methods of bibliographic search and system analysis of information materials were used to develop a structural scheme for the drinking process control. The study results of daily water consumption were graphically presented depending on the selected factors. A block diagram of the technological process of animals' drinking was developed. The study output is experimental data on the effect of selected factors on the water consumption of dairy cows. The results obtained underline the need to improve the drinking systems, which will contribute to maintaining the high productivity of cows and to the full use of the genetically inherent capabilities of the animal's body. Comprehensive automation of the process based on mathematical control and prediction models will allow controlling the quality and quantity of drinking water, reducing the energy costs and increasing the service life of the equipment.
Key words: cow, drinker, drinking, water temperature, air temperature
For citation: Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilyn R.M. Assessment of main factors effect on water consumption of milking cows. AgroEkoInzheneriya. 2021. No. 2(107): 106-115 (In Russian)
Введение
Основным источником питьевой воды для дойных коров является вода из поилки, и от того на сколько качественно функционирует система водоснабжения зависит продуктивность и здоровье животных.
Многие исследователи отмечают, что потребность коровы в воде не регулярна и зависит в течение дня от множества факторов, таких как продуктивность, сезонность, масса животного, микроклимат помещения, состава и содержания в рационе сухого вещества, температуры воды в поилке, качества самой воды и др. [1-4]. Важно отметить, что при высокой продуктивности коров, от 8000 кг на голову за лактацию, во многих хозяйствах Ленинградской области не уделяется должного внимания выше перечисленным
факторам, начиная с отсутствия регулярной чистки поилок до падения температуры воздуха в коровнике, в зимнее время, до уровня +1-2 °С.
«Независимо от способа содержания, организации, устройства системы поения и метеорологических условий, неизменным принципом организации поения должно оставаться понимание необходимости создать при этом процессе максимально комфортные условия, и только тогда можно рассчитывать на максимальную отдачу от самого животного» [5].
Технологический процесс поения животных должен рассматриваться как распределенная система, состоящая из отдельных элементов, в которой присутствуют функциональные
подсистемы и узлы, участвующие в процессе водообеспечения животных.
Работа такой системы основана на моделировании и прогнозировании. Должны охватываться все вопросы управления процессом поения как единой системой, при этом будут вовлечены и другие процессы, такие как доение, кормлении и микроклимат. Такая система должна обладать определённой структурой и схемой логических связей. Важное значение в работе системы имеет полнота «Базы данных», которая должна формироваться на основе постоянно поступающих данных мониторинга всех фермских процессов, режимов работы оборудования и физиологического состояния животного, а также нормативных и справочных показателей.
Цель работы - исследовать влияние основных факторов (режимы кормления и поения, температура воды в поилке, температура воздуха в коровнике) на водопотребление дойных коров и разработать структурную схему
оптимального управления процессом поения.
Материалы и методы
Для исследования влияния некоторых факторов на водопотребление выбрана группа коров Голштинской породы, беспривязного способа содержания, с продуктивностью более 10000 кг молока на голову за лактацию. В коровнике
естественная система вентиляции, поение животных в секции производится из двух опрокидываемых групповых поилок с подогревом. Кормление животных производится два раза в сутки с выдачей на кормовой стол в 7 утра и 14 часов дня. Доение коров трехкратное (в 6, 13 и 20 часов) с учетом надоенного молока по групповому принципу. Такой фактор как рацион, а именно содержание сухого вещества, по мнению многих авторов [2,6] оказывает наибольшее влияние на водопотребление, но в нашем случае рацион во время исследования не менялся. Параметры воздушной среды и воды в поилках регистрировались комплексом, включающим регистраторы параметров, блоки питания и датчики температуры и влажности, разработанным в ИАЭП [7]. В исследовании учитывался температурно-влажностной индекс (THI), необходимый для оценки условий комфортности животных [8]. Для разработки структурной схемы управления процессом поения, использованы методы библиографического поиска и системного анализа информационных материалов.
Результаты и обсуждение
На рисунках 1-3 приведены графики суточного потребления воды в зависимости от режима кормления и доения, температур воздуха и воды в поилках.
а б в
Рис. 1. Влияние режимов кормления и доения на водопотребление
а - средний по часовой режим потребления воды с двух поилок в расчете на одно животное,
л;
б - средняя часовая температура воды в двух поилках, °С; в - средняя часовая температура воздуха в коровнике, °С.
Исходя из графиков рисунка 1 видно, что на потребность в воде, за отмеченный суточный период, оказывают влияние только режимы кормления и доения, так как температура воды в поилка и температура воздуха в помещении коровника не имели значительных колебаний.
В зоне автопоилок среднесуточная температура воздуха составила +10,3 °С при относительной среднесуточной влажности 75,4%. Среднесуточное
[9].
значение температуры воды в поилках было 7,6 °С и 7,8 °С. Средне суточный показатель потребления воды через поилку одним животным на образование 1 литра молока составил 2,39 л, при суточном удое 38,4 л.
Отметим, что температурный режим в помещении коровника, в период наблюдений, соответствовал нормам, которые составляют +5,0 °С до +15,0 °С, в то время как относительная влажность в большинстве случаев превышала установленные нормы в 40-75%
1
а б в
Рис. 2. Влияние температуры воздуха на водопотребление
выраженный ростом потребности в воде (рисунок 2, а), и который можно отразить через температурно-влажностной индекс (ТО!). В коровнике этот показатель не превышает верхний предел оптимальной зоны комфортности THI >68 [8], но резкий рост с 53,5 до 64,2 не мог не отразиться на режиме водопотребления, в результате чего потребление воды из поилки выросло на 3555%.
За сутки (рисунок 2), в зоне автопоилок среднесуточная температура воздуха составила +12,2 °С при относительной среднесуточной влажности 89,9%. Среднесуточное значение температуры воды в поилках было 8,3 °С и 8,5 °С. При этих показателях средне суточный показатель потребления воды через поилку одним животным израсходованной на образование 1 литра молока составил 2,52 л воды, при суточном удое 38,7 л.
Из графиков на рисунке 2 видно, что с ростом температуры воздуха в помещении с 9,4 до 17,1 °С, происходит рост температуры воды в поилках с 7,4 и 7,7 °С до 9,8 и 10,0 °С. Получено уравнение регрессии зависимости температуры воды в поилке от параметров воздуха помещения: Тв = 22,1465 - 2,69686* Тп - 0,00198918* Wп2 + 0,0318432* Тп * Wп , где Тв - температура воды в поилке, °С;
Тп - температура воздуха в коровнике,
°С;
Wп - относительная влажность воздуха в коровнике, %.
Коэффициент детерминации модели Я =97,4, он показывает значительную взаимосвязь зависимой и независимой переменных в уравнении.
В помещении происходит изменение условий комфортности животных,
б
Рис. 3. Влияние температуры воды на водопотребление
Из графиков на рисунке 3 видно, что температура воды в поилках в течении дня разная, и что животные предпочли пить из поилки, до 80% от суммарного суточного потребления, в которой среднесуточное значение температуры воды было выше. Среднесуточное значение температуры воды в поилках было 7,1 °С и 13,0 °С, среднесуточная температура воздуха составила +12,1 °С при относительной среднесуточной влажности 80,4%. При этих показателях средне суточное потребление
воды через поилку одним животным на образование 1 литра молока составило 2,15 л, при суточном удое 41,4 л.
Повысить качество процесса поения животных водой и контролировать все отмеченные выше факторы позволит комплексная автоматизация процесса, построенная на математических моделях управления и прогноза. Разработана структурная схема технологического процесса поения животных, которая в общем виде представлена на рисунке 4.
а
в
Трубопровод подачи воды
Информационные линии связи
Рис. 4. Структурная схема управления процессом поения
В общей структуре управления процессом поения выделим несколько уровней:
-нижний, представлен контрольно-измерительными приборами, датчиками и исполнительными механизмами;
-средний, задача которого осуществление контроля и управления
процессами в автоматическом режиме. Основные функции выполняют
контроллеры процессов, отвечая за подачу воды (управление насосами),
водоподготовку (управление
электронагревателями) и др.;
-верхний, в задачи которого входят архивация текущих значений,
прогнозирование и моделирование процессов. Здесь основным является центральный контроллер и сервер БД.
Связь всех электронных
составляющих происходит по радио каналам через контроллер с подключенным к нему радиомодулем. Необходимо отметить, что управление процессом поения на должном уровне не возможно без других управляющих систем (доения, микроклимата, кормления и др.) взаимосвязанных через общий сервер базы данных.
Функционал системы: -бесперебойное обеспечение коров водой, по графику и в соответствии с продуктивностью;
-сокращение проводных линий за счет применения радиоканала;
-повышение надежности работы насосов, за счет применения частотных регуляторов обеспечивающих плавный пуск/остановку и поддержание давления в системе;
-поддержание заданного давления в системе (датчики уровня и давления);
-контроль токов и напряжений, учет потребленной электроэнергии;
-контроль температуры воды и микроклимата помещения;
-учет потребленной, потерь и вторично использованной воды, за счет установленных расходомеров;
-контроль износа труб и соединений, учет неисправностей и аварий в системе водоснабжения;
-подробный архив событий, прогнозирование водопотребления,
диагностика технического состояния системы водоснабжения и график обслуживания оборудования.
Выводы
Результатом исследований являются экспериментальные данные по влиянию режимов кормления и поения, температуры воды в поилке и температуры воздуха в коровнике на водопотребление группой дойных коров Голштинской породы с продуктивностью более 10000 кг молока на голову за лактацию. Наибольшее влияние на водопотребление коров оказала разница температуры воды в поилках (7,1 °С и 13,0 °С), животные пили значительно меньше, потребляя на образование 1 литра молока 2,15 л воды, при росте суточного удоя до 41,4 л.
Полученные результаты
подчеркивают необходимость
совершенствования систем поения, которые обеспечат сохранение высокой
продуктивности при полноценном использовании генетически заложенных возможностей организма животного. Комплексная автоматизация процесса, на основе математических моделей
управления и прогноза, позволит контролировать качество и количество питьевой воды, снизит затраты электроэнергии и повысит срок службы оборудования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Lainez M.M., Hsia L.C. Effects of season, housing and physiological stage on drinking and other related behavior of dairy cows (Bos Taurus). Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2004. Vol. 17(10). pp. 1417-1429. D01:10.5713/ajas.2004.1417
2. Singh A.K., Bhakat C., Yadav D.K., Kansal G., Rajput M.S. Importance of Measuring Water Intake in Dairy Animals: A Review. International Journal of Advances in Agricultural Science and Technology. 2020. Vol.7 (2). pp. 23-30
3. Normando S., Mantovani R., Gabai G. Behavioural, phusiological and productive affects of water unavailability as a form of unpredictable management stressor in dairy cows. Large Animal Review. 2016. № 4. pp. 153-159.
4. KrauB M., Drastig K., Prochnow A., Rose-Meierhofer S. & Kraatz S. Drinking and cleaning water use in a dairy cow barn. Water. 2016. 8(7). Article number 302. D01:10.3390/w8070302
5. Шматко Н.Н., Музыка А.А., Кирикович С.А., Москалёв А.А., Тимошенко М.В. Водообеспечение коров на селекционно-племенной молочной ферме // Зоотехническая наука Беларуси. 2016. Т. 51 №2. С. 325-333.
6. Khaskheli A.A. Influence of dietary manipulations and milking frequency on production of dairy cows. Online J. Anim. Feed Res. 2020. 10(4). pp. 115-119. DOI: 10.51227/ojafr.2020.25
7. Vtoryi V., Vtoryi S., Gordeev V., Khazanov V., Ilin R. Water consumption for cow watering under loose housing system. Proceedings of the 19th International Scientific Conference "Engineering for rural development" May 20-22, 2020, Jelgava, Latvia. pp. 518-524. D0I:10.22616/ERDev.2020.19.TF118
8. Mylostyvyi R., Izhboldina O. Climate assessment in modern sustainable cattle barns using temperature-humidity index. In: New stages of development of modern science in Ukraine and EU countries: monograph (edited by authors. 5th ed.). Riga, Latvia: Baltija Publishing. 2019. pp.124144. DOI: 10.30525/978-9934-588-15-0-134
9. РД-АПК 1.10.01.01-18 Методические рекомендации по технологическому проектированию ферм и комплексов крупного рогатого скота. М.: Росинформагротех. 2018. 166 с.
REFERENCES
1. 1. Laínez M.M., Hsia L.C. Effects of season, housing and physiological stage on drinking and other related behavior of dairy cows (Bos Taurus). Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 2004. Vol. 17(10). pp. 1417-1429. D0I:10.5713/ajas.2004.1417
2. Singh A.K., Bhakat C., Yadav D.K., Kansal G., Rajput M.S. Importance of Measuring Water Intake in Dairy Animals: A Review. International Journal of Advances in Agricultural Science and Technology. 2020. Vol.7 (2). pp. 23-30
3. Normando S., Mantovani R., Gabai G. Behavioural, phusiological and productive affects of water unavailability as a form of unpredictable management stressor in dairy cows. Large Animal Review. 2016. № 4. pp. 153-159.
4. KrauB M., Drastig K., Prochnow A., Rose-Meierhofer S. & Kraatz S. Drinking and cleaning water use in a dairy cow barn. Water. 2016. 8(7). Article number 302. D0I:10.3390/w8070302
5. Shmatko N.N., Muzyka A.A., Kirikovich S.A., Moskalev A.A., Timoshenko M.V. Vodoobespechenie korov na selektsionno-plemennoi molochnoi ferme [Water supply for cows at breeding dairy farm]. Zootekhnicheskaya naukaBelarusi. 2016. vol. 51 No. 2: 325-333 (In Russian)
6. Khaskheli A.A. Influence of dietary manipulations and milking frequency on production of dairy cows. Online J. Anim. Feed Res. 2020. 10(4). pp. 115-119. DOI: 10.51227/ojafr.2020.25
7. Vtoryi V., Vtoryi S., Gordeev V., Khazanov V., Ilin R. Water consumption for cow watering under loose housing system. Engineering for rural development. Proc.19t Int. Sci. Conf. May 20-22, 2020. Jelgava, Latvia. 2020: 518-524. D0I:10.22616/ERDev.2020.19.TF118
8. Mylostyvyi R., Izhboldina O. Climate assessment in modern sustainable cattle barns using temperature-humidity index. In: New stages of development of modern science in Ukraine and EU countries: monograph (edited by authors. 5th ed.). Riga, Latvia: Baltija Publishing. 2019: 124-144. DOI: 10.30525/978-9934-588-15-0-134
9. RD-APK 1.10.01.01-18 Metodicheskie rekomendatsii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu ferm i kompleksov krupnogo rogatogo skota [Management Directive for Agro-Industrial Complex RD-APK 1.10.01.01-18. Recommended Practice for Engineering Designing of Cattle Farms and Complexes]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2018: 166. (In Russian)
УДК 631.22
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
НАВОЗОУДАЛЕНИЯ
В.В. Гордеев, канд. техн. наук Т.И. Гордеева, канд. техн. наук
Т.Ю. Миронова В.Н. Миронов, канд. техн. наук
В.Е. Хазанов, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
В современной технологической линии навозоудаления почти каждое оборудование имеет свой пульт управления, что позволяет организовать их включение и выключение в автоматическом режиме. Необходимы комплексные решения, охватывающие все вопросы управления процессом как единой системой. Цель исследования - разработка математических моделей и структурной схемы технологического процесса навозоудаления как объекта управления для обеспечения заданных технико-экономических показателей процесса и повышения эффективности производства животноводческой продукции. На основе разработанной информационной модели и анализа литературных источников разработана структурная схема технологического процесса навозоудаления как объекта управления. Ее реализация позволит обеспечить своевременную уборку и удаление навоза из животноводческих помещений; учет расхода воды на уборку доильного зала, что в дальнейшем позволит прогнозировать влажность навоза, а при его разделении - количество твердой и жидкой фракции; максимальную автоматизацию процесса; отсутствие помех животным при кормлении и движении на дойку и обратно; безопасность для животных; надежность технологической линии; синхронизацию работы технологического оборудования. В отличие от существующих локальных систем создание единой системы
