CC BY
15
УДК 631.273.3 DOI 10.51794/27132064-2022-1-45
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДИМОЙ ПРОДУКЦИИ НА ОСНОВЕ
ЭЛЕКТРОИЗГОРОДИ
Ю.Г. Иванов, доктор технических наук, профессор В.Н. Кравченко, кандидат технических наук, доцент Р.Ф. Филонов, кандидат технических наук, доцент
Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева E-mail: info@rgau-msha.ru
Аннотация. Электроизгородь - устройство для ограничения передвижения скота по пастбищу, которое может влиять на воспроизводство и здоровье животных, а также на управляемый рост зеленых кормов этих угодий, чего нельзя достигнуть без обеспечения пропорционального выпаса. Тщательно спланированный выгул скота на пастбищах является залогом высокой производительности животноводческих хозяйств, уменьшая финансовые расходы на кормление и заготовку кормов для животных. Устройство электроизгороди главным образом состоит из опорных стоек, токоведущих проводов и изоляторов. То-коведущая линия (ТВЛ) может быть одно-, двух- и многорядной, при этом провода чаще располагаются в вертикальной плоскости; она должна быть изолирована от опорных стоек, окружающих предметов и растительности во избежание утечки тока. Принцип работы электропастуха основан на подаче кратковременных импульсов высокого напряжения по проволоке. Электропастух стал особенно популярным в последнее время. Электрическую изгородь можно построить быстро и просто, причем существует несколько вариантов ее использования и изготовления. Электроизгороди отличаются гораздо большим сроком службы, чем стационарные заборы, так как они не подвержены большому давлению со стороны животных. Электрические изгороди позволяют разделить пастбище на отдельные участки, улучшить контроль стравливания пастбища и числа животных в любой его части. Они позволяют полностью и рационально использовать пастбище, главным образом - в период его медленного прироста. Ключевые слова: электроизгородь, электропастух, токоведущая линия, эффективность, элементы.
Здоровье животных и их воспроизводство не может достигнуть положительных показателей без обеспечения пропорционального выпаса. Тщательно спланированный выгул скота на пастбищах является залогом высокой производительности животноводческих хозяйств, уменьшая финансовые расходы на кормление и заготовку силоса для животных. Такое электронное оборудование, как электропастух, поможет организовать пастбищное выкармливание живого хозяйства, снизив уровень усилий по обеспечению производительности и четко ограничив необходимые участки пастбища.
Электропастух является специальным генератором одно- и многопроводного ограждения. Такое устройство в основном применяется на животноводческих фермах с целью рационального использования пастбищных угодий. Оборудовав место выпаса животных электрической изгородью, можно сократить
затраты на содержание рабочего персонала. Электропастух снимает необходимость постоянного контроля за передвижениями животных и способен заменить нескольких рабочих на пастбище. Что касается стоимости по установке на своих фермерских угодьях электрического заграждения для полноценного, размеренного выпаса животных, то она составляет примерно 30-40% от стоимости обычной стационарной изгороди. Для ограждения пастбища площадью 15-20 га финансовые расходы составят сумму в пределах 20-25 тыс. руб.
Электрическая изгородь обладает более длительным сроком эксплуатации, не подвергается порче от природных осадков и перепада температуры (влажности). Также электрические изгороди применяют для защиты животных и сельскохозяйственных угодий, посевов и запасов фуража от потравы, для защиты поголовья от потенциально
опасных территорий. Выпас коров с помощью электороизгороди проводится для ограничения передвижения животного. Коровы остаются на пастбище, предварительно подобранном зоотехником. Электроизгородью огораживаются рытвины, канавы, овраги.
Напряжение на изгородь поступает от сети или от аккумулятора. Есть модели, которые работают от солнечных батарей. Мощность приобретаемого аккумулятора должна зависеть от площади огораживания - чем больше площадь, тем мощнее он должен быть. К основным составным частям электроизгороди относят опоры (стойки). Выбор их имеет свою специфику. На рынке представлены стойки из разных материалов: де-
ревянные, пластиковые, металлические. У каждой из них есть свои плюсы и минусы.
Описание автоматизированных систем, используемых в производственном процессе. Самая главная и основная система выпаса на ферме - это система контроля животных (электрическая изгородь).
Технические элементы электроизгороди. Электрическая изгородь состоит из ряда элементов: генератор; провода; опоры; детали для калитки; комплектующие (изоляторы, натяжители, соединители); молниеотвод; высоковольтный кабель; заземление; тестовое устройство (рис. 1). Вид изгороди зависит от того, каких животных конструкция будет окружать (таблица 1).
Рис. 1. Основные комплектующие электроизгороди
Таблица 1. Зависимость размеров электроизгороди от видов животных
Вид животных Кол-во уровней Высота, см
Крупный рогатый скот (КРС) 2 110, 60
Овцы 3 100, 60, 30
Свиньи 2 60, 30
Лошади 2 140, 80
Собаки 4 100, 70, 40, 20
Медведи 3 100, 60, 30
Дикие кабаны 3 90, 60, 30
Волки 3 90, 60, 30
Установка и стоимость электроизгороди. В комплект электроизгороди входит генератор импульсов (сам электропастух), проводники, изоляторы, пружинный комплект для калиток и шест заземления. Установка электропастуха не представляет никакой сложности. Для различных животных подбирается подходящий по мощности электропастух. Работает электроизгородь как от сети, так и от батареек или автомобильного ак-
кумулятора. При возможности можно использовать солнечную батарею.
Выбор электропастуха начинается с приобретения проводников. Единого критерия подбора нет, однако нужно ориентироваться на вид скота, который будет содержаться за электрозабором, ландшафт местности и уровень растительности: для крупных животных подойдет стандартный металлический трос; для овец - сетка или тонкая стальная проволока; для коней - цветные ленты или тросы.
Электропастух существует в различных исполнениях: тонкая проволока с цинковым покрытием, кабели с полиэтиленовой оболочкой со стальными жилами увеличенного диаметра, многожильные ленты.
Рекомендации по выбору проводов:
- для медлительных животных и стационарной установки - стальной трос для оград или металлический провод;
- для медлительных животных и легких загородок - специализированный провод диаметром 5 мм для изгородей.
- для быстрых животных, например, лошадей, хорошо видимые ленты или тросы большого диаметра 8 мм.
- для овец - сетка для овец или специализированные провода диаметром 5 мм.
- для электрификации деревянных изгородей - провода диаметром 5 мм или тонкие ленты.
Растительность на лугу или поле. Если провода электроизгороди расположены низко и трава легко достает до проводов, требуется более мощный электропастух, эффективно высушивающий траву.
Выбор расстояния между столбами. Максимальное расстояние между столбами должно быть не более 10 м, а их высота фиксируется по всему периметру. Чем больше перепадов высот, неровностей, канав и т. д., тем чаще устанавливаются столбы. Натяжи-тели устанавливают через каждые 300 м изгороди. При хорошем натяжении проводники меньше подвержены колебаниям, что увеличивает срок их службы.
Размер калитки. Рекомендуемая ширина калитки зависит от используемого комплекта - от 2,5 до 4,5 м. Калитка должна обеспечи-
вать беспрепятственный проход животных, людей и проезд техники: пружинный комплект - 4,5 м; комплект с гибким шнуром -3,2 м (рекомендован для лошадей, т. к. хвост может запутаться в пружинной калитке).
Принцип действия электроизгороди. При соприкосновении с токоведущей линией (ТВЛ) изгороди через тело животного проходит импульс тока, действующий на центральную нервную систему, вызывая резкую защитную реакцию (испуг), животное отскакивает. Определив после 1 -2 ударов источник опасности, животное в дальнейшем старается избежать контактов с ТВЛ. Такая изгородь не является для животного механическим препятствием, ее действие носит психологически-физический характер. Боязнь ТВЛ зависит от параметров электрического раздражителя, его силы, оптически-акустического, обонятельного и тактильного восприятия ТВЛ.
На основе исследований, проведенных Техническим Комитетом по электроизгородям при Международной комиссии по правилам применения электрооборудования, были выработаны предельно допустимые значения выходных электрических характеристик импульса тока в ЭИ. Исходя из этих характеристик, определены их оптимальные значения, эффективно отпугивающие, но безопасные для человека и животных, которые легли в основу современных генераторов импульсов. Амплитуда тока, действующая на животное, должна составлять не менее 100-200 мА, при этом следует строго следить, чтобы интервалы между импульсами были около 1 сек. Для преодоления электрического сопротивления шерстного и кожного покровов импульс должен иметь высокое напряжение порядка 5-7 кВ, но не менее 2 кВ. При использовании ЭИ для животных с густым шерстным покровом (медведь, бараны, северный олень) напряжение импульса следует увеличить до 8-9 кВ. Расчетная величина энергии в импульсе, проходящем через тело животного, принята равной 6 мА-с. Диапазон от 0 до 30 мА-с считается совершенно безопасным для человека и животных. Промежутки между импульсами позво-
ляют животному отойти от изгороди после первого же удара.
Металлические столбики являются самыми устойчивыми из всех, но в то же время, и самыми дорогими. Для них обязательно нужно приобретать изоляторы. Кроме того, несмотря на гальваническую обработку металла, такие стойки могут быть подвержены коррозии. Пластиковые опоры не нуждаются в дополнительной изоляции и относительно недороги. Однако они подвержены деформации и не так устойчивы, как металлические. Опорам из дерева также не требуются изоляторы. Но такие стойки необходимо пропитывать составами против гниения каждый сезон.
Изоляторы. Представляют собой пластиковые крепления, которые фиксируют проволоку или сетку электропастуха.
Проводники. Лучшим проводником для ограждения является бечева с вплетенной в нее металлической проволокой, проводящей напряжение. Для разных видов животных бечева имеет свою специфику.
Громоотвод. Позволяет защитить устройство от воздействия атмосферных разрядов. Является важнейшим элементом изгороди. Без него она небезопасна для животных (рис. 2). Из всех используемых устройств самым эффективным стал зажим из углеродистой стали СТ4, разработанный нами во время проведения эксперимента (рис. 3).
Рис. 2. План-схема молниеотвода
Рис. 3. Зажимы электропроводов
Тестер. Необходим для контроля за целостностью электроизгороди. Показывает изменение напряжения в сети. Используются тестеры различной мощности.
При выпасе животных происходит естественная уборка трав, тем самым исключаются затраты на косьбу, транспортировку зеленой массы и раздачу корма. Оценка перспективных направлений повышения эффективности использования пастбищ для крупного и мелкого рогатого скота показала, что
организационно и экономически целесообразно малопродуктивные сельскохозяйственные угодья преобразовывать в более продуктивные пастбища путем посева многолетних и однолетних трав и использовать мелкозагонный способ выпаса животных с применением электроизгороди. Электроизгороди обеспечивают порционное, наиболее эффективное использование травостоя в мелких загонах. Электроизгородью отгораживают участок, исходя из урожайности травостоя, который необходим для обеспечения суточной потребности выпасаемого стада. Когда у животного есть намерение покинуть пределы пастбища, оно получает не слишком сильный удар электрического тока; при этом создается раздражающее воздействие, и животное возвращается на свое место. Это способствует развитию условного рефлекса, и коровы перестают даже близко подходить к такой изгороди.
Экспериментальная часть. Потребность животных в естественных пастбищах составляет 10,5 га в расчете на одну корову с теленком (для мясного скота). Коренное улучшение пастбища повышает его продуктивность в 3 -4 раза, а с использованием электроизгороди количество поедаемой массы возрастает на 25-30%, потребность в пастбищах снижается до 2-2,5 га на одну корову с теленком. Кроме большого числа других преимуществ, использование электрической изгороди примерно на 2/3 дешевле, чем построение стационарной. При двухрядном натяжении проволоки на 100 га пастбища расходуется до 50 кг специального провода. В случаях сложной конфигурации загонов потребность в столбах и проволоке увеличивается на 15-20%.
Самый главный параметр электрической изгороди в работе - это мощность генератора импульсных токов с возможностью регулирования уровня мощности ударов электрическим током. Именно такая мощность может эффективно как защищать, так и отпугивать животных от электрической изгороди, когда они получают кратковременный удар электрическим током достаточной силы, чтобы почувствовать его. Если же мощ-
ность будет ниже указанной, то ее будет недостаточно, чтобы пробить покров животных, что влечет за собой полную неработоспособность электрической изгороди. Исходя из вышеперечисленных требований, выбран генератор импульсных токов марки AGRI UNI 2K с характеристикой производительности 2,0 Дж/0,35 А/8-9 кВ, ниже представлены технические характеристики данного устройства (таблица 2) [3]. Также помимо генератора импульсного тока электроизгородь включает в себя переносные столбики для крепления на них токоведущей линии. В качестве столбов были использованы деревянные колышки 1,5-метровой высоты. В качестве токоведущей линии (ТВЛ) применялась мягкая стальная оцинкованная металлическая проволока диаметром 1,5 мм.
Таблица 2. Технические характеристики генератора импульсных токов
Тип животного Коза, корова, баран, кролик, овца, волк, собака, медведь, грызуны, лось, лошадь
Питание 12^220 V
Размер 29x16x9 см
Вес 1,555 кг
Сила удара 2 Дж/12000 V
Напряжение питания 12 В
Потребляемый ток 350 мА
Номинальное напряжение блока питания 230 В
Мощность блока питания 6 Вт
Выходное напряжение, макс. 12 000 В
Выходное напряжение при нагрузке 500 ом (касание ограды животным) 5700 В
Запасаемая энергия 2 Дж
Периодичность импульсов 1,3 с
Максимальная длина ограждения в лабораторных условиях 28 км
Максимальная длина ограждения при низкой плотности травы 12 км
Максимальная длина ограждения при средней плотности травы 5 км
Максимальная длина ограждения при высокой плотности травы 3 км
Примерное время работы от рекомендуемого аккумулятора 12 дней
Рекомендуемый аккумулятор 80 Ач
Выходная энергия при 500 Ом нагрузки, макс. 1,3 Дж
Габариты электронного блока 213х148х76 мм
Как показывает опыт, наиболее высокие показатели продуктивности достигаются при загонно-порционной пастьбе. То есть внутри загона ежедневно выделяются небольшие участки пастбища для стравливания на один или полдня. Огораживать сразу все участки совершенно не обязательно. Достаточно оградить лишь используемую в данный момент площадь. Для этого идеально подходит электроизгородь. Преимущества электропастуха в легкости его перемещения по территории пастбища, простоте установки, а главное - в более надежной защите животных. Организация пастбища с помощью электропастуха не займет больше пары часов.
Преимущества загонно-порционной пастьбы заключаются в равномерном поедании корма, благодаря чему создается:
- снижение заболеваний животных и повышение нормализации обмена веществ;
- возможность регулирования нагрузки на травостой - уменьшение (путем своевременного отгона стада с пастбища) или увеличение площади, огражденной электроизгородью;
- возможность использования времени между выпасами для обработки участков от паразитов;
- возможность своевременного проведения на пастбище необходимого ухода (подкашивание травы, удобрение и орошение почвы, проведение уборки или разравнивания экскрементов);
- мобильность передвижения животных для ветеринарного обслуживания и зоотехнических мероприятий.
Особенности, на которые важно обратить внимание:
- для большей эффективности начинать выпас животных с территории, где стадо паслось во вторую половину предыдущего дня, а затем переводить на новую;
- для КРС оптимальное количество голов в стаде не больше 200. Для отары овец - 7001000 голов. Если стадо слишком большое, лучше разделить его на несколько небольших;
- рекомендованная ширина скотопрогона - 10 м. По периметру его также можно огра-
дить электроизгородью, а по бокам сделать канавы для сточных вод;
- ворота для загонов желательно сделать с двух противоположных сторон, для использования поочередно. Это существенно снизит разрушение дернины. В комплект электропастуха входит набор пружин и ручек для построения ворот;
- рекомендуется территорию для первого выпаса сделать немного больше, чем остальные, с целью предотвращения большой скученности животных и нарушения их спокойствия из-за ограничения территории. Регулирование площади с помощью электропастуха не представляет никакой сложности;
- переводить животных на лугопастбищ-ное кормление нужно постепенно, чтобы не нарушить обмен веществ;
- во время выпаса необходимо обеспечивать животных водой с помощью переносных водопоилок;
- располагать пастбище не дальше 1-1,2 км от скотного двора. Это позволит животным тратить меньше энергии на передвижение, а следовательно, больше - на производство молока;
- внимательно наблюдать за животными и состоянием травостоя, корректируя график и площадь территорий для выпаса.
Таблица 3. Зависимость использования загона
Период отрастания новой травы (в днях) Период использования одного загона (в днях)
3 4 5 6 7 8 9 10
15 5 4 3 3 2 2 2 2
20 7 5 4 3 3 3 2 2
25 8 6 5 4 4 3 3 3
30 10 8 6 5 4 4 3 3
35 12 9 7 6 5 4 4 4
40 13 10 8 7 6 5 4 4
45 15 11 9 8 6 6 5 5
Выводы. Широкое применение электроизгородей поможет животноводческим хозяйствам снизить среднегодовые затраты труда на обслуживание одного животного, повысить продуктивность КРС и эффективность отрасли как важного звена АПК страны. Электрические изгороди по сравнению с другими отпугивающими средствами обыч-
но более надежны, т. к. условный раздражитель здесь постоянно подкрепляется безусловным - болезненным электроударом, привыкание к которому не наступает.
Экономически выгодно применять их и в местах с высокой плотностью популяции диких животных. Основные затраты идут на установку электроизгороди. Учитывая 5-10-летний период их эксплуатации, ежегодные амортизационные затраты оборудования будут невысокими. Помимо известного использования электроизгороди в животноводстве, они находят широкое применение в лесном, охотничьем и сельском хозяйствах, а также в других отраслях хозяйства, где происходит взаимодействие с дикими животными.
Литература:
1. Кашкаров А.П. Оригинальные конструкции источников питания. М., 2013. 160 с.
2. Защитное заземление и защитное зануление электроустановок / В.Д. Манаков и др. СПб., 2009. 400 с.
3. Механизация и автоматизация животноводства / Иванов Ю.Г. и др. М., 2018. 266 с.
4. Пат. 187419 РФ. Пастбищная электроизгородь / В.Н. Кравченко и др. Заяв. 19.09.18; Опубл. 05.03.19.
5. Анализ использования мобильной электрической изгороди для защиты животных и пастбищ в сельском хозяйстве / Кравченко В.Н. и др. // Вестник ВНИ-ИМЖ. 2018. № 2(30). С. 119-123.
Literatura:
1. Kashkarov A.P. Original'nye konstrukcii istochnikov pitaniya. M., 2013. 160 s.
2. Zashchitnoe zazemlenie i zashchitnoe zanulenie elect-roustanovok / V.D. Manakov i dr. SPb., 2009. 400 s.
3. Mekhanizaciya i avtomatizaciya zhivotnovodstva / Iva-nov YU.G. i dr. M., 2018. 266 s.
4. Pat. 187419 RF. Pastbishchnaya elektroizgorod' / V.N. Kravchenko i dr. Zayav. 19.09.18; Opubl. 05.03.19.
5. Analiz ispol'zovaniya mobil'noj elektricheskoj izgorodi dlya zashchity zhivotnyh i pastbishch v sel'skom hozyaj-stve / Kravchenko V.N. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2018. № 2(30). S. 119-123.
APPLICATION OF NEW TECHNOLOGIES FOR MANUFACTURED PRODUCTS' QUALITY BASED ON ELECTRIC
FENCES TO IMPROVE Yu.G. Ivanov, doctor of technical sciences, professor V.N. Kravchenko, candidate of technical sciences, docent R.F. Filonov, candidate of technical sciences, docent Russian state agrarian university - MSHA after K.A. Timiryazev
Abstract. An electric fence is a device for livestock movement restricting on pasture, that can affect the animals reproduction and health, as well as these lands green fodder's growth controlling, it cannot without ensuring proportional grazing be achieved. Carefully planned cattle walking on pastures is the high livestock production's key on farms, animal feeding and feed harvesting's financial costs reducing. The electric fence's device mainly consists of support posts, current wires and insulators. The current-carrying line (TVL) can be one-, two- and multi-row, while the wires are more often in a vertical plane are located; it must be isolated from support posts, surrounding objects and vegetation in order current leakage to avoid. The electric herdsman operation's principle based on the short-term high-voltage pulses along the wire supplying. The electric fence has become especially popular recently. An electric fence quickly and simply can be built, and there are several options for its using and manufacturing. Electric fences have a much longer service life than stationary fences, since they are not subject of animals' great pressure. Electric fences allow the pasture into separate sections to divide, pasture grazing and the number of animals control in any part of it to improve. They allow to use the pasture fully and rationally, mainly during its slow growth period. Keywords: electric fence, herdsman, current-carrying line, efficiency, elements.
