CC BY
18
УДК 621.516
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА СПОСОБА МЕХАНИЗИРОВАННОГО СОДЕРЖАНИЯ КОРОВ
НА ПАСТБИЩАХ
Б.И. Вагин, доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургский ГАУ
В.А. Шилин, кандидат технических наук, профессор
О.А. Герасимова, кандидат технических наук, ст. преподаватель
Великолукская ГСХА
E-mail: olga-gerasimova311@rambler.ru
Аннотация. Исследованиями отечественных и зарубежных специалистов установлено, что в молоке пасущихся коров оптимально сочетаются белковые фракции, необходимые для производства питьевого молока и продуктов его переработки, а высокое содержание витаминов и минеральных веществ позволяет готовить из этого молока полноценное детское питание. Поэтому вопросы кормления и содержания животных влияют не только на экономику хозяйств, но и на коммерческий успех перерабатывающих предприятий. На основании проведенного анализа нами была спроектирована и разработана экологичная ресурсосберегающая технология производства молока на пастбищных комплексах. Она предусматривает доение коров на модернизированной доильной станции, повышение качества молока с помощью терми-затора, охлаждение естественным холодом, создание благоприятных условий для нахождения животных на пастбище. Данная технология была подтверждена теоретическими и экспериментальными исследованиями, проведенными в лаборатории Великолукской ГСХА. Для проведения производственной проверки были выбраны хозяйства Псковской области. В ходе апробации были получены следующие результаты: уменьшилось начальное количество микроорганизмов в 3-4 раза, молоко было переведено из первого сорта в высший, КМАФАнМ сохранилось на уровне технического регламента в течение 48 часов до переработки, сезонный дополнительный чистый доход составил 480810,0 руб.; при использовании системы управления водокольцевым вакуумным насосом потребление электрической энергии снизилось на 30%, фактический сезонный экономический эффект 13370,0 руб.; при использовании передвижного навеса - защищенность от дождевых осадков была удовлетворительной, сезонный дополнительный чистый доход составил 320540,0 руб.
Ключевые слова: молоко, пастбищный комплекс, апробация, термизатор, навес.
С помощью алгоритма достижения цели совершенствования технологических процессов и выполненных соответствующих расчетов было спроектирована энергосберегающая экологичная технология производства молока на пастбищных комплексах. Также на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований, были разработаны основные требования, предъявляемые к созданию благоприятных условий для содержания коров на пастбищных комплексах, а также к средствам механизации, обеспечивающим выполнение всех необходимых технологических операций [1].
Все операции по доению и обслуживанию коров направлены на качественное выполнение технологических процессов, по-
вышение производительности труда. Разработанная и апробированная энергоресурсосберегающая технология (рис. 1) производства высококачественного молока на пастбищных комплексах обеспечивает выполнение следующих работ: содержание коров на преддоильно-последоильной площадке и подгон на доение; доение коров; поение животных; термизацию, первичное охлаждение и хранение молока; кормление концентратами во время доения; получение теплой воды; удаление навоза. Все предполагаемое оборудование для пастбищных комплексов эксплуатируется при температуре окружающего воздуха от 14 до 35°С, монтируется на ровной площадке и отвечает требованиям проектирования предприятий для КРС [2-4].
Рис. 1. Разработанная схема экологичного производства молока на пастбищных комплексах
На основании проведенных исследований рекомендована технологическая линия для пастбищных комплексов с доением коров на доильной установке типа УДС-3Б. При доении коров на доильных установках с индивидуальными параллельно-проходными станками корову выдаивают независимо от других коров.
Технологическая линия доения и первичной обработки молока работает следующим образом: выдоенное молоко по разработанной молочной линии (патент № 2549537) через фильтр (патент №153451) направляется в установку для термизации молока (патент 2536968), позволяющую снизить количество вредных микроогранизмов до 250 тыс/мл. Оттуда оно поступает на первичное охлаждение (патент № 2486749; №2446679), где
охлаждается до температуры 14,0-14,1°С, получение окончательной температуры хранения молока 4-6 °С обеспечивает резервуар-охладитель.
Животные в ночное время содержатся под навесами на глубокой подстилке, которую доставляет трактор с прицепом. Днем животные выпасаются в загонах, огороженных электроизгородями, в которых установлены навесы для отдыха (патент №2525922). Навоз удаляется один раз осенью и утилизируется, а весной погрузчиком грузится в транспортное средство и вывозится.
Разработанная технологическая линия обеспечивает снижение затрат энергии на 27%, при этом удельные энергозатраты составили 3,27 МДж/кг, по исходной технологии - 5,19 МДж/кг.
Таким образом, новое оборудование, наряду с традиционной доильной установкой для пастбищных комплексов, обеспечивает выполнение следующих операций: содержание коров на преддоильно-последоильной площадке и подгон на доение; доение коров; поение животных; первичную обработку и хранение молока; кормление концентратами во время доения; получение теплой воды на технологические нужды; удаление навоза (рисунок 2).
Рис. 2. Общий вид площадки для доения коров и первичной обработки молока
Производственная проверка разработанной теоретически и экспериментально обоснованной технологии производства высококачественного молока в летний период проводилась в хозяйствах Псковской области в период с 2007 по 2015 год.
Программой производственных исследований предусмотрено определение энергетических показателей при работе водокольце-вого вакуумного насоса с преобразователем частоты. Производственная проверка проводилась на пастбищных комплексах СПК «Красное знамя» Новосокольнического района и СПК-колхоза «Родина» Новосокольнического района (рисунок 3).
Технологическая линия включает водо-кольцевой вакуумный насос, датчик-реле ва-куумметрического давления, векторный преобразователь частоты, вакуум-провод, емкость для рабочей жидкости, анализатор качества питающей сети.
Рабочий процесс происходил следующим образом.
Рис. 3. Производственная проверка привода насоса в ООО «СПК-колхоз Маевский»
На пастбищном комплексе был смонтирован вакуум-провод наружным диаметром 63 мм из трубы ПВХ с запорной аппаратурой, а также преобразователь частоты OBEH 103-4К0-В, датчик-реле вакуумметрического давления ДРМ-Н-20, анализатор качества электроэнергии UMG 96 S. Животные поочередно с преддоильной площадки подходили на дойку в доильные станки. Оператор выполнял подготовительные операции, затем включал вакуумный кран и надевал доильные аппараты на вымя. Датчик-реле давления регулировал (контролировал) вакуум-метрическое давление на протяжении всего процесса доения. Также он передавал сигнал в преобразователь частоты, последний, в свою очередь, увеличивал или уменьшал обороты асинхронного электродвигателя в зависимости от одновременно подключенных доильных аппаратов. Соответственно изменялись обороты ротора вакуумного насоса. Данный процесс происходил автоматически, т. е. водокольцевой вакуумный насос работал периодически, с возможностью энергосбережения.
Во время работы вакуумной системы производились замеры мощности, потребляемой вакуумным насосом, и расхода энергии на процесс доения при помоща анализатора качества электроэнергии UMG 96 S. Замер температуры рабочей жидкости проводили с микропроцессорного двухканального измерителя 2ТРМО с термометрами сопротивления.
Сравнение производили с базовой технологией, в которой на пастбищных комплексах применяется масляный насос типа УВУ-60/45. В проводимых производственных исследованиях использовали ранее обоснованные рациональные конструктивно-режимные параметры разработанного привода водо-кольцевого вакуммного насоса. Также измеряли температуру рабочей жидкости до, в процессе и после работы, производили замеры затрат энергии на процесс доения и контролировали давление вакуума в системе, затем определяли суммарные затраты энергии на 1 кг произведенного молока.
Часть экспериментальных данных, полученных при использовании системы управления водоокольцевым вакуумным насосом в производственных условиях, приведена в таблице 1.
Таблица 1. Показатели работы системы
Выявлено, что расхождение результатов, полученных теоретически и экспериментально, не превышает 4,3%, что свидетельствует об их хорошей сходимости. Обработку результатов исследований осуществляли с использованием статистических методов анализа.
Производственные исследования процесса доения коров на пастбищных комплексах. Программой производственных испытаний было предусмотрено:
- подтвердить режимы течения молока в шлангах доильного аппарата и молокопро-воде, апробировать разработанные параметры доильно-молочной системы в производственных условиях;
- определить пропускную способность доильно-молочной системы и ее влияние на
расход энергии водокольцевым вакуумным насосом.
Производственные исследования проводили в летний период в реальных условиях на пастбищных комплексах СПК «Родина» и СПК «Красное Знамя», ООО «СПК-колхоз Маевский» Новосокольнического района, ОАО «Племзавод Удрайское». Данные пастбищные комплексы оснащены доильными установками УДС-3Б с 8 станками (рис. 4).
Мэлочнье шланги СМонтированньй молокопровод
Рис. 4. Расположение молочного оборудования на пастбищном комплексе ООО «СПК-к-з Маевский»
Результаты опытно-производственных исследований занесены в таблицу 2.
Таблица 2. Результаты апробации разработанного _молочного оборудования_
Показатели Технологии
Молочное оборудование УДС-3Б Разработанное молочное оборудование
Режимы доения прерывистый ближе к стабильному
Потери мощности из-за нестабильной работы доильно-молочной системы 1,3-1,8 0,05-0,07
Комплексные конструктивно-эксплуатационные показатели, доильно-молочной системы 0,65-0,70 0,95-0,99
Ежедневно в течение всего экспериментального периода проводили анализ молока по димастиновой пробе. К концу опытного периода в контрольной группе у двух из четырех животных наблюдалось заболевание
управления водоокольцевым вакуумным насосом
Показатель Величина показателя Откло-
теория эксперимент практика нение, %
Потребляемая
мощность на при- 3,2 3,0 3,2 3
вод насоса, кВт
Снижение затрат 24-26 21-23 25-30 -
мощности, %
Расход рабочей 0,11 0,06 0,1 4
жидкости, кг/сут
маститом. В опытной группе заболеваний маститом не обнаружено.
Такие исследования помогают подтвердить теоретические и экспериментальные параметры молокопровода, а также уточнить, какие доильные машины и их механические параметры наиболее оптимальны для данного стада, данного хозяйства при сложившихся технологиях доения, кормления и содержания коров.
Представляет интерес и влияние различных режимов работы доильных машин на величину удоя. Внедрение наиболее рациональной конструкции доильной машины позволит повысить экономическую эффективность производства молока в хозяйстве, не требуя дополнительных затрат кормов, и способствует получению более качественного молока. Кроме того, жирность молока также увеличивается.
Полученные данные позволяют сделать вывод и о том, что при доении коров лучшей доильной машиной или машиной с оптимальными параметрами в основном стаде продуктивность животных продолжает увеличиваться и за лактацию возрастает на 110140 кг на голову.
Таким образом, решающее значение в предупреждении заболеваний и обеспечении эффективного выдаивания коров, а следовательно, и повышении продуктивности животных имеют доильные машины в совокупности с технологическими параметрами выведения молока. На основании полученных производственных исследований можно сделать вывод, что проведенные теоретические и экспериментальные исследования полностью подтверждаются.
Производственные исследования процесса повышения качества молока. Программой производственных испытаний было предусмотрено:
- подтвердить режимы работы установки для термизации молока, апробировать разработанные для нее конструктивно-технологические параметры в производственных условиях;
- определить затраты мощности на процесс термизации молока.
Производственные исследования проводили в летний период в реальных условиях на пастбищных комплексах СПК «Родина» и СПК «Красное Знамя», ООО «СПК-колхоз Маевский» Новосокольнического района, ОАО «Племзавод Удрайское».
В проводимых производственных исследованиях использовали ранее обоснованные оптимальные конструктивно-режимные параметры разработанной установки для тер-мизации молока на пастбищных комплексах. Также измеряли температуру молока до и после тепловой обработки, контролировали температуру нагрева теплоносителя, затем определяли суммарные затраты теплоты на процесс термизации молока.
При исследованиях установки для терми-зации в составе технологической линии по первичной обработке молока (рис. 5) на пастбищных комплексах были получены следующие результаты.
Рис. 5. Установка для термизации молока на пастбищном комплексе ООО «СПК-к-з Маевский»
В процессе тепловой обработки количество вредных микроогранизмов снизилось до 190 тыс/мл. Температура молока после окончания процесса составляла 40-45°С.
Температура теплоносителя составляла 78-82°С. При этом суммарные затраты теплоты на технологичекий процесс тепловой обработки молока составляли от 1,02 до 1,28 МДж. Результаты опытно-производственных исследований занесены в таблицу 3.
В результате производственной апробации подтвердилась работоспособность установки для термизации молока, отказы и поломки отсутствовали. Также было выявлено соответствие получаемого продукта требованиям Государственных стандартов.
Экспертные комиссии базовых хозяйств, в которых проводили производственные исследования средств механизации, признали конструкции установок перспективными и пришли к выводу о целесообразности их дальнейшего применения в технологических процессах производства молока на пастбищных комплексах.
Производственные испытания передвижного навеса для животных. Программа производственных исследований предусматривала определение влияния, оказывающего передвижным навесом на животных в производственных условиях. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также изучения существующих условий содержания животных на пастбище был разработан передвижной навес для использования на пастбищных комплексах. Апробация происходила в СПК «Красное Знамя» Новосокольнического района (рис. 6). По сравнению с первоначальным вариантом конструкция навеса претерпела изменения, была установлена кормушка для соли-лизунца, что сделало сооружение наиболее привлекательным для животных.
Рис. 6. Общий вид навеса на пастбище
Были выявлены и недостатки: кормушек для соли должно быть больше: от двух до четырех в зависимости от площади навеса; защитное покрытие не должно ограничиваться параметрами основной рамы, а должно опускаться по краям как минимум на 0,5 м с каждой стороны; все опорные колеса должны быть поворотного типа. Выявленные в процессе апробации недоработки были учтены при дальнейшем совершенствовании навеса (заявка №2014145362).
Результаты апробации передвижного навеса на пастбищном комплексе (акт испытаний от СПК «Родина» и СПК «Красное Знамя» Новосокольнического района) приведены в таблице 4.
Таблица 4. Результаты апробации передвижного _навеса на пастбище_
Технологии
Показатели Естественное Разрабо-
затенение танная
Продолжительность пе- - 0,10-0,12
ремещения, ч
Степень затенения, % - 74-77
Рост продуктивности, % - 8-10
Производственные исследования технологического процесса охлаждения молока в процессе доения. Программой производственных испытаний было предусмотрено определение технологических показателей процесса охлаждения молока в процессе доения, а также оборотной воды, используемой для охлаждения. Установка для охлаждения молока естественным холодом прошла про-
Таблица 3. Результаты апробации разработанного _молочного оборудования_
Показатели Технологии
Без тепловой обработки Разработанная установка для термизации
Затраты теплоты на процесс, МДж - 1,02-1,28 МДж
Количество вредных микроогранизмов, тыс/мл 500 230-250
изводственную проверку на пастбищном комплексе ЗАО «Великолукское» Великолукского района.
Установка для охлаждения молока естественным холодом на пастбищных комплексах состоит из змеевикового теплообменника и системы воздушно-капельного охлаждения оборотной воды. Змеевиковый теплообменник был выполнен из нержавеющей стали диаметром 32 мм и помещен в аккумулятор холода с оборотной водой. Аккумулятор холода имел теплоизоляционный слой. Теплообменник посредством патрубков соединялся с молокопроводом доильной установки. Промывка осуществлялась совместно со всем доильным оборудованием.
Технологический процесс осуществлялся следующим образом (рис. 7). Под действием разряжения, создаваемого вакуумным насосом, молоко из вымени коровы через доильные аппараты поступает в молокопровод, а затем в установку для охлаждения молока естественным холодом и направляется в емкость для доохлаждения и хранения молока. При прохождении молока через теплообменник оно охлаждается, т.к. последний находился в аккумуляторе холода с артезианской водой. В верхней части аккумулятора расположена система воздушно-капельного охлаждения воды, в состав которой входят: распылитель, соединенный трубопроводом с аккумулятором холода, и центробежный трех-позиционный вентилятор. Сама система выполнена в форме градирни, поэтому распыляемая форсункой вода охлаждается в процессе распыления и направляется в аккумулятор естественного холода. Для интенсификации процесса охлаждения воды служит вентилятор. Также для поступления воздуха в нижней части конуса по кругу в три ряда сделаны отверстия с возможностью регулирования створками жалюзи. В результате воздушно-капельного теплообмена вода в аккумуляторе естественного холода поддерживается на уровне 10,2-10,4°С. Для этого использовались следующие рациональные конструктивные параметры камеры: диаметр отверстий распылителя 1,1-1,2 мм; скорость воздушного потока 0,56-0,58 м/с; давление в
системе распыления воды 0,126-0,129 МПа при производительности 1,2 м3/ч.
Установка для первичного охлаждения молока
Рис. 7. Технологический процесс первичного охлаждения и доохлаждения молока на пастбищном комплексе ООО «СПК-к-з Маевский»
Предлагаемый технологический процесс сравнивали с технологическим процессом, основанным на использовании холодильных машин, когда охлаждение молока производится предварительно в пластинчатых теплообменниках АДМ 13.000. Сравнение производили на основе замера энергетических показателей. Для характеристики процесса определяли такие показатели, как производительность, потребляемая мощность и температура.
Производительность охладителя определяли путем замера количества охлажденного молока в единицу времени. Общую потребную мощность измеряли анализатором качества электроэнергии UMG 96 S. Замеры температурных параметров производили с помощью микропроцессорного двухканального измерителя 2ТРМО с термометрами сопротивления. Производственные исследования установили, что в разработанной установке охлаждение молока происходит наиболее эффективно и с наименьшими затратами энергии.
На оригинальные виды оборудования составлены проекты исходных технических требований с перспективой их введения в «Систему машин для комплексной механизации для пастбищного животноводства по
2020 г.». Из этого можно сделать следующий вывод: объективная оценка технологий и технологических линий для пастбищного комплекса позволяет выявить резервы экономии совокупной энергии. Предлагаемая методика комплектования ПТЛ способствует снижению энергопотребления и существенному сокращению себестоимости производства молока.
Литература:
1. Морозов Н.М., Алиев А.А. Направления научно-технического прогресса в животноводстве // АПК: Экономика, управление. 2001. № 10. С. 23-30.
2. Технологические требования к новым техническим средствам в животноводстве / Иванов Ю.А. и др. М., 2010.
3. Шилин В., Герасимова О. Энергосберегающая система с частотно-регулируемым приводом для пастбищных комплексов // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №1.
4. Иванов Ю.А. Качество молока и эффективность его производства // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2012. №2. С. 22-24.
Literatura:
1. Morozov N.M., Aliev A.A. Napravleniya nauchno-tekh-nicheskogo progressa v zhivotnovodstve // APK: EHko-nomika, upravlenie. 2001. № 10. S. 23-30.
2. Tekhnologicheskie trebovaniya k novym tekhniches-kim sredstvam v zhivotnovodstve / Ivanov YU.A. i dr. M., 2010.
3. SHilin V., Gerasimova O. EHnergosberegayushchaya sistema s chastotno-reguliruemym privodom dlya past-bishchnyh kompleksov // Vestnik VNIIMZH. 2012. №1.
4. Ivanov YU.A. Kachestvo moloka i ehffektivnost' ego proizvodstva // Sel'skohozyajstvennye mashiny i tekhno-logii. 2012. №2. S. 22-24.
THE COW MECHANIZED PASTURE MAINTENACE'S OPERATIONAL CHECKING B.I. Vagin, doctor of technical sciences, professor St. Petersburg GAU
V.A. Shilin, candidate of technical sciences, professor
O.A. Gerasimova, candidate of technical sciences, senior lecturer
Velikolukskya GSHA
Abstract. The domestic and foreign experts research has found that pastured cows milk optimally combine protein fractions required for the drinking milk production and its processing products, and the high content of vitamins and minerals allows to make from this milk complete baby food. Therefore, the animals feeding and housing issues influence not only farms economy, but also the processing enterprises' commercial success. On the undertaken analysis basis we has designed and developed ecological resource-saving technology of milk production on pasture complexes. It involves cows milking in modernized milking station, the milk quality increasing due to the termizator, cooling due to the natural cold, the animals pasture keeping favorable conditions creating. This technology had been confirmed by theoretical and experimental researches conducted by Velikolukskya GSHA laboratory. For the operational checking there were chosen farms of Pskov region. During of testing, there were obtained the following results: microorganisms initial number was decreased in 3-4 times, the milk was transferred from first in top grade, KMAFAnM was remained at the technical regulation level within 48 hours prior to its processing, seasonal additional net income amounted 480810,0 rub.; at the control water ring vacuum pump's system using the electrical power consumption was decreased in 30%, the actual seasonal economic effect was 13370,0 rub.; at mobile shed using the protection from rainfall was satisfactory, the additional seasonal net income amounted 320540,0 rub. Keywords: milk, pasture complex, testing, termizator, shed.
