CC BY
23
УДК 636.3:631.3
РОБОТИЗИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА В МЕХАНИЗАЦИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ОВЦЕВОДСТВА
Ю.А. Мирзоянц, доктор технических наук
ИМЖ - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
E-mail: [email protected]
В.Е. Фириченков, кандидат технических наук
ФГБОУ ВО Костромская ГСХА
E-mail: [email protected]
Аннотация. Сложность системы «человек - животное - машины и приспособления - окружающая среда» при разработке вопросов механизации и автоматизации технологических процессов, в том числе и с применением робототехники, требует анализа и критической оценки имеющих место традиционных подходов выполнения всего комплекса работ с точки зрения возможного его совершенствования. В овцеводстве стрижка и санитарная обработка с профилактической и лечебной целью являются наиболее трудоемкими и экономически затратными в технологии содержания. Изыскания по их совершенствованию, включая применение для снятия с шерстного покрова биохимических препаратов, лазера и робота, не доведены до широкого практического применения, и до настоящего времени стрижка с помощью ручных электрических машинок является основным способом снятия шерсти с овец, как и полное насыщение шерстного покрова животных эмульсией или раствором акарицидных препаратов в воде погружением в ванну, реже опрыскиванием. При этом во всех технологиях одной из трудоемких операций, требующих больших затрат ручного труда, остается подача поголовья к месту обработки, а технологические процессы стрижки и санитарной обработки овец практически совпадают по календарным срокам и дублируют ряд операций. Цель исследования - объединение процессов созданием стригально-купочнойустановки овец (далее СКУО) на основе поточно-технологической линии как формы использования средств механизации стрижки и купания овец и выполнения других плановых зооветеринарных мероприятий в сочетании с перемещением животных. Такое решение выводит технологию специальных процессов овцеводства на более высокий уровень, близкий к робототехническим системам с непрерывным выполнением транспортных и перегрузочных работ. В основу разработки и исследований положено АС № 1449075 «Устройство для подачи овец на обработку», работа выполнена совместно ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии (в настоящее время ИМЖ - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) и ФГБОУ ВО Костромская ГСХА. Ключевые слова: овцы, стрижка, купка, поточно-технологическая линия, робототехника.
Введение (актуальность). Сложность системы «человек (как неотъемлемый элемент, выполняющий работу, которую нельзя в настоящее время переложить на плечи машин) - животное (источник продукта и живой объект для воздействия) - машины и приспособления (устройства, обеспечивающие выполнение всего комплекса работ с наибольшей производительностью и минимальными совокупными затратами на единицу продукции) - окружающая среда (природно-климатические условия, обстановка с параметрами составляющих)» при разработке вопросов механизации и автоматизации технологических процессов, в том числе и с применением робототехники, требует анали-
за и критической оценки имеющих место традиционных подходов выполнения всего комплекса работ с точки зрения возможного совершенствования последнего [1, 2]. Применительно к технологии специальных производственных процессов овцеводства стрижка овец и их обязательная санитарная обработка с профилактической и лечебной целью являются наиболее трудоемкими и экономически затратными видами работ [3].
С началом машинной стрижки овец (Австралия, Ф.И. Волслей, 1887 г.) возникла необходимость разработки новых приемов и способов стрижки, а также вспомогательного стригального оборудования. Развитие стригальной техники шло в направлении модер-
низации стригальных машинок по пути усовершенствования режущей пары и ее привода; рост производительности труда достигался, в основном, за счет разработки рациональных приемов снятия шерстного покрова и повышения квалификации стригальщиков [4]. Следует отметить, что даже вполне совершенные стригальные машинки не в состоянии решить проблему дальнейшего роста производительности и облегчения труда стригальщика, так как механизирован процесс только снятия шерстного покрова. Стригальщик освобожден от многократного нажатия на ручные ножницы, что в значительной степени облегчило непосредственно стрижку и ускорило процесс, но его труд, сопряженный с целым рядом сопутствующей работы с живым объектом - овцой, по-прежнему остается одним из тяжелых и ответственных в сельском хозяйстве, что в совокупности с сезонностью является одной из причин дефицита квалифицированных кадров в овцеводческой отрасли.
Наряду с совершенствованием стригальной машинки и способов стрижки продолжается поиск принципиально новых способов снятия шерсти с овец. Биохимический метод заключается в том, что в организм животных путем инъекции или с кормами вводится химический препарат, который способствует временному прекращению роста клеток в волосяных луковицах [5]. В Австралии и в России (ВНИИОК) велись работы по созданию установки для стрижки с помощью лазера [6]. В университете Западной Австралии с последней четверти ХХ века ведутся работы по созданию робота для стрижки овец [7], однако сложность формы остригаемой поверхности живого объекта, включая и изменение последней из-за непостоянства и непредсказуемости поведения овцы, затрудняет создание приемлемого устройства.
Все вышеуказанные изыскания не доведены до широкого практического применения, и до настоящего времени стрижка с помощью ручных электрических машинок является основным способом снятия шерсти с овец.
В то же время снятие шерсти является только одной из операций технологического процесса стрижки, в котором можно выделить [4]:
а) основные линии:
1 - обработки неостриженных овец (отбивка ягнят от взрослых овец, загон овец в стригальный пункт, подготовка овец к стрижке: ловля, подтаскивание к рабочему месту стригальщика, фиксация конечностей);
2 - снятия с овец шерстного покрова (собственно стрижка, замена режущих пар, регулировка, смазывание механизмов, промывка режущих пар при работе);
3 - обработки остриженных овец (удаление овец со стрижки, контроль качества стрижки, при наличии порезов кожного покрова - обработка, перемещение в загон остриженных овец);
4 - обработки рун (подача рун на взвешивание и учет, очистка от сора, классировка, раскладка шерсти по сортности, сушка - при необходимости);
5 - извлечения жира из шерсти (при необходимости);
6 - прессования и упаковки шерсти (загрузка пресса шерстью, прессование шерсти в кипы, обвязка кип, маркировка, взвешивание и погрузка на транспортное средство);
б) вспомогательные линии:
1 - заточки режущих пар, текущего ремонта и регулировки стригальных машинок;
2 - определения такстата (взятие образцов шерсти, промывание образцов шерсти, определение выхода мытой шерсти);
3 - подачи овец на ветеринарную обработку (при необходимости).
Созданием робота для стрижки овец частично закрывается только одна позиция из девяти обозначенных, и вопрос совершенствования технологии специальных производственных процессов следует рассматривать шире.
Санитарная обработка овец против псо-роптоза (накожниковая чесотка) с профилактической и лечебной целью обязательна по требованиям «Ветеринарного законодательства» и выполняется акарицидными препаратами по разным технологиям: с поверх-
ностным насыщением шерстного покрова -аэрозолями и газом, опыливанием и опрыскиванием; с полным насыщением шерстного покрова - погружение в ванну и погружение с опрыскиванием [8]. Попытки механизировать малопроизводительные операции при санитарной обработке овец привели к большому разнообразию технологических процессов и конструкций, в их числе: типовая ванна, погружная ванна с механизированным опусканием и подъемом платформы с овцами; купочная установка МКУ-1; осевая купочная установка ОКВ; самосвального типа; выдвижного типа; жалюзийного типа КУП-1; транспортерного типа; передвижная с волновым транспортером УПК-300 ТСХИ; с использованием автомобилеразгрузчика ГУАР-15; передвижная КУП-2 конструкции ВНИИОК; погружного типа с опрыскиванием; передвижные типа ДУК и ЛСД и другие [9]. В ведущих овцеводческих странах - Австралии и Новой Зеландии - применяют для обработки овец с накожными паразитами как полное насыщение шерстного покрова животных эмульсией или раствором препаратов в воде погружением в ванну, так и поверхностную обработку - в последнем случае применяемое оборудование представляет собой практически робот, который приводится в действие непосредственно животным при проходе через рабочую камеру [10]. Однако во всех технологиях одной из трудоемких операций, требующих больших затрат ручного труда, остается подача поголовья к месту обработки.
Цель исследования. Анализ показывает, что технологические процессы стрижки и санитарной обработки овец с профилактической и лечебной целью практически совпадают по календарным срокам и дублируют ряд операций. Цель исследования - объединение процессов созданием стригально-купочной установки овец (СКУО) на основе поточно-технологической линии как формы использования средств механизации стрижки и купания овец и выполнения других плановых зооветеринарных мероприятий (осмотр клинический, вакцинация, дегельминтизация, обрезка копыт, мечение) в со-
четании с перемещением животных. Такое решение выводит технологию специальных процессов овцеводства на более высокий уровень, близкий к робототехническим системам с непрерывным выполнением транспортных и перегрузочных работ.
Материалы и методы. В основу разработки и исследований положено авторское свидетельство № 1449075 «Устройство для подачи овец на обработку» (Полозов П.Л., Фириченков В.Е., Мирзоянц Ю.А., Писарев А.П.) и «Технические условия на переносной стригально-купочный цех» [4]. Работы по созданию СКУО выполнены совместно ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии и ФГБОУ ВО Костромская ГСХА с соблюдением положений «Норм технологического проектирования овцеводческих предприятий. НТП-АПК 1.10.03.001-00. - М., 2000» и «Правил по охране труда в животноводстве. ПОТ Р О 006-2003. - М., 2003», разработаны техническое задание на «Экспериментальный образец стригально-купочной установки овец» и эскизный проект. В ходе исследований для оптимизации поточно-технологической линии была рассмотрена математическая модель СКУО: проанализированы основные количественные и качественные свойства объекта, технические и экономические параметры, установлены взаимосвязи между отдельными частями технологического процесса (подготовка овец, электромеханическая стрижка, транспортирование остриженных овец к месту ветеринарной обработки на столе зооветработника, ветеринарная противоклещевая обработка в ванне с дезраствором с последующей выдержкой на отстойной площадке, транспортирование остриженной шерсти). Для решения поставленных задач сформированы целевые функции обоснования параметров составляющих.
Отличительной чертой СКУО является механическое перемещение овец после стрижки на зооветобработку с зафиксированными конечностями, что не имеет аналогов, при этом дважды исключаются тяжелые ручные операции (отбивка групп животных от отары и направление в оцарки, подача овец далее к рабочему месту - при проведе-
нии зооветмероприятий и купании овец), что сокращает трудоемкость и сроки выполнения процессов, а также продолжительность стрессового состояния поголовья.
На СКУО благодаря созданию поточно-технологической линии последовательно и непрерывно выполняется комплекс основных работ: машинная стрижка овец; механическое перемещение остриженных овец с зафиксированными конечностями на стол зоо-ветработника; механическое транспортирование шерсти на взвешивание и классировку (происходит синхронно с перемещением остриженных овец, но в обратном направлении); запланированные зооветеринарные мероприятия с овцами на столе зооветработни-ка (лечебно-профилактические процедуры); расфиксация овец после окончания процедур с направлением по спуску в ванну; купание овец в ванне с дезинфекционным раствором с профилактической и лечебной целью с проплывом и выходом на отстойную площадку; нахождение овец на отстойной площадке до окончания стекания раствора; выход овец в загон остриженных и искупанных овец.
В СКУО входят комплект переносных изгородей из отдельных секций для создания загонов и оцарков, в которых размещается поголовье овец до и после обработки (устойчивость конструкции достигается зигзагообразной установкой секций), укрытие с тентом из отдельных полотнищ и металлическим разборным каркасом из труб, стол зоо-ветработника. Основой являются механизированные устройства подачи овец и шерсти:
- цепочно-клапанный транспортер для перемещения нижней ветвью от каждого стригальщика овец с зафиксированными конечностями к ленточному наклонному транспортеру и остриженной шерсти верхней ветвью на взвешивание и классировку (руно с именным жетоном, что дает возможность вести учет по количеству остриженных овец и по качеству и количеству натуральной шерсти как в целом, так и по среднему настригу каждым стригальщиком на голову [4]);
- ленточный наклонный транспортер для перемещения овец с зафиксированными конечностями на стол зооветработника.
Цепочно-клапанный транспортер устанавливается внутри укрытия на ровной грунтовой площадке, по обе его стороны размещаются рабочие места стригальщиков. Остов транспортера представляет собой собранный из отдельных секций металлический каркас, на котором монтируются составляющие как самого транспортера, так и оборудования машинной стрижки овец (передняя секция -приводная, и она же автоматически перегружающая овец на ленточный наклонный транспортер; средние секции идентичны, что дает возможность комплектовать установки разной производительности; задняя секция -натяжная, и она же со спуском руна). Транспортер вертикально-замкнутый с двумя параллельными контурами цепей, связанными поперечными планками. К каждой планке прикреплены передней стороной (по ходу движения) несущие эластичные клапаны, которые образуют сплошную поверхность за счет перекрытия. Нижняя ветвь используется для безопасного перемещения от стригальщиков остриженных овец с зафиксированными конечностями с исключением травмирования. Прикрепление клапана только впереди позволяет удалять овец с нижней ветви за счет их соскальзывания с него и «прова-ливания» на наклонном участке передней секции на ленточный наклонный транспортер. Такое решение исключает ручную перегрузку животных и фактически является ро-бототехническим средством, работающим непрерывно. Верхняя ветвь используется для транспортировки остриженной шерсти на весы (далее - по технологии работы с шерстью). При переходе с одной горизонтальной ветви транспортера на другую происходит автоматическая перемена рабочих плоскостей клапана, что сохраняет чистоту руна. Привод контуров цепей - синхронный от приводного вала с тяговыми звездочками.
Ленточный наклонный транспортер обеспечивает безопасное, с исключением травмирования, перемещение овец с зафиксированными конечностями на стол зооветработ-ника. Грузонесущий тяговый орган — лента прорезиненная, которая по замкнутому в вертикальной плоскости контуру опирается
на настил, огибая установленные на концах рамы из прокатного профиля передний приводной барабан и задний натяжной. Тяговое усилие передается ленте приводным барабаном трением за счет ее предварительного натяжения пружинно-винтовым устройством, привод от мотор-редуктора - на два транспортера цепными передачами.
Рабочие места стригальщиков для стрижки овец на настилах располагаются по обеим сторонам цепочно-клапанного транспортера, оборудованы электростригальными машинками МСУ-200 (безопасное напряжение трехфазного тока 36 В 200 Гц) со штепсельными разъемами, что дает возможность агрегатного способа их замены на время ремонта с исключением простоя стригальщиков, со сменными комплектами режущих пар, набором инструмента и принадлежностей для обслуживания машинок в процессе стрижки. Остриженная овца с зафиксированными конечностями подается каждым стригальщиком с настила по спуску на нижнюю ветвь цепочно-клапанного транспортера, далее перемещается автоматически на стол зооветра-ботника и подается в ванну. Рабочее место мастера-наладчика-заточника включает стол (с местом для сидения) с устройством для заточки режущих пар с запасными заточными дисками и комплект инструментов, принадлежностей и запасных частей для ремонта и регулировок электростригальных машинок.
Оборудование электроснабжения предусматривает как возможность подключения к электрической сети трехфазного тока 220/ 380 В 50 Гц, так и использование автономного источника электрического тока Для питания машинок предусмотрен преобразователь частоты трехфазного тока - вход 220/380 В 50 Гц, выход 36 В 200 Гц. Электрические сети трехфазного тока 220/380 В 50 Гц и 36 В 200 Гц со штепсельными разъемами, исключающими случайное подключение другого напряжения, имеют аппаратуру управления и защиты, включая заземление.
Стол зооветработника со столешницей и наклонным спуском со стороны ванны до уровня раствора. Столешница с ровной поверхностью, не травмирующей остриженную
поверхность кожи овец при непосредственном контакте и допускающая очистку, обеспечивает одновременное размещение трех-четырех овец с зафиксированными конечностями, а также возможность свободного манипулирования с одной из них при работе с применением инструментария. После завершения предусмотренных процедур овца рас-фиксируется и по наклонному спуску направляется в ванну. Оборудование для взвешивания рун и классировки шерсти - типовое. Ванна (за основу принята - типовая ванна ТП № 9-12 или аналогичные ей) для размещения дезинфекционного раствора и устройства для подачи воды и ее подогрева, приготовления маточного дезинфекционного раствора и утилизации использованного аналогичны применяемым.
Результаты и обсуждение. Разработка СКУО доведена до эскизного проекта, работоспособность узла удаления овец с нижней ветви за счет их соскальзывания с клапана и «проваливания» на переднем наклонном участке на ленточный наклонный транспортер проверена натурными испытаниями, в ходе которых найдено не имеющее аналогов решение, на которое оформляется заявка на патент.
Выводы.
1. Сложность системы «человек - животное - машины и приспособления - окружающая среда» при разработке вопросов механизации и автоматизации технологических процессов ставит задачу анализа и критической оценки имеющих место традиционных подходов выполнения всего комплекса работ с точки зрения возможного совершенствования последних, в том числе и в сочетании с более широком применением робототехни-ческих систем.
2. Создание стригально-купочной установки овец на основе поточно-технологической линии с применением цепочно-клапанного транспортера, как формы использования средств механизации стрижки и купания овец и выполнения других плановых зооветеринарных мероприятий (осмотр клинический, вакцинация, дегельминтизация, обрезка копыт, мечение), выводит техноло-
гию специальных процессов овцеводства на более высокий уровень, аналогичный робо-тотехническим системам с непрерывным выполнением транспортных и перегрузочных работ.
Литература:
1. Инновационные технологии и технические средства производства продукции овцеводства / Н.М. Морозов и др. // Техника и оборудование для села. 2015. № 12. С. 2-7.
2. Мирзоянц Ю.А., Фириченков В.Е. Ресурсосберегающие технологии и технические средства машинной стрижки овец // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве. Минск, 2017. С. 244.
3. Морозов Н.М., Мирзоянц Ю.А., Фириченков В.Е. Стратегия развития механизации и автоматизации овцеводства // Вестник ВНИИМЖ. 2015. № 2(18). С. 34.
4. Технологии и технические средства машинной стрижки овец / Мирзоянц Ю.А. и др. Кострома, 2010.
5. Биохимическая стрижка овец. URL: http://intbu-reau.ru/notes/bioximicheskaYa-strizhka-ovec.html
6. Использование лазера для стрижки овец / В. Кри-сюк // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1978. № 4. С. 21.
7. Shear magic robot. URL: http://www.naa.gov.au/ abo-ut-us/media/images/cabinet/1980-81/robot-shearing.aspx
8. Мирзоянц Ю.А., Фириченков В.Е. Анализ установок и устройств для санитарной обработки овец // Вестник ВНИИМЖ. 2017. № 4(28). С. 66-74.
9. Мороз В.А. Передвижная установка для лечения и профилактической обработки (купки) овец - КУП-2 // Овцы, козы, шерстяное дело. 1997. № 3-4. С. 35-38.
10. The original "Magic eye sheep jettef'. URL: Ошибка! Недопустимый объект гиперссылки.
Literatura:
1. Innovacionnye tekhnologii i tekhnicheskie sredstva proizvodstva produkcii ovcevodstva / Morozov N.M. i dr. // Tekhnika i oborudovanie dlya sela. 2015. № 12. S. 2-7.
2. Mirzoyanc YU.A., Firichenkov V.E. Resursosberega-yushchie tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mashinnoj strizhki ovec // Nauchno-tekhnicheskij progress v sel'sko-hozyajstvennom proizvodstve. Minsk, 2017. S. 244.
3. Morozov N.M., Mirzoyanc YU.A., Firichenkov V.E. Strategiya razvitiya mekhanizacii i avtomatizacii ovcevodstva // Vestnik VNIIMZH. 2015. № 2(18). S. 34.
4. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mashinnoj strizhki ovec / Mirzoyanc YU.A. i dr. Kostroma, 2010.
5. Biohimicheskaya strizhka ovec. URL: http://intbureau. ru/notes/bioximicheskaya-strizhka-ovec.html
6. Ispol'zovanie lazera dlya strizhki ovec / V. Krisyuk // Mekhanizaciya i ehlektrifikaciya sel'skogo hozyajstva. 1978. № 4. S. 21.
7. Shear magic robot. URL: http://www.naa.gov.au/ abo-ut-us/media/images/cabinet/1980-81/robot-shearing.aspx
8. Mirzoyanc YU.A., Firichenkov V.E. Analiz ustano-vok i ustrojstv dlya sanitarnoj obrabotki ovec // Vestnik VNIIMZH. 2017. № 4(28). S. 66-74.
9. Moroz V.A. Peredvizhnaya ustanovka dlya lecheniya i profilakticheskoj obrabotki (kupki) ovec - KUP-2 // Ov-cy, kozy, sherstyanoe delo. 1997. № 3-4. S. 35-38.
10. The original "Magic eye sheep jetter". URL: http:// electrodip.co.nz/
ROBOTIC TOOLS AT SHEEP' SPECIAL PROCESSES MECHANIZATION Y.A. Mirzoyants, doctor of technical sciences IMJ - filial of FGBNY FNAC VIM V. E. Firichenkov, candidate of technical sciences FGBNY VO Kostroma GSHA
Abstract. The "man - animal - machines and devices - environment" system complexity at technological processes mechanization and automation development, including robotics use, requires analysis and critical evaluation of the traditional approaches of the whole complex of works in terms of its possible improvement. In sheep breeding shearing and sanitary treatment with prophylactic and medical purposes are the most labor-intensive and economically costly processes in keeping technology. Research on their improvement, including wool from the coat to remove by biochemical drugs, laser and robot using, hasn't been brought to wide practical application, and till today shearing by manual electric machines' helping is the main way of wool from sheep removing, as well as the animals wool coat's complete saturation with emulsion or acaricide preparations solution in water by bath immersion, lesser often by spraying. Thus at all tedious operations' technologies requiring large manual labor, it remains the most hard operation sheep supply to the processing place, and technological processes of sheep shearing and sanitary treatment are almost coincided on calendar dates, and doubled the number of operations. The purpose of this study is the sheep shearing and bathing processes to combine by shearing- bathing installation's creating (further SKYO) on the flow-and - technological line basis as sheep shearing and bathing mechanization's form and other planned animal's health activities performing in combination with the animals' movement. This solution brings the special sheep breeding's processes technology to a higher level, closed to robotic-and-mechanics systems with transport and load operations' continuous implementation. The research and development's basis is AC # 1449075 "Device for sheep treatment processing", the work jointly GNY VNIIMJ of Rosselhozakademia (currently IMJ - filial FGBNY FNAC VIM) and FGBNU VO Kostroma GSHA is done.
Keywords: sheep, shearing, bathing, purchase, flow-and - technological line, robotics' machinery.
