Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Средства механизации основных технологических процессов молочного животноводства, цели, задачи и метод исследований 16
1.1. Существующие технологии кормления на мол очно-товарных фермах 16
1.2. Технологические и организационные особенности различных способов машинного доения коров 23
Глава 2. Определение параметров поточно-конвейерных технологий молочного животноводства 54
2.1. Структура параметров ресурсо- и энергопотребления на фермах КРС молочного направления 54
2.2. Метод комплексного подхода при анализе ресурсосберегающего эффекта технологий, применяемых в молочном животноводстве 60
Глава 3. Экспериментальные исследования параметров поточно-конвейерных и смежных технологий молочного животноводства 131
3.1. Исследование и анализ параметров поточно-конвейерной технологии индивидуального кормления коров 131
3.2. Экспериментальные и аналитические исследования исходных параметров поточно-конвейерных доильных установок 143
Глава 4. Методика расчета и определения параметров поточно-конвейерных технологий в молочном животноводстве 185
4.1. Основы расчета параметров поточно-конвейерной технологии индивидуального кормления коров 185
4.2. Расчет теплового баланса температурного компенсатора при подпольной системе навозоудаления 194
Глава 5. Внедрение поточно-конвейерных и смежных технологий в молочном животноводстве 211
5.1. Двухлинейный параллельно-поточный кормовой конвейер... 211
5.2. Поточно-конвейерная технология доения коров 220
Глава 6. Технико-экономические показатели поточно-конвейерных и смежных технологий в молочном животноводстве 255
6.1. Технико-экономические показатели поточно-конвейерной технологии индивидуального кормления животных 255
6.2. Технико-экономические параметры поточно-конвейерных доильных установок 260
Общие выводы и предложения 276
Литература 281
Приложения
- Технологические и организационные особенности различных способов машинного доения коров
- Метод комплексного подхода при анализе ресурсосберегающего эффекта технологий, применяемых в молочном животноводстве
- Экспериментальные и аналитические исследования исходных параметров поточно-конвейерных доильных установок
- Расчет теплового баланса температурного компенсатора при подпольной системе навозоудаления
Технологические и организационные особенности различных способов машинного доения коров
Доение коров - трудоемкий и, в то же время, требующий высокой квалификации оператора, процесс в молочном животноводстве. По затратам труда в расчете на 1 ц продукции имеет самую значительную долю, достаточно отметить, что при отсутствии средств механизации на процесс доения приходится до 30 % всех трудовых затрат. Поэтому доение является одним из ключевых звеньев второго этапа процесса производства молока (рис. 1.9.) [83], [88].
Многообразие технологических линий организации доения и обработки молока отражает многолетние поиски путей повышения производительности и облегчения труда доярок. Решению данных научных проблем посвящены исследования таких ученых, как Л.П. Карташов, B.C. Краснов, И.И. Тесленко (II, ст.), В.Ф. Королев, И.Н. Краснов, И.К. Винников, Н.П. Ледин, Н.К. Вазельмиллер, А.В. Гольдефанг, А.С. Краснополянский, А.И. Смирнов, Ю.А. Цой, К.С. Шаповалов, В.А. Воронцов, Н.А. Гришин и многих других. Местом организации машинного доения служат стойла для содержания коров, отдельные станки, комплексные площадки, молочно-доильные залы или летние лагеря, где наиболее приемлемо применение передвижных установок.
Несмотря на различные названия установок - с переносными ведрами, «Молокопровод», с проходными станками, «Маяк», «Комсомолка», «Веер», Xpressway «Параллель» от Bou — Matic, «Тандем», «Елочка» различных модификаций, «Полигон» и «Трайгон» - технология машинного доения у них характеризуется одной и той же принципиальной особенностью -стационарные станки и стойла [45], [56], [157], [222]. Чередование постановки аппаратов, управление их работой и снятие доильных стаканов зависят от индивидуальных свойств (длительности выдаивания) и места нахождения той или иной коровы. Неподвижность предмета труда в данном случае является причиной увеличения числа и длительности операций, выполняемых обслуживающим персоналом. Все способы организации доения коров по числу таких операций и сумме трудовых и материальных затрат незначительно отличаются друг от друга.
Процесс доения коров на специальных доильных конвейерах ближе всего подходит по своему характеру к поточным технологическим линиям промышленных предприятий с массовым серийным производством (рис. 1.4). Как и на промышленном конвейере, рабочий процесс здесь разделяется на простые операции, каждую из которых выполняет отдельный рабочий: один обмывает вымя коровы, другой надевает доильные стаканы, третий контролирует процесс доения и его окончание. Здесь имеет место поточно-конвейерный процесс, под которым принято понимать такой вид производства, когда предмет труда или изделие в процессе его обслуживания или обработки находится в непрерывном движении, имеющем систему замены одной технологической операции на другую.
Процесс машинного доения, регламентированный заданными отрезками времени, позволяет использовать поточно-конвейерные системы как способ технологического программирования в организации и управлении процессом путем последовательной подачи предмета труда - коровы к месту каждой последующей производственной операции. Все рабочие посты располагаются в соответствии с технологической программой процесса, образуя замкнутую цепь или замкнутый контур. Строгая ритмичность перемещения животных с помощью конвейера от одного рабочего поста к другому обеспечивает целостность процесса, равномерность поступления и смены коров через равные отрезки времени.
С точки зрения соблюдения процесса поточности и технологичности выхода животных с кольцевого конвейера, а также при обслуживании коров, радиальное расположение животных (рис. 1.4, д) и конвейер по Морзотто (рис. 1.4, е) имеют определенные сложности, заключающиеся в необходимости обустройства перехода под конвейером или технологически предполагают противоестественное движение животных назад при непрерывном вращении конвейера [157]. Радиальное расположение станков имеет еще один технологический недостаток, заключающийся в необходимости выполнения подвески и обслуживания доильной аппаратуры между задними конечностями животного. Выполнение данной операции сопряжено с определенной степенью опасности как для оператора машинного доения, так и животного. Кроме этого, возможно прямое попадание дефекаций на оператора в момент выполнения работ по обслуживанию доильных аппаратов.
Отсутствие кормушек на зарубежных поточно-конвейерных установках приводит к нарушению процесса поточности, так как для обеспечения равномерного поступления животных на доение необходимо держать от 2 до 5 скотников (по результатам наблюдений за процессом доения на импортной установке «Карусель» с радиальным расположение станков, молочный комплекс в хозяйстве Павловского района Краснодарского края). Эти недостатки исключают кольцевые доильные установки с последовательным (рис. 1.4, д) и косым (рис. 1.4, е) расположением коров [7], [8], [11]. Таким образом, конструктивные особенности, связанные с размещением животных на кольцевых поточно-конвейерных доильных установках, создают технологические сложности по обеспечению равномерного поступления коров на доение, при их обслуживании на установке и выходе по завершению процесса доения. Поточно-конвейерная технология доения коров является наиболее совершенным способом организации непрерывного потока, дальнейшая ступень которого - полная автоматизация или роботизация процесса по примеру системы добровольного доения VMS робот-дояр компании DeLaval [201], [204]. В этом направлении поточно-конвейерные системы организации машинного доения коров обладают большой социальной и экономико-технологической перспективой. Кольцевые доильные установки несравнимо облегчают труд оператора и в то же время повышают его производительность. На таких установках в расчете на одного оператора выдаивается в среднем 80...90 коров в час, а в колхозе им. Ленина Нижегородской области, где доильный конвейер совмещен с кормовым, до 90...ПО коров в час.
Метод комплексного подхода при анализе ресурсосберегающего эффекта технологий, применяемых в молочном животноводстве
В условиях рыночных отношений оценить экономическую эффективность научных достижений в денежном эквиваленте сложно, так как процесс внедрения зачастую составляет несколько лет, в течение которых могут произойти различные политические и экономические события, влекущие за собой снижение или увеличение инфляции, тем самым искажающие реальные стоимостные и ценовые выражения.
Суть предлагаемой модели (рис. 2.3) заключается в следующем: необходимо определить общий перечень видов используемой энергии и ресурсов, выполнить их индексирование; при обозначении области применения (в рассматриваемом случае — молочное животноводство) необходимо провести инвентаризацию и структуризацию ресурсов и энергозатрат, задействованных в данном случае в животноводстве при производстве молочной продукции; определить варианты для сравнения с представленными разработками; выполнить расчет повышающих и понижающих коэффициентов и составить для итогового анализа ресурсосберегающего эффекта формулы алгебры логики.
При этом оценка технико-экономических параметров ведется в таких единицах измерения, которые являются универсальными, так как в любой момент их можно перевести в денежный эквивалент, соответствующий рассматриваемому периоду времени. К ним относятся, например, киловатты установленной мощности, киловатт-часы израсходованной электроэнергии, квадратные метры производственных площадей и т. д.
Выполнив алгебрологическое обоснование сфер применения наукоемких технологий ресурсо- и энергосбережения в молочном животноводстве, записав структуру параметров ресурсо- и энергопотребления, из общей схемы (рис. 2.1) выделяются основные технологические составляющие — кормление, доение, навозоудаление и микроклимат.
В предшествующем разделе был определен общий перечень ресурсов, выполнено их индексирование, проведена инвентаризация и структуризация (рис. 2.1), подготовлены первоначальные формулы алгебры логики (2.1)...(2.18). Применяя метод комплексного подхода при анализе ресурсосберегающего эффекта можно получить расчеты, которые представлены в разделах 2.3.3. (Показатели ресурсосбережения поточно-конвейерной технологии индивидуального кормления животных), 2.4.3. (Ресурсосберегающие параметры конвейерных доильных установок), 2.5. (Энергосберегающий эффект применения подпольного навозоудаления и хранения), 2.7.3. (Расчет параметров ресурсосбережения температурного компенсатора), где рассмотрены варианты сравнения машинных технологий кормления, доения, микроклимата и навозоудаления, определены коэффициенты и составлены формулы для определения ресурсосберегающего эффекта предлагаемых способов, устройств и технологий.
Первый этап производства молока, обозначенный на схеме 1.9 как кормопроизводство, является весьма объемным процессом с точки зрения задействованных в нем ресурсов, включающим в себя выращивание и заготовку кормов, дальнейшее их хранение и приготовление к скармливанию в виде сбалансированных рационов [40], [51].
Согласно схеме 2.1 в процессе кормопроизводства задействованы материальные, трудовые, природные, финансовые и энергетические ресурсы. Структура энергозатрат первого этапа процесса производства молока включает в себя механическую энергию, электрическую, тепловую, химическую, энергию, затрачиваемую человеком и биологическую энергию.
Промышленную основу производства в животноводстве нельзя представлять иначе, чем это принято в машиностроении, химии и других индустриальных отраслях. Все технологические предпосылки к проектированию заводов и фабрик основываются на эффективности производства сырья. Если суммарные показатели по его качеству, количеству, себестоимости и расходам на промышленную переработку будут превышать рыночные или оптовые цены на конечную продукцию, то производство считается нецелесообразным.
Производственные показатели некоторой части как небольших ферм, так и крупных механизированных комплексов остаются еще низкими. Это объясняется целым рядом причин, но, пожалуй, главная из них -недостаточное и неравномерное кормление. Длительные целевые исследования показывают, что суточные надои коров и валовое производство молока на подавляющем большинстве ферм и комплексов подвержены резким колебаниям. Эти изменения изобилуют режимами аварийного характера. Здесь повсеместно действуют нефункциональные связи, так как на конечные результаты процесса производства продукции влияют многочисленные, часто случайные факторы. Среди них не последнее место занимает низкий уровень организации труда, и как его следствие - плохая технологическая дисциплина [52].
Анализируя график суточных надоев многих ферм, выявляются резкие спады продуктивности скота в дождливую погоду и праздничные дни. График этот представляет собой обычно ломаную линию с периодическими резкими падениями продуктивности и последующим медленным ее восстановлением.
Причину столь неустойчивого производства молока как нельзя лучше объясняет количество переработанных кормов. Так, в одном из наших исследований, проведенных в хозяйстве Северо-Кавказского региона, суточная норма их выдачи колебалась в пределах от 6,2 до 13 т. (снижение рациона на 50%). Соответственно снижались надои. В общем итоге характер изменения надоев показывает, что они не связаны ни с формами содержания коров, ни со средствами механизации, а зависят, как правило, от уровня организации кормления и качества рационов.
Протекающий во многих хозяйствах процесс интенсификации молочного животноводства сопровождается модернизацией старых и организацией современных ферм и комплексов, при этом радикально обновляются устаревшие животноводческие предприятия. По благоустройству рабочего места и производительности труда все комплексы несравненно совершеннее прежних ферм, но по организации сырьевой базы, методам производства, распределения и использования фуража они зачастую продолжают оставаться обычными фермами хозяйств, не специализированных в области кормопроизводства [26].
Структурные схемы проектов производства продукции животноводства формируются несколько по-иному. Вместо того, чтобы сначала определить экономические и технические возможности сырьевой базы кормопроизводства, и, оперируя этими показателями по различным вариантам, отобрать наилучшие, проектные организации составляют задания и только в конце проектирования объектов устанавливают их неполные технико-экономические возможности. В таких технико-экономических обоснованиях превалируют показатели по строительной части, технической оснастке и трудовым затратам в границах генерального плана фермы-комплекса. Организация и оценка кормовой базы - ведущего фактора производственной технологии, действующими проектами зачастую не рассматривается. Эта составная часть расчетов формируется на базе стоимостных и отчетных показателей хозяйств. Последние включают в них свои организационные, технологические и производственные погрешности. Количественные и качественные, а тем более, оптимальные факторы кормопроизводства остаются за рамками действующей методологии проектирования. В результате поголовье животных, их продуктивность, а, следовательно, и проектируемый выход продукции принимаются субъективно.
Экспериментальные и аналитические исследования исходных параметров поточно-конвейерных доильных установок
Исследование параметров поточно-конвейерных доильных установок проводилось на машинах серии ДКТ-50-ЗМ в колхозе им. Ленина Болынемурашкинского района Нижегородской области, ДКТ-50 в колхозе «Россия» Неклиновского района Ростовской области, ДКТ-50-ЗМ и ПДКТ-12 в поселке Кудьма («Буревестник») Богородского района Нижегородской области (приложение 23). Организация машинного доения с применением конвейерных установок по своему существу ритмична, а промежуток времени между двумя сменными коровами на выходе или входе на конвейер является ритмом доения. Производственным циклом доения является время, за которое любой станок конвейера перемещает корову от начала доения до его завершения. Исследования данных показателей были проведены на 3268 коровах с продуктивностью от 1800 до 5000 кг за лактацию. Результаты показали, что длительность выдаивания не является постоянной величиной. Она зависит от периода лактации, суммарной продуктивности и индивидуальной способности коров к молокоотдаче. Отсюда производственный цикл доения может быть любым на каком-то отрезке времени между min и max значением. Полученные результаты — длительность доения и количество полученной продукции группировались по величине времени выдаивания с интервалом в полминуты (табл. 3.3). Такая методика обработки экспериментальных данных позволила не только их систематизировать, но и построить графическую зависимость (рис. 3.8), доступную для математической обработки наблюдаемых процессов.
Если по горизонтальной графической оси х откладывать значение опытных данных, соответствующих определенному интервалу времени выдаивания животных, то промежуток Ах изменяется от хк до хк+1 за время tK+At. Произведение Ах на tK+At выражает площадь прямоугольника со сторонами Ах и tK+At, отмечен на графике пунктирной линией (рис. 3.8). Его физической интерполяцией являются суммарные затраты машинного времени на выдаивание Ах коров.
Из общей совокупности экспериментальных данных, с помощью интерполяции (интерполяционная формула Ньютона), установлены функциональные связи и основные технологические параметры конвейерных доильных установок, в частности - средний, оптимальный и максимальный производственные циклы доения (6, 8 и 10 мин.).
Применение поточной технологии доения коров в животноводстве объясняется в первую очередь тем, что с ростом масштабов производства непрерывные процессы наиболее благоприятны для автоматизации и достижения наибольшей производительности труда. Она позволяет экономить производственные площади, сокращает затраты на средства механизации и соответственно удельные затраты на единицу произведенной продукции. Все это неразрывно связано и с повышением культуры производства.
При организации поточной технологии доения суммарные затраты труда сокращаются в результате применения узкой специализации операций. Постоянное повторение одной и той же несложной операции и сосредоточение внимания оператора в этой узкой области научат опытным путем достигать искомого полезного результата с наименьшей затратой сил.
На установках типа «Елочка» и «Тандем» переходы оператора от одного рабочего места к другому прерывают технологичность его труда и образуют непроизводительные паузы в рабочем времени. На конвейерных установках эти паузы сокращаются, а на отдельных рабочих местах они исключаются в связи с изменением содержания самой операции. Повышение производительности труда связано здесь не с растущей интенсивностью труда, а уменьшением непроизводительного потребления рабочей силы.
Исследования поточно-конвейерной технологии доения коров были проведены в колхозе «Ленинский путь» Крымского района Краснодарского края. Контрольное поголовье - 100 коров с доением в переносные ведра было переведено на поточно-конвейерную организацию процесса доения. Контроль за поведением и надоями животных продолжался 30 дней.
Смена технологии доения, как по способу, так и по принципу ее организации, воспринималась животными с определенного рода беспокойством. Сила этого беспокойства была умеренной, что сопоставимо с адаптационной реакцией организма животных.
По этой причине валовые надои молока контрольного поголовья снизились на 29,5 %. В конце периода адаптации отдельные коровы на один-два процента не достигли показателей своих надоев, а другие повысили, общее же количество молока от контрольного поголовья восстановилось до уровня с доением в переносные ведра через 12 дней (таблица 3.6). Процесс адаптационной реакции у животных перестал проявляться уже на 6.. .7 день.
Поточным производством является процесс, при котором предмет труда находится в непрерывном движении, а производственные операции сменяют одна другую. Технология машинного доения, регламентированная заданными отрезками рабочего времени, позволяет использовать такие методы организации производства путем последовательной подачи предмета труда - коровы к месту следующей производственной операции.
Строгая ритмичность перемещения животных от одного рабочего места к другому обеспечивает равномерность поступления и выхода из производственного цикла через равные отрезки времени. Все рабочие места располагаются в строгом соответствии с последовательностью операций технологического процесса и могут образовывать замкнутую цепочку.
Организация машинного доения коров на основе специализации, объединения и расстановки рабочих мест в строгой технологической последовательности, где выполняются различные по технологическому содержанию операции, совмещение по времени основных и вспомогательных составляющих при условии непрерывного перемещения предмета труда (коровы) от одного рабочего места к другому является поточным производственным процессом в молочном животноводстве. Подобная организация производства носит ритмичный характер, при котором ритм выполнения работ поддерживается кольцевым конвейером.
Общая оценка поточно-конвейерной технологии доения коров показывает, что она обладает всеми показателями непрерывного потока, дальнейшее развитие которого направлено на полную автоматизацию процесса доения.
Расчет теплового баланса температурного компенсатора при подпольной системе навозоудаления
Тепловой баланс температурного компенсатора при подпольной системе навозоудаления - это сопоставление прихода тепловой энергии от всех источников и ее расход с учетом анализа тепловых процессов, происходящих в компенсаторе.
Источником тепловой энергии температурного компенсатора является низкопотенциальное тепло земли и тепло, выделяемое животными. Из приведенных расчетов следует, что положительная эффективность температурного компенсатора возможна при заполнении его до отметки 1,1 м, что соответствует 3/4 объема подпольного навозохранилища. Разработанная модель расчетов позволяет определять параметры температурного компенсатора, при этом его использование позволяет поддерживать параметры микроклимата в пределах зоотехнических норм в любое время года при технологическом цикле очистки хранилища один раз в 12 месяцев.
Ежегодно в сельском хозяйстве расходуется на тепловые нужды около 50 млн. т условного топлива [88], [90], [91]. Поэтому при разработке или выборе технических устройств, обеспечивающих оптимальный микроклимат в животноводческих помещениях, необходимо учесть как можно больше факторов, так или иначе влияющих на экономичность их эксплуатации. Важно при наименьших энергетических затратах поддерживать основные параметры микроклимата в заданных пределах, что относится к области ресурсосбережения.
Процесс концентрации поголовья сельскохозяйственных животных основывается на промышленных технологиях, внедрение которых в свою очередь связано с ростом энергопотребления. Значительная доля расходов в этой области приходится на отопление и вентиляцию (Сэ). Исходными условиями, определяющими выбор конструкции системы микроклимата животноводческого помещения, являются экономические возможности хозяйства, его техническая оснащенность, характер содержания и размещения животных. Вместе с тем, естественным является стремление к максимальному упрощению и удешевлению средств вентиляции и микроклимата в разумных пределах. Большинством действующих типовых проектов животноводческих зданий для крупного рогатого скота с целью поддержания оптимального микроклимата в зоне размещения животных предусматривается создание систем отопления и вентиляции. Отопление, как правило, водяное с радиаторами или калориферами. Система вентиляции - с механическим побуждением. Источники тепла - локальные или от котельной.
Таким образом, микроклимат животноводческого помещения находится под влиянием таких производственно-технических составляющих, как технологии навозоудаления, поения и кормления, объемно-планировочное решение животноводческого здания, теплотехнические свойства строительных материалов. Вместе с тем, микроклимат оказывает влияние на продуктивность животных, расход кормов, срок службы оборудования и конструкций здания, а также на экологию.
Решение задачи сокращения прямых и овеществленных затрат на поддерживание параметров микроклимата в пределах зоотехнических норм возможно при использовании теплоутилизаторных систем, автоматизации процесса управления системами микроклимата, а также применении нетрадиционных источников энергии.
Метод объединения в единый поточно-конвейерный комплекс технологий кормления и доения, температурного компенсатора для обеспечения параметров микроклимата при подпольном навозоудалении в рамках одной мегафермы заключается в определении основных звеньев системы, их параметров, нахождении расчетных и практических значений данных параметров и их совместимость .
В результате проведенных исследований было обозначено 273 параметра поточно-конвейерных и смежных технологий молочного животноводства, в том числе для процесса кормления 59, доения - 72, навозоудаления - 23 и микроклимата - 82. Исследование и разработка метода комплексного подхода при анализе ресурсосберегающего эффекта технологий, применяемых в молочном животноводстве, охватывает в данной работе 37 параметров.
Разработка метода объединения поточно-конвейерных технологий кормления и доения в единый технологический комплекс является завершающим этапом исследований ПКТ кормления и доения.
Основными технологическими звеньями процесса производства молока являются кормление, доение, навозоудаление и микроклимат. Одним из определяющих условий реализации метода объединения является обеспечение принципа поточности, влияние на который оказывают параметры вышеперечисленных звеньев системы.
Основными параметрами процесса кормления и доения животных на конвейерных линиях являются производительность, соответственно QKK, Рмд и скорость движения конвейеров VKK, VK, а также возможность ее регулирования. Производительность поточно-конвейерных установок кормления и доения в свою очередь зависит от ряда параметров. Кроме этого, имеются показатели, характеризующие процессы кормления и доения, основанные на применении поточно-конвейерных установок.
Для поточно-конвейерной технологии индивидуального кормления коров можно выделить следующие некоторые параметры из общего перечня, представленные в данной работе: сводный кормовой баланс проектируемого кормопроизводства QK; общее число секций кормового конвейера к ,с; степень заполнения кормового конвейера ZKK; общее время полного технологического цикла конвейера Тпц; шаг расстановки подвесок на конвейере 1ш; общая длина кормового конвейера LKK; время, за которое кормовой конвейер проходит путь, равный длине его секции t\, масса корма в кормушке кормового конвейера Gr; масса подвески кормового конвейера Gn; усилие, создаваемое животными на подвеску конвейера при поедании кормов GA; нагрузка на тяговой ветви кормового конвейера qr; натяжение цепи конвейера SKK.
Для поточно-конвейерной технологии доения выборочно определяются такие параметры, как средний производственный цикл доения tu; занятость оператора машинного доения Зр; продолжительность выполнения ручных операций tp; количество рабочих, занятых в процессе доения Ар; длительность доения tK; затраты труда в процессе машинного доения ТЛ; количество полученного молока qK; максимальная скорость входа коров на доильный конвейер VBX max; максимальная скорость выхода коров с доильного конвейера VB max; центробежные силы, действующие на животных в процессе движения на доильном конвейере Fu; радиус кольцевой доильной установки RK; тангенциальное ускорение, действующее на животных в процессе движения на доильной установке в момент пуска и остановки конвейера WTy; количество станков доильной установки Кст.
