автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка конструктивно-режимных параметров установки для дозированной выпойки телят профилакторного периода

■Г-».

\у - На правах рукописи

V

ЯКОВЛЕВА Евгения Васильевна

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ВЫПОЙКИ ТЕЛЯТ ПРОФИЛАКТОРНОГО ПЕРИОДА

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург - 1998

Работа выполнена в Оренбургском государственном аграрном университете на кафедре "Механизация животноводства"

Научный руководитель

Научный консультант Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор С.А. СОЛОВЬЕВ.

кандидат технических наук, доцент В.Н. АЛЕКСЕЕВ.

доктор сельскохозяйственных наук, профессор АЛ. АВЕРКИЕВ; кандидат техшгческих наук, старший научный сотрудник НПО "Южный Урал" B.C. НАЗАРОВ.

Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства (ВНИИМС, Оренбург).

Защита диссертации состоится "31__" ноября 1998 г. в " 10 " часов на заседании диссертационного совета Д 120.95.01 в Оренбургском государственном аграрном университете по адресу: 460795, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "

¿Juts

1998 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

П.И. Огородников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из проблем современного животноводства является сохранность молодняка КРС. К сожалению, в подавляющем большинстве хозяйств, слишком высок процент отхода телят, особенно в профилакториый период — 1520 и даже 25% от новорожденных телят. При этом, на крупных фермах при непрерывных отелах у новорожденных телят пик желудочно-кишечных заболеваний приходится на 1-3 и на 8-10 дни жизни. Связано это, главным образом, с нарушениями технологии кормления.

Для формирования здорового организма животного в качестве профилактических мер следует вводить в состав основного жидкого корма ряд специальных добавок, повышающих резистентность организма новорожденных телят. В связи с этим, необходимо строгое дозирование компонентов корма по количеству при поддержании стабильной температуры и консистенции.

В настоящее время для содержания телят применяются различные способы, которые, в том числе, предусматривают использование соответствующего оборудования для кормления.

Основным недостатком существующих установок для выпойки телят является отсутствие дозированной выдачи жидкого корма в соответствии с физиологическими особенностями процесса сосания теленком сосков вымени коровы. Кроме того, в линии кормления телят не поддерживается постоянное давление.

Поэтому проблема создания технических средств для дозированной выдачи жидкого корма телятам является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с целевой комплексной программой научно-исследовательских работ Оренбургского государственного аграрного университета (номер государственной регистрации 01960006480).

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является повышение качества кормления телят за счет создания установки для выпойки телят с дозированной выдачей жидкого корма согласно физиологическим требованиям и оптимизации ее конструктивно-режимных параметров.

Поставленная цель может быть достигнута решением следующих задач:

1. Выявить перспективные направления разработки оборудования для кормления телят.

2. Теоретически обосновать модель функционирования установки для дозированной выпойки телят жидкого корма с микродобавками.

3. Разработать методику и оборудование для оценки эффективности работы конструкции поилок по точности дозирования и качеству смешивания компонентов корма.

4. Обосновать основные параметры установки для выпойки телят.

5. Оценить экономическую эффективность разработанной установки.

Объект исследования. Технологический процесс выпойки жидкого корма телятам профилакторного периода.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в обосновании параметров линии жидкого корма и выявлении уело и И1! его дозирования в соответствии с физиологическими особенностями организма телят;

- в разработке методики и оборудования для испытаний поилок на точность дозирования основного жидкого корма и фракционного содержания в нем микродобавок.

Новизна предложенных технических решений подтверждена патентами на изобретения за № 2074612 от 10.03.1997 г. и за № 2105469 от 27.02.1998 г.

Практическая ценность заключается в определении параметров линии выпойки телят, а также в конструктивном исполнении поилки.

Разработанная методика для оценки поилок на точность дозирования и качество смешивания компонентов корма может бьпъ использована для выбора их перспективных конструкций специалистами КБ и НИИ.

Реализация результатов исследования. Предложенные технические средства для выпойки телят (опытная партия) изготовлены на Новосергиевском РТП и внедрены в АО "Урал" Перево-лоцкого района, АЛ им. Ленина Беляевского района Оренбургской области.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на региональных конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1995-1998 гг.), на международной научно-технической конференции "Автоматизация сельскохозяйственного производства" (Углич, 1997 г.) и на научных конференциях Оренбургского государственного аграрного университета (1995-1998 гг.).

Оригинальность и практическая ценность технических решений и методик отмечена дипломом первой, тремя дипломами второй и одним третьей степени на выставке научно-технического творчества молодежи (Оренбург, 1996-1998 гг.), дипломами I и II степени в областном конкурсе им.А.Д.Сахарова на лучшую научно-исследовательскую работу 1996 и 1997 годов среди молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1996-1997 гг.), стипендией Президента Российской Федерации (Москва, 1996 г.) и стипендиями Администрации Оренбургской области (1996-1998 гг.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе два патента РФ на изобретения и два информационных листка.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

Работа иатожена на 131 странице машинописного текста, содержит 12 таблиц, 32 рисунка. Список использованной литературы включает 138 наименований, из них 15 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель работы и изложены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе "Анализ состояния проблемы, цель и задачи исследований1' рассмотрены физиологические и технологические аспекты совершенствования процесса выпойки телят профилак-торкого периода.

На основании анализа литературных данных установлено, что наиболее целесообразным способом кормления теляг является дозированная выпойка с помощью сосковых поилок с одновременным внесением специальных добавок. Проведенная классификация известных технических средств для кормления молодняка позволила выявить их недостатки и определить пути создания новых конструкций с точки зрения наибольшего приближения процесса выпойки к естественному акту сосания теленком сосков вымени коровы.

Хорошо известны исследования отечественных и зарубежных ученых в этой области Г.И.Бремера, С.А.Булавина, А.С.Всяких, Л.П.Карташова, В.Г.Коба, В.А.Клейменова, Д.Д.Мартюгина,

М.А.Пейновича, Дж.Х.Роя и других, которые внесли значительный вклад в изучение данной проблемы.

Необходимо отметить, что при проектировании любого устройства для выпойки телят основным критерием качества работы поилки является норма — доза корма, которая подается теленку за один глоток, и в этой связи мы провели теоретические исследования, связанные с обоснованием дозированной выдачи основного жидкого корма и добавок.

Во второй главе "Теоретический анализ рабочего процесса до-зировашгя жидкого корма установки для выпойки телят'' приводятся основные положения теоретических исследований, имеющихся в работе .

Эффективность работы установки для выпойки телят зависит от выполнения следующих условий:

1. Создание постоянного напора-столба основного жидкого корма (молока или ЗЦМ);

2. Установка компенсаторов давления на всех участках трубопровода (после каждой поилки).

В связи с этим, мы рассмотрим гидравлическую схему установки (рис.1) на предмет выявления основных ее параметров.

Для нормальной работы поилок величина полного напора должна быть всегда больше или равна его минимальному значению на величину потерь напора по длине трубопровода, местных со-противлешш и создание потребного напора для удаленной точки гидрашпгческой схемы линии подачи жидкого корма телятам (крайние поилки) Нк, то есть

Н > Н + +- Вг + Зг , м (1)

к дл м пу' '

Определим потребный напор для удаленной точки системы, при котором работает поилка. Для этого необходимо выполнение следующего условия:

Н > Н - ХЬ - & - Цг , м (2)

К 1Ш ДЛ М П.}' 4 '

где Н1гш. - минимальное значение напора, обеспечивающее функционирование крайних поилок, м; ЕЬ,, - потери напора по длине в трубах круглого сечения, м; £Ьм — потери напора в местных сопротивлениях, м; - потери напора в системе при установке подофевательных устройств, м.

Исходя из показателей процесса сосания теленком вымени коровы, среднее значение величины создаваемого разряжения в

I. ,. 1 .1_I_и

X

К о

О «

Рис. 1. Гидравлическая схема линии подачи жидкого корма установки для выпойки телят:

1 - емкость для жидкого корма; 2 - пробковый кран; 3 - трехходовый кран; 4 - подогревательное устройство; 5 - трубопровод; 6 - сосковые поилки; 7 - пластина с калиброванным отверстием; 8-диафрагменные устройства.

Рис. 2. Расчетная схема для определения параметров поилки

полости рта теленка составляет 17,2 кПа. Тогда, путем соответствующих расчетов Н1гш| = 1,8 м.

Потери напора по длине трубопровода определим по следующей формуле:

Лиь) Пч

г/

где ). - коэффициент гидравлического сопротивления по длине, безразмерная величина; 1, Ь — длины участков трубы, м; с1 -диаметр трубы, м; и - средняя скорость движения жидкого корма, м/с, которая определяется из выражения:

л2 /

и„ =----——- !Л\

32 М ' <4>

где 1 — уклон раздаточно-дозирующей системы; у - объемная масса жидкого корма , кг/м3; р. - вязкость жидкого корма, Пас.

Потерн напора в местных сопротивлениях определим по формуле Вейсбаха

к =£•— .и <5)

где - коэффициент гидравлического сопротивления, значения которого брали из справочной литературы для конкретного случая

= Ь, + Ь2 + к, + Ь4 + Ь5 + к6, м (6)

где Ь( - потери напора при отводе 90°, м; 11,3 — потери напора в пробковом и трехходовом кранах, м; Ь4 —'потери напора при диафрагме в трубопроводе, м; 115 — потери напора в пластинах с калиброванным отверстием, при установке их в трубопроводе, м; Ь6 — потери напора через канал патрубка трубопровода, м.

При установке подогревательных устройств на линии подачи жидкого корма потери напора принимаем 5% от общих потерь напора в системе:

= 5% (УЬдд + !10, м (7)

После подстановки численных значений известных параметров в выражения (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) получены следующие основные параметры гидравлической схемы установки: оср = 0,27 м/с; = 0,072 м; = 0,33 м; = 0,02 м. Величина потерь сопряжена с необходимостью установки диафрагм для выравни-

вання давления но длине трубопровода и пластин с калиброванными отверстиями дня исключения, застоя жидкого корма при транспортировании по всей линии его подачи. Полный напор в системе Н = 1,9 м.

Расчет проводили для типового профилактория на 24 места.

Спроектированная линия кормления телят позволяет обеспечить все поилки одинаковыми входящими параметрами: расходом жидкого корма и давлением в линии. Соответственно, следующим этапом теоретических исследований явилось определение условий эффективной работы поилки по дозированной выдаче корма и микродобавок.

Объем молока, высасываемого теленком из дозирующего устройства за время I,

г

о

где Б - площадь сечения соединительного трубопровода.

После соответствующих преобразовании:

где а, а0 — поправочные коэффициенты;

и ~ , - приведенная длина трубопроводов системы; I 1

— длина ¡-го участка трубопровода, м; ё — диаметр ¡-го участка трубопровода, м; Н — полный напор жидкости в системе, м; с,. -суммарный коэффициент местного сопротивления участков трубопровода; g — ускорение свободного падения, м/с2. При использовании регулирующего клапана:

(Ю)

где ц - суммарный коэффициент сопротивления клапанного устройства,

ц=30/Леп + (1^/^ + 0,18, (11)

где - сила давления потока жидкого корма на клапан, Н;

Р = (12)

где Р — давление в трубопроводе, кПа; — площадь клапана, м2; Рпр — сила прижатия клапана упругим элементом, Н; гй — перепад с учетом скоростного напора скорости подхода,

■ г +

25

(13)

\ = О/О, (14)

где О - площадь поперечного сечения потока перед отверстием (сечение N — И).

Для обеспечения дозированной выдачи жидкого корма теленку необходимо выполнение данного условия,

0 -1п с/г —-

V

V*

(15)

в правой части которого заключается работа клапанного элемента, обеспечивающего строгое дозирование корма, и вторая часть этого неравенства определяется дозой корма, которая обеспечивается непосредственно гидравлической системой, заканчивающейся до поилки. Подставляя значегаге величин, входящих в выражение, и задаваясь известными параметрами клапанных устройств, можно выбрать требуемый упругий элемент.

С целью нормированной выдачи микродобавок на соответствующую дозу корма мы использовали известное уравнение по определению параметров инжектора сосковой поилки.

В итоге мы получили уравнение характеристики инжектора, которое позволяет в результате, зная изменение параметров давления, а также площади сечения основного канала, выйти на определение площади канала инжектора.

Уравнение характеристики инжектора:

2 <р2-

v,

'-(2-р1)-

О + "У

(16)

где

^ = ^ " ^ = ^ - л;/. = /з - = ^ =

гДе Р,., Рн, Рс — давления рабочего и инжектируемого потоков перед поилкой и смешанного потока на выходе из поилки, Па; Фр <р2> ф3, <р4 — коэффициенты скорости сопла, выходного участка камеры смешения, диффузора; Г,, Г,, С, — площадь выходного сечения рабочего сопла, инжектируемого потока во входном сечении камеры смешения, выходного сечения камеры смешения, м2; {"н2=("3-Гv , v. — удельные объемы рабочей, инжектируемой и смешанной сред, м3/кг; и — коэффициент инжекции; О , Оп, Ос — расходы рабочей, инжектируемой и смешанной сред, кг/с; \Ур[, У/^, W3 — скорости рабочего потока па выходе из сопла, инжектируемого потока во входном сечении камеры смешения и смешанного потока в выходном сечении камеры смеше-!шя, м/с.

Это уравнение характеристики инжектора получено для случая, когда мы приняли ряд допущений. В частности, на рис.2 представлена схема поилки, сопряженная с полостью рта теленка при сосании. При этом, сечение 1-1 показывает камеру смешения, сечегше 2-2 — диффузор, сечение 3-3 — это фактически полость рта теленка.

В результате проведенных теоретических исследований получены аналитические выражения, которые мы использовали при проектировании установки для выпойки телят.

В третьей главе "Методика экспериментальных исследований'' изложены частные методические подходы к обоснованию оптимальных параметров установки для дозированной выпойки телят.

На основе теоретических исследований была разработана лабораторная установка для выпойки телят, новизна технического решения подтверждена патентом на изобре тение № 2074612. Установка состоит из емкости 1 для жидкого корма, емкости 6 для жидких добавок, трубопровода 2 с патрубками 7, сосковых поилок 3, состоящих из корпуса, разделительной втулки 8, клапана 9, упругого элемента 10, регулирующей проходной втулки 11 и резинового соска 12, которые снабжены пластинами 13, имеющие калиброванное отверстие; молочного насоса 5 и подогревателя 4 (рис.3).

Упругий элемент может быть выполнен в нескольких конструктивных вариантах, в частности: пружина; упругий элемент из пластичного материала; гидравлическое перепускное приспособление. Исходя из перечисле иных выше требований, наиболее приемлелсы-ми (по простоте конструкции) являются два первых варианта.

Данная установка обеспечивает работу по кормлению телят для общепринятых профилакториев по типовым проектам, система применима при любом количестве телят.

Для обоснования оптимальных параметров установки ддя выпойки телят разработаны методики и подобрано оборудование для испытаний поилок на точность дозирования и качество смешивания компонентов корма. Методика заключается в создании условий сосания поилки теленком и определении качества смешивания компонентов корма по оптической плотности.

Предварительно были проведены установочные эксперименты, в результате которых были выявлены характеристики физиологического процесса сосания теленком вымени коровы, в нашем случае поилки. Сообразуясь с полученными данными, была представлена модель имитатора процесса сосания - вакуумное устройство. Имитация сосательного акта теленка достигается за счет применения вакуумного устройства с регулируемым вакууммет-рическим давлением. Испытательный стенд поилок для телят также включает лабораторную установку (рис.4) и выполнен с возможностью изменения длины трубопровода и количества соединенных с ним сосковых поилок со встроенными контрольными стеклами для определения характера смесеобразования. Стенд снабжен контрольно-измерительными устройствами расхода корма, кормовых добавок и стабилизации давления, установленными на трубопроводе в местах непосредственного измерения.

В целях сокращения затрат времени на проведение опытов и определения оптимального соотношения между основными конструктивно-режимными параметрами установки, был реализован полный факторный эксперимент типа 2*.

Для оценки эффективности работы конструкции поилок необходимо проведение комплексной ее проверки в производственных условиях. Основной причиной этого является трудность воспроизведения в лабораторных условиях ряда физиологических особенностей живого организма.

Производственные эксперименты проводили в соответствии с предложенной методикой. Для определения оптимальных конструктивно-режимных параметров установки для выпойки телят использовали следующие показатели:

Рис. 3. Схема лабораторной установки

Рис. 4. Схема испытательного стенда поилок для телят

1,2- емкости для основного жидкого корма и жидких добавок; 3 - молочный насос; 4 - трубопровод; 5 - патрубки трубопровода: 6 - сосковые поилки; 7 — манометры; 8 - доильный стакан; 9 - емкость для сбора жидкого корма; 10 - пульсатор; 11 - краны; 12 - вакууммпровод; 13 - вакуумметр; 14 - регулятор давления; 15 - вакуум-насос

- данные оценки физического состояния и отсасывающей способности новорожденных телят;

- расход жидкого корма;

- время выпойки;

- количество глотков и объем одного глотка;

- температура и плотность корма;

- прирост живой массы телят в конце профилакторного периода.

С целью выявления возможности наибольшего приближения искусственного процесса выпойки телят к естественному акту сосания теленком вымени коровы проведены сравнительные производственные исследования существующего и предлагаемого способов выпойки телят профилакторного периода.

В четвертой главе "Результаты экспериметальных исследований" приведена интерпретация лабораторных и производственных экспериментов.

Получена математическая модель, определяющая расходную характеристику поилки и качество смешивания выдаваемого жидкого корма телятам, которая описывается уравнениями регрессии:

а) расход жидкого корма

у=-2,29- 10"5-Н, 17- 10'7х,-7,87- 107х2+1,27- Ю^х^^-ЮЧ,

б) качество смешивания жидкого корма (оптическая плотность)

у=0,61-9,67-10-'х)-2,3010-2х2-1,5610"5х,+ 1,0х4,

где х, — вакуумметрическое давление, кПа; хг — расстояние между поилками, м; х3 — плотность жидкого корма, кг/м3; х4 — упругость сосковой резины поилки, м.

Регрессионный анализ показал, что наиболее значимыми по вкладу параметров в модели для зависимой переменной, то есть для расхода жидкого корма, являются вакуумметрическое давление и упругость сосковой резины поилки. С увеличением этих параметров расход жидкого корма увеличивается.

Результаты корреляционного анализа позволили установить, что наибольшее изменение качества смешивания корма проявляется при изменении вакуумметрического давления (г = 0,44). Это подтверждают полученные поверхности отклика для фиксированных значений параметров — качества смешивания компонентов корма и расхода жидкого корма (рис.5, 6).

Рис. 5. Частные случаи поверхности отклика, характеризующей показатель расхода жидкого корма:

График А = 1 (хг ^); х.=6,15 Ю"2 м; х4=2,2-10'2 м; График В = ((х2;х4); к =25 кПа; х^ЮЗО кг/м3

Рис. 6. Частные случаи поверхности отклика, характеризующей показатель качества смешивания компонентов корма

График А = 1 (х,; х,); х=6,15-10-г м; х4=2,2-10"2 м; График В = Г (хгх4); х.^6,15-10-2 м; х3=ЮЗО кг/м3

Сосковая поилка с жесткостью упругого элемента К=580 Н/м обеспечивает требуемую расходную характеристику согласно физиологическим нормам потребления корма теленком, то есть

Ор=(630...745)-10-6, мЫ2'=(450...550)-10-6 м3,

где - расход жидкого корма при естественном процессе сосания теленком вымени коровы.

Предложенная сосковая поилка обеспечивает однородность смешивания корма в диапазоне оптической плотности Д=0,58...0,6 ед.оптич.плоти, с концентрацией добавок в основном жидком корме 18,5...30%.

В результате статистической обработки полученных данных в ходе проведения сравшггельных производственных испытаний получены графики распределения показателей объема глотка молока, выпаиваемого телятами, и гистограммы распределения частот доз молока при различных способах кормления (рис.7). При ручной выпойке (с использованием стандартного соскового устройства — емкости и сосковой резины с отверстием 2-3 мм) доза выдаваемого корма варьируется в пределах от 10 до 40 мл/глот, при этом, математическое ожидание составляет а=23,3 мл/глот, среднее квадратическое отклонение <т = 7,24 мл/глот.

Экспериментальная сосковая поилка обеспечивает дозу выдаваемого корма в пределах - 3...8 мл/глот, а = 5,62 мл/глот, а = 0,89.

Результаты исследования естественного процесса кормления телят показал, что физиологическая норма потребления молока находится в пределах от 2,0 до 6,5 мл/глот, а = 4,57 мл/глот, о = 0,78.

Дисперсии значений доз, выдаваемых предлагаемой сосковой поилкой и естественным способом, близки и описываются нормальным распределением, что оценивает экспериментальную поилку с точки зрения обеспечения точности дозирования жидкого корма и физиологической нормы потребления теленком молока при поддержании требуемой температуры корма (не ниже 35°С).

Результаты проведенного кластерного анализа также подтвердили вышеприведенные выводы.

Среднесуточные привесы телят в опытной группе в конце профилакторного периода, которых поили с использованием предложенной установки, увеличились на 41,09%, а в контрольной — (выпойку проводили с использованием стандартного соскового устройства) — на 28,7%.

О ----

<=2,5 (2,5;3] (3;3,5] (3,5;4] (4;4,5] (4,5;5] (5;5,5] (5,5;6] (6;6,5] > 6,5

VAR I - естественное кормление; у = 99*0,5* normal (х; 4,5661716; 0,7765681)

(10;15] (15;20] (20;25] (25;30) (30;35] (35;40]

VAR II - ручная выпойка с использованием стандартной сосковой поилки, у = 99*0,5* normal (х; 23,25323; 7,2423067)

VAR III - с использованием предлагаемой сосковой поилки у = 99*0,5* normal (х; 5,6249494; 0,897406)

Рис. 7. Гистограммы распределения частот доз молока при различных способах кормления телят

VAR I - естественный способ кормления; VAR II - с использованием стандартной сосковой поилки; VAR III - с использованием предлагаемой сосковой поилки.

В пятой главе "Экономическая эффективность применения экспериментальной установки для выпойки телят" приведен расчет показателей экономической эффективности внедрения устройства для выпойки телят. Применение предлагаемой установки позволило снизить затраты труда на 25,8%, при этом годовой экономический эффект в расчете на одного теленка составил 168,7 рублей (в ценах на 1 января 1998 г.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных источников показал, что дальнейшее совершенствование технических средств для выпойки телят про-филакторного периода должно идти в направлении создания конструкций с дозированной выдачей основного жидкого корма и микродобавок в соответствии с физиологическими особенностями организма животного.

2. Теоретическими исследованиями установлена необходимость соответствия расходных характеристик потребляемого жидкого корма теленком и дозированной подачи его поилкой. При этом, доза выдаваемого корма зависит от работы клапанного механизма, а процесс смешивания его компонентов происходит за счет инжекции микродобавок в камеру смешивания сосковой поилки.

3. В результате рассмотрения гидравлической схемы установки для выпойки телят установлено, что для обеспечения дозированной выдачи жидкого корма всеми поилками полный напор в линии должен быть Н= 1,9 м при необходимой стабилизации давления за счет монтажа диафрагменных устройств по длине трубопровода.

4. Предложены методика и оборудование, позволяющие оценить эффективность работы поилок по точности дозирования и качеству смешивания компонентов корма согласно оптической плотности.

5. Проведенные лабораторные исследования на разработанных нами стендах позволили получить уравнения регрессии, анализ которых выявил, что наибольшее влияние на расход жидкого корма оказывают вакуум.метрическое давление, создаваемое теленком, и упругость сосковой резины поилки. Качество смешивания жидкого корма обусловлено вакуумметри-ческим давлением.

6. В результате статистической обработки экспериментальных данных определены физиологические характеристики процесса сосания теленком вымени коровы. В частности, скорость потребления молока составила в среднем 0,40...0,55 л/мин, доза высасываемого корма за 1 глотание — 2,0...6,5 мл.

7. Методами кластерного и статистического анализа установлено соответствие характеристики предлагаемой установки для выпойки телят естественному процессу сосания коровы теленком. Это достигается конструктивным исполнением сосковой поилки, обеспечивающей физиологически нормалыгую скорость потребления 0,40...0,70 л/мин, дозу выдаваемого жидкого корма теленку за одно глотание — 5,6 мл при поддержании требуемой температуры (не ниже 35°С).

8. Сосковая поилка обеспечивает однородность смешивания компонентов корма в диапазоне оптической плотности Д=0,58.. .0,6 ед.оптич.плотн. с концентрацией добавок в основном жидком корме 18,5...30%.

9. Производстветгыми испытаниями подтверждена эффективность применения предложенной установки для выпойки телят за счет повышения сохранности поголовья и прироста живой массы. Экономический эффект в расчете на одного теленка 168,7 рублей в год (в ценах на 1 января 1998 г.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Яковлева Е.В. Технические средства для кормления телят профилакторного периода /Тезисы докладов региональной конференции молодых ученых и специалистов. - Оренбург, 1995.-е. 156-157.

2. Яковлева Е.В. Технические средства для кормления телят профилакторного периода /Тезисы докладов научно-практической конференции, посвященной 25-летшо кафедры "Механизация животноводства". - Оренбург, 1995.- с. 37-38.

3. Яковлева Е.В. К разработке технических средств для кормления телят профилакторного периода /Тезисы докладов научно-производственной конференции научных сотрудников и преподавателей. - Оренбург, 1996.- с. 21-22.

4. Яковлева Е.В. Установка для стационарной выпойки телят //Информлисток № 187-96. - Оренбург, ЦНТИ, 1996.

5. Яковлева Е.В. Методика лабораторных испытаний технических средств для поения телят /Тезисы докладов региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. - Оренбург, 1996. - с. 136.

6. Яковлева Е.В. Обоснование выбора конструкции поилок для телят /Труды сотрудников и преподавателей факультета ме-хаш!зации сельского хозяйства, том I. - Оренбург, 1997. - с. 25-28.

7. Яковлева Е.В. Экспериментальное исследование процесса выдачи жидкого корма на установке выпойки телят /Тезисы докладов региональной конференции молодых ученых и специалистов. - Оренбург, 1997. - с. 157-158.

8. Яковлева Е.В., Поздняков В.Д., Левин Ю.Ю. Тренажер-имитатор. - Информ. листок № 63-97. - Оренбург, ЦНТИ, 1997.

9. Яковлева Е.В., Соловьев С.А. Методы оценки поилок для телят /Материалы докладов международной научно-технической конференции "Автоматизация сельскохозяйственного производства". - Углич, 1997.

10. Патент на изобретение № 2074612 от 10 марта 1997 г. Установка для стационарной выпойки телят /Соловьев С.А., Алексеев В.Н., Яковлева Е.В./.

11. Патент на изобретение № 2105469 от 27 февраля 1998 г. Испытательный стенд поилок для телят /Соловьев С.А., Яковлева Е.В./.

12. Яковлева Е.В. Механизация процесса кормления молодняка КРС в профилакторный период с оптимизацией параметров сосковых поилок /Тезисы докладов региональной конференции молодых ученых и специалистов, часть I. - Оренбург, 1998. - с. 148-150.

/Оренбургский государственный аграрный университет

На правах рукописи ЯКОВЛЕВА Евгения Васильевна

Обоснование и разработка конструктивно-режимных параметров установки для дозированной выпойки телят профилакторного периода

Специальность 05.20.01 — Механизация сельскохозяйственного производства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор С.А. Соловьев

Научный консультант -кандидат технических наук, доцент В.Н. Алексеев

Оренбург - 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ..........8

1.1. Зооветеринарные требования к процессу

кормления молодняка КРС..................................................................8

1.2. Технологические особенности содержания

и выпойки телят в профилакторный период................................... 13

1.3. Зоотехнические требования к средствам механизации выпойки молодняка крупного рогатого скота,

их классификация и анализ................................................................ 19

1.4. Анализ методов оценки эффективности сосковых

устройств для выпойки телят.............................................................34

1.5. Цель и задачи исследований................................................................40

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОГО КОРМА УСТАНОВКИ

ДЛЯ ВЫПОЙКИ ТЕЛЯТ.............................................................................-43

2.1. Анализ гидравлической схемы установки

для выпойки телят..............................................................................43

2.2. Теоретическая модель работы поилки

с дозированной подачей корма.........................................................51

2.3. Обоснование процесса смешивания основного

жидкого корма с добавками...............................................................58

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ..............64

3.1. Методика разработки установки для выпойки телят.......................64

Организация труда обслуживающего персонала на фермах различного типоразмера.....................................................................69

3.2. Методика лабораторных исследований..............................................71

3.2.1. Методика лабораторных испытаний установки

для выпойки телят............................................................................71

3.2.2. Методика проведения многофакторного эксперимента................79

3.3. Методика производственных исследований......................................84

3.3.1. Методика сравнительных исследований ручного,

механизированного способов выпойки и естественного процесса сосания телят....................................................................87

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ...........90

4.1. Результаты оценки физического состояния

новорожденных телят.........................................................................90

4.2. Результаты определения отсасывающей способности

телят в зависимости от их живой массы...........................................91

4.3. Результаты по определению скорости выпойки

жидкого корма телятам в зависимости от их возраста....................94

4.4. Результаты лабораторных испытаний................................................97

4.4.1. Результаты определения расходных характеристик

жидкого корма..................................................................................97

4.4.2. Результаты оценки эффективности конструкции

поилок по качеству смешивания компонентов корма.................100

4.4.3. Результаты проведения многофакторного эксперимента.............100

4.5. Результаты производственных исследований...................................104

4.5.1. Результаты сравнительных исследований

способов выпойки телят.................................................................104

5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ВЫПОЙКИ

ТЕЛЯТ...........................................................................................................113

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ......................................................................................118

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................................120

ПРИЛОЖЕН И Я................................................................................132

ВВЕДЕНИЕ

Повышение уровня механизации производственных процессов в животноводстве, его интенсификация - важная народнохозяйственная задача.

Необходимые условия для ее решения - разработка новых и совершенствование известных технологий и технических средств, позволяющих увеличить производительность труда и снизить себестоимость животноводческой продукции. В первую очередь это относится к выращиванию молодняка крупного рогатого скота. Одной из проблем современного животноводства является его сохранность. К сожалению, в подавляющем большинстве хозяйств слишком высок процент отхода телят, особенно в профилакторный период - 15-20 и даже 25% от новорожденных телят. При этом на крупных фермах при непрерывных отелах у новорожденных телят пик желудочно-кишечных заболеваний приходится на 1-3 и на 8-10 дни жизни.

Связано это со многими причинами, в частности, с нарушениями технологии кормления коров перед отелами, с нарушениями порядка приема отелов, но тем не менее, согласно литературному анализу /1, 2, 3, 4, 5/ выяснилось, что одним из серьезнейших резервов повышения сохранности телят является их правильное кормление именно в профилакторный период, который заключается в 15-25 днях.

Для формирования здорового организма животного в качестве профилактических мер следует вводить в состав основного жидкого корма ряд специальных добавок, повышающих резистентность организма новорожденных телят. В связи с этим, необходимо строгое дозирование компонентов корма по количеству при поддержании стабильной температуры и консистенции.

В настоящее время для содержания телят применяются различные способы, которые, в том числе, предусматривают использование соответствующего оборудования для кормления.

Основным недостатком существующих установок для выпойки телят является отсутствие дозированной выдачи жидкого корма в соответствии с физиологическими особенностями процесса сосания теленком сосков вымени коровы. Кроме того, в линии кормления телят не поддерживается постоянное давление.

Поэтому проблема создания технических средств для дозированной выдачи жидкого корма телятам является актуальной.

В связи с этим была поставлена цель исследования - повышение качества кормления телят профилакторного периода за счет создания установки для выпойки телят с дозированной выдачей жидкого корма согласно физиологическим требованиям и оптимизации ее конструктивно-режимных параметров.

Работа выполнена в соответствии с целевой комплексной программой научно-исследовательских работ Оренбургского государственного аграрного университета (номер государственной регистрации 01960006480).

Объект исследования - технологический процесс выпойки жидкого корма телятам профилакторного периода.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- в обосновании параметров линии жидкого корма и выявлении условий его дозирования в соответствии с физиологическими особенностями организма телят;

- в разработке методики и оборудования для испытаний поилок на точность дозирования основного жидкого корма и фракционного содержания в нем микродобавок.

Новизна предложенных технических решений подтверждена патентами на изобретения за № 2074612 от 10.03.1997 г. и за № 2105469 от 27.02.1998 г.

Практическая ценность заключается в определении параметров линии выпойки телят, а также в конструктивном исполнении поилки.

Разработанная методика для оценки поилок на точность дозирования и качество смешивания компонентов корма может быть использована для выбора их перспективных конструкций специалистами КБ и НИИ.

Реализация результатов исследования. Предложенные технические средства для выпойки телят (опытная партия) изготовлены на Новосергиевском РТП и внедрены в АО "Урал" Переволоцкого района, АП им. Ленина Беляевского района Оренбургской области.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и одобрены на региональных конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1995-1998 гг.), на международной научно-технической конференции "Автоматизация сельскохозяйственного производства" (Углич, 1997 г.) и на научных конференциях Оренбургского государственного аграрного университета (1995-1998 гг.).

Оригинальность и практическая ценность технических решений и методик отмечена дипломом первой, тремя дипломами второй и одним третьей степени на выставке научно-технического творчества молодежи (Оренбург, 1996-1998 гг.), дипломами I и II степени в областном конкурсе им.А.Д.Сахарова на лучшую научно-исследовательскую работу 1996 и 1997 годов среди молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1996-1997 гг.), стипендией Президента Российской Федерации (Москва, 1996 г.) и стипендиями Администрации Оренбургской области (1996-1998 гг.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе два патента РФ на изобретения и два информационных листка.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.

Работа изложена на 131 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 32 рисунка. Список использованной литературы включает 138 наименований, из них 15 - на иностранных языках.

На защиту выносятся следующие положения:

- теоретическое обоснование взаимодействия теленка и сосковой поилки с точки зрения обеспечения дозированной выдачи и качества смешивания компонентов жидкого корма;

- методика оценки эффективности работы предлагаемой сосковой поилки в лабораторных и производственных условиях;

- результаты лабораторных и производственных исследований;

- выводы и расчет экономической эффективности применения экспериментальной установки для выпойки телят профилакторного периода.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Зооветеринарные требования к процессу кормления молодняка КРС

Важнейшее условие формирования высокой продуктивности молочного скота - оптимальная интенсивность роста и развития молодняка КРС. От организации правильного кормления телят в значительной степени зависит будущая продуктивность коров, племенные качества и продолжительность их использования. Правильное кормление обеспечивает рост и гармоничное развитие всех тканей и органов животных.

В постэмбриональном периоде молодняк КРС проходит ряд стадий, в том числе профилакторную, включающую первые 15-20 дней жизни теленка, молочную и др. С учетом возрастных особенностей и организуется кормление молодняка.

В профилакторный и молочный периоды телята проходят жизненно важные стадии развития, характеризующиеся адаптацией организма к внешней среде и переходом от молочной диеты на растительные корма, что связано со значительными изменениями в процессах пищеварения и обмена веществ /1/.

Первым кормом для теленка служит молозиво, которое по своему составу значительно отличается от обычного молока более высоким содержанием сухого вещества, белка в форме альбумина и глобулина, жира, минеральных веществ и витаминов. По составу молозиво быстро меняется и через 5-7 дней приближается к обычному молоку.

Только при кормлении телят молозивом в их крови появляются белки, содержащие антитела.

В первые часы жизни теленка его кишечник проницаем для антител, что обеспечивает создание пассивного иммунитета. Отсюда

очень важно, чтобы теленок потребил в первые часы и дни своей жизни полную норму молозива.

Первый раз теленка следует кормить молозивом, как отмечают Н.И.Клейменов и др. /2/, через 1-1,5 ч., но не позже 2 часов, после рождения, (температура 35-37°С), крупным здоровым телятам выпаивают до 1,5-2 кг молозива, а ослабленным 0,75-1 кг.

Однако, новозеландские исследователи /3/ придерживаются иной точки зрения. Они считают, что очень важно, чтобы теленок получил молозиво и заключенные в нем антитела в течение 30 минут после рождения - чем скорее, тем лучше. Через 30 часов после рождения его организм перестает усваивать антитела, и они уже не поступают в кровь. С'этого времени теленка можно кормить обычным коровьем молоком или заменителем.

Кормление телят приурочивают ко времени доения коров. При

ЗО и Л Л О V А

-кратной дойке телят кормят 3 раза; при 2-кратнои дойке - 2 раза. Молоко надо выпаивать свежее, тотчас после окончания доения из совершенно чистой посуды. Наилучшая посуда - это алюминиевые или пластмассовые поилки, или ведра. Согласно действующим рекомендациям молоко, скармливаемое телятам, в первый месяц их жизни должно иметь температуру около 35...37°С, во второй - 30...35, в последующие - 20...25°С. Поэтому, необходимо использовать устройства, предусматривающие подогрев молока и поддержание заданной температуры /4/.

По мнению авторов /5, 6, 7/, телята рождаются с хорошо развитым сычугом и слабо развитыми преджелудками, а смыкание губ пищевого желоба у них при приеме жидкого корма происходит рефлекторно, и зависит от величины (объема) глотка. Если глотки оказываются больше 30 мл и частыми, что бывает при поении из ведра, то пищеводный желоб не смыкается и молоко изливается в преджелудки: рубец, сетку, книжку, где происходит его створаживание с образованием плотных казеиновых сгустков, в результате

чего наступает брожение и гнилостные процессы. Эти обстоятельства приводят к тяжелому расстройству пищеварения и даже к гибели теленка.

По данным исследований известного английского ученого Дж.Х.Б.Роя /8/ падеж телят до месячного возраста, сосавших молоко из сосковых поилок, составил 4%, а среди телят, выпаиваемых из ведра - 9%. Падеж телят по этой же причине исследовался другими авторами.

Так, например, некоторые из них отмечают, что при выпойке молочных продуктов из ведра телята не сосут молоко, а глотают вместе с воздухом, попадание которого в пищеварительный тракт нежелательно. Более того, отмечено, что при выпаивании из ведра молоко в значительно большей мере обсеменяется микрофлорой, чем при использовании сосковых поилок для кормления телят, особенно в первые дни и месяцы их жизни /5/.

В системе выращивания молодняка немаловажное значение имеет нормированное кормление животных по периодам их роста и развития. Ненормированное кормление при выращивании молодняка приводит к негармоничному развитию тела и функциональному нарушению всего организма, сопровождающееся в будущем снижением их продуктивности и воспроизводительной способности /7, 9, 10, 11, 12/.

Отрицательные стороны ненормированного кормления замечены давно, а в настоящее время исследованиями доказана его вредность и экономическая невыгодность. Так, например, некоторые исследователи /13, 14, 15, 16/ отмечают, что недокорм или избыточное кормление вредно для животных и убыточно для хозяйства. Поляков П.Е., Клейменов В.А. и др. /2, 17/ также проводили опыты с различными условиями кормления при выращивании телят как молочного, так и мясного направления. В результате было установлено, что в первом случае недостаточное кормление задерживало

использование животных на 2-3 месяца, а обильное кормление привело к угнетению молочных и снижению воспроизводительных функций. Во втором случае, при повышенном уровне кормления молодняка, в организме животных откладывалось больше жира, что явилось причиной (5-7%) затрат корма на единицу продукции, а недокорм привел к недополучению существенного количества продукции, снижению качества мяса и повышению его себестоимости. Не вызывает сомнений и высказывания некоторых ученых о том, что обильное кормление молоком, как правило, тормозит развитие желудочно-кишечного тракта у телят и оказывает отрицательное влияние на их способности к использованию питательных веществ из объемистых и концентрированных растительных кормов / 8, 18/.

Нормальное пищеварение и усвоение телятами питательных веществ корма происходит только при условии правильного минерального и витаминного питания. Вот почему при кормлении животных необходимо учитывать не только их потребность в питательных органических веществах, белках, жирах и углеводах, служащих источником энергии для жизнедеятельности организма, но и потребность в минеральных и витаминных кормах, которые идут на построение скелета, обеспечивают рост и используются микроорганизмами желудочно-кишечного тракта. При недостатке минеральных веществ и витаминов телята плохо развиваются, снижается сопротивляемость организма, в результате чего вызываются такие заболевания, как рахит, остеомиляция (ломкость и размягчение костей), малокровие, авитаминозы, гиповитаминозы, уменьшается продуктивность, увеличивается падеж молодняка.

Если в рационе минеральных веществ и витаминов не хватает, телятам необходимо давать добавки минеральных и богатых витаминами кормов, специальных штаммов. В последние годы все чаще применяют пероральную дачу растворов в терапии для восполне-

ния недостатка жидкости в организме, а также в профилактике диареи телят. Издавна пробовали перорально давать жидкости разного состава, причем некоторые из них оказались довольно эффективными. Согласно литературным источникам, снижен�