автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка научно-технических основ повышения эффективности применения доильного оборудования в молочном животноводстве

министерство сельского хозяйства

российской федерации

ОРЕНБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

ОГОРОДНИКОВ Петр Иванович кандидат технических наук

Разработка научно-технических основ повышения эффективности применения доильного оборудования в молочном животноводстве

Специальность 05.20.01 — Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

оренбург — 1994

Работа выполнена в Оренбургской государственной сельскохозяйственной академии

Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук Л. II. Карташов.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор, доктор технических наук А. II. Завражнов;

доктор технических наук, профессор Ю. А. Цоп;

доктор технических наук, профессор Н. А. Барсов.

Ведущая организация — Всесоюзный научно-исследовательский институт механизации животноводства (ВНИИМЖ).

Защита диссертации состоится « » октября 1994 г. в 10 часов на заседании специализированного Совета Д 123.С5.01 при Оренбургской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 46U014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОГСХА.

Автореферат разослан « » Ceffs>i 1994 r.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять ученому секретарю специализированного Совета но адресу: 46С014, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18.

Ученый секретарь специализированного Совета,

доктор технических наук /i^ás-48*"*^ ^ С. А. Соловьев

Краткая характеристика работы.

Актуальность теш. • Основной проблемой современного молочного животноводства является неполная реализация генетического потенциала животных на молочных фермах как промышленного типа, так и малых. Главным образом это объясняется отсутствием взаимосвязанных технологических мероприятий и обеспечивающих их средств механизации. Решением данной проблемы является создание высокоэффективных технологических решений, позволяющих обслуживать животных в соответствии с их физиологическими особенностями.

Для доения коров• наиболее приемлемой является рационально- селективная технология с применением доильных машин со щадящими режимами работ.

Составными частями этой технологии являются: оптимизация режимов работы доильных машин, исходя из принципа щадящего воздействия на молочную железу коров; технический сервис доильного оборудования; отбор животных по индивидуальным признакам молокоотда-чи; кормление животных по оптимальным рационам с учетом индивидуальной продуктивности.

Оптимизация проведена на основе методик лабораторных и производственных исследований на оригинальном оборудовании с имитацией физиологических особенностей животного.

Эффективность применения любого технологического и технического решения зависит от способа их управления и организации. В связи с этим на первый план выходит информационно-программное обеспечение функционирования как отдельной молочной фермой, так и региона (района, области).

Отмеченные вьше отдельные блоки проблемы могут быть объединены и решены путем системного анализа, который позволяет в конечном итоге выйти на новый уровень эксплуатации трехзвенной производственной системы "человек - машина - животное".

Значительный вклад в развитие научных концепций функционирования биотехнической системы "человек - машина - животное" сделан исследованиями известных ученых (Е.А.Админ, Э.А.Вальдман, В.Ф.Королев, Л.П.Карташов, Э.А.Келпис, Ю.А.Цой, Б.И.Вагин, Н.А.Барсов, Л.В.Погорелый, С.А.Соловьев, С.В.Мельников). Работа выполнена в соответствии с программой научно-исследовательских работ института: 01.9.10006985 "Разработки технических средств для механизации процессов обслуживания животных и методик их испытаний. "

Цель и задачи исследований. Разработать научно-технические основы функционирования системы производства молока на молочной

ферме на базе создания доильного оборудования с физиологически обоснованными режимами работы при информационно-программном обеспечении индивидуального обслуживания животных.

Для достижения указанной цели бьши поставлены следующие задачи:

1. Обосновать концепции развития технологии и технологических средств для доения коров за все время их обслуживания.

2. Разработать теоретический подход к проектированию доильного оборудования по всей технологической цепочке от нетели до коровы.

3. Обосновать перспективные технологические параметры доильного оборудования, работающего в щадящем режиме.

4. Создать методику обоснования уровня производительности труда на молочной ферме.

5. Разработать основы методик испытаний технических средств для доения коров на специальных стендах в лабораторных условиях с имитацией основных физиологических особенностей животных.

6. Обосновать теоретические модели взаимодействия различных конструкций исполнительного механизма доильного аппарата со щадящим режимом работы и соска вымени коровы.

7. Создать методики по физиологической оценке разрабатываемого доильного оборудования и технические средства для их реализации, по взаимодействию механизма доильного аппарата и соска вымени коровы.

8. Разработать основы информационно-программного обеспечения эффективного управления молочной фермы, а также дать экономическую оценку предложенных технологических решений.

Объект исследований - технологические процессы, машины и оборудования по обслуживанию молочного стада на фермах и комплексах.

Методика исследований. Аналитическое изучение технологических процессов обслуживания молочных коров, средств машинного доения коров, рассматривая во взаимодействии биологический объект и исполнительные механизмы соответствующих машин, с применением методов классической механики и гидравлики, теории вероятности и теории упругих деформируемых тел.

Экспериментальные исследования проведены в лаборатории на специальных стендах, позволяющих в комплексе исследовать оборудование с имитацией физиологических особенностей коров, а также в

производственных условиях на молочных фермах и комплексах на базе системного подхода к анализу технологий с применением методики планирования эксперимента, включая новые методики оценки физиологического состояния животных.

Результаты исследований обработаны методами статистики с получением теоретических моделей на ПЭВМ.

Научную новизну работы составляет: создание осное рационально - селективной технологии обслуживания молочного стада с реализацией индивидуально - генетического потенциала животных на основе сочетания системного подхода и экономически обоснованного выбора комплекта доильного оборудования, со щадящим режимом работы, обеспечивающего достаточный уровень автоматизации технологического процесса, согласно информационно - программным моделям.

- основы концепции развития технологии и технологических средств для доения коров;

- теоретическое обоснование подхода к проектированию нового доильного оборудования по всей технологической цепочке от нетели до коровы;

- аналитические модели взаимодействия исполнительного механизма доильного аппарата со щадящими режимами работы с соском вымени коровы;

- ускоренные методики испытаний доильного оборудования на имитационных стендах в лабораторных условиях;

- методики физиологической оценки вновь разрабатываемого доильного оборудования;

- методические рекомендации по обслуживанию коров в родильном отделении, по подготовке нетелей;

- алгоритмы и программы по основам автоматизации управления молочной фермой, на базе ПЭВМ;

- методика обоснования уровня производительного труда на ферме;

- методика повышения качества диагностики состояния доильного оборудования;

- методический подход к обоснованию производства молока в административных районах-,

- методика сравнительных производственных испытаний доильных машин.

Практическая ценность. Разработанные методики расчета оборудования для обслуживания коров молочного стада позволяющая повысить эффективность работ доильных машин на молочных фермах и обеспечить безопасность состояния здоровья животных. Предложенные

методы испытания нового доильного оборудования обеспечивают в сжатые сроки качественно оценить эффективность предложенных технических решений без отрицательного воздействия на животное.

Методические рекомендации для доения коров в родильном отделении позволяют существенно повысить степень использования генетического потенциала животных. Серийный выпуск разработанных доильных машин обеспечивает индивидуальный подход к животному на малых фермах.

Апробация. Основные положения работы доложены, обсуждены и одобрены в 1975...1994 годах: на Всесоюзных симпозиумах по машинному доению сельскохозяйственных животных (Таллин,1983г.; Ленинград, 1988г.), на научно-технических советах ГСКЕ по комплексу машин для ферм крупного рогатого скота г.Рига, 1979г. облагропрома (г.Оренбург,1994г.); на Всесоюзных научно-технических конференциях (Сумы,1989г. Челябинск, 1991,1990,1992 гг; Рязань,1993г; ЛОХИ,1991,1993 гг; Алма-Ата, 1987 г.), конференциях ОГОХА (1975...1994 г.).

Образцы разработанных устройств и испытательной техники экспонировались на выставках ВДНХ, где были отмечены серебряной и двумя бронзовыми медалями.

Реализация результатов исследования. Материалы исследований включены в "Методические рекомендации по доению коров в родильном отделении", ВАСХНИЛ, Москва (1988г.) Предложенная методика и стенд для испытаний доильных аппаратов рекомендован ВНИИМОЖ для аттестации и испытании доильных аппаратов. Методика и оборудование для доения коров аппаратами со щадящим режимом работы принято к реализации при выполнении плана НИР и ОКР ГСКБ тема N 3075/1а (1979 г.). Освоен серийный выпуск доильных аппаратов на Оренбургском аппаратном заводе (10 тыс. за 1991 г., 10 тыс. за 1992 г., 8 тыс. за 1993 г., 8 тыс. программа за 1994 г.). Внедрена методика оптимального размещения производства молока е районах области с существенным экономическим эффектом. Принципиальные по новизне технические решения внедрены в производстве с положительным эффектом.

На защиту еыносятся :

- основы системного подхода к проектированию доильного оборудования по Есей технологической цепочке от нетели до ксроЕЫ в основном цехе производства молока;

- методика обоснования уровня производительности труда на молочной ферме;

- теоретические модели взаимодействия исполнитель ног о механизма со щадящими режимами работы с соском вымени коровы;

- методика лабораторных испытаний доильного оборудования на специальных стендах с имитацией физиологических процессов молоко-отдачи;

- методика сравнительных производственных испытаний доильного оборудования;

- комплект прикладных программ по управлению молочной фермой;

- комплект программ по АРЫ исследователя доильного оборудования;

- комплекс научно-технических разработок для механизации производственных процессов на молочной ферме;

- методика и технические средства реализации физиологической оценки доильного оборудования по изменению структурного состава молока.

Публикация.

Основные положения диссертации опубликованы в 47 печатных изданиях в виде методических рекомендаций, брошюр и статей автора, включая 15 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения,6 глав, общих выводов и предложений и изложена на 323 страницах, включая 26 таблиц, 34 рисунка и библиографию (364 наименований из них 37 на иностранных языках) . Исследования проведены на кафедрах "Механизации животноводства", "Экономической кибернетики" Оренбургской государственной сельскохозяйственной академии за период 1975-1994 гг.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Дано краткое содержание проблемы, цель и задачи исследований, изложены основные положения, которые выносятся на защиту.

1. Состояние проблемы и ее содержание.

Осноеной проблемой функционирования молочной фермы является взаимодействие всех звеньев технологической системы, то есть работа доильного оборудования с физиологически обоснованными режимами работы и информационно - программным обеспечением, наличие современного сервиса обслуживания его, кормление животных по оптимальным рационам и все это на основе системного подхода и анализа.

Значительный вклад в развитие научных концепций функционирования биотехнической системы "человек - машина - животное" внесли такие ученые как Е.И.Админ, Э.К.Еальдман, Ф.Л.ГарькаЕЫЙ, В.Ф.Королев, Э.А.Келпис, Л.П.Карташов, И.И.Грачев, С.Б.Мельников, Ю.А.Цой и другие.

Решение проблемы распадается на решение ее отдельных аспектов, где ключевым моментом является создание рационально-селективной технологии обслуживание животных на баге усовершенствованных средств механизации и информативности производственных процессов. Это может быть достигнуто путем использования доильного оборудования, работающего в режимах адекватных физиологическому состоянию коров, его технического обслуживания с применением методов лабораторных и производственных испытаний на соответствие физиологическим действиям, представление информационно-программного управления и контроля процессами обслуживания животных.

Концептуальное представление работы приведено на рис.1, оно включает в себя следующие основные направления:

- отбор животных по индивидуальным признакам молокоотдачи;

- доение коров аппаратами со щадящим режимом работы;

- кормление по оптимальному рациону;

- разработку современных и эффективных технических средств сервиса;

- информационно-программное обеспечение функционирования мо-лочно-товарной фермы.

2. Теоритическая иодель функционирования системы производства молока в административном районе на молочной ферме.

Для выработки общего методологического подхода суперсистема отрасли молочного животноводства расчленена на системы средств механизации, согласно технологическим процессам.

Совокупность взаимодействия этих систем позволяет в итоге получить конкретную продукцию: молоке, мясо, шкуры и т.д.

э -

-2£огрдммное

Рис. /. КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ПРЕМШШЕ ПРОБАСИ РАЗРАБОТКЦ ТЕХИЦИЕГКиХ ОРЕШЬ ААЯ ООЛЕРЖАННЯ МОЛОЧНЫХ КОРОВ

Рассмотрим подробнее систему средств машинного доения коров, рис.2.

Технологический процесс машинного доения коров можно разделить на четыре подсистемы: пнеимо - и механического массажа вымени животного (С1), машинного доения коров в родильном цехе (Сг), цеха раздоя (Сз) и цеха производства молока (С4). Хотя каждая из этих подсистем включает в себя еще подсистемы более низкого уровня и имеет сбои особенности и задачи, Есе они действуют совместно, так как созданы и функционируют для достижения общей поставленной перед отраслью цели - получения максимального количества молока. Это и является общей задачей оптимального проектирования рассматриваемой системы.

Взаимосвязь указанных подсистем может быть выражена декартовым произведением множеств.

^ ~ и1 ~ ш1

г=н

Г1— \ \\ |ду

да[ вл мл вд

м

2

о

3

Рис 2. Схема системы средств механизации машинного

доения коров с взаимодействием элементов подсистем

- и -С С1ХС2ХС3ХС4

4 > (1) Решение таких сложных задач представляется возможным только на основе системного подхода с применением ЭВМ. При этом исследуемый объект можно рассматривать как последовательную смену его состояний в определенном интервале времени, то есть начиная с массажа животного и заканчивая машинным доением коров в цехе производства молока.

Каждая подсистема С, в сбою очередь включает в себя подсистемы более низкого уровня-оператора, животное, средства механизации. Для оценки и анализа эффективности функционирования средств механизации каждой подсистемы ее можно представить в виде

многопараметрической модели, имеющей несколько еходов и выходов, рис.3. Данные системы, функционируя, выдают готовую продукцию -молоко. Количество и качество получаемого молока определяет цель функционирования подсистемы и выражается еыходными параметрами.

1) На входе подсистемы действует функция контролируемых (управляемых) факторов Б. Значение этих факторов можно изменять в определенных (допустимых) пределах и за счет этого оказывать влияние (управлять) на выходные параметры функции (} - это степень воздействия на вымя коровы, значение рабочих параметров доильного

аппарата и т.д.

г

I Х1 I ••

О <

I ■•

I Хт

Т-.

Е I

У

1'1

Т1

» а

♦'«п.

Рис. 3. Многопараметрическая модель подсистемы.

2) Функция В включает в себя неуправляющие измеряемые факторы. Влияние на эти факторы в производственных условиях фактически невозможно, они стабильны. К ним можно отнести параметры молоко -и вакуумпроводящих шлангов, вес подвесной части доильного аппара-

- 12 -

та, емкость Бедра или диаметр молокопровода и т.д.

3) Функция Е включает возмущающие факторы, эти факторы случайным образом воздействуют на подсистему и некоторые из них недоступны для измерения. Сюда можно отнести состояние животного, надежность средств механизации массажа и доения, производительность вакуумнасоса и т.д.

Выходная функция С} характеризует состояние параметрической системы, которое возникает в результате суммарного воздействия входных факторов.

К ним можно отнести:

- показатели качества молока, его количество, % жира, белка, чистоту и т.д.

- скорость молоковыведения (производительность аппарата).

Тага™ образом, Есе входные данные, влияющие на эффективность

функционирования (способности доильного аппарата качественно вывести все молоко, которое образовывалось в Еымени коровы без ущерба для ее здоровья), можно услоено разделить на ДЕе большие группы, принцип и подходы к изучению которых существенно отличаются.

К одной группе относятся функции В и Д, обусловленные заранее известными значениями. Эффективность доения животного аппаратом можно спрогнозировать при некоторых ограничениях с конкретной степенью точности. В этом случае все факторы, составляющие функции В и Д, следует рассматривать как вполне определенные, заранее известные, что позволяет в данной ситуации для оптимизации рабочих параметров средств механизации массажа животного и доения применять метод целочисленного программирования.

К другой группе относится функция Е, включающая в себя факторы 11...которые очень сложно зафиксировать на определенном уровне, так как они носят случайный характер. В то же время не учитывать эти факторы, действующие непрерывно или дискретно, было бы неверно, так как в этом случае нельзя получить объективное представление о явлениях, возникающих в процессе функционирования средств механизации.

Для практического учета случайных факторов, имеющих место при работе доильного аппарата,необходимо установить закономерности их изменения, дать им количественную и качественную оценки, то есть определить их статистические характеристики. Поэтому для обоснования оптимальной структуры и режимов работы более пригоден метод имитационного моделирования.

В итоге взаимосвязь элементов подсистем на основе имитацион-

ного целочисленного и статистического моделирования позволит нам обосновать и оптимизировать входные и выходные сигналы подсистем С1, Со, Сз, С4 и выйти на необходимые рабочие параметры средств механизации технологического процесса каждой подсистемы, учитывая тесную взаимосвязь исполнительных механизмов и вымени животного.

Вышеизложенное позволило разработать этапы и методы комплексного проектирования технологического процесса машинного доения коров, с учетом иерархии всех параметров - от технологических до параметров рабочих органов.

Таким образом использование системного подхода для решения проблем связанных с разработкой средств механизации в молочном животноводстве позволяет разработать и предложить единую научно-методическую основу оптимального проектирования технологий и технических средств на всем протяжении эксплуатации биологического объекта (коровы).

В своем исследовании мы применили так называемый структурный метод, согласно которому объект или процесс изображается в виде распределенного блока (многопараметрической модели) с выделенным входом XI и выходом Ух (Рис.3).

Обычно процесс функционирования таких моделей рассматривается согласно системным принципам в терминах "вход-выход".

Реакция короеы или системы на внешние XI, 2i возмущения определяют выходные физические и информационные величины , характеризующие количественные и качественные агрозоотехнические показатели обрабатываемого продукта, состояния и продуктивности животных и различные эксплуатационно-технологические, эргономические или экономические показатели машин, групп животных, ферм.

Состояние объекта или процесса при системном анализе определяется как переменная, которая в любой момент времени вместе с входной величиной полностью определяет его поведение, то есть выходную переменную. Переменную состояния системы б данной момент времени, а также текущее и будущее значения ее входных величин единственным образом определяют настоящее и будущее значения выходных величин. Если заданы начальное состояние объекта и входная величина, то выходная величина определяется единственным образом.

Отмеченные условия записываются в виде двух уравнений состояния: \

У (^Л) - ч СХ(Ю) * Уао.ОЗ !

>

х (1) - г СХ(10), У^оД)] ! ,

> (2)

- 14 -

где а и Г однозначные функции.

Из этих уравнений следует, что выходная величина на интервале (1:о,1:) является однозначной функцией входной величины на этом же интервале времени и состояния Уо (1:) в момент 1:о- При этом полагаем, что будущее значение выходной величины не зависят от способа достижения объектом или агрегатом его текущего значения.

Процесс функционирования объекта во Бремени может быть охарактеризован значениями векторов входа - выхода (X,У), состояния (V) и управления (II), измеренными в определенные моменты времени и образующими соответствующие множества:

( \ ! \ ( \ ! \ ! \

! Ха | 1 Ъх 1 1 и! 1 1 V! | 1 VI |

! х2 | 1 Ъг \ 1 и2 1 1 V* I 1 У 2 1

Х - 1 . !; : 1 ъ - 1 - 1; 1 | и - 1 . I; 1 | V - 1 . |; 1 | У - 1 ■ 1 1 1

1 • 1 1 Хп | 1 1 1 • 1 1 ип 1 1 Уп 1 1 у |

V ! V / V / V / ^ /

(3)

Набор переходов системы из состояния (С1 в С2, затем Сз в С4) определяет ее динамику (фазовую траекторию) и описывается оператором Р.

г VI а) - г «о, а0т, х1)> (4)

Внутри каждого элемента и системы в целом может иметь место множество связей и взаимодействий (отношений) между элементами, характеризующимися своими частными операторами {А^. Совокупность различных типов элементов и связей между ними образуют структуру объекта или системы, в которой множество операторов {А^ определяют зависимость выходов системы от ее входов:

У - А1 2(1о), и, Х)> при начальном значении ^

(5)

Множество дискретных значений еыходных характеристик испытуемого объекта будут представлять собой векторы состояний в многомерном пространстве, образующие так называемую гипероплоскость. Эту гиперплоскость можно заполнить согласно нашим дискретным представлениям конечным количеством элементарных гиперкубов.

В общем случае, когда состояние исследуемой системы описывается набором характеристик С Е С^ (1 - 1,2...,К), то множество возможных состояний определяется как прямое произведение множеств (1).

В итоге использование системного подхода для решения проб-

лем, связанных с разработкой средств механизации в молочном животноводстве, позволяет разработать и предложить единую научно-методическую основу оптимального проектирования технологии и технических средств на всем протяжении эксплуатации биологического объекта (коровы).

Целесообразность разработки новых средств механизации и автоматизации оборудования заключается в рациональном соотношении между уровнем капиталовложений на создание средств механизации и затратами труда на обслуживание одной коровы.

Уровень механизации и автоматизации отдельных производственных процессов на молочной ферме и ему соответствующий уровень капитальных вложений на механизацию и автоматизацию определяет производительность труда и эксплуатационные расходы на одно животное.

Если предположить, что срок эксплуатации оборудования молочной фермы до ее капитальной реконструкции равен Т годам, то суммарные издержки на технологическое оснащение и эксплуатацию фермы з течение срока Т в расчете на одну голову составят : п п

Е Кх + 1р £ + , (6)

1-1 1-1

где К1 - капитальные затраты на механизацию процесса на ферме з расчете на одну голову, руб; п - число производственных процессов, подлежащих механизации ;

I - срок эксплуатации оборудования в годах;

Б! - годовые затраты труда на 1-й технологический процесс

в расчете на одну голову, чел.-час; ; р - средняя стоимость одного чел.-час затрат труда на

молочной ферме, руб; Э - годовые эксплуатационные затраты на одну голову (без затрат на зарплату), руб.

При проектировании молочных ферм, уровень капитальных затрат

п п

- Е К1 и уровень производительности труда Е необходимо выби-1-1 1-1

рать таким, чтобы обеспечить минимальные суммарные издержки на техническое оснащение и эксплуатацию фермы

п п

I - Е К1 + р1 £ + ЭЬ - ш1п

1-1 1-1 (7)

Рассматривая зависимость капитальных затрат на механизацию 1-го технологического процесса - Ki от затрат труда Si, характеризующих уровень производительности труда, ее можно аппроксимировать выражением вида: Ai

Ki---Ci

Si (8)

где Aj и Ci - коэффициенты, определяемые опытным или расчетным путем по нескольким вариантам проекта.

Из графика (рис.4) видно, что отрицательные значения Ki можно интерпретировать как капитальные вложения, направленные на снижение производительности труда, что лишено здравого смысла. Коэффициент Ci означает максимальные капитальные вложения, исключающие возможность производства, т.е. значение Ki, при котором затраты труда бесконечно возрастают. При нулевых капиталовложениях (Ki-O) затраты труда Ai

Si0--

Ci (9)

т.е. величина, характеризующая уровень производительности труда при отсутствии элементарных приспособлений для производства.

В первом приближении коэффициенты Ai и Ci могут быть определены из системы уравнений

( Ai I Ki0--- Ci

i SiO

<

I AI

I Kl--- Ci , (10)

' Sil

где Kl0 и Sio - соответственно начальный уровень капиталовложений и затрат труда до ввода механизации (немеханиги-рованное производство);

Кц и Sü - расчетный уровень по пергому варианту проекта механизации.

Решая систему (10), получим коэффициенты Ai и Cj.

Минимизируя сумму кгадратоЕ отклонений: п

Д - Е (Kq>i-Kpi)z- min , (11)

1-1

произведя соответствующие подстановки в выражение (11), приравни-

капиталовложений на механизац от уро5ня затрат труда на обслуживание одного жиботног,

10

О к/ Ч° 0

ч Вг з/*

к

о 20 40 ьо во 100 120 по 1м)К.руб Рис. 6. Зависимость головых затрат труаа м

ОБСЛУЖИВАНИЕ ОДНОГО ЖИВОТНОГО ОТ НАПИТАЛО -ВЛОЖЕНиЦ НА МЕХДиНЗДЦиЮ А.АЯ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО ФЕРМЕ

аппроксимирующие кри8ь/е-. 1 - удаление наЗоза-, 2 -раздача корноЗ; 3- доение кора/5-, Ъ- суммарная для трех осноЗных технологических процеееоЗ.

вая нулю частные производные Еэятые по переменным А1 и С^ получим систему уравнений:

б Л п ( с 1 \

--2 Е |Кф1_ - + С4|*|--¡-О

5А 1-1 31 / /

бД

6С

Р. !

- 2 Е |

1-1V.

А1

Кф1-

+С11

(12)

\

/

решая которую найдем коэффициенты А^ и С^, где Кф и Кр - соответственно фактические и расчетные капитальные вложения на механизацию процесса.

Для доения коров на основании экспериментальных данных получим Ае~1800 руб-чел^ча^С^-Зб,! руб. ( по ценам 1991 года).

Графически эти зависимости представлены на рис.5, из которого следует, что с увеличением капиталовложений на механизацию затраты труда снижаются как по отдельным процессам, так и в целом по сумме процессов.

Для минимизации суммарных издержек на техническое оснащение и эксплуатацию фермы, подставив выражение (8) в уравнение (6) и приравнивая частные производные нулю, получим систему, из которой найдем

"бЗ . Ai

----+ р1 -О, (13)

631 312 1-1,2,3,..,п.

31 ОПТ.- /_А1

V Pt (14)

При современном уровне развития техники этот уровень производительности труда и соответствующий ему уровень капиталовложений на техническое оснащение обеспечат минимальные издержки производства.

Из графика (рис.4) видно, что оптимальный вариант капиталовложений и затрат труда получается в точке касания В с углом наклона, тангенс которого равен

Ж! А1

------ р! (15)

с^! ЗГ

или

С1К1--рЬ"^!. (16)

Экономическую интерпретацию условия (16) можно дать следующую. Если вместо данного варианта капиталовложений взять другой, в котором затраты на зарплату будут меньше на pdSi, то затраты на зарплату за период t будут меньше на ptdSi. В оптимальном случае (прямая касательная в точке В) возможное увеличение капитальных затрат возмещается экономией на зарплате за весь период эксплуатации фермы.

Средняя стоимость одного чел.-часа затрат труда на молочной ферме по хозяйствам Оренбургской области за 1991 год составила в среднем 0,63 руб.,т.е. р-0,63 руб./чел.-час.

Оптимальные затраты труда и капиталовложения по осноеным технологическим процессам, вычисленные по формулам (14) и (8) для t-7 и р-0,63 представлены в таблице 1.

Различные сочетания трех способов доения короЕ с шестью способами механизации раздачи корма и с пятью способами механизации удаления навоза, позволяют получить 150 вариантов механизации трех осноеных технологических процессов.

Таблица 1.

Оптимальные капиталовложения на техническое оснащение и затраты труда по основным технологическим процессам молочной фермы.

1 1 N 1 1 I 1 Капиталовложе- 1 Годовые зат-[

1 п [Наименование технологического! ния в руб. на раты труда на|

| процесса | одну голову одну голову |

1 1 в чел.-час |

11. 1 ! | Доение коров [ 125,2 ?>л 2 1 ~w 1 1

1 2. | Раздача кормов | 22,5 6,5 |

1 з. 1 1 ! Удаление навоза | | 1 13,2 я. 7 I

Итого по 3-м процессам | 160,9 30,4 | 1

В таблице 2 представлены результаты расчета экономических по- --казателей вариантов 1 и 2 механизации в сравнении с оптимальным.

Видно, что суммарные издержки за 7 лет по всем возможным вариантам механизации превышают издержки оптимального варианта на величину от 77,3 до 243,0 руб. на одну голову.

Таблица 2

Капиталовложения и затраты труда и суммарные издержки по техническому оснащению и зарплате за 7 лет эксплуатации молочной фермы.

1 i Годовые затраты i Суммарные издержки!

|Варианты ¡Капиталовложения в труда на одну на техническое ос-|

|руб.на одну голову голову в чел.- нащение и эксплуа-|

час. тацию фермы в руб. ¡

! 1 1 67,9 106,4 537,9 |

1 2 I 117,2 57,8 373,2 |

|Оптималь- | 160,9 30,4 294,9 |

| ный i 1

Следовательно, при проектировании крупных молочных комплексов необходимо повысить капиталовложения на механизацию по рассмотренным трем процессам до 161 руб. на одну голову, что позволит сократить годовые затраты труда на обслуживание одной головы дс 30 чел.-час(или при продуктивности 3000 кг молока от коровы до 1 чел.-часа на центнер молока) и получить экономию суммарных издержек на оборудование и зарплату для фермы в 1000 коров от 77,3 дс 243,0 тыс. руб. 'по ценам за 1991год.

Одним из вариантов рационального соотношения капиталовложение и соответствующего уровня производительности труда, является разработка технических средств для доения коров адаптированных физиологии животного с минимальными затратами по их переоснащению. Однако это возможно лишь при глубоком теоретическом анализе взаимодействия исполнительного органа доильной машины, как основной элемента, с выменем животного.

Наибольший интерес представляет взамодействие массажников с соском в процессе работы 2-х тактного доильного аппарата, особенно дополнительная величина силы, удерживающая доиль«1"'* стакан н; соске (рис. 8).

Величина FMTp зависит от силы воздействия массажника на cocoi Fc, которая определяется из выражения:

Fe - Fa- Fb - Fcp - Fm

(17)

где Ра - сила атмосферного давления, действующего на мембрану атмосферного давления;

Рь - сила, действующая на мембрану, от разрежения в межстенном пространстве доильного стакана;

ГСр - сила упругости сосковой резины;

Рм - сила упругости мембраны.

Выражение (17) справедливо при условии применения в качестве масеажника твердого элемента (выполненного из металла или пластмассы). В этом случае, подставляя в уравнение (17) соответствующие значения сил, получим:

п п

Р0 - (Ратм - Рь)-(с12м " с12мэ) - СР сор - с12мэ "

4 4

П

- Сы ОН, - (12м , (18)

4

где Ратм - атмосферное давление; Па

Рь - значение рабочего разрежения в межстенном пространстве доильного стакана; Па с!м - диаметр мембраны, с!мэ - диаметр массажного элемента;

Ср - объемный коэффициент жесткости сосковой резины, Н/м ;

о)р - поперечная деформация сосковой резины, м; См - объемный коэффициент жесткости мембраны, Н/м -, шм - поперечная деформация мембраны, м.

С целью уточнения выражения (18), необходимо рассмотреть особенности взаимодействия массажного элемента с сосковой резиной, от чего зависит в конечном счете, эффективность работы доильного стакана.

Наконечник (конец) массажного элемента можно выполнить коническим. В этом случае его форма приближается к форме клина, который вдавливается в упругую оболочку (стенку сосковой резины) (рис.7).

Зависимость между движущей силой Р, приложенной к клину, и силой сопротивления К деформируемого тела установим при помощи принципа возможных перемещении. Для этого сообщим системе возможное перемещение, указанное пунктиром на рис.7 и составим уравнение работы в виде:

Рис. ¿.Определение массы подвесной части

доильного аппарата .

с

0<с

А

)и I

¡в, £

15«

Рис ?. Схема возможных перемещений млроджннкд

Рис. 6. Схема действия сил при взаимодействии массажника и соска.

РбЗр-ИбЗк-О (19)

Зависимость между возможными перемещениями точек приложения сил Р и й установим из треугольника ОДС (рис.7).

5 Бк - 2 б * ^ (20)

Подставив это значение 5 Бк в уравнение работ получим: Р 5 5Р -2Р5 3р*1д«-0

(21)

Поделив уравнение на 5 Эр, найдем Р.-

Р - 2 5? ^ (22)

Таким образом, сила воздействия массажного элемента на стенку сосковой резина определяется диаметром и формой наконечника - его следует выполнять в виде конуса. При этом величина воздействия на сосок будет минимальной.

За счет взаимодействия массажников с сосковой резиной обеспечивается более надежная работа доильного аппарата (без спаданий доильных стаканов) при снижении величины рабочего вакуумметричес-кого давления и доении коров с сосками меньшего диаметра.

Изменяя диаметр и форму наконечника массажника, можно изменять силу его воздействия на сосок животного (при постоянном диаметре мембраны).

Немаловажным аспектом в решен™ вопроса сокращения затрат на производство доильной машины является возможность снижения массы доильного стакана за счет увеличения силы трения между соском и сосковой резины. Для определения силы, удерживающей доильный стакан на соске, предложено следующее выражение (по Краснову И.Н.):

т? < Рьс + Рпрж + Рухр ± Рувыт, (23)

где Рпрмс - сила, способствующая удержанию стакана за счет разрежения в присоске; РуТр - вертикальная составляющая силы трения ; Рувыт _ вертикальная составляющая силы выталкивания; ш - масса подвесной части доильного алпарата; г - ускорение свободного падения.

При использовании доильных стаканов с массажниками выражение (23) можно представить следующим образом (рис.6):

- 24 -

Pfc>c + Рпрж + Рутр + 3FMTp ± Рувыт

ш < -

г (24)

Сила, способствующая удержанию стакана за счет вакуумметри-ческого давления в присоске, определяется по выражению:

Рпрж - П d b f ho , (25)

где b - высота присоскового кольца;

f - коэффициент трения материала сосковой резины по соску;

ho - разрежение в присоске.

В зависимости от такта работы доильного аппарата, изменяются величины сил FyTP, Рувыт и FMTp

FyTp - f N cosa s« dL PCp f cosoi , (26)

нормальное давление;

угол наклона стенки сосковой резины к вертикальной оси Y; длина соска;

среднее давление сосковой резины на сосок. Рувыт - N sinot (27)

Угол а меняется в процессе перехода работы доильного стакана от одного такта к другому (от такта сосания к такту сжатия и наоборот - для ДА-2М).

Одним из основных факторов оказывающих влияние на эффективное доение является воздействие сосковой резины на сосок вымени коровы.

Зависимость между прогибом сосковой резины, при создании определенного перепада в подсосковой и межстенной камерах доильных стаканов и ее конструктивных и технологических параметров| была получена с помощью полного многофакторного эксперимента 25.'

Y - Д1 - 14,5946 - 0,2993Xi - 0,1076 Х2 - 0,1053 Хз -- 0,8521 Х5 + 0,0506 Xi Х5 + 0,0037 Х2Х3 + 0,0112 Х2Х5 + + 0,0075 Х3Х5 - 0,0004 Х2Х3Х5

(28)

где Д1 - величина прогиба сосковой резины, мм;

Xi- ДН - величина перепада вакуумметрического давления между

где N -а -L -Рср "

межстенным и подсосковым пространствами доильного стакана, кПа;

Хг - р - величина натяжения сосковой резины,Н;

Хз - 1 - длина соска вымени, мм;

Х4 - d - диметр соска вымени, мм;

Хэ - ВС- вакуумметрическое давление сжатия сосковой резины, кПа.

Количество членов в уравнении регрессии определяется на основании вычисленных значений коэффициентов детерминации и остаточной дисперсии.

Оптимальная величина ДН, которая удовлетворяет условиям максимального молоковыведения при минимально возможной величине на-ползания определяется из экспериментальных данных (рис.9).

ÄB-f(Al), (29)

где ДВ - величина наползания доильного стакана;

Д1 - величина прогиба сосковой резины.

Данные зависимости могут быть с большой достоверностью апп-роксиммироЕаны выражением:

-«t ЛВ - А (1-е ), (30.0)

где ДВ - величина наползания;

А - шах величина наползания; а - характеристика крутизны подъема величины В; t - время доения.

Далее необходимо установить функциональную зависимость между величинами а и Д1.

Для этого вместо Д1 целесообразно ввести новую переменную U связанную с Д1 соотношением:

1 п

Uj - Ali--Е Ali : (31)

n 1-1

После ряда преобразований получаем Ui - Ali ~ 4,4833 (31).

Значение коэффициентов ао и Ьо для уравнения:

а - ао + Ьо Д1 (32)

а - ао + Ьо U

(33)

N / р—< —^ ,—

ч 1,5 Прий ё, мм

1 ч

\

Д

/ 7.5

и (— ;—) ы ы н ?—

О 0,5 1.0 1,5 2.0 2,5 3,0 3,5 4,0 <5 5,0 ^НМ

Рис. 9. Зависимость величины наполздиня

доильного стакана от времени доения, при различных значениях прогиба сосковой рези мы

Puo. /О. Зависимость скорости молокоотаачи

m величины dC ОТ прогиба c0ck0bdü резины

- 27 -

определяем по соответствующим формулам.

Тогда а - 12,2957 - 4,0869 и

Подставим вместо и выражение (31)

После выражения « через Д1 и и и подстановки значении Х2, Хз, Х4 для конкретной сосковой резины выразим соотношение (31) через XI

а - 19,3857 - 1,2575 XI. (32)

Еыражение (32) подставим в уравнение (30)

ДВ - А С1 - е~(1Э'3957 ~ 1-2575 (33)

Сделав необходимые преобразования и подставиЕ численные значения соответствующее параметров, получаем значения перепада ва-куумметрического давления между межстенной и подсоскоеой пространствами ДВ-15,3058 кПа (для сосковой резины с ЕС-11,997 кПа).

При использовании сосковой резины, совмещенной с молочной трубкой ВС - 9,3310 кПа.

Величина перепада XI- ДВ - 14,6985 кПа.

Исходя из второго условия - максимального истечения молока, необходимо выбрать максимально возможную величину ДН, которая исключает наползание стакана, не мешая истечению молока.

На основе экспериментальных данных, устанавливаем функциональную зависимость между величинами и А1.

Далее проводим необходимые вычисления методом наименьшее квадратов. Результаты вычислений представлены графически на рис. 10.

С* - 2,7 - 0 , 0346 Д1 (34)

где Ц - скорость молокоотдачи, кг/мин (кг/с) Подставляя в выражение (34) значение Д1 - Г (XI Х2 Хз Х4 Х5) согласно (35) получаем:

Ц - 2,7 - 0,0:346 (14,5946 - 0,2933 Х1 - 0,1053 Х2 - 0,1053 Хз - 0,8521 Х5 + 0,0506 Х1Х5 + 0,00=37 Х2Х3 + 0,0112 Х2Х5 + 0,0075 Х3Х5 - 0,0004 Х2Х3Х5

(35)

При Х2 - Р - 58,8 Н; Хз - 1 - 40 мм; Х5 - ВС - 9,33 кПа

Подставляя значения Х2, Хз, Х5 в выражение (35) получаем:

- 28 -

Ц - 2,7 - 0,0246 (0,1728 Хг + 4,9181)

где Ц - минимально допустимая величина молоковыведения.

или 0,006 XI - 2,5298 4 Ц

(37)

Как показывают многочисленные исследования, проведенные зг последние годы в Оренбургской области, более 30 % коров отдают молоко со скоростью менее 2,4 кг/мин. Тогда из выражения (37) находим: 0.1298

Согласно полученным расчетам, величина перепада вакуумметри-ческого давления в межстеной и подсосковой камерах доильного стакана должна находиться в пределах 14,70 < Х± < 21,63 кПа.

Однако после многочисленных экспериментальных исследований, проведенных е лаборатории на стендах и в производственных условиях, мы сочли возможным уменьшить нижний предел величины перепада Х1-ДН-11,31...11,97 Кпа. Это позволяет достичь поставленной цели: исключить возможность перемещения доильного стакана в процессе доения по соску не более чем на 5 мм.

Предложенная методика моделирования взаимодействия исполнительного механизма и соска может быть успешно применена при разработке новых конструкций доильных стаканов.

3. Сервисное обеспечение функционирования технических средств для машинного доения коров. Изложена методика обоснования г разработки комплексного стендового оборудования для испытания к технического обслуживания технических средсЕ для машинного доения коров. Приведена основа методического подхода к испытанию доильных аппаратов на адекватность физиологическим особенностям корое е лабораторных и производственных условиях. Принципиальной особенностью такого подхода является выявление особенностей взаимодействия доильного аппарата с молочной железой короеы при достаточном информационном обеспечении процесса молокоотдачи. Создан комплект испытательных стендоЕ, который обеспечивает проверку соответствующей кривой молокоотдачи выбранной группы коров с реальной кривой молоковыведения испытуемого доильного аппарата. Разница в характере кривых молокоотдачи показывает степень эффективности работы доильного аппарата на данном рабочем режиме. Путеь выбора приемлемого по физиологическим соображением рабочего режи

XI

21,6333, кПа

0. Об

(38)

ма, можно рекомендовать направления совершенствования доильных аппаратов.

В комплект современных доильных установок входит целый ряд элементов контроля и автоматизации процесса, в частности, манипуляторы отключения доильного аппарата, которые должны обеспечить щадящие режимы машинного додаивания и завершения доения.

С помощью предложенного комплекта стендов можно осуществить проверку практически Есех существующих средств контроля процесса доения с достаточной степенью достоверности получаемых результатов. Например, проведенные испытания датчиков интенсивности моло-ковведения серийных комплектов манипулятора ВД-Ф-1 показали значительный разброс значений величины интенсивности молокоЕведения при срабатывании (рис.11) и отключении доильного аппарата (рис.12). Данные исследования подтверждают необходимость комплексного подхода к испытанию доильных машин в лабораторных условиях и дальнейшей проверки их на молочной ферме.

4. Методика исследований доильных машин. Изложена методика исследования доильных машин в производственных условиях на физио-логичность их взаимодействия с соском вымени животного. Совершенствование доильных машин требует улучшения методики-их сравнительных испытании на машино - испытательных станциях, где определяются основные показатели работы доильных аппаратов и их воздействия на организм животного.

В связи с этим, предложена методика, по которой следует последовательность чередования циклов или режимов проводить по схеме латинского квадрата (например, 4x4), причем порядковый номер строки соответствует номеру периода эксперимента (количество групп короЕ и периодов эксперимента должно быть равно числу испытываемых режимов или циклов доения).

По разработанной обобщенной методике в Оренбургском сельскохозяйственном институте проводили физиологические испытания двух экспериментальных доильных аппаратов на фоне серийного двухтактного аппарата ДА-2 "Маета". Испытанию подвергали: доильный аппарат с ограничителем наползания доильных стаканов (П); доильный аппарат, имеющий в межстенных пространствах доильных стаканов пульсирующий вакуум, величина которого ниже номинального (Р), и серийный аппарат ДА-2 "Майга". В результате получили сочетания: РС - левая половина вымени должна доиться аппаратом (Р), правая -соответственно аппаратом (С); СР - левая - аппаратом (С), правая: СП - левая - аппаратом (С), правая - (П). План эксперимента по обобщенной методике представлен в таблице 3.

Pup. h. Распределение момента включения

„машинного доаоо" пнебмодатуиком автомата-манипулятора МД-Ф-i Среднее - 375,5 гр/м Мода - 590 гр/м Аиспереия - 5095,717 Среднее квадратичное отклонение - 71,38

Рис. №. Распределение момента отключения

доильного аппарата пневмодатчиком автомата-манипулятора ма-ф-f Среднее - №8,52 гр/м Мода - 150 гр/м Аиепереия - 682,1758 Среднее к8адратично£> отклонение -26,12

Таблица 3.

План эксперимента

1 ! | Группа | | Период | 1 1 | 2 1 1 1 з | I 1 1 1 1 4 I

) ) 1 1 1 рс | ср ! 1 1 ПС | 1 | СП |

1 I 1 2 1 ср ! СП ! ! 1 РС | 1 | ПС |

! 1 1 з | ПС | РС 1 1 1 'СП 1 1 1 ср |

1 1 1 4 | ■ > СП | пс 1 ! 1 ср | | • рс | I

Экспериментальные данные по каждому доильному аппарату представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты эксперимента

i 1 | N режима | 1 1 1 1 л 1й1, 1 х 1 10Д1.жи-¡ро-ед. 1 1, мин|Орд,л 1 1 1 1 СЬп.Жз1живо-ел1 1 мин 1 жиро-в1 1

1 ! ! ДА-2 1 1 1 1 3,9100| 3, 1 4813 1 113,3397 1 5,1642|0,2659 1 1 2,0855|2, 1 1 5964 | 1

I I !ДА с ог- | ¡раничит. ! 1 1 1 4,2125| 3, 7438 1 1 ¡15,7797 | 5,5178)0,0675 1 I 0,4120¡2, 1 1 8973 | 1

! 1 1 ДА с пуль! ¡сир. зэк.| I 1 1 4,0156! 3, 5563 1 1 14,3756 1 1 5,3125¡0,0894 > \ 1 0,8521¡2, : 1 ! 7035 ! 1

примечание: 0, - величина разового удоя, л; N - число короводоек;

жирность молока без ручного додоя, I; ОЖа - величина молочного жира, выдаиваемого аппаратом в жиро - единицах;

й - время доения, мин; 0рД- величина ручного додоя,л;

ОрдЖз - величина молочного жира, не Еыдоеиного доильным аппаратом;

средняя скорость молокоотдачи, жиро-ед./мнн.

Таким образом, обобщенная методика позволяет исключить возможное Едияние индивидуальных и временных неоднородностей за счет раздельного выдаивания половин вымени с одновременным размещением режимов или циклов доения по сбалансированному латинскому КЕадра-ту. Она в большей мере способствует сглаживанию последствия одного фактора на другой, снижает трудоемкость эксперимента и позволяет проводить опыты одному дояру.

Предлагаемая методика с успехом может быть использована на машино-испытательных станциях при сравнительных испытаниях доильных аппаратов.

Немаловажную роль при совершенствовании и создании доильной техники играет начичие методов объективной оценки физиологичности доильных аппаратов. Однако единая методика еще не разработана, а используемые комплексы показателей для оценки доильных аппаратов (такие как величина удоя, скорость выдаивания и другие) малоэффективны.

Е зависимости от режима работы доильного аппарата и качества выполнения отдельных элементов технологии машинного доения коров, изменяется структурный состав молока, динамика которого может быть изучена и оценена с помощью доильного аппарата, позволяющего автоматически брать пробу молока в процессе всего времени доения. В результате тлеется возможность по изменению структурного состава молока сценить влияние на корову тех или иных факторов содержания животных или режим работы доильного аппарата.

С помощью этого устройства изучали влияние полноценности реализации рефлекса молокоотдачи коров на формирование окончательного компонентного состава удоя, как совокупности составляющих его порций.

Исследовали три варианта на фоне принятой в хозяйстве (обмывание вымени водой с 40...45° С, без массажа). Этот Еариант обозначили первым и приняли его за контрольный.

В результате, при сравнительном изучении влияния подмывания вымени водой с 1°-25...30°С; 1°-50...55°С; ^-50..55°С с массажем перед доением, на удой и жирность молока обнаружено стимулирующее действие указанных вариантов преддсильной подготовки на продуктивность коров.

Предложена методика проведения эксперимента по оптимизации рабочих параметров доильного аппарата, основанная на получении аналитической зависимости на базе проведения активного экспери-

мента по ортогональному плану первого порядка позволяет определить параметры полинома вида для К управляемых факторов и одного фиктивного Хк+1. В каждом опыте плана проводится несколько измерений выходной величины У через равные промежутки времени по мере развития процесса. Для постоянных условий опыта /Xj - const/ определяется скорость развития в любой стадии процесса, непосредственно из графика развития или аппроксимирующей его функции. Это позволяет достроить матрицу планирования дополнительным фактором - показателем процесса У взамен фиктивного Хк+з..

В случае выхода изображающей точки процесса за пределы области эксперимента, оптимизация проводится на основе определения условного экстремума целевой функции при ограничениях, наложенных областью эксперимента /областью допустимых значений Xi/.

Приведена методика расчета "ЗЕеэдного" плеча для полнофакторных экспериментов (на примере эксперимента 25).

5. Программные методы функционирования машин и человека в системе "человек-машина-животное".

Рационально - селективная технология обслуживания стада подразумевает наличие информационно-программного обеспечения выполнения основных технологических процессов, базирующихся на знании индивидуальных особенностей животных (порода, продуктивность, удой, жирность молока, структурный состав молока и т.д.) и применении адекватных по взаимодействию технологического оборудования. Для функционирования любой фермы предложен целый ряд алгоритмов и программ по оперативному управлению производства молока. На основании уже разработанных нами программ, систематизирован весь имеющийся материал в один пакет прикладных программ, обеспечивающий управление молочными животноводческими фермами. Принцип работы с программами заключается в том, что специалисту не требуется глубоких знаний в области вычислительной техники, так как работа с машиной ведется в диалоговом режиме. В управление фермами включены следующие основные разделы:

- создание оптимальной структуры стада, оборот стада;

- расчет потребности в кормах;

- определение оптимального рациона кормления животных;

- диагностика и техническое обслуживание доильных установок;

- проведение анализа хозяйственной деятельности фермы.

Данные разделы информационно-программного обеспечения управления молочной фермы входят в главное меню (рис.13) и высвечиваются на дисплей при запуске программы. В зависимости от Еыбора

пользователем одного из разделов, высвечивается меню данного раздела, которое предполагает:

- составление выбранного раздела;

- корректировку;

- ознакомление с разделом;

- выход в главное мен».

При выборе из трех первых действий на дисплее высвечивается составные данного раздела. При ЕЫборе одного из них осуществляются соответствующие действия.

Пример алгоритма модуля 45 программы "Диагностика технического оборудования" представлен на рис.14.

Работа по этому алгоритму позволяет пользователю тлеть всю информацию.для ТО доильного оборудования коровника.

6. Технико-экономическая оценка эффективности научно-технических основ повышения эффективности доильного оборудования в молочном животноводстве. Приведены материалы по внедрению и оценки экономической эффективности проведенных исследований, краткая аннотация которых изложена на страницах 6 и 7 автореферата.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. В работе решена имеющая важное народно-хозяйственное значение научно-техническая проблема повышения эффективности применения доильного оборудования в молочном животноводстве на основе разработанного комплекса методов и средств для создания и эксплуатации доильных машин.

2. На основе анализа взаимодействия исполнительного механизма доильной машины и соска вымени животного определены направления совершенствования конструкций доильных аппаратов с целью повышения эффективности процесса молскоЕыведения и реализации генетического потенциала животного.

3. Разработаны основы системного подхода к проектированию и разработке нозого доильного оборудования на всем протяжении эксплуатации биологического объекта, начиная с нетели и заканчивая коровой в цехе производства молока.

4. Разработаны и предложены методика и оборудование для испытаний и диагностики доильных аппаратов на основе сравнительного анализа получаемых кривых динамики молоковыведения с аналитическими выражениями характеристических кривых динамики молоковыведения основных групп молочного скота.

Разработанный комплекс испытательных и диагностических стендов в лабораторных условиях обеспечивает: контроль и настройку (при необходимости) рабочих параметров, имитирует различные крн-

о

начало

з:

<.81оа I/мро/мга'Чш о фате уыил последнего ТО г информации по

' ооиЛмь/х устоиой>к 3. Лолцуеме грягригоб 'и

ко!с ае»онтиео£онними / ' 'уопато кони^^ 1

-к- /,м у/ / ££оа р>/пл/ монтажа V чЫ ус/понобо* пом / г / консер&ации /

I Еженедельное ТО Ыг. ТО 1з. то л/2

I $ ТО на инмересуюи^гю

Модуль расчета и£ы£оуа на лечапн ; ! ^Вженеуенюе ¡¡«у «•«)» ТО - -/ре) ¿песяц ¡ТО л/1 - ¿2 месяца.

Си О)

РИС./^. АЛГОРИГО СОСТАВЛЕНИЯ ГРАФИКА ГО ПРОВЯЛЕННО Й КОНТРОЛЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ДОИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

вые молоковыведения с изменением внутривыменного давлэния от 1,5 до 6,5 кПа и тонуса сфинктера соска от 0 до 15 кПа. Это вполне соответствует реальному процессу молоковыведения, а предложенные методики испытаний и диагностики позволяют получить достоверные результаты на этих комплексах.

5. Предложенная методика обоснования уровня производительности труда на молочной 'ферме подразумевает основной критерий выбора оптимальности комплекта технологического оборудования - соответствие уровня производительности труда - уровню капиталовложений.

6. На основе положен™ теорий упругости, деформации упругих тел, оболочек получены аналитические модели, указывающие на характер взаимодействия исполнительного механизма доильной машины и соска вымени коровы, позволяющие интерпретировать варианты конструктивных решений технологического оборудования на оптимальность по степени воздействия на организм животного.

Выявлено, что дополнительной стимулирующей способности доильного аппарата можно добиться путем установки специальных массирующих устройств и регулировкой их рабочих режимов.

7. Для современного уровня производства молока, включающего в себя Есе возрастающую роль мелкотоварного (фермерского) производства, основой роста продуктивности является рационально-селективная технология, включающая в себя доение аппаратами со щадящим режимом работы и их техническое обслуживание.

8. Определено, что характеристикой эффективности доильного аппарата по степени воздействия на сосок вымени коровы, является изменение структурного состава молока в процессе доения, которое может быть выявлено с помощью предлагаемой методики и разработанного испытательного оборудования, в частности, аппаратов с автоматическим взятием проб молока в процессе всего времени доения и почетвертного выдаивания животного.

9. В работе проведено теоретическое обобщение фактического материала по литературным источникам, а также передового опыта, анализ которого показал, что одной из актуальных проблем молочного животноводства является отсутствие хорошо организованной технологической цепочки обслуживания животных, начиная с нетелей и кончая коровами в осноеяом цехе производства молока с соответствующими средствами машинного доения, технического сервиса доильного оборудования, информационно-программного обеспечения и управления молочной фермы.

Классификация технологического оборудования и информацией-

но-программного обеспечения выявила пути дальнейшего совершенствования технических средств - в создании аппаратов со щадящим режимом работы, с дополнительным стимулированием процесса молоко-отдачи во время доения; физиологически обоснованных режимах работы этого оборудования, разработки соответствующего комплексного технического сервисного оборудования и обслуживания доильного оборудования, создание комплекта программ информационно-программного блока для автоматизации управления молочной фермой.

10. Путем совершенствования методики планирования эксперимента по сбалансированному латинскому квадрату и совмещением раздельного выдаивания половин вымени животного обеспечивается значительное сокращение времени на производственные испытания нового доильного оборудования, облегчается подбор животных и групп-аналогов и уменьшается вероятность нанесения ущерба состоянию здоровья животного.

11. Для оперативного контроля состояния технологического оборудования и животных апробирована методика создания автоматизированных рабочих мест руководителей молочных ферм, которая способствует быстрому принятию решения о корректировке технических, технологических и физиологических параметров производственной системы на молочной ферме.

Разработанный информационно-программный блок является основой дальнейшего совершенствования уровня автоматизации и роботизации молочного животноводства.

12. Результаты исследований явились научной и практической базой для обоснования технологических и технических средств машинного доения молочного стада, технического обслуживания доильного оборудования и информационно-программного блока управления молочной фермой.

Предложенные варианты являются оригинальными, что подтверждено 15 авторскими свидетельствами.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1. A.C. N 578034 СССР, МКИ А Ol J 5/06 Доильный стакан/Огородников П.И., Базаров M.K. N 2337147/30-15. Заявлено 22.03.76.; опубл. 30.10.77. Вол. N 40.

2. A.C. N 760911 СССР, МКИ А Ol J 5/00 Доильный аппарат/Огородников П.И., Базаров M.K. N 2550915/30-15. Заявлено 05.12.77.; опубл. 07.09.80. Бюл. N 33.

3. A.C. N 640713 СССР, МКИ А Ol J 5/00 Доильный аппарат/Огородников П.И., Базаров М.К., Ломакин В.И., Горбунов В.Ф. N

- аа -

2123400/30-15. Заявлено 25.04.75.; опубл. 05.01.79. Бюл. N 1.

4. A.C. N 10330882 СССР, МКИ А Ol J 5/00 Доильный аппарат /Базаров М.К., Дриго В.А., Ломакин В.А., Огородников П.И. N 3409011/30-15 заявлено 12.03.82.; опубл. 07.08.83. Бюл. N 29.

5. A.C. N 897177 СССР, МКИ А Ol J 5/08 Доильный стакан/Огородников П.И., Базаров М.К., Ломакин В.И., Чуряк Н.М. N 296527/30-15. Заявлено 21.07.80.; опубл. 15.01.82. Еюл. N 2.

6. A.C. N 982625 СССР, Устройство для доения/Огородников П.И., Антонова B.C., Чуряк Н.М., Назаренко Д.Р. N 3003392/30-15 Заявлено 30.09.80.; опубл. 23.12.82. Еюл. N 47.

7. A.C. N 1209119 СССР, МКИ А Ol J 7/00 Устройство для удаления из потока молока ее фракций, смешанных с молозивом/Курочкин A.A., СкоровН.П., Огородников П.И. M 3776476/30-15. Заявлено 31.07.84.; 'опубл. 07.02.86. Бюл. N5.

8. A.C. N 12535:30 СССР, МКИ А Ol J 5/04 Доильный аппарат/Огородников П.И., АксеноЕА.В., Лазарев А.Ф. M 3366238/30-15 Заявлено 12.03.82.; опубл. 30.08.86. Бюл. N 32.

9. A.C. N 1215645 СССР, МКИ А Ol J 7/00 Устройство для отбора проб молока для анализа/Курочкин A.A., Скоров Н.П., Огородников П.И. N 3756009/30-15. Заявлено 22.06.84.; опубл. 07.03.84. Бюл. N 9.

10. A.C. N 1367925 СССР, МКИ А Ol J 5/04 Устройство для доения/Огородников П.И., Курочкин A.A., Соловьев С.А., Аксенов A.B., Гачковский Г.Д. N 4069402/30-15. Заявлено 17.02.86.; опубл. 23.01.88. Еюл. H 3.

11. A.C. M 1375198 СССР, МКИ А Ol J 7/00 Стенд для испытания аппаратов/Соловьев С.А., Аксенов A.B., Огородников Л.И., Курочкин A.A. N3928586/30-15. Заявлено 17.07.85.; опубл. 23.02.88. Бюл. N

iy

12. A.C. И 1419621 СССР, МКИ А Ol J 7/00 Регулятор вакуума /Соловьев O.A., Асманкин Е.М., Аксенов A.B., Огородников П.И. N 4193266/30-15. Заявлено 12.02.87; опубл. 30.08.88. Бюл. N 32.

13. A.C. N 1510789 СССР, МКИ А Ol J 7/00 Устройство для надевания доильных стаканов на соски вымени /Соловьев С.А., Огородников П.И., Коровин Ю.М., Зайковский И.О. N 4383984/30-15. Заявлено 04.01.88; опубл. 30.09.89. Бюл. N 36.

14. A.C. N 1505483 СССР, МКИ А Ol J 5/08 Доильный стакан/Кар-ташов Л.П., Огородников П.И., Соловьев С.А., Аксенов A.B. и Чуряк Н.М. N 4314185/30-15. Заявлено 10.07. 87.; опубл. 07.09.89. Бюл. N 33.

15. A.C. N 1563643 СССР, МКИ А Ol J 7/00 Молокомер 'Огорсдки-

ков П.И., Карташов Л.П., Соловьев С.А., Аксенов А.Б. N 4399424/31-15. Заявлено 04.01. 88.; опубл. 15.05.90. Бюл. N 18.

16. Базаров М.К., Ломакин В.И., Огородников П.И. Автоматическое регулирование относительной длительности такта сосания в доильном аппарате с регулированием вакуума.//Сборник научных тру-дое. Механизация работ в животноводстве., вып. 64 - Саратов, 1976 г. с. 127-137.

17. Базаров М.К., Огородников П.И. Сравнительные испытания доильных аппаратов.//Вестник с.-х. науки, N 12 1978 г. с.99-102.

18. Базаров М.К., Огородников П.И. Аппарат для доения коров без машинного додаивания.//Техника в сельском хозяйстве, N 4 1979г. с.74-75.

19. КаЕешникоЕа К.И., Красноперова Л.Г., Огородников П.И. Физиологическая оценка доильного аппарата с регулируемым в процессе доения вакуумом /Бюллетень Всесоюзного НИИ разЕедения и генетиками сельскохозяйственных животных, вып. 62, Л. 1983 г. с.21-24.

20. Квашенников В.И., Огородников П.И., Самойленко В.Н./Сборник трудов Ленинградского СХИ. Совершенствование рабочих органов машин и повышение эффективности их технологических процессов в растениеводстве и животноводстве, 1991 г. с.56-59.

21. Методические рекомендации по доению коров в родильном отделении. /Руководитель авторского коллектива Карташов Л.П., М., 1988.

22. Огородников П.И. Модернизация доильного аппарата.//Уральские Нивы, N 12, 1977 г. с.57-58.

23. Огородников П.И. Разработка и исследование аппарата для доения коров без машинного додаивания.//Сб. научн. трудов Казахского СХИ. Механизация производственных процессов в сельском хозяйстве Казахстана, Вып. 3. - Алма-Ата. 1978 г. с. 144-148.

24. Огородников П.И., Базаров М.К. Разработать и внедрить варианты комплексной механизации в 4-х рядном коровнике на 200 голов (тип. проект 80122) при его реконструкции.//Отчет N 7836536 Государственной регистрации в ВЦНТИ, Оренбург, 1916.

25. Огородников П.И., Базаров М.К. Разработать и исследовать доильный аппарат с ограничителями наползания доильных стака-ное.//Отчет в ВЦНТИ, государственный регистрационный N 78038535. Оренбург, 19•

26. Огородников П.И. Разработка и исследование аппарата для доения коров без машинного добния.//Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. - Оренбург, 1979 г.

27. Огородников П.И. Разработка и исследование аппарата для

)ения коров без машинного додаивания. Диссертация на соискание юной степени к. т.н. Ленинград-Пушкин, 1979 г. Защищена 5.06.79.

28. Огородников П.И., Базаров U.K. Обоснование уровня пронзительности труда на молочной ферме.//Вестник с.-х. науки, N 5, 180 г.

29. Огородников П.И., Базаров М.К. Аппарат для доения коров з машинного додаивания.//Тезисы докладов. Всесоюзная школа мо->дых ученых и специалистов по промышленной технологии молока, 30 г.

30. Огородников П.И., Ломакин В.И. Разработать мероприятия по вышению производительности труда при машинном доении ко-в.//Отчет госуд. регистр. N 81099801.; май, 1981 г.

31. Огородников П.И., Аксенов A.B. Разработать мероприятия по Еышению производительности труда при машинном доении ко-в.//Отчет госуд. регистр. N 01830016994.; декабрь, 1985 г.

32. Огородников П.И. Совершенствование обработки экономичес-й информации в сельском хозяйстве./ Система ведения сельского зяйства Оренбургской области, Челябинск, 1986, с.

33. Огородников П.И., Соловьев С. А. Пути совершенствования ильных аппаратов для родильного отделения./Тезисы докладов VII штозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных 19-22 реля 1988г., М.-Ленинград, 1988 с. 196.

34. Огородников П.И. Устройство для оценки состава молока в эцессе доения./Тезисы докладов VII Симпозиум по машинному дое-о сельскохозяйственных животных 19-22 апреля 1988г., -Л.1988г. с.197.

35. Огородников П.И. К вопросу совершенствования доильного эрудования для родильных отделений. /Тезисы докладов Всесоюзной гчно-практической конференции "Интенсификация сельскохозяйс-гнного производства в условиях радикальной экономической рефор-

Сумы, 1989г.

36. Огородников П.И., Соловьев С.А., Аксенов A.B. К вопросу зработки робототехнической системы для коров. /Робототехника в п>скохозяйственном производстве. Межвузовский сб. научн. тр. М, 39, с. 64-71.

37. Огородников П.И. Повышение эффективности машинного доения юв.//Совершествование механизации производственных процессов е ютноводстве. Сб.научных трудов ЧИМЭСХ Челябинск, 1990 г. 55-90.

38. Огородников П.И., Ким И. С., Иванов A.M. АРМ специалиста -

основа повышения эффективности молочного животноводства /Доклад научно-производственной конференции. Развитие АПК в условиях перехода к рыночным отношениям, Оренбург, 1991 г. с.66-70.

39. Огородников П.И., Ким И.С., Оптимальное планирование развития молочного животноводства с применением нормативно-ресурсных методов и системного подхода /Тезисы докладов Республиканской научно-производственной конференции "Пути совершенствования хозрасчетных отношений в АПК", Казань, 1991 г. с,55-58.

40. Огородников П.И., Иванов A.M. К вопросу о разработке АРМ специалистов сельскохозяйственного производства Казань, 1991 г. с.61-63.

41. Огородников П.И. О системном подходе к разработке средств механизации в молочном животноводстве./'/Тезисы докладов научно-технической конференции "Новые разработки в механизации животноводства", Рязань, 1993 г.

42. Огородников П.И., Соловьев С.А., Бунин И.А. Комплексный подход к проектированию средств механизации при машинном доении животных.//Тезисы докладов научно-практической конференции "Новые разработки в механизации животноводства", Рязань, 1993 г.

43. Огородников П.И. Методические рекомендации для доения коров в родильном отделении.//Оренбург, 1993 г.

44. Квашенников В.И., Огородников П.И. Алгоритмизация задачи оптимизации средств механизации./Сборник трудов Ленинградского СХИ. Совершенствование рабочих органов машин и повышение эффективности их технологических процессов в растениеводстве и животноводстве, 1994 с.89-90.

/