CC BY
29
УДК 637.11:621.865.8
МОДЕРНИЗАЦИЯ ТИПОРАЗМЕРНОГО РЯДА ДОИЛЬНЫХ
УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ И РОБОТИЗИРОВАННЫХ МОДУЛЕЙ ПОЧЕТВЕРТНОГО
ДОЕНИЯ
B.В. Кирсанов, доктор технических наук Ю.А. Цой, член-корреспондент РАН Л.П. Кормановский, академик РАН Д.Ю. Павкин, кандидат технических наук
C. С. Рузин, младший научный сотрудник ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
E-mail: [email protected]
Аннотация. На основе разработанной концепции поэтапной автоматизации и роботизации доильного оборудования будет происходить постепенное замещение малопроизводительного доильного оборудования с переносными ведрами и стойловым молокопроводом на автоматизированные и роботизированные установки станочного типа со станками различных конфигураций типа «Елочка», «Тандем», «Карусель» и параллельно-проходные. Особое внимание следует уделить разработке многофункциональных автоматизированных и роботизированных доильных модулей с почетвертным управлением процессом доения, которые бы органически вписывались в существующие схемы доильных установок; это позволит поднять технический уровень доильного оборудования: доить как в роботах, но при этом использовать существующие доильные залы. В результате использования данной разработки предполагается повышение надежности, физиологичности и эргономичности работы доильного аппарата за счет автоматизированного подвода доильных стаканов к соскам вымени коровы, располагающимся на различной высоте у разных животных, индивидуальное автоматическое управление процессом доения по каждой четверти вымени электромагнитным пульсатором с регулируемыми параметрами на основе точного непрерывного измерения датчиками-счетчиками потока количества и качества молока, надаиваемого от каждой четверти вымени животного, контроль температуры и электропроводности молока, отключение от вакуума после выдаивания соответствующей четверти доильных стаканов с последующей их фиксацией в индивидуальных держателях, установленных на управляемом по высоте рычаге манипулятора, который по окончании выдаивания последней четверти отводится из зоны расположения вымени животного для свободного выхода животного с доильной установки.
Ключевые слова: автоматизированные и роботизированные модули доения, типоразмерный ряд, станочные доильные установки «Елочка», «Тандем», «Карусель, почетвертное доение, манипулятор, актуа-тор, датчик-счетчик потока молока.
Введение. На основе разработанной концепции поэтапной автоматизации и роботизации существующих типов доильного оборудования [1] будет происходить постепенное замещение малопроизводительного доильного оборудования с переносными ведрами и стойловым молокопроводом на автоматизированные и роботизированные установки станочного типа со станками различных конфигураций типа «Елочка», «Тандем», «Карусель», параллельно-проходные. То есть установки 1-го и 2-го типа будут по-
степенно замещаться станочными установками 3-го и 4-го типов (рис. 1). При этом создание роботизированных доильных модулей позволит активизировать развитие как малых, так и крупных форм хозяйствования, как это происходило в ряде европейских стран, поскольку рутина доения, выполняемого доильным роботом, позволяет фермеру в большей степени высвободить время для занятия управленческими вопросами. По оценкам экспертов, рынок доильных установок 1 -го и 2-го типов является достаточно
емким, на мелких и средних фермах эти установки составляют до 75-85%. Крупные мегафермы используют, как правило, импортное высокопроизводительное доильное оборудование типа «Параллель», «Карусель» и доильных роботов, поэтому для них актуально развитие импортозамещения на базе создания недорогого высокотехнологичного отечественного оборудования.
Методология проведения исследований. Особое внимание следует уделить разработке многофункциональных автоматизированных и роботизированных доильных модулей с почетвертным управлением процессом доения, которые бы органически вписывались в существующие схемы доильных установок; это позволит поднять технический уровень доильного оборудования: доить как в роботах, но при этом использовать существующие доильные залы. Вначале ставится задача создания автоматизированных доильных модулей, управляемых опера-
тором, а затем, по желанию заказчика, он до-оснащается дополнительным комплектом датчиков и оборудования, позволяющим доить животных уже без участия человека. Это очень важная социальная задача поэтапного перехода на новые типы оборудования без коренной ломки существующих технологий. Технология почетвертного доения на сегодняшний день пока еще доступна только в доильных роботах, а в залах применяется традиционная технология управления процессом доения по вымени в целом, не учитывающая морфологические и лактогенети-ческие особенности строения вымени и характер извлечения молока из отдельных его долей, при этом передние доли, как правило, чаще других подвергаются сухому доению, что приводит к заболеванию их маститом; процент животных с маститом на крупных фермах достаточно высок, а срок их хозяйственной эксплуатации крайне мал (2,5-3 лактации) [2,6,7].
Рис. 1. Модернизированный типоразмерный ряд автоматизированных и роботизированных доильных
установок
Отсюда следует, что для повышения производительности труда, сохранения продуктивного долголетия животных следует разработать и внедрить автоматизированные технологии почетвертного доения на существующих типах доильного оборудования, прежде всего, в доильных залах [3]. На доильных установках с молокопроводом это сделать труднее, поскольку данная техноло-
гия требует поочередного отключения от вакуума доильных стаканов на выдоенных долях вымени и их поддержку в специальном держателе, к тому же управление процессом доения также требует наличие специальных датчиков-счетчиков, отключателей вакуума по каждой доле вымени, что утяжеляет переносной комплект доильного оборудования и усложняет труд доярок. Возможные пути
решения данного вопроса - использование переносного подвесного манипулятора доения в виде дуги, устанавливаемой на крестец животного, с доильными стаканами, расположенными на держателе, установленном на нижнем конце дуги [4]. Второе решение -это использование переносного доильного аппарата с датчиком-счетчиком потока молока, который при снижении интенсивности молокоотдачи до 200-400 мл/мин. формирует управляющие сигналы для перевода доильного аппарата в режим пассивного удержания доильных стаканов [5].
Экспериментальная база и ход исследования. Для станочных доильных установок технология почетвертного доения представляется наиболее предпочтительной. Предлагается новое техническое решение, направленное на повышение эффективности машинного доения с учетом неравномерности развития и выдаивания отдельных четвертей вымени животных, облегчение труда оператора, исключение холостого доения и отрицательного воздействия высокого вакуума на соски и четверти вымени, контроль их состояния и качества молока, снижение заболеваемости коров маститом, исключение попадания загрязнений в молоко в результате случайного спадания (сбивания коровой) доильных стаканов на пол, повышение полноты выдаивания животных и их продуктивного долголетия.
В результате использования данной разработки предполагается повышение надежности, физиологичности и эргономичности работы доильного аппарата за счет автоматизированного подвода доильных стаканов к соскам вымени коровы, располагающимся на различной высоте у разных животных, индивидуальное автоматическое управление процессом доения по каждой четверти вымени электромагнитным пульсатором с регулируемыми параметрами на основе точного непрерывного измерения датчиками-счетчиками потока количества и качества молока, надаиваемого от каждой четверти вымени животного, контроль температуры и электропроводности молока, отключение от вакуума после выдаивания соответствующей четвер-
ти доильных стаканов с последующей их фиксацией в индивидуальных держателях, установленных на управляемом по высоте рычаге манипулятора, который по окончании выдаивания последней четверти отводится из зоны расположения вымени животного для свободного выхода животного с доильной установки.
Результаты исследований. Предлагаемый манипулятор доильной установки с управляемым режимом доения по четвертям вымени коровы (рис. 2) содержит блок индивидуальных держателей 1 доильных стаканов 2, установленный на рычаге поддержки 3, который имеет возможность поворота в вертикальной плоскости посредством линейного привода 4 (актуатора) за счет шарнирного соединения с промежуточным рычагом 5, который, в свою очередь, шарнирно соединен с рычагом отведения 6 манипулятора с возможностью его поворота в горизонтальной плоскости посредством второго линейного привода 7 (актуатора), шарнирно соединенного одним концом с неподвижной стойкой 8, а вторым - с промежуточным рычагом 5; электромагнитный пульсатор 9, блок электромагнитных клапанов 10, датчики-счетчики потока молока, температуры и электропроводности молока 11, подключенные к блоку управления 12, вакуумпроводу (не показан) и молокопроводу 13.
Рычаг поддержки 3 выполнен в виде па-раллелограммного механизма 14, сохраняющего горизонтальное положение блока индивидуальных держателей 1 доильных стаканов 2, шарнирно прикрепленного к одной из вертикальных сторон параллелограммного механизма 14, причем индивидуальные держатели 15 доильных стаканов 2 выполнены в виде независимо поворачивающихся на определенный угол продолговатых колец, в которых могут свободно перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях доильные стаканы 2, фиксируясь в них при отключении вакуума по окончании доения соответствующей доли вымени. При этом электромагнитный пульсатор 9 выполнен в виде четырех независимых пневмораспреде-лителей, обеспечивающих индивидуальный
управляемый режим доения в каждом доильном стакане 2.
Рис. 2. Общий вид экспериментального автоматизированного манипулятора с почетвертным управлением процессом доения
Рычаг поддержки 3 выполнен в виде па-раллелограммного механизма 14, сохраняющего горизонтальное положение блока индивидуальных держателей 1 доильных стаканов 2, шарнирно прикрепленного к одной из вертикальных сторон параллелограммного механизма 14, причем индивидуальные держатели 15 доильных стаканов 2 выполнены в виде независимо поворачивающихся на определенный угол продолговатых колец, в которых могут свободно перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях доильные стаканы 2, фиксируясь в них при отключении вакуума по окончании доения соответствующей доли вымени. При этом электромагнитный пульсатор 9 выполнен в виде четырех независимых пневмораспреде-лителей, обеспечивающих индивидуальный управляемый режим доения в каждом доильном стакане 2.
Данный тип доильного аппарата прошел лабораторные испытания, а также предварительно апробирован на молочной ферме РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в составе доильной установки «Елочка», идет его подготовка к госиспытаниям и создание на его основе роботизированного манипулятора
с использованием в качестве датчика-изображения 3Б-камеры.
Область применения результатов. Разрабатываемые унифицированные автоматизированные и роботизированные доильные модули почетвертного доения послужат технологической основой модернизации наиболее распространенных доильных залов «Карусель», «Елочка», «Тандем» с боковым подводом доильного аппарата, также могут использоваться в существующих конструкциях доильных установок с параллельно-проходными станками на пастбищах, а в качестве ремкомплекта устанавливаться на действующие типы аналогичного импортного доильного оборудования.
Выводы. Внедрение автоматизированных и роботизированных доильных модулей с почетвертным выдаиванием и мониторингом качества молока и физиологического состояния животных для технического переоснащения существующих доильных залов и использования в системах добровольного доения создаст условия для снижения заболеваемости коров маститом на 35-50%, уменьшения соматических клеток в молоке - на 25-30%, обеспечит отделение аномального молока в потоке, повысит сроки хозяйственного использования животных до 4-5 лакта-ций; стоимость разрабатываемых доильных модулей в 5-6 раз ниже по сравнению с импортными аналогами.
Литература:
1. Кирсанов В.В., Цой Ю.А., Кормановский Л.П. Концепция создания доильного робота, совместимого с отечественным доильным оборудованием // Вестник ВНИИМЖ. 2016. № 3(23). С. 13-20.
2. Велиток И.Г. Технология машинного доения коров. М.: Колос, 1975. 256 с.
3. Текучев И.К., Иванов Ю.А., Кормановский Л.П. Проблемы реализации технологических новаций в животноводстве // АПК: Экономика, управление. 2017. № 5. С. 21-29.
4. Некоторые научные и технологические обоснования и рекомендации для создания молочных фермерских хозяйств / Кормановский Л.П. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 1(33). С. 21-26.
5. Цой Ю.А., Кирсанов В.В., Павкин Д.Ю. Разработка автоматизированного доильного аппарата с почетвер-тным управлением процессом доения // Техника и оборудование для села. 2016. № 7. С. 22-24.
6. Ужик В.Ф., Белокобыльский А.А. Исследование конструктивно-режимных параметров доильного аппарата с управляемым режимом доения // Вестник ВНИИМЖ. 2008. Т.18, № 2. С. 97-104.
7. А.с. 1750511 СССР. Манипулятор доильной установки / Ужик В.Ф. и др. Опубл. 30.07.92, Бюл. № 28
Literatura:
1. Kirsanov V.V., Coj YU.A., Kormanovskij L.P. Kon-cepciya sozdaniya doil'nogo robota, sovmestimogo s ote-chestvennym doil'nym oborudovaniem // Vestnik VNI-IMZH. 2016. № 3(23). S. 13-20.
2. Velitok I.G. Tekhnologiya mashinnogo doeniya korov. M.: Kolos, 1975. 256 s.
3. Tekuchev I.K., Ivanov YU.A., Kormanovskij L.P. Pro-blemy realizacii tekhnologicheskih novacij v zhivotno-
vodstve // APK: Ekonomika, upravlenie. 2017. № 5. S. 21-29.
4. Nekotorye nauchnye i tekhnologicheskie obosnova-niya i rekomendacii dlya sozdaniya molochnyh fermers-kih hozyajstv / Kormanovskij L.P. i dr. // Vestnik VNI-IMZH. 2019. № 1(33). S. 21-26.
5. Coj YU.A., Kirsanov V.V., Pavkin D.YU. Razrabotka avtomatizirovannogo doil'nogo apparata s pochetvertnym upravleniem processom doeniya // Tekhnika i oborudova-nie dlya sela. 2016. № 7. S. 22-24.
6. Uzhik V.F., Belokobyl'skij A.A. Issledovanie konstruk-tivno-rezhimnyh parametrov doil'nogo apparata s uprav-lyaemym rezhimom doeniya // Vestnik VNIIMZH. 2008. T.18, № 2. S. 97-104.
7. A.S. 1750511 SSSR. Manipulyator doil'noj ustanovki / Uzhik V.F. i dr. Opubl. 30.07.92, Byul. № 28
MODERNIZATION OF THE MILKING UNITS TYPE-SIZED ROW ON THE UDDER QUARTER MILKINGS' AUTOMATED AND ROBOTIC MODULES BASE V.V. Kirsanov, doctor of technical sciences Y.A. Tsoi, RAS corr.-member L.P. Kormanovsky, RAS academician D.Yu. Pavkin, candidate of technical sciences S.S. Ruzin, junior research worker FGBNY FNAC VIM
Abstract. On the m developed phase milking equipment automation and robotization concept base, there will be a gradual replacement of inefficient milking equipment with portable buckets and stall's milk pipeline for automated and robotic machine-type installations with different configurations' stall boxes such as "Elochka", "Tandem", "Carousel" and parallel-passing ones. Special attention it should be given to the multifunctional automated and robotic milking modules with udder quarter milking process control developing, that would organically fit into the milking units' existing scheme; this let raise the milking equipment's technical level: milking like in robots, but the existing milking parlor to use. As a result of this design using it is expected the milking machine's reliability, physiological and ergonomical operation improving through teat cups' automated supply on cow's udder, located at different heights of different animals, milking process's individual automatic control for each udder quarter by the electromagnetic pulsator with the adjustable parameters based on milk flow quantity and quality's accurate continuous measurement by sensors-counters, from animal's each udder quarter yielding, milk temperature and electrical conductivity control, switching teat cups off the vacuum after corresponding udder quarter emptying with their further fixation in individual holders installing on the height of managed manipulator's arm, that after the last quarter's milking from the animal udder's area for the animal's free exit from the milking unit is removed. Keywords: automated and robotic milking modules, type-sized row, stall boxes' milking units "Elochka", "Tandem", "Carousel", udder quarter milking process, manipulator, actuator, milk flow's sensor-counter.
