CC BY
5
УДК 631.22.013
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ УСТРОЙСТВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОЖНОГО ПОКРОВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ЖИВОТНЫХ
Л.П. Карташов, доктор технических наук, профессор
Ю.А. Хлопко, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник ФГБУН Оренбургский НЦ Уральского отделения РАН E-mail: [email protected]
А.М. Осипова, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ Оренбургский государственный аграрный университет E-mail: [email protected]
Представлены теоретические основы проектирования устройств для механической обработки кожного покрова сельскохозяйственных животных с позиций сложной биотехнической системы "человек-машина-животное ".
Ключевые слова: биотехническая система, механическая обработка кожного покрова, проектирование средств и оборудования.
Эффективное функционирование животноводческой отрасли сельского хозяйства возможно в настоящее время только на основе использования передовых механизированных технологий и технических средств, что позволяет повысить использование генетического потенциала животных за счет инженерно-технологических параметров. Сохранение, раскрытие и реализация генетического потенциала невозможны без комплексного подхода с учетом конкретных условий.
Одним из факторов, определяющих качество и количество получаемой продукции, а также физиологического состояния животного, является группа процессов механической обработки кожного покрова животного.
Значение состояния кожного покрова объясняется многообразием функций кожи: защитных, выделительных, внутрисекреторных, теплорегулирующих и анализаторских. Через кожу постоянно осуществляется рефлекторная связь организма животного с
внешней средой. Кожный покров защищает животное и, вследствие этого, воспринимает различное влияние факторов внешней среды, трансформирует их в нервный процесс или явление нервного возбуждения. Кожа обладает рецепторами температуры, давления, боли, которые расположены в эпидермисе. Обильное снабжение периферическими нервными окончаниями позволяет через мозговые центры передавать внешнее раздражение различным органам и системам организма, влияя на их функции.
В ответ на эти раздражения сама кожа изменяется, приспосабливается путем включения сложных механизмов защиты, что, в свою очередь, повышает противостояние всего организма животного различным негативным факторам (воздействию) окружающей среды.
Без соответствующего ухода за кожным покровом происходит загрязнение пылью, грязью, микроорганизмами, отмершими клетками эпидермиса, кожными выделениями. А это, в свою очередь, приводит к нарушению целостности кожного покрова и, как следствие, проникновению патогенных микроорганизмов в кровь и различным кожным заболеваниям. Закупорка потовых желез снижает терморегулирующие функции.
Ухудшаются также рецепторные и секреторные функции - специфические иммунные тела и лизоцим хуже образуются.
Результатом неполноценного функционирования кожного покрова являются снижение продуктивности животного и качества получаемой продукции, заболевания и выбраковка (неполное использование генетического потенциала). Напротив, полноценная механическая обработка кожного покрова позволяет освободить его от загрязнений, чешуек эпидермиса, выпавших волос, микроорганизмов и паразитов.
При механической обработке кожного покрова осуществляется массажное воздействие на кожу, раздражаются рецепторы, освобождаются протоки потовых желез, повышаются кровоснабжение кожного покрова и общий тонус организма. Через механическое раздражение кожных рецепторов центральная нервная система рефлекторно перестраивает работу отдельных органов и организма животного в целом. Нормализуется теплообмен, обмен веществ, на 10-15% повышается газообмен.
Результат перестройки обменных процессов у животных - улучшение аппетита, повышение усвояемости кормов, увеличение продуктивности (к примеру, у дойных коров при систематическом воздействии на кожный покров удои увеличиваются на 7-12%, а жирность молока повышается на 0,1-0,2 абс.%.)
Практически каждый технологический процесс в механизации животноводства состоит из отдельных, выполняемых последовательно операций, которые регламентированы зоотехническими, зооветеринарными, санитарными и организационно-техническими требованиями.
Рабочий процесс, как правило, представляет собой совокупность взаимоувязанных по времени и условиям выполнения операций, посредством которых производится продукция с заданными свойствами. Операция, в свою очередь, представляет собой часть рабочего процесса, приводящая к изменению первоначального состояния животного, машины и т.д. Совокупность всех операций взаимодействия подсистем обеспечивает процесс функционирования биотехнической системы в целом. Оператор биотех-
нической системы может воздействовать на животное посредством машин и оборудования. Тогда животные становятся одновременно предметом и средством труда.
Во втором случае - животное используется не однократно, поэтому очень важно соблюдать все аспекты взаимодействий, которые реализуются комплексом организационно-технических операций, соединяющих в производственный процесс оператора, техническое средство и животных.
Создание биотехнических систем связано с решением сложных задач по проектированию и анализу функционирования, поэтому необходимо обобщение и систематизация знаний и практических приложений, применение фундаментальных теоретических и экспериментальных методов исследований.
Анализ разработок и исследований [1, 2, 3, 4] показывает, что процесс механической обработки кожного покрова сельскохозяйственных животных следует рассматривать как сложную биотехническую систему: вверху системы находится человек - оператор со своими потребностями, которые должны удовлетворяться посредством функционирования биотехнической системы.
Потребности оператора выступают в роли связей между звеньями системы (схема представлена на рис. 1). Каждое из звеньев системы имеет обратную связь (ин - информационные потоки) с оператором, посредством которой оператор получает информацию о состоянии каждого звена. Владея этой информацией, оператор принимает решение и выполняет целенаправленные действия, изменяя набор параметров факторов С и F.
Следующую немаловажную роль в системе представляют животные с их физиологическими, этологическими и зоотехническими требованиями, которые должны удовлетворяться совокупностью технологических, конструктивных и режимных параметров технического звена системы, что дает нам на выходе физиологические и технологические параметры животного У. Исполнительная роль в системе отводится техническому звену, которое должно соответствовать требованиям животного и оператора.
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(16)-2014
131
При этом воздействие технического звена с выходным параметром Х должно способствовать получению продукции высокого качества. Техническое звено сложной биотехнической системы также предъявляет определенные требования к биологическому звену системы.
оператора на режимы работы технической подсистемы направлено на достижение поставленной цели - получение продукции (шерсть, пух) или биологического эффекта (массажное воздействие, полноценное функционирование кожного покрова).
Эти требования в основном связаны с физико-механическими свойствами обрабатываемого кожного покрова и технологическими параметрами самого животного. От оператора же требуется умение управлять, владеть определенным уровнем знаний техники, условий эксплуатации, принимать взвешенные целенаправленные решения. Следует отметить, что уровень этих требований зависит от уровня развития техники и человеческой мысли.
Для рассматриваемой системы механической обработки кожного покрова характерны все признаки сложных систем: иерархичность, альтернативность, стохастичность и целенаправленность.
Иерархичность биотехнической системы механической обработки кожного покрова обоснована, альтернативность протекания процесса зависит от взаимодействия подсистем «человек - оператор», «устройство -средство воздействия», «животное - объект воздействия». Наличие биологических подсистем (человека - оператора и животного), предполагает стохастический характер функционирования всей рассматриваемой системы, а управляющее воздействие со стороны
Рис. 1. Схема биотехнической системы механической обработки кожного покрова:
¥, О, X - возмущающие функционально-технологические факторы, воздействующие на техническое устройство, животное; и - управляющие воздействия на режимы работы технического устройства; У - выходные физиологические и технологические показатели животного; Q - выходные производственно-экономические показатели; ин - информация; ВС - внешняя среда
Из вышеизложенного можно заключить, что рассматриваемая система располагает необходимыми и достаточными признаками, характерными для сложных биотехнических систем.
Присутствие в системе биологического звена «животное» и технических элементов (устройств механической обработки кожного покрова) позволяет отнести рассматриваемую систему к сложным биотехническим, наиболее сложным для моделирования, системам.
Системный подход [4] к решению поставленных задач по созданию устройств и оборудования для механической обработки кожного покрова сельскохозяйственных животных позволил нам создать концептуально-экспериментальные основы проектирования обозначенных устройств (рис. 2).
Основы базируются на рассмотрении двух важных групп вопросов.
Рис. 2. Схема проектирования средств для механической обработки кожного покрова животных
Первая группа включает в себя вопросы физико-механических свойств поверхностей, подвергаемых механической обработке, в результате решения которых разрабатываются различные методики по определению тех или иных характеристик, необходимых для решения второй группы вопросов.
Вторая группа вопросов включает в себя задачи по обеспечению необходимого силового взаимодействия рабочих элементов с кожным покровом, при этом определяются ограничения по величине воздействия, с целью минимизации энергетических затрат со стороны оператора и мощности, потребляемой самим устройством. Кроме этого, в круг вопросов второй группы входят вопросы стрессоустойчивости биологического звена -животного. Результатом решения второй группы вопросов являются математические модели физического процесса обработки кожного покрова, включающие в себя конструктивные, эксплуатационные и технологические параметры.
Таким образом, создается база для проектирования средств (устройств) механической обработки кожного покрова. На конечном этапе происходят уточняющие инженерные расчеты конструктивных параметров устройств, исследования по энергетическим затратам, определяются критерии оценки качества выполнения технологических операций, связанных с механической обработкой кожного покрова животного.
По предложенной схеме был разработан ряд устройств: для механической стрижки овец, механизированного вычесывания пуха коз, ветеринарно-санитарной обработки кожного покрова КРС [5, 6].
Литература:
1. Хлопко Ю.А., Осипова А.М. Обоснование и перспективы развития механической обработки кожного покрова животных // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №4. С. 124-128.
2. Хлопко Ю.А. Процессы механической обработки кожных покровов животных с позиции биотехнической системы «человек - машина - животное» // Механизация и электрификация сельского хозяйства. Глеваха, 2012. Вып. 96. С. 342-346 .
3. Хлопко Ю.А., Нигматов Л.Г. Обоснование механической обработки кожного покрова крупного рогатого скота // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2013. №3. С. 99-103.
4. Соловьев С.А., Карташов Л.П. Исполнительные механизмы системы «человек-машина-животное». Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 180 с.
5. Повышение эффективности процесса стрижки овец и вычесывания пуха коз / Хлопко Ю.А. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №3. С. 224-228.
6. Хлопко Ю.А., Осипова A.M., Нигматов Л.Г. Совершенствование очищающих устройств для механической обработки кожного покрова // Вестник ВНИИ-МЖ. 2013. №3. С. 202-206.
The theoretical basis for designing devices for mechanical processing of the skin of the agricultural animals from positions of a complex of biotechnical system "man-machine-animal". Keywords: biotechnical system, the skin, integument machining, designing devices.
Journal of VNIIMZH №4(16)-2014
133
