Расчет средств механизации и автоматизации для доения коров и линии обработки молока

При выполнении курсового проекта следует стремиться к выбору наиболее передовых технологических и технических решений.

В настоящее время практически не строят коровники с привязным содержанием животных из-за сравнительно низкой эффективности производства молока. Современные коровники предусматривают беспривязное содержание животных и доение коров залах. В связи с этим при выполнении курсового проекта следует выбрать тип доильной установки и количество станков доения в зависимости от числа дойных коров и их продуктивности.

Доение коров производится на автоматизированных доильных установках «Елочка», «Параллель» и «Карусель» (рис.6). В последнее время начинают широко применяться автоматические доильные установки – доильные роботы.

Рис.6. Типы доильных установок

а) – Параллель, б)– Елочка, в)– Карусель

Доение коров на установках «Елочка» и «Параллель» производится группами, которые заходят на одну из сторон установки. При этом установки «Параллель» всегда снабжены устройством для обеспечения быстрого выхода животных из установки после доения (рис.5).

Установки «Елочка» имеют два варианта комплектации. При традиционном варианте установка снабжена входной и выходной калитками. При этом животные, двигаясь друг за другом, последовательно покидают установку после дойки. В втором варианте установки могут быть оснащены устройством быстрого выхода. При этом группа животных выходит из установки в бок за 3-7с. Очевидно, что устройство для быстрого выхода животных обеспечивает более высокую производительность доильной установки при несколько большей ее стоимости. В традиционном исполнении установка «Елочка» дешевле, чем установки «Параллель» примерно на 20%, что делает ее наиболее привлекательной для покупателей. При наличии устройства быстрого выхода животных цены на доильные установки «Елочка» и «Параллель» сопоставимы.

На установку «Карусель» с вращающейся платформой животных заходят по одному. Установки отличаются тем, что могут быть как с доением внутри платформы так и с доением снаружи платформы. Установка «Карусель» обладает значительно большей ценой из значительных металлоемкости и энергозатрат. Из-за сравнительно невысоких трудозатрат она быстрее окупается на больших фермах с высокими удоями коров.

При выборе типа доильной установки можно руководствоваться нижеследующей рекомендацией, приведенной в таблице 2. На практике допускаются отклонение от этих рекомендаций, но желательно, чтобы они не были существенными.

Таблица 2

Рекомендуемые размеры ферм для различных типов доильных установок

№№	Тип установки	Количество дойных коров, гол
	Елочка	100 – 400
	Параллель	200 – 1000
	Карусель	400 – 2000
	Доильный робот однобоксовый	60-70
	Доильный робот двухбоксовый	120-140
	Доильный робот многобоксовый 2/3/4/5/	120/180/240/300

При определении трудозатрат на доение на различных типах доильных установок можно использовать сведения, представленные в табл.3.

Таблица 3

Производительность оператора доения на различных доильных установках

№№	Тип установки	Коров/час
	Елочка
	Параллель
	Карусель

При выборе количества доильных станков на установке следует учитывать планируемую продолжительность дойки и производительность установки, при различном количестве доильных аппаратов. Сведения для расчета представлены в таблице 4.

Таблица 4

Основные характеристики доильных установок

№№	Тип установки	Количество доильных аппаратов на дояра	Производи- тельность, коров/чел.-час	Потребность в рабочем времени чел.-час/кор. в год
	Тандем		от 24 до 30	от 20 до 25
			от 30 до 42	от 16 до 20
			от 50 до 56	от 12 до 14
	Параллель		от 65 до 80	от 10 до 12
			от 68 до 82	от 10 до 11
	Елочка		от 40 до 45	от 16 до 20
			от 55 до 65	от 12 до 14
			от 65 до 80	от 10 до 12
	Карусель		от 40 до 45	от 16 до 20
			от 68 до 80	от 10 до 12
			от 84 до 100	от 9 до 10
			от 90 до 100	от 8 до 10
			от 92 до (110)	от 8 до (9)

Для определения количества станков на доильной установке в зависимости от количества дойных коров на ферме можно воспользоваться рекомендациями, представленными в таблице 5. Жирным выделены наиболее экономически оправданные варианты.

Таблица 5

Рекомендуемое количество станков на доильных установках в зависимости от количества дойных коров.

№№	Количество станков	Количество дойных коров, гол
Елочка	Параллель	Карусель
	2 х 4 = 8
	2 х 6 = 12
	2 х 8 = 16
	2 х 10 = 20
	2 х 12 = 24
	2 х 16 = 32
	2 х 24 = 48
	2 х 26 = 52
	2 х 30 = 60

Все современные доильные установки оснащены средствами и системами автоматизации. В курсовом проекте следует выделить соответствующий раздел: «Выбор средств и систем автоматизации технологических процессов». Он должен включать подразделы: Программа управления стадом, контроллер доения, средства автоматической идентификации животных, датчики учета индивидуальных надоев, система управления процессом доения, система контроля субклинического мастита, система контроля двигательной активности, система контроля начала отела, система обработки конечностей животных, система управления формированием групп животных. В каждом из подразделов следует описать назначение, принцип действия и основные характеристики технических средства и систем. Выбор состава средств и систем автоматизации, их технические характеристики следует обосновать.

Подробные сведения для данного раздела можно получить на сайтах компаний, поставляющих современную доильную технику: «DeLaval» (Швеция), «GEA Farm Technologies» (Германия), «Fulwood» (Великобритания), «Bou-Matic» (США), Milklinе (Италия) и имеющих представительства в РФ.

В курсовом проекте после выбора типа доильной установки и количества станков доения необходимо рассчитать продолжительность времени дойки, руководствуясь приведенными выше табличными данными. В реальных условиях продолжительность дойки может находиться в широких пределах, в частности, от 1, 5 до 4 часов и даже достигать 5 часов.

При выборе автоматической доильной установки - доильного робота следует учитывать их общие свойства и различия между собой.

Автоматическая доильная установка – это компьютеризированная система, умеющая в автоматическом режиме осуществлять: идентификацию номера коровы, кормление, подготовку сосков к доению, присоединение доильных стаканов к соскам, процесс доения, снятие доильных стаканов в конце доения, обработку сосков после доения.

Особенностью доильных роботов является то, что доение и снятие доильных стаканов с сосков после доения происходит индивидуально по четвертям, в отличие от доения в доильных залах.

Каждая корова имеет респондер, благодаря которому осуществляется идентификация животных роботом. Система управления осуществляет управление стадом с учетом специфических параметров и данных каждой коровы. Доильная установка использует эти данные для управления доением коровы.

Применение доильных роботов позволяет оценивать состояние каждой из четвертей вымени и своевременно выявлять признаки мастита. Для диагностики субклинических маститов используются параметры – электропроводность, температура и цвет молока.

Наибольшее распространение получили доильные роботы, которые производятся компаниями «Lely» (Нидерланды), «DeLaval» (Швеция), «GEA Farm Technologies» (Германия), «SAC» (Дания), а также «Fullwood» (Великобритания), который выпускает роботы по лицензии компании «Lely».

Рассмотрим технологические отличия доильных роботов. Робот «Lely»представлен на рисунке 7. Он выполняется однобоксовым, с одной рукой-манипулятором. Последняя модель «Астронавт А4» имеет отдельно стоящий блок с вакуумной системой и системой подготовки воды для промывки, один блок рассчитан на 2 бокса. Корова заходит и выходит из бокса по прямой линии. Такой способ называется I-движение. Это единственный робот с таким исполнением, остальные используют так называемое K-движение, когда корова заходит в бокс с боковой стороны. Манипулятор несет на себе 4 доильных стакана и щеточное устройство для обработки вымени коров перед доением. Манипулятор приводится в движение с помощью пневматических цилиндров и электрического мотора. Доильные стаканы и устройство для преддоильной обработки сосков находятся на манипуляторе постоянно.

Рис. 7. Автоматическая доильная установка «Lely Astronaut A4»

Робот «DeLaval» представлен на рисунке 8. Он выполнен однобоксовым, с одним манипулятором. Вакуумный насос и система подготовки воды для растворов располагается в отдельных помещениях. Корова заходит в бокс робота с боковой стороны. Такое движение называется K-движение. Рука манипулятор выполнена иначе, чем у робота «Lely». Шведская компания создала манипулятор по типу руки доярки. Т.е. рука сначала захватывает специальный стакан для обработки сосков, который очищает 4 соска, затем ставит его на место и переключается на доильные стаканы. Доильные стаканы манипулятор берет по очереди, один за другим, подсоединяя их к соскам коровы. Манипулятор приводится в движение за счет гидравлических цилиндров. Доильные стаканы и стакан для очистки не находятся на манипуляторе постоянно.

Рис.8. Автоматическая доильная установка Delaval VMS

Робот «GEA MI1»представлен на рисунке 9.Он выполняется многобоксовым, с одним манипулятором. Максимальное количество боксов на манипуляторе равняется пяти. Особенностью этого робота является то, что для начала доения коровы необходимо, что бы манипулятор завершил операции в других боксах. После чего каретка манипулятора подъезжает к боксу захватывает носитель с доильными аппаратами и начинает соединение доильных стаканов к соскам. После присоединения носитель остается под коровой, а каретка начинает движение к следующему боксу, нуждающемуся в соединении. Обработка сосков перед доением производится доильными стаканами. Манипулятор приводится в движение с помощью пневматических цилиндров и электромотора. Особенностью данного робота является, что все боксы расположены вряд. Доильные стаканы, они же стаканы для очистки не находятся на манипуляторе постоянно.

Рис. 9. Автоматическая доильная установка GEA MI1

Робот «Fullwood Merlin»представлен на рисунке 10. Данный робот является однобоксовым. Конструкция манипулятора повторяет «Astronaut A2» компании «Lely». Принцип соединения доильных стаканов и очистки сосков перед доением такой же, как у робота «Lely». Манипулятор приводится в движение с помощью пневматических цилиндров и электромотора. Доильные стаканы и устройство для обработки сосков перед доением находится на манипуляторе постоянно.

Рис.10. Автоматическая доильная установка «Fullwood Merlin»

Робот компании «SAC» «Futureline»представлен на рисунке 11. Данная автоматическая доильная установка является двухбоксовой с одним манипулятором. В качестве манипулятора используется промышленный манипулятор, который приводится в движение электроприводами. Особенностью данного робота является, что боксы расположены параллельно друг другу, а манипулятор находится между ними. Подготовка сосков к доению происходит специальным стаканом, затем манипулятор берет один за другим доильные стаканы и выполняет процесс соединения. Стакан для обработки сосков перед доением находится постоянно на манипуляторе, а стаканы для доения нет.

Рис.11. Автоматическая доильная установка SAC «Futureline»

При выборе типа и количества доильных роботов следует учитывать данные, приведенные в таблице 1. В частности, при выборе количества роботов следует учитывать, что оно должно быть равно кратным 60. Например, на ферму на 180 коров необходимо 3 доильных робота или один многобоксовый на 3 бокса. Стоимость одного однобоксового робота на отечественном рынке составляет 120-150 тыс.Евро. Многобоксовый робот имеет преимущества на крупных фермах, он несколько дешевле чем сумма стоимости однобоксовых роботов и более производительный.

Небольшие фермерские хозяйства, ограниченные финансовыми средствами, приобретают доильные установки для доения в ведро или в молокопровод. Поэтому на практике может возникнуть необходимость расчетов по определению необходимого количества доильных аппаратов.

Количество доильных аппаратов для обслуживания известного поголовья коров на линейных доильных установка в стойлах определяют:

n = m_д.к• t_общ/T,

где m – число дойных коров на ферме, если на ферме всех коров, m, то m_д.к= (0, 85... 0, 9) m;

t_общ = t_м + t_всп – длительность доения коров (t_м – машинное время – 4-5 мин, t_всп – вспомогательное время – 1, 5 – 2 мин, затрачиваемое на сдаивание первых струек молока, подмывание вымени, додаивание и снятие доильных стаканов и др.);

Т – продолжительность доения группы коров по зоотехническим требованиям (не более 150 мин).

Количество доильных станков для доения коров в доильных залах определяют исходя из Таблицы 5.

При выборе количества постов доения на установке следует также учитывать, что поставщики оборудования выполняют индивидуальные заказы на любое количество этих постов. Для доильных установок «Елочка и «Параллель» это число должно быть парным, поскольку коровы становятся по обе стороны рабочей траншеи, а диапазон доильных постов на практике составляет от 2 х 4 до 2 х 40. На доильной установке «Карусель», количество размещенных на вращающейся платформе постов доения составляет от 16 до 110. Крупные установки, как правило, себя экономически не оправдывают. Поэтому на больших фермах лучше использовать, например, две установки 2 х 20, чем одну установку 2 х 40.

Важным фактором эффективного использования доильных установок является оптимальное количество работающих на них операторов, обеспечивающих минимальную продолжительность дойки. При этом число постов доения зависит от продуктивности животных, а точнее от продолжительности времени их доения. В связи с этим, для уточнения продолжительности дойки и количества постов доения на установке, выбранной по таблицам, можно произвести уточняющие расчеты.

Рассмотрим доение на установке «Елочка». Коровы заходят на нее группами по n животных и выходят также группами. Алгоритм доения включает ряд технологических операций, требующих определенного времени на их выполнение

1. Вхождение первой группы n коров на первую сторону доильной установки, с продолжительность времени, t_вх = 1…3 мин.

2. Подготовки одной коровы к доению, t_под =1мин

3. Подготовка первой группы коров к доению и надевание доильных стаканов:

t_гр.под= t_под • х_n, мин ( 1 )

4. Доение одной коровы с продолжительностью времени, t_д = 5…10 мин. Следует выбрать продолжительность времени доения, пропорциональное разовому надою. В расчетах следует принимать значения надоев 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 кг, с максимальной продолжительностью доения 6, 7, 8, 9, 10 мин.

5. Доение первой группы коров и автоматическое снятие доильных стаканов:

t_гр.д= t_д + (t_подг •Х_n), мин ( 2 )

6. Вхождение второй группы n коров на вторую сторону доильной установки, с продолжительность времени, t_вх = 1…3 мин.

7. Подготовка второй группы коров к доению и надевание доильных стаканов, аналогично выражению (1).

8. Оптимальной является ситуация, при которой ко времени подключения последнего доильного аппарата на второй стороне, доение на первой стороне уже закончено. После этого оператор открывает калитку и выгоняет коров, которые друг за другом последовательно покидают первую сторону доильной установки. Затем выходная калитка закрывается. Продолжительность времени выхода животных может составлять t_вых = 1…3 мин.

9. Санитарная обработка постов доения - оператор смывает остатки навоза струей воды, на что требуется технологическое время, t_тех =1мин. Открывает входную калитку, подготавливая первую сторону ко вхождению третьей группы коров.

10. Вхождение третьей группы n коров на первую сторону доильной установки, с продолжительность времени (см.п.1), t_вх = 1…3 мин.

11. Подготовка третьей группы коров к доению и надевание доильных стаканов, аналогично выражению (1). Оптимальной является ситуация, при которой ко времени подключения последнего доильного аппарата на первой стороне, доение на второй стороне второй группы уже закончено. После этого оператор открывает калитку и выгоняет коров. Затем выходная калитка закрывается.

12. В это же самое время (с п.6) происходит доение второй группы коров с автоматическим снятием доильных стаканов в конце доения (аналогично выражению 2).

13. Открывание оператором выходной калитки на второй стороне, выпуск коров, санобработка постов доения и подготовка к доению следующей группы животных.

Таким образом, продолжительность доения коров на одной стороне установки определяется следующим образом:

t_общ = t_вх + t_под+ t_гр.д+ t_вых, мин

Количество постов доения на установке должно быть таким, чтобы в соответствие с п.7 и п.10 у оператора не были большие паузы при переходе с доения одной стороны установки на другую. На рисунке …. представлена циклограмма работы доильной установки, поясняющая доение групп животных.

Рис. 12. Циклограмма доения одной группы животных.

Р а с ч е т л и н и и о б р а б о т к и м о л о к а. Расчет ведут на максимум суточного удоя Qc (кг/сутки) в наиболее продуктивный месяц лактация стада, чтобы иметь гарантированный запас производственной мощности линии в остальное время по формуле:

Q_c = α ∙ Mг ∙ m/365,

где α – коэффициент неравномерности удоя (2 – 2, 5);

Mг – среднегодовой удой на корову, кг/год;

m – количество коров на ферме, гол.

При двухразовом доении утром поступает до 60% удоя.

Суточный удой поступает неравномерно. Неравномерность поступления молока может быть охарактеризована коэффициентом β = 0, 3... 0, 6.

Производительность Mмак (кг/ч) поточной линии обработки молока

M_мак = Q_c ∙ β /Т,

где Т – принятая длительность обработки в молочной, ч.

Длительность обработки партии молока не должна превышать 1, 5 – 2 ч, а при объединении молочной с молокопроводом доильной установки, должна быть одинаковой с продолжительностью работы доильной установки.

По значению Mмак определяют необходимые параметры машин технологической линии, подбирают машины рассчитывают фактическое время Тф (ч) работы машин

Т_ф = M_мак/Q_маш,

Q_маш – часовая производительность, кг.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒