К обоснованию параметров автопоилок для сельскохозяйственной птицы

Введение. Качество выполнения технологических процессов обслуживания сельскохозяйственной птицы, в частности индюков и кур, непосредственно сказывается на их развитии и продуктивности [1-4]. Одним из важных технологических процессов обслуживания птицы является процесс автопоения, в котором предъявляются специфические требования к качеству используемой воды (температура питьевой воды; химико-биологический состав; загрязненность), свободе и постоянству доступа к ней; к быстрой адаптации птицы к средствам автопоения (автопоилкам) и исключению случаев травматизма птицы при заборе воды из средств автопоения. При разработке и внедрении средств автопоения птицы особое внимание необходимо обращать на соответствие их размерных параметров таким биологическим факторам, как потребность и интенсивность отбора воды птицей, а также физиологическим параметрам и строению тела птицы.

Результаты исследований и их обсуждение. Как показывает анализ конструктивных решений средств автопоения птицы, используемых на птице- водческих фермах, они не всегда учитывают весь диапазон численности структурных технологических групп, технологию их деления по возрастному принципу [5, 6, 7]. Это в одних случаях снижает комфортность отбора воды птицей, в других - приводит к нерациональному использованию числа автопоилок относительно численности технологической группы птицы. Поэтому нами был проведен общий анализ процесса взаимодействия птицы со средствами автопоения и системой автопоения в целом. В результате было установлено, что количество поильных мест в автопоилке или требуемое количество автопоилок на технологическую группу зависит от потока требований на обслуживание и его характеристики, а размерные параметры поилки и требования к ее установке - от физиологических параметров обслуживаемой птицы [8].

В результате исследований нами было установлено, что процесс обслуживания поилкой птицы (индейки, куры-несушки) характеризуется такими показателями, как интенсивность подхода птицы на обслуживание и длительность отбора воды (нахождения птицы у поилки), а качество обслуживания - наличием нарастания очереди на отбор воды и покиданием не-обслуженной птицей поилки.

Предварительные исследования потока требований и анализ временных интервалов между поступающими объектами (птицей) для отбора воды показали, что они носят случайный характер, а численные значения распределяются по вполне определенным законам (экспоненциальному и нормальному). Пример распределения временных интервалов показан на рисунках 1 и 2.

Время, мин

Рисунок 2 - Распределение временных интервалов между подходами кур-несушек к поилке

Длительность отбора воды индейками и курами-несушками также носит случайный характер, а показатели распределяются по определенным законам (рисунки 3, 4).

Полученные результаты позволяют рассматривать взаимосвязь указанных видов птицы с поилкой и сам процесс автопоения как работу системы массового обслуживания (рисунок 5), где источником требований на обслуживание является технологическая группа индеек или кур-несушек (т). Базовыми функциональ ными показателями системы являются: число голов птицы, поступающей к поилке за определенный период времени (л), число голов птицы, ожидающей обслуживания системой (у), число обслуживаемых требований (голов птицы) системой (/) и число каналов обслуживания (поильных окон при использовании групповых автопоилок или поилок в линии при индивидуальном поении) (R) [9].

Предложенная структурная схема рабочего процесса автопоения и ранее рассмотренные характе- ристики потока требований на обслуживание птицы позволяют использовать математический аппарат теории массового обслуживания для обоснования требуемого количества индивидуальных поилок или количества поильных мест в групповой поилке. В то же время, учитывая рекомендуемое значение фронта поения для индюков и кур-несушек, можно обосновывать периметр поильной чаши (при групповом поении) или длину рабочего участка трубопровода для размещения индивидуальных поилок [9].

Рисунок 3 - Распределение длительности отбора воды из поилки индейками

Время t, с

Рисунок 4 - Распределение длительности отбора воды из поилки курами-несушками

1-й канал обслуживания

о о о'о

D

2-й канал обслуживания

3-й канал обслуживания

4-й канал обслуживания

>R

5-й канал обслуживания

Рисунок 5 - Схема системы массового обслуживания птицы при автопоении

В результате анализа применимости математического аппарата для систем массового обслуживания нами установлено, что исходными расчетными данными при обосновании требуемого числа поильных мест групповой поилки или числа индивидуальных поилок, необходимых для обслуживания птицы, являются следующие показатели: возможное количество (поголовье) птицы, претендующей на обслуживание (т); среднее количество прибывающей птицы на обслуживание в наиболее нагруженный период времени (и); среднее время обслуживания заявки поилкой (потребление воды одной птицей) - Гг.

В результате расчета таких показателей, как коэффициент использования каналов (ф = иф), вероятность отсутствия ожидания птицей обслуживания

'          ,            т - п +1 ,      )

1+> a        “         ^j

\ Z—in п где л - число требований в системе; R - число обслуживающих каналов); вероятность нахождения л требований в системе обслуживания птицы (Р„ = Ро'ЭпУ, время ожидания птицей обслуживания более допустимого времени Р >0 = RP„ ; среднее количество птицы в очереди, ожидающей обслуживания nov = " Yl — RPn ; среднее время ожи дания птицей обслуживания

и т — п ,

обосновывается требуемое число поильных мест в групповой поилке или число индивидуальных поилок в линии автопоения.

Наряду с рассмотренными количественными показателями использования средств автопоения важными технологическими и конструктивными параметрами являются: высота расположения поильной чаши от уровня пола; вылет ограждающих конструкций, обеспечивающих доступ птицы в зону забора воды, а также размерные параметры поильных окон для групповых поилок и размер поильной чаши индивидуальной поилки. Для их обоснования нами был сделан анализ процесса взаимосвязи индеек и кур-несушек с автопоилками в процессе отбора ими воды. При этом процесс отбора воды птицей рассматривался как функционирование многозвенной механической системы с тремя степенями свободы. Однако, учитывая, что птица в процессе контакта с поилкой фиксируется во времени, механическую систему рассматривали как двухзвенную с двумя степенями свободы. Звеньями являются голова и шея птицы, шарнирно соединенные между собой с их размерными параметрами. Поэтому процесс отбора воды можно сравнить с работой двойного плоского маятника. Предполагаемая схема процесса забора воды из автопоилки курицей-несушкой показана на рисунке 6.

Рисунок 6 - Схема технологического процесса забора воды из автопоилки курицей-несушкой

Анализ схемы позволяет предположить, что траектории перемещения базовых точек системы (а; Ь) можно оценить следующими равенствами:

Уй = cy/-cosc, Yb = са-cose + ab-cos ф + е ,               (1)

где Ya - крайняя точка перемещения шеи курицы-          Заменив в равенствах обозначение звеньев их несушки; Үь - крайняя точка перемещения клюва кури- размерным параметром (длиной), получаем равенства цы-несушки; са - отрезок длины шеи курицы-несушки, практического применения: см; ab - отрезок длины головы курицы-несушки, см;

е и ф - углы изменения положения звеньев системы.

Ya= L-cose, Yb =L-cose + / -cos ф+е .              (2)

Для подтверждения принятых предположений взаимосвязи птицы со средствами автопоения (рисун-были проведены экспериментальные исследования ки 7, 8, 9).

Данные экспериментальных исследований показали, что на характер взаимосвязи птицы существенное влияние оказывают ее физиологические показатели. Анализ одного из важных параметров индейки

- длины шеи - показал, что он имеет различные значения даже в рамках одной половозрастной группы (рисунок 10).

Рисунок 7 - Схема экспозиции процесса забора и проглатывания воды курицей-несушкой

Рисунок 8 - Траектории перемещения головы и шеи курицы-несушки в процессе автопоения

50 60 X. сг

а                                                 б а-забор воды (опускание головы); б - проглатывание (подъем головы) Рисунок 9 - Схема экспозиции процесса взаимосвязи индейки с автопоилкой

В связи с этим при доработке используемых средств автопоения и разработке вновь создаваемых [10, 11, 12] необходимо учитывать половозрастной и количественный состав обслуживаемой автопоилками птицы, а также особенности ее физиологического строения.

Выводы

• 1.    Структурные составляющие процесса автопоения (численность технологической группы, интенсивность поступления птицы к средствам автопоения, длительность отбора воды птицей из автопоилок) являются основными исходными данными для обоснования количественного состава индивидуальных автопоилок и числа поильных мест для групповых поилок.

• 2.    Временные интервалы между подходами птицы к средствам автопоения и показатели длительности отбора воды птицей являются случайными величинами, распределенными по определенным законам.

• 3.    При обосновании количества индивидуальных поилок и поильных мест для групповых поилок может быть использован математический аппарат теории массового обслуживания.

• 4.    При обосновании таких технологических и конструктивных параметров средств автопоения, как высота установки (расположения) поилки, длина ограничителя доступа птицы в зону отбора воды (поильного окна), процесс отбора воды птицей, можно рассматривать как функционирование механической двухзвенной шарнирной системы с двумя степенями свободы. При этом необходимо учитывать наличие компрессионного сжатия в одном из звеньев системы (шеи птицы).

• 5.    Конструктивные размеры поильных чаш, форма поильного окна зависят от размеров головы птицы и траектории её перемещения при заборе и проглатывании порции воды.

• 6.    Зона досягаемости птицы к местам забора воды находится в пределах 12-18 см (курица-несушка), 20-30 см (взрослая индейка).