Модернизация здания коровника как фактор ресурсосбережения

Введение. Одним из программных направлений развития сельского хозяйства и ее отрасли – животноводства является повышение количества и качества производимой продукции при снижении её себестоимости [1]. Машинно-технологическая модернизация отдельных технологических процессов и производства в целом позволяет в динамике повышать количество и качество производимой продукции, а также производительность труда обслуживающего персонала [2, 3]. При этом особое внимание должно уделяться фактору ресурсосбережения, непосредственно влияющему на стоимостные показатели производимой продукции [4– 7]. Основными направлениями и структурными составляющими ресурсосбережения при производстве продукции животноводства являются: рациональное использование земельного фонда под строительство животноводческого объекта (капитальные вложения); эффективная разработка внутрипланировочного решения животноводческого объекта (капитальные вложения); обоснованное в соответствии с зоотехническими требованиями технико-технологическое обеспечение технологических процессов обслуживания животных (капитальные и эксплуатационные затраты).

Методика исследований предусматривала получение и обработку данных размерных параметров технологических элементов внутреннего пространства животноводческого помещения и режимных параметров процесса отбора грубых кормов коровами из само-кормушек.

При исследовании размерных параметров технологических элементов помещений в качестве объектов исследований были выбраны 4 модульных помещения коровников (привязный и беспривязный способы содержания животных) и предлагаемое технологическое планировочное решение коровника (рисунок 1). Данные экспериментальных исследований получены при использовании комплекта линейного измерительного инструментария (мерная рулетка STANLEY Tylon

0-30-697 19 мм × 5 м, лазерный дальномер LEICA Disto X3).

Режимные параметры процесса отбора кормов определялись путем проведения хронометражных наблюдений с последующей статистической обработкой полученных данных.

Результаты исследований и их обсуждение. При модернизации животноводческих объектов должны быть учтены нормативные требования технологического проектирования, известные разработки в области реконструкции животноводческих объектов КРС [8, 9, 10], современные разработки в области технологий содержания животных и механизации технологических процессов [11, 12, 13, 14]. Рассматривая технологические процессы обслуживания крупного рогатого скота в животноводческих помещениях (коровниках), нами установлено, что технологический процесс кормления животных является наиболее ресурснозатратным. Для выполнения данного процесса требуются дополнительные площади помещения коровника под кормовые проезды кормораздатчиков и линии кормушек (кормовых столов), расходуется топливо при мобильной раздаче кормов и электроэнергия при использовании стационарных кормораздатчиков, расходуются дополнительные трудовые ресурсы на техникотехнологическое обслуживание процесса и оборудования. При этом снижается экологическая безопасность внутреннего пространства коровника за счет загазованности и загрязнения воздуха мельчайшими частицами грубого корма, содержащими вредную для обслуживающего персонала и производимой продукции (молоко) микрофлору. Поэтому для обеспечения ресурсосбережения при производстве животноводческой продукции применительно к боксовому (беспривязному) способу содержания крупного рогатого скота предлагается технологическое планировочное решение коровника, обеспечивающее применение принципа кормления коров из самокормушек банка грубых кормов (сенажа).

Т-схеме. По первой схеме предусматриваются перемещающиеся самокормушки, по второй – стационарные для каждого банка кормов (рисунки 1 и 2).

Банк кормов может располагаться по линии наружных ограждающих конструкций коровника (стен), частично их заменяющих, или блокироваться с ними по

I – коровник; II – доильный зал; III – преддоильная площадка; IV – поперечный навозный канал; V – телятник;

VI – помещение для корнеклубнеплодов; VII – площадка для хранения навоза; VIII – блок хранения и переработки молока;

IX – площадка хранения зерновых; X – блок производства концентрированных кормов; XI – площадки выгульные;

1 – оборудование боксовое; 2 – станок для глубокостельных и новотельных коров; 3 – установка доильная УДС;

4 – кормовая линия; 5 – измельчитель корнеклубнеплодов; 6 – контейнеры для корнеклубнеплодов;

7 – мобильное устройство для удаления навоза; 8 – самокормушки банка грубых кормов; 9 – кормушки выгульных площадок;

10 – силосы для хранения зерна; 11 – навес над кормовой линией

Рисунок 1 – Технологическое планировочное решение коровника с банком кормов по линии ограждающих конструкций коровника

В рассматриваемых схемах машинно-технологического обеспечения технологических процессов обслуживания коров количество самокормушек или кормомест не влияет существенно на площадь пола коровника как технологический элемент внутреннего пространства коровника, но косвенно связано с вместимостью животноводческого помещения и показателями использования площади пола. В то же время их количество существенно сказывается на качестве технологического процесса кормления животных. Поэтому для обоснования требуемого количества самокорму-шек (кормомест) технологический процесс рассматривался как производственный процесс системы массового обслуживания.

Центром обслуживания системы нами принята самокормушка, куда поступают требования на обслуживание (потребление корма) и в котором сосредоточены каналы обслуживания (кормоместа). Число каналов обслуживания может быть разным в зависимости от числа обслуживаемых объектов, интенсивности поступления требований (в данном случае коров) на обслуживание, продолжительности обслуживания и качества обслуживания. На основании логического представления технологического процесса коровы к самокормушке поступают через неравные, но определённые промежутки времени или неравные, которые представляют собой случайные величины.

I – коровник; II – доильный зал; III – преддоильная площадка; IV – поперечный навозный канал; V – телятник;

VI – площадка для хранения навоза; VII – площадка хранения зерновых; VIII – площадки выгульные;

• 1    – оборудование боксовое; 2 – станок для глубокостельных и новотельных коров; 3 – установка доильная УДС;

4 – кормовая линия; 5 – банк кормов с самокормушкой (пристенный вариант);

• 6 – банк кормов с самокормушкой в варианте Т-образной блокировки; 7 – силоса для зерновых Рисунок 2 – Технологическое планировочное решение коровника с банком кормов, сблокированным по Т-схеме с ограждающими конструкциями коровника

Центр обслуживания

m – количество требований на обслуживания; i – канал обслуживания;

τ – временные интервалы подхода животных на обслуживание; n – количество обслуживаемых коров в системе; n o – число животных в очереди; τ o – длительность обслуживания системы

Рисунок 3 – Схема процесса массового обслуживания при кормлении коров из самокормушки

Время обслуживания коров также может быть переменным, но определённой или случайной величиной, вероятность которой известна. Исходя из этих предположений, мы представляем схему процесса обслуживания (кормления) коров в следующем виде (рисунок 3).

В связи с тем, что предлагаемое нами технологическое решение предусматривает раздельное корм- ление по отдельным технологическим группам, численность коров в которых находится в пределах 15–25 голов (при мощности животноводческого помещения 50–100 голов), возможно допущение, что источник требований (m) ограниченный. Время обслуживания животного может быть принято постоянным (по его среднему значению) или распределенным по определенному закону распределения.

В этом случае среднее число коров, находящихся в зоне кормления, может быть определено по формуле [15].

п = т - -(1 - Р_о),

<Р "

где т – источник требований (число коров) в технологической группе, гол.;

φ – интенсивность облуживания, гол/мин.;

Р 0 – вероятность ожидания обслуживания.

Вероятность ожидания обслуживания р —_____1

0 1+mym '

Среднее время ожидания заявки в очереди

где ^шт – среднее время обслуживания заявки.

В результате расчетов и определения ограничений по зоотехническому показателю t ож (время ожидания в очереди) или показателям n , V (интенсивность поступления животных на обслуживание) обосновывается требуемое количество кормомест для самокор-мушки.

Постановочные экспериментальные исследования и результаты расчета (обработки данных) показывают следующее.

Поступление животных к кормушке в течение суток неравномерно. Оно зависит от половозрастного показателя животных, качества и вида кормов, времени суток и погодных условий. При содержании животных в помещениях фактор погодных условий отсутствует. В то же время необходимо отметить, что процесс потребления корма зависит от чисто зоотехнических

Т, ч

—<— Технологическая группа до 25 коров

—■— Технологическая группа до 50 коров

Рисунок 4 – График потребления грубых кормов в течение суток

Исследованиями установлено, что в сравнении с широко принятым кратным кормлением животных, когда разовая доля корма съедается за определённый временной интервал (длительность которого составляет 3–3,5 часа), при свободном доступе животного к корму в течение суток время его потребления распределяется практически на весь временной период суток. При этом необходимо выделить периоды активного и пассивного приёма корма. В период времени суток с часу до 3 часов потребление корма практически прекращается. В то же время с 6 до 11 часов и с 16 до 20 часов процесс отбора корма активизируется и достигает 50% показателя использования данных интервалов (рисунок 4).

Данный график показывает, что для обоснования такого параметра самокормушки, как требуемое число каналов обслуживания (мест кормления), необходимо проводить исследования в наиболее интенсивные периоды отбора корма коровами.

В результате исследований длительности отбора корма (разового потребления корма из самокор-мушки) нами установлено, что среднее время отбора корма коровой составляет 24,7 мин. Экспериментальные данные по длительности поедания корма коровами представляют собой случайные числа, подчиняющиеся определенному закону распределения [13], в данном случае экспоненциальному или нормальному (рисунок 5).

т ,мин

Рисунок 5 – Распределение длительности отбора корма коровами

Это подтверждает предложенный нами метод расчета с использованием математического аппарата теории массового обслуживания.

В результате исследований было установлено, что процесс кормления коров из самокормушки включает в себя ряд технологических операций: адаптация к кормушке и корму (16,6 с); пережевывание корма (28,8 с); покидание канала кормления (4,8 с). Средняя скорость поедания корма 0,029 кг/с. Интенсивность поступления коров на обслуживание в пиковые моменты зависит от численности обслуживаемой группы животных. В отдельные моменты времени интервал между поступающими коровами на обслуживание достигает 2–5 мин. Однако, учитывая, что коровы в определенном временном диапазоне могут находиться в оче- реди, ожидая обслуживания, этот показатель не используется для обоснования численности кормомест у самокормушки.

Для их обоснования мы учитывали зоотехнические нормы по длительности разового кормления группы животных (2–3 часа) и выбирали интенсивные периоды кормления в данном временном диапазоне. Как показали исследования, интенсивность поступления коров на обслуживание зависит от численности коров в технологической группе. Диапазон изменения этого показателя составляет от 4 до 14 гол./ч. Используя эти данные и принятые теоретические предпосылки, установлена зависимость между количеством кормомест (кормовых каналов) и численностью обслуживаемой группы коров (рисунок 6).

Рисунок 6 – Зависимость числа кормовых каналов самокормушки от количества обслуживаемого поголовья

Общий характер расхода корма и анализ экспериментальных данных показывают, что сделанные предположения о структуре и свойствах случайного процесса кормления коров справедливы.

Различие расхода корма в зависимости от его вида, рассматриваемого периода времени, половозрастного состава животных указывает на необходимость раздельной обработки данных с учётом решаемой задачи. Интенсивность отбора корма животными изменяется в зависимости от половозрастного показателя животных и вида потребляемого корма. На скорость поедания корма оказывает существенное влияние статус животного или его агрессивность, число ското-мест, приходящихся на одно животное.

Животные с меньшей агрессивностью (имеющие меньший статус) вынуждены поедать корм быстрее, так как они могут быть оттеснены от кормушки более сильными животными. При этом вероятность быть оттеснённым от места кормления растёт с уменьшением числа кормомест относительно вместимости животноводческого помещения.

Проведенные исследования по вместимости животноводческих помещений аналогов показал, что при равной мощности животноводческих помещений (коровников) площади под их застройку значительно разнятся. Это зависит от выбранного технологического решения, технико-технологического обеспечения технологических процессов и связанного с этим внутреннего планировочного решения здания (коровника). С учетом этого при структурном анализе предлагаемого планировочного решения коровника, где заложен принцип самокормления КРС (рисунок 7), обосновывается аналитическое выражение по определению максимальной вместимости коровника.

1=43.0

I – зона отдыха (бокс); II – зона моциона, накопления и удаления экскрементов (моноблок с лопатой);

III – зона кормления из самокормушки; IV – преддоильная площадка; V– зона доения (УДС-3А); 1 – боксы для отдыха коров;

2 – поперечные технологические проходы; 3 – продольные технологические проходы

Рисунок 7 – Расчетная схема по определению вместимости животноводческого помещения (коровника)

Максимальную вместимость рассматриваемого ментов коровника при принятом принципе кормления коровника с учетом внутренних технологических эле- КРС можно определить по формуле п                  «»  .«   - Г№-(2*ьг+ь„,п,)хі           _ Г^-Сг^.+ь^Х е fL,-4-brj-b5^

L \                      z J                            LX         i^          z \                       J где пб. – количество боксов в коровнике, шт.;

пж. б – количество животных, размещаемых в боксе, гол.;

• п б.ш. – количество боксов (линий боксов), размещённых по ширине здания, шт.;

• п б.с. – количество боксов по длине здания, шт.;

• b т. – ширина зоны моциона, м;

• b п.п. – ширина продольного прохода, м;

• b б. – ширина боксов, м;

• b п.п – ширина поперечного прохода, м.

Как показывают данные исследований, базовыми критериями оптимизации вместимости коровника могут быть: критерий использования стойловой (боксовой) площади; критерий вместимости коровника; критерий оплаты общей площади коровника.

Критерий использования стойловой (боксовой) площади может быть определен по следующей зависимости:

r __ ^5. *C^. *^5.)

ЧІ.СТ. -     5

Sa           (6)

где п б. – количество боксов, шт.;

• l б. – длина бокса, м;

• b б. – ширина бокса, м;

• f б. – площадь бокса, м ² ;

• s об.к. – общая площадь коровника.

В результате сопоставимого анализа эффективности известных технологических планировочных решений коровников вместимостью 50 коров при привязном и боксовом способах их содержания и предлагаемого технологического планировочного решения по указанным оценочным критериям, установлена его эффективность (рисунок 8).

Квм - критерий вместимости

Кст

Кст - критерий использования стойловой площади

Рисунок 8 – Показатели оценочных критериев эффективности по сравниваемым вариантам технологических планировочных решений животноводческих объектов (модульных коровников вместимостью 50 коров)

Критерий вместимости коровника может быть определен по следующей зависимости:

м²/ ^вм.к. - „ - /гол.' чзд.

где Q зд . – вместимость здания, гол.

Критерий оплаты общей площади коровника может быть определен по следующей зависимости:

I I/    _ ®гл, ^кг(и)

°П-     5^..’ «Г2 '                   (8)

где G г.п. – годовое количество полученной продукции.

Эффективность предложенного технологиче- ского планировочного решения коровника и техникотехнологического обеспечения технологических процессов обслуживания коров подтверждается экономическими расчетами. При внедрении предложенных разработок снижаются эксплуатационные затраты до 21% и затраты по застройке здания за счет рационального использования площади под застройку животноводческого помещения и рационального использования строительных материалов.

Выводы

• 1.    Известные и внедренные в производство технологические планировочные решения животноводческих объектов КРС при идентичной технологической направленности и производственной мощности значительно отличаются по такому показателю, как занимаемая площадь участка под строительство или реконструкцию помещения для содержания животных.

• 2.    Одним из важных направлений развития предприятий по производству продукции крупного рогатого скота является разработка и внедрение эффективных технологических планировочных решений для вновь строящихся, модернизируемых и реконструируемых животноводческих зданий, позволяющих увеличивать их вместимость при снижении площади застройки.

• 3.    При оценке качества выполненных проектных разработок необходимо использовать такие оценочные критерии, как критерий вместимости здания, критерий использования стойловой (боксовой) площади,

• 4.    Внедрение принципа самокормления крупного рогатого скота при различных схемах блокировки банка кормов, оборудованного самокормушкой, позволяет рационально использовать площадь пола животноводческого помещения, повысить его вместимость, снизить эксплуатационные затраты по процессу.

критерий оплаты общей площади животноводческого помещения.