Введение к работе
Актуальность работы. Современная молочная отрасль АПК РФ переживает трудный период, связанный с сокращением поголовья, переориентацией на новые формы собственности и отсутствием материальных средств. Опубликованный в 2005 году национальный проект «Развитие АПК» предполагает до 2012 года финансирование агросектора в объеме 30 млрд. рублей. Рациональное использование этих средств позволит увеличить производство молока и мяса на 4,5-7% и создать 2,5 тысячи потребкооперативов. Для этого следует провести реконструкцию имеющихся помещений или построить новые, закупить высокопродуктивных животных, оснастить производство современным энергосберегающим оборудованием.
На сегодняшний день только 7% оборудования, обеспечивающего нормальное функционирование подсистем в структуре биотехнической системы (БТС) «человек-машина-животное/[среда]>> (Ч-М-Ж/[С]), отвечает современным требованиям. В молочной отрасли машинное доение коров является заключительным этапом, воедино связывая звенья технологического процесса: человека, машину и животное. В такой иерархической, замкнутой системе особая роль отводится доильным машинам, непосредственно взаимодействующим с животными и оказывающим активное влияние на реализацию потенциала молочной продуктивности.
В связи с этим возникает проблема инструментальных способов физиологической оценки имеющихся и вновь создаваемых доильных машин с оптимизацией их конструктивно-режимных параметров. В этом случае необходим высокий уровень достоверности полученных результатов, который невозможен без создания нового современного технико-методологического комплекса лабораторно-стендовых и производственных исследований.
Решение такой проблемы должно проводиться на основе энерго- и ресурсосбережения в среднеинтенсивных и тем более интенсивных технологиях производства молока. Сегодня это выходит на первый план, поскольку все технологии и их структурные элементы - инженерные, биологические, зооветеринарные и др., определяет энергетическая и материально-техническая база. Таким образом, целесообразность исследований, направленных на совершенствование технического обеспечения молочного животноводства на принципе энергосбережения, является актуальной и обусловленной требованием времени практической необходимостью, вызванной современным состоянием дел в молочной отрасли.
Работа выполнена в соответствии с темой РАСХН IX.01.04 «Разработать энергосберегающие комплекты машин и оборудования нового поколения для производства конкурентоспособной продукции животноводства» по тематике НИР Оренбургского ГАУ №02.20.0306327 от 15.05.2003 и государственного контракта №12К от 11.11.2006 с ООО «Микротек Т».
Цель работы - совершенствование технического обеспечения системы «Ч-М-Ж/[С]>> для полной реализации генетического потенциала молочной продуктивности коров на основе оптимального использования энергии.
Объект исследования - процесс функционирования технических звеньев в системе «Ч-М-Ж/[С]>> и их влияние на реализацию потенциала молочной продуктивности коров в лактационный период.
Предмет исследования - закономерности, определяющие влияние технического обеспечения на реализацию потенциала молочной продуктивности коров.
Задачи исследования:
-
Обобщить исследовательский материал и передовой опыт по теме и создать методологическую основу моделирования и расчета энергозатрат в системе «Ч-М-Ж/[С]>>.
-
Создать структурно-логическую схему моделирования подсистем в животноводстве с получением критериальных значений минимизации энергозатрат.
-
Уточнить условия и режимы движения газожидкостной смеси в замкнутой системе гидравлического контура для моделирования высокоскоростных доильных машин.
-
Провести критериальную оценку погрешности средств индивидуального учета молока при работе доильных машин.
-
Обосновать параметры имитации контрольно-испытательного комплекса для доильных машин и средств индивидуального учета молока.
6. Дать энергоэкономическую оценку совершенствования технического
обеспечения реализации потенциала молочной продуктивности коров.
Научная новизна исследований состоит:
-
В разработке комплексной методики моделирования энергоэкономной системы «Ч-М-Ж/[С]>> на основе аналитико-имитационного подхода.
-
В подтверждении гипотезы о наибольшем влиянии технического обеспечения подсистемы доения на реализацию потенциала молочной продуктивности коров.
-
В создании программ расчета энергозатрат на производство молока с учетом коэффициента использовиния объектов Ки и энергии Кш в БТС, определении величины «наползания» доильных стаканов и совершаемой работы при испытании доильных машин.
-
В создании методики моделирования высокоскоростных доильных машин на основе изучения движения газожидкостной смеси в замкнутой системе гидравлического контура.
-
В разработке методики структурно-логического синтеза элементов контрольно-испытательного комплекса для доильных машин и средств индивидуального учета молока.
-
В предложенных технико-технологических решениях, повышающих адаптационные свойства доильных машин для реализации потенциала молочной продуктивности коров.
Практическая полезность работы. Разработанное научно-теоретическое, методическое и программное обеспечение НИР дает возможность интенсифицировать реализацию потенциала молочной продуктивности коров
за счет совершенствования технического обеспечения систем «Ч-М-Ж/[С]>> посредством их моделирования на принципах оптимальной био- и энергоконверсии.
Создана методика моделирования режимов высокоскоростных доильных машин с учетом специфики движения газожидкостной смеси. Выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на систематическую и случайную погрешности средств измерения выдоенного молока.
Разработаны методики структурно-логического синтеза элементов контрольно-испытательного комплекса для доильных машин и средств индивидуального учета молока, позволяющие исключить «жесткие» эксперименты, наносящие вред здоровью животных, сокращая период производственно-технологической адаптации животных к новому оборудованию; методика, позволяющая подобрать доильную машину с учетом анатомических и морфологических свойств вымени и физиологического состояния животного; методические материалы по расчету элементов контрольно-испытательного оборудования для доильных машин и средств индивидуального учета молока, утвержденные Россельхозакадемией.
Апробация. Основные положения диссертации были доложены в период с 1994 по 2009 годы и получили официальное одобрение на следующих научных форумах: I Всероссийском симпозиуме по доению сельскохозяйственных животных (Оренбург, 1995 г.); IX и XIV международных симпозиумах по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и переработке молока (Оренбург, 1997 г.; Углич, 2008 г.); международных научно-технических конференциях (Углич, 1997 г.; Самара, 2006 г.; Саратов, 2007 г.; Москва, 2008 г.); международных научно-производственных конференциях (Львов, 1999 г.; Белгород, 1999 г.); региональных научно-практических конференциях (Оренбург, 1995-2008 гг.);научно-производственных конференциях ОГАУ(Оренбург, 1995-2005 гг.).
Аналитический материал и инженерно-технические разработки удостоены следующих наград: трех дипломов лауреата премии Правительства Оренбургской области в сфере науки и техники за 2007, 2008 и 2009 гг., трех медалей «Лауреат Всероссийского выставочного центра» и одной «За успехи в научно-техническом творчестве» (Москва, 2003-2005 и 2007 гг.); шести дипломов I степени и большой золотой медали ВВЦ «Золотая осень» (Москва, 2002-2006 и 2008 гг.); трех дипломов лауреата премии администрации Оренбургской области в сфере науки и техники для молодых ученых за 1997, 1998 и 2007 гг.
Реализация результатов исследований. Технические решения, отличающиеся принципиальной новизной и представляющие собой значимую практическую ценность, направлены на повышение эффективности производства молока на основе энергосбережения, внедрены в хозяйствах Оренбургской области и Республики Беларусь.
Алгоритмы параметрической оптимизации функциональных и принципиальных схем, технических средств для извлечения молока из вымени лак-
тирующего животного и испытания доильных аппаратов, включены в методические материалы по расчету элементов доильных машин, утвержденные Россельхозакадемией.
Научно-методические материалы по проектированию и анализу контрольно-испытательного оборудования используются в учебном процессе инженерных факультетов 20 агроинженерных вузов России и ближнего зарубежья при чтении лекций, проведении лабораторно-практических занятий, а также при реализации наукоемких теоретических исследований в СНО и СКБ.
По итогам работы XIV Международного симпозиума по машинному доению сельскохозяйственных животных (Углич, 2008 г.) принято решение, утвержденное РАСХН, в рамках которого обозначено: «Одобрить научное направление по разработке специальных стендов для ускоренных испытаний доильных аппаратов и рекомендовать их к дальнейшим глубоким лабораторно-производственным исследованиям».
На защиту выносятся следующие положения:
Концептуальные основы моделирования системы «Ч-М-Ж/[С]>> и пути реализации потенциала молочной продуктивности коров.
Методики расчета энергозатрат на производство молока в системе «Ч-М-Ж / [С]»; моделирования технологических режимов высокоскоростных доильных машин.
Обоснование конструктивно-режимных параметров контрольно-испытательного комплекса для доильных машин.
Методика факторного анализа погрешности измерения для средств индивидуального учета молока.
- Комплекс технико-технологических разработок для ускоренных лабора-
торно-производственных испытаний доильных машин и средств индивидуаль
ного учета молока.
Публикации: по материалам диссертационных исследований опубликованы монография; расчетно-методические материалы; 66 статей, из них 11 в центральной печати, рекомендованной ВАК для докторских диссертаций; получено 14 патентов на изобретения и два свидетельства на программное средство для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения по результатам диссертационных исследований, библиографического списка использованной литературы (334 наименования) и 28 приложений.
Личный вклад автора на всех этапах выполнения диссертации является определяющим. В работах, выполненных в соавторстве, автором сделан основной вклад, выражающийся в формулировании целей и задач исследований, теоретической части и личном участии в проведении экспериментальных исследований.
