ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ МИКРОКЛИМАТА В ПЕРЕДВИЖНОЙ ПО ЭЖД ФЕРМЕ 75 КОРОВ

Хлебосолова А.В .¹, Краусп В.Р.², Юферев Л.Ю.³

¹Магистр,²Доктор технических наук, профессор,³Доктор технических наук, доцент, Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ  МИКРОКЛИМАТА В ПЕРЕДВИЖНОЙ ПО ЭЖД  ФЕРМЕ  75 КОРОВ

Аннотация

Передвижная по электрифицированной железной дороге (ЭЖД) и культурным пастбищам  ферма 75 коров является модулем группы ферм цеха животноводства на 3000 разновозрастных голов  КРС в комбинате электророботизированного производства продовольствия  органик (ЭРППО).  Электрооборуование микроклимата для всех ферм комбината ЭРППО идентично.  Приведены  планы модульной фермы, виды электрооборудования и его  технические характеристики.  Рассмотрены режимы работы фермы в летний пастбищный и зимний стойловый периоды. Применяется технология свободного круглогодового холодного содержания КРС с поддержанием в зимний период плюсовой температуры в помещениях фермы и в,  примыкающему к ней ангару. Используется скот местных пород, приспособленных к   Центральной, Северо-Западной и Черноземной зонам  России.  Электрооборудованием фермы поддерживается температура воды, воздуха, нагрева корма телятам, влажность, кратность воздухообмена  и освещенность помещений.                              

Ключевые слова: ферма, температура, влажность, освещение, микроклимат,  свободное  содержание, модуль, электрооборудование.

Hlebosolova AV .¹ Krausp V.R.², Yuferev L.YU.³

¹Magistr, ²PhD in Engineering, professor, ³PhD in Engineering, All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture

ELECTRICAL EQUIPMENT FOR MICRO-CLIMATE AUTOMATION IN MOBILE ON EVR 75 FARM COWS

Abstract

Mobile on the electrified railway (EVR) and cultures and farm pastures of 75 cows is a module group workshops farm husbandry Ms-3000 head of cattle of different ages in the plant robotize organic food production (ERPPO). Electrical microclimate for all farms ERPPO plant is identical. The outline of a modular truss, types of electrical equipment and its specifications. Are considered modes of the farm in the summer pasture and winter stall period. Applied technology available year-round cold cattle keeping to the maintenance in winter temperatures in the plus farm buildings and adjacent to its hangar. Used cattle of local breeds, a fittest to the Central, North-Western and Central Black Earth zone of Russia. farm electrical supported water temperature, air heating feed calves, humidity, ventilation, and the multiplicity of illumination of premises.

Keywords: farm, temperature, humidity, lighting, microclimate, free content, module, electrical equipment

Введение. Для получения экологически чистого продовольствия необходимы, совершено новые предприятия, отвечающие всем санитарно- эпидемиологическим требованиям. Таким предприятием является предприятие ЭРППО - комбинат мясо - молочного направления. Данное предприятие будет выпускать экологически чистое высококачественное продовольствие. На предприятии впервые  предложено использовать электрифицированные железные дороги  для перемещения ферм по культурным пастбищам, для движения, обслуживающих фермы и поля кормопроизводства, электророботов, для доставки урожая  в хранилище, для составления рационов кормления и раздачи кормов. Электророботы осуществляют доение, кормление, поение, перевозку животных, удаление навоза, а также подготовку полей кормопроизводства и заготовку кормов на зимнее стойловое содержание  коров  [1-5].

Устройство фермы позволяет содержать животных в условиях самоорганизации. Коровам дается  возможность свободного передвижения, как внутри фермы, так и на культурных пастбищах. Содержание животных происходит при двух режимах: летний, с передвижением по  культурным  пастбищам,   и зимний, стационарный [4].

Рис. 1 - Схема фермы в летний период:

1 – аппарат доения; 2 – пункт диагностики; 3 – автоматические ворота; 4 –выходы на пастбища; 5 – станки; 6 – ЭЖД; 7 – бак для воды; 8 – бак для молока ; 9 – бак для комбикорма; 10 – офис оператора; 11 – ЦПиЛ лаборатория; 12 – станки для кормления телят; 13 – пандус; 14 – пастбище; 17 – кормовой стол; 19 – индентификационые ворота

В летний период  животные поедают зеленый корм и  получают подкормку концентратами в зависимости от их продуктивности. В летний период  для фермы 75 коров используют только один вагон,  в котором расположены робот доения, пункт идентификации, диагностики и ветеринарного обслуживания.  Животные после доения и прохождения пункта диагностики повторно проходят идентификацию и либо выходят на пастбище,  либо остаются на ферме для ветеринарного обслуживания.  На ферме 25 станков, из которых 10 -15 станков свободные. Они предназначены для размещения отелившихся животных, проходящих  профилактическое лечение и выбракованных коров, которых  должен забрать скотовоз. Кормление комбикормом осуществляется в роботе доения, в ветстанках и на кормовых столах для проблемных животных. В летний период микроклимат поддерживается естественным способом. Животные  от дождя,  ветра и солнца защищены  ангаром, примыкающим   к ферме.  Здесь  животные отдыхают в дневные часы и ночью.

В зимний период  животные  получают групповой полнорационный  корм и индивидуальную подкормку концентратами  в  зависимости от продуктивности. В этот  период ферма составляется из 3-х вагонов , которые соединяются  между собой в единой конструкции для 75 голов. Для каждой коровы предусмотрены станки шириной 0,8м и длиной 1,8 м, где коровы едят, лежат, жуют жвачку  и отдыхают. Для того чтобы попасть в свой станок коровы обязательно должны пройти систему идентификации, доильный робот  и пункт диагностики. Кормление происходит 2 раза в день – утром и вечером.

Для поддержания оптимальных условий в зимний период используется автоматизированная система поддержания микроклимата. Микроклимат –имеет следующие  показатели воздушной среды: температура помещения, влажность воздуха, скорость и направление  движения воздуха, насыщенность воздуха газами (концентрация углекислого газа, аммиака, сероводорода, окиси углерода), содержание пыли и микроорганизмов,  интенсивность естественного и искусственного освещения и оптического излучения,  уровень производственного шума,  степень ионизации воздуха.

Рис. 2 - Показатели микроклимата

Требуемые параметры микроклимата обеспечивается совокупностью  приборов  и  электрооборудования.

Элекронагреватель воды.  Рационально установить 3 бака: один накопительный  для холодной воды, второй - для технических нужд с температурой  +65 - 70⁰С, и третий для поения животных с температурой 15- 20 ⁰С.  Объем баков 1, 5 м³. Применяем электронагреватели  ВЭТ- 1600, вместимостью 1600л и мощностью 31,5 кВт. Нагреватели данного типа обладают двумя нагревательными устройствами и двумя терморегуляторами [1]. Заливку   воды  в баки будет производить робот- водовоз.

Рис. 3 - Устройство ВЭТ

1 – кожух; 2 - резервуар; 3 – теплоизоляция; 4,7 – патрубки; 5 – температурное реле; 6 - нагревательное устройство; 8 – кран спускной; 9 – изоляционная вставка; 10 – термометр

Подогрев корма для телят. Для того чтобы телята росли здоровыми, им необходимо качественное теплое молоко. Для нагрева молока используются подогреватели молока. Защищенная конструкция нагревательного элемента выполнена из литого алюминия, обеспечивает конвекцию молока. Подогретое молоко поднимается наверх, а холодное опускается вниз, и после подогревается, благодаря чему достигается равномерный подогрев молока.  Потребляемая  мощность  1700 Вт. Максимальная температура нагрева- 90⁰С.

Электрокалориферные установки - используют, в основном, в системах приточной вентиляции на животноводческих фермах и комплексах.

Установки СФОА и СФОЦ мощностью 16…100 кВт состоят из электрокалорифера типа СФО и трубчатым электронагревателем, соединенным с центробежным вентилятором Ц4-70 и односкоростным двигателем.  Всё оборудование смонтировано на общей раме.

 Рис. 4 - Обший вид электрокалориферной установки типа СФОА:

1-рама: 2 — электрокалорифер; 3 — диффузор; 4 — мягкая вставка; 5 — вентилятор; 6 электродвигатель; 7 — виброизолятор

Часовой объем приточного воздуха, м³/ч, необходимый  для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле

,

где с – количество СО₂, выделяемое одним животным, л/ч,  c= 139 л/ч ; n - количество животных в помещении, n = 75; c₁- предельно допустимая концентрация СО₂ в воздухе помещения, c₁ = 2,5 л/м³; c2- концентрация СО₂ в наружном воздухе.  В сельской местности  с₂ = 0,3... 0,4 л/м³.

Часовой объем приточного воздуха, м³/ч, необходимого для растворения водяных паров находят по формуле:

 г/ч,

где W- суммарные выделения влаги,W = 3147,1 г/ч; d₁ и d₂- влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха  d₁= 4,3 г/кг сух возд., d₂= 0,14 г/кг сухого  воздуха;  r - плотность воздуха в помещении, ρ = 1,24 кг/м³.

Кратность  воздухообмена   K, 1/ч;    ,   где Vп - внутренний объем помещения, м³.

Vп = 11∙ 75∙ 4 = 3300 м3;  .

Освещение.  В летний период применяют дежурное ночное  освещение. В зимний период эффективно применять светодиодное освещение, управляемое  через  резонансную систему электроснабжения. Известно, что правильно подобранное освещение животноводческих ферм обеспечивает повышение продуктивности животных на 8-15%. При этом наилучшими условиями для содержания коров является освещенность около 150-300 Лк в течение 16-часового дневного периода [5,6].

Исследования показали возможность повышения эффективности установок освещения и облучения животноводческих ферм, совершенствования существующих и создания новых электрофизических методов и средств обеззараживания воздуха с применением резонансной системы питания, позволяющей создавать регулируемые системы освещения и облучения изменением подводимой частоты. Результаты экспериментальных и теоретических исследований свидетельствуют, что разработанная резонансная система питания светодиодных и газоразрядных источников света сокращает количество и сечение проводов, повышает надежность и уменьшает потребление электроэнергии систем освещения и облучения на 8…25%.

Обогрев.  Животноводческие помещения в холодный период года необходимо обогревать. В производственных помещениях преимущественное применение получило воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией. Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса:

Фот = Фогр + Фв + Фисп + Финф + Фк – Фж – Фэл – Фмэ - Фпод,,  Вт

Где,    Фогр, Фв, Фисп,  Финф, Фк - тепловые потоки, теряемые помещением, соответственно, через наружные ограждения;  на нагрев приточного воздуха; на испарение влаги в помещении; нагрев инфильтрирующегося воздуха и поступающих извне кормов, Вт;     Фж, Фэл, Фмэ, Фпод - тепловые потоки, поступающие в помещение от животных, электрооборудования, средств местного электрического обогрева  и  глубокой подстилки, Вт.

С использованием имеющихся экспериментальных данных по зимнему варианту фермы,  уравнение теплового баланса численно примет вид:

ΣФ =  1212,6 + 160,7 + 74375+ 119445,48 + 2420,55 - 67875 = 129739,33 Вт

Общая мощность системы обогрева:  ,

Следовательно, мощность одного электрокалорифера Рк1  будет равна: ,  а подача одного вентилятора в м³/ ч:

где   Z=4 - число вентиляционных установок.

Выбираем СФОА – 10/0,5 ТЦ.  Установленная мощность 9,85 кВт. Мощность электрокалорифера 9,6 кВт. Число нагревательных секций 2, число нагревательных элементов 6.  Номинальная подача вентилятора 800 м³/ч.

Заключение Опеделен состав электрооборудования микроклимата для зимнего периода передвижной по культурным пастбищам фермы 75 коров. Приведены расчеты технических параметров электрооборудования для поддержания требуемых режимов  микроклимата. Показано, что   высококачественный микроклимат  значительно улучшают использование генетического потенциала коров,  способствуют сохранению  здоровья и обеспечению расчетной продуктивности. Проведенные исследования показали, что только за счет обеспечения в помещениях требуемой воздушной среды продуктивность животных можно повысить на 10-15 %.

Список литературы / References

1. Малин Н.И. Теплотехнические системы предприятий. – М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2009. – 172 с.
2. Краусп В.Р. Интеллектуальная АСУ электророботизированным производством продовольствия «органик»// Международный экологический форум. Санкт-Петербург, 21-23мая 2013г., том 2, с .164-170.
3. Краусп В.Р. Разработка индустриальной электророботизированной технологии производства продовольствия «органик» // Труды международной конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве», Минск, 2013. Том 1.
4. Краусп В.Р.Электророботизированная технология производства продовольствия «органик»// Вестник ВНИИМЖ. 2013. №3.
5. Краусп В.Р. Управление биоценозом в электророботизированных технологиях пастбищного животноводства для получения продовольствия «органик». - Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 9-й Международной научно-технической конференции (21 – 22 мая 2014 года, г. Москва,), Часть 5. Инфокоммуникационные технологии и нанотехнологии. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2014. – 268 с.
6. Юферев Л.Ю, Стребков Д.С., Некрасов А.И., Рощин О.А., Михалев А.А. Электрооборудование для резонансной системы освещения // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2009, № 4(28) . C. 22-25.
7. Юферев Л.Ю., Алферова Л.К. Ультрафиолетовые светодиоды для стимулирования продуктивности животных и птицы // Техника в сельском хозяйстве. – 2009, № 4. C. 15-16.
8. Юферев Л.Ю.,Стребков Д.С., Рощин О.А., Михалев А.А. Резонансные системы светодиодного освещения // Достижения науки и техники АПК. – 2009, №10, с. 20-21.

Список литературы латинскими символами / References in Roman script

1. Malin N.I. Teplotehnicheskie sistemy predprijatij [Heattechnical systems of the factories]. Moscow, Moscow state agroengineering university, 2009, 172 p.
2. Krausp V.R. Intellektual'naja ASU jelektrorobotizirovannym proiz-vodstvom prodovol'stvija «organik»[Intellectual ACS of electrorobotic production of food "organik"] // Mezhdunarodnyj jekologicheskij forum [International ecological forum]. Saint-Petersburg, May, 21-23. 2013. Vol. 2, pp .164-170. [in Russian]
3. Krausp V.R. Razrabotka industrial'noj jelektrorobotizirovannoj tehnologii proizvodstva prodovol'stvija «organik» [Development of the industrial electrorobotic production technology of food "organik"] // Trudy mezhdunarodnoj konferencii «Nauchno-tehnicheskij progress v sel'skohozjajstvennom proizvodstve» [Works of the international conference "Scientific and Technical Progress in Agricultural Production"], Minsk, 2013. Vol. 1. [in Russian]
4. Krausp V.R. Jelektrorobotizirovannaja tehnologija proizvodstva pro-dovol'stvija «organik» [Electrorobotic production technology of food "organik"] // Vestnik VNIIMZh [Bulletin of All-Russian Research Institute of mechanization of livestock production]. 2013. №3. [in Russian]
5. Krausp V.R. Upravlenie biocenozom v jelektrorobotizirovannyh tehnologijah pastbishhnogo zhivotnovodstva dlja poluchenija prodovol'stvija «organik» [Management of a biocenosis in electrorobotic technologies of pasturable livestock production for receiving food "organik"] // Jenergoobespechenie i jenergosberezhenie v sel'skom hozjajstve. Trudy 9-j Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii (21 – 22 maja 2014 goda, g. Moskva,) [Power supply and energy saving in agriculture. Works of the 9th International scientific and technical conference, Moscow, 2014, May, 21-22] Part 5. Infokommunikacionnye tehnologii i nanotehnologii [Infocommunication technologies and nanotechnologies]. – Moscow, All-Russian research institute of electrification of agriculture, 2014. – 268 p. [in Russian]
6. Juferev L.Ju, Strebkov D.S., Nekrasov A.I., Roshhin O.A., Mihalev A.A. Jelektrooborudovanie dlja rezonansnoj sistemy osveshhenija [Electric equipment for resonance system of irradiating]. // Jenergo-bezopasnost' i jenergosberezhenie [Energy security and energy saving]. 2009, № 4(28), pp. 22-25. [in Russian]
7. Juferev L.Ju., Alferova L.K. Ul'trafioletovye svetodiody dlja sti-mulirovanija produktivnosti zhivotnyh i pticy [Ultraviolet LED for inducing of efficiency of animals and a bird] // Tehnika v sel'skom hozjajstve [Technique in agriculture]. – 2009, № 4, pp. 15-16. [in Russian]
8. Juferev L.Ju., Strebkov D.S., Roshhin O.A., Mihalev A.A. Rezonansnye sistemy svetodiodnogo osveshhenija [Resonance systems of LED illumination] // Dostizheniya nauki i tehniki APK [Achievement of science and technology of agrarian and industrial complex], 2009, № 10, pp. 20-21. [in Russian]