*Промышленная пневмоавтоматика работает на положительных перепадах давления, представляющих собой разницу давлений на входе и выходе воздуха. Рабочий перепад избыточного давления всегда положителен и обозначается одной буквой Р . В вакуумных системах доильных установок рабочий перепад равен разнице атмосферного давления Р 0 и величине вакуума h . В некоторых учебниках [76, 82] перепад вакуума записывается как разность двух его значений, а графики интерпретируются в четвертом квадранте на оси абсцисс, по которой откладываются значения атмосферного давления. Такая условность с позиций физики нагляднее и больше соответствует действительности, но при рассмотрении динамических процессов с использованием передаточных функций, где значение вакуума приходится возводить в высшие степени, применение двучленов затрудняет и даже делает невозможным использование основного математического аппарата теории систем автоматического регулирования. Поэтому в наших исследованиях, как и в промышленной пневмоавтоматике, рабочий перепад вакуума положителен, обозначается буквой Р , и графики вакуумных динамических процессов тоже изображаются в положительном квадранте системы координат.
*Для дросселей и пневматических камер, работающих в доении на низком вакууме, в которых истечение воздуха происходит при малых перепадах давлений, не учитывается влияние на их характеристики струй изменений плотности воздуха, связанных с изменением давлений, истечение происходит в докритических режимах ( Р / Р ат < 0,53).
*Считается, что расходные характеристики дросселей в неустановившихся режимах работы такие же, как и в установившихся: принимается, что во всех случаях каждой данной разности давлений до и после дросселя соответствует один и тот же расход воздуха (условия квазистационарности течения).
*Берутся средние значения давлений: считается, что давление не меняется от одной точки камеры до другой.
*Вводятся упрощающие допущения в отношении процессов изменения состояния воздуха в камерах, предполагают, что процесс изотермический или адиабатический.
На основании принятых допущений и многочисленных проведенных ранее во ВНИПТИМЭСХ исследований динамики вакуумных элементов и доильных систем [38, 85, 87, 89, 91, 93, 94] установлено, что все они преимущественно линейные или легко линеаризуемые. Поэтому основным научным принципом (исходным положением) настоящих исследований является линейность вакуумных доильных систем. Следовательно, динамические процессы в доильных системах можно исследовать классическими методами теории систем автоматического регулирования [95, 96].
2 РЕТРОСПЕКТИВА АВТОМАТИЗАЦИИ ДОЕНИЯ
2.1 Ретроспектива автоматизации доения коров в России
Молочное скотоводство является самой сложной отраслью производства продукции животноводства, требующей устойчивой кормовой базы и особого внимания и заботы обслуживающего персонала. В западноевропейских странах и в США технологии и средства производства и переработки молока отрабатывались и передавались из поколения в поколение веками. Они прошли эволюционный путь развития от личных, фермерских, средних и крупных молочных хозяйств до современных крупных механизированных и автоматизированных молочных ферм и комплексов с современными информационными технологиями и отселекционированным поголовьем с продуктивностью до 8 – 10 тыс. кг на голову в год и более.
В России же наиболее благоприятные условия для развития молочного скотоводства складывались только после отмены крепостного права (1861 г.) и продолжались до 1913 года (всего 2 – 3 поколения крестьян). За этот исторически короткий период были созданы крестьянские молочные хозяйства, которые в 1913 году обеспечили России мировое лидерство по объемам производства молока [11].
В результате гражданской и двух мировых войн оно было утрачено и восстановлено только через 75 лет – к 1990 году (произведено 108,7 млн т молока) за счет общественного поголовья. Повторное восстановление отрасли производства молока потребует не только адекватных затрат и средств, но и времени.
В начале этого века (2003 г.) машинному доению коров исполнилось 100 лет. За это время сложнейшие доильные технологии и техника прошли славный путь своего развития – от ручного доения до современных автоматизированных доильных установок и роботов.
В странах Евросоюза ручное доение уже не применяют, но в России каждую третью корову доят вручную – в основном в личных подсобных хозяйствах, насчитывающих по 1–2 коровы для собственных нужд крестьянских семей. И объясняется это неустойчивостью рынка, отсутствием организации гарантированного сбыта молока, суровыми зимами, не позволяющими обеспечить в малых неотапливаемых коровниках положительную температуру, необходимую для работы средств механизации доения и автопоения.
Из-за низких продуктивности животных и покупательной способности сельхозтоваропроизводителей в механизации доения в России преобладает простейшее машинное доение коров в ведра, в то время как на Западе отдается предпочтение установкам с молокопроводом, оснащенным автоматами снятия доильных стаканов, доильным залам с автоматизированными доильными установками типов «тандем», «елочка», «карусель», «европараллель» и др., оснащенными манипуляторами [37].
В России, в отличие от стран ЕС и США, преобладают наиболее регрессивный, привязный способ содержания коров (92–95%) и отсталые технологии доения (ручное – 34% и машинное доение в ведра – 44%).
В связи с ростом цен на энергоносители в последнее время наблюдается рост уровня пастбищного содержания коров. Так, в России 100% коров содержат преимущественно на отгонных пастбищах (было 80%), в странах ЕС – 80% и в США – 70% (преимущественно на прифермских культурных пастбищах). При этом в западных странах продуктивность коров достигает 8–10 тыс. кг на голову в год. Это позволяет сделать вывод, что правильно организованное пастбищное содержание не снижает их продуктивности. Поэтому необходимо вести работы по совершенствованию технических средств машинного доения и для пастбищного содержания коров.
Первая автоматизированная установка типа «Ёлочка» с 10-ю проходными станками, расположенными под острым углом, УДА-10 «Комсомолка» (рисунок 2.1) в СССР была создана в 1964 году коллективом инженеров оборонного завода «Сатурн» под руководством инженера М.М. Гойхенберга. Установка включала манипуляторы 1 с электронными блоками 2 и датчиками-счетчиками молока, и перемещающееся по рельсам кресло оператора 3. Технический уровень автоматизации установки по тем временам был очень высоким. Однако технология автоматизированного доения и надежность работы электронных средств в то время в условиях ферм были неудовлетворительными [38, 39].
.
2
1
3
1 – манипулятор; 2 – блок управления; 3 – кресло оператора
Рисунок 2.1 – Автоматизированная доильная установка УДА-10 «Комсомолка»
