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»
В связи с предстоящей индустриализацией молочного скотоводства в середине 60-х годов прошлого столетия ГСКБ по комплексу машин для ферм крупного рогатого скота (г. Рига) получило правительственное задание и приступило к доработке автоматизированной доильной установки «Комсомолка». Усовершенствованная доильная установка в 1970 году на Прибалтийской МИС прошла государственные испытания, но к серийному производству не была рекомендована. Одной из основных причин была низкая эксплуатационная надежность. Наработка на отказ во время испытаний составила 49 минут [39].
Во второй половине 60-х годов прошлого века во ВНИПТИМЭСХ были начаты работы по автоматизации доения вакуумными пневматическими средствами [38]. При этом для пневматического блока управления доением, выполненного в виде вакуумного командо-контоллера, были разработаны оригинальные вакуумные элементы: пневматический мембранный элемент [40], пневматическое реле [41] и вакуумное запорное устройство [42] для отключения аппарата. Для выполнения заключительных операций предусматривался пневмоцилиндр, который должен был додаивать коров так, как это делает доярка в конце машинного доения: оттягивая доильные стаканы аппарата дополнительным усилием, направленным вперед (к голове коровы) и вниз. Тогда этот способ машинного додаивания считался единственно правильным. Из-за этого первые устройства для автоматизации доения коров получили название «манипуляторы» [43], сохранившееся за ними до настоящего времени.
Учитывая низкую надежность электронных средств управления доением и созданный задел, в 1971 году ГСКБ (г. Рига) с участием ВНИПТИМЭСХ провели совместные исследования по автоматизации доильных установок вакуумными пневматическими средствами [38], предусматривающие разработку запасного варианта автоматизированных пневматическими средствами доильных установок.
В результате совместных работ [40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49] была создана простая и надежная вакуумная система управления процессом доения, которая успешно прошла государственные испытания, и в 1980 году с долевым участием ВНИПТИМЭСХ заводом «Кургансельмаш» было начато серийное производство автоматизированных пневматическими средствами доильных установок УДА-8 типа «Тандем» и УДА-16 «Ёлочка» с манипуляторами МД-Ф-1 [50, 51].
Это были первые в мире серийные автоматизированные доильные установки. Серийное производство этих установок окончательно поставило точку в многолетнем споре сторонников электроники и вакуумной пневмоавтоматики в пользу последней: автоматизация собственно процесса доения коров может и должна осуществляться на основе средств вакуумной пневмоавтоматики. Исключение составляют не влияющие непосредственно на качество и надежность процесса молоковыведения электронные и электрон-
но-пневматические информационные средства и системы, преимущества которых и в машинном доении неоспоримы [52, 53, 54, 55, 56, 57].
Однако манипулятор МД-Ф-1 – это громоздкий стационарный вакуумный пневматический агрегат. Он разработан по образу и подобию руки и выполняет те же функции, что и рука доярки: подводит и отводит аппарат, периодически оттягивает доильные стаканы для машинного додаивания коров в конце доения. Он может работать только на стационарных станочных доильных установках разных типов при беспривязном содержании коров.
Очевидно, что для модернизации и комплексной автоматизации доения нужен принципиально новый универсальный безрычажный доильный автомат.
2.2 Основные технические средства автоматизации доения
На современном рынке автоматизированные доильные технологии и техника представлены широко – от простейших доильных аппаратов до современных автоматизированных доильных установок и роботов (рисунок 2.2). В странах высокой культуры производства молока в последние два десятилетия автоматизации доения уделяется особое значение, и в настоящее время она в основном завершена. За это время продуктивность коров в этих странах удвоилась.
При привязном содержании коров предпочтение отдается установкам для доения в молокопровод, оснащенным автоматами снятия доильных стаканов (АСДС), при беспривязном – доильным залам с автоматизированными доильными установками типов «Тандем», «Ёлочка», «Карусель», «Европараллель» и др., оснащенными манипуляторами, а с 1998 года начали применяться и доильные роботы [58, 59, 60, 61, 62, 63, 64].
В южных регионах беспривязное содержание коров широко используется в летний пастбищный период, который составляет почти полгода, и основной объем молока производят летом, т.е. молочное поголовье находится на «полупривязном» содержании. При таком содержании коров применяют две основные наиболее простые и близкие технологии доения коров: в стойлах – доение в доильные ведра или в молокопровод, в летних лагерях и на пастбищах – на универсальных доильных станциях типа УДС-3. При таком сочетании технологий доения достигается максимальный эффект использования доильного оборудования. Летом не используется только вакуумпровод коровника, а зимой – доильные станки УДС-3. В связи с идентичностью технологий переходные адаптационные периоды с одного способа доения на другой и, соответственно, потери молока весной и осенью при этом минимальны [11].
Стойловые доильные установки типов АД-100 и ДАС-2 и универсальные доильные станции с параллельно-проходными станками типа УДС-3 60 лет в очень больших объемах выпускались промышленностью нашей страны. Так, например, в 70–90-х годах ХХ века завод «Кургансельмаш» производил до 30 тыс. комплектов УДС-3 в год.
