Ресурсосберегающие системы водообеспечения технологических процессов по обслуживанию крупного рогатого скота

УДК 636.004.18

На правах рукописи

Поцелуев Александр Александрович

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ СИСТЕМЫ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ

КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Зерноград 2011 2

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном уч реждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГОУ ВПО АЧГАА)

Научный консультант – доктор технических наук, профессор Краснов Иван Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Богомягких Владимир Алексеевич доктор технических наук, профессор Некрашевич Владимир Федорович доктор технических наук, профессор Хозяев Игорь Алексеевич

Ведущая организация – «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства» (ВНИИМЖ)

Защита состоится « 27 » декабря 2011 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д.220.001.01 при ФГОУ ВПО АЧГАА по адресу:

347740, г.Зерноград Ростовской области, ул.Ленина, 21, в зале заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан « » 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение темпов роста сельхозпродукции, особенно продукции животноводства, является одной из приоритетных задач в программе национального проекта «Развитие АПК». Продукция АПК должна быть конкурентоспособной как по качеству, так и по стоимостным показателям относительно продукции зарубежных стран. Это позволит сни зить продовольственную зависимость нашей страны от других стран.

Учитывая, что поставки многих видов продукции животноводства из-за рубежа достигают 70%, увеличение производства животноводческой про дукции и снижение ее себестоимости являются актуальными и неотложными.

На продуктивность животных, стоимость продукции непосредственно или косвенно влияет рациональное использование базовых ресурсных со ставляющих (корма, вода, энергетика, технологическое оборудование, трудо вые ресурсы). Вода в этом перечне занимает особое место, так как ее исполь зование непосредственно связано с продуктивностью животных и эффектив ным использованием кормовой базы. Учитывая, что водные ресурсы посто янно сокращаются, а сельскохозяйственное производство является одним из основных потребителей воды, вс острее становится проблема рационально го использования водных ресурсов.

До настоящего времени проблема использования воды на животновод ческих объектах решалась несистемно. Водообеспечение технологических процессов и использование средств механизации рассматривалось отдельно в рамках одного технологического процесса или операции, что не позволяло более полно использовать источники экономического эффекта. Это потребо вало новых концептуальных подходов к эффективному использованию воды, как основной ресурсной составляющей.

Настоящая работа посвящена разработке технологических основ созда ния ресурсосберегающей системы водообеспечения основных процессов об служивания КРС Работа выполнена в соответствии:

- с программой РАСХН фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного ком плекса Российской Федерации на 2006-2010 годы;

- тематикой НИР ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» 06.01.01 «Технологии и технические средства производства, хранения и переработки сельхозпродукции».

Цель исследований – снижение потерь воды, энерго- и трудозатрат за счет совершенствования и разработки эффективных ресурсосберегающих экологически чистых технологических процессов водообеспечения на фер мах и комплексах крупного рогатого скота.

Объект исследований – технологические процессы обслуживания КРС, их структура, параметры и режимы функционирования.

Предмет исследований – закономерности, способы и средства обеспе чивающие совершенствование, разработку и эффективное функционирова ние технологий и технических средств водообеспечения технологических процессов обслуживания КРС.

Методика исследований. Решение проблемы осуществлялось на основе базовых элементов системы водообеспечения КРС путем теоретического анализа с последующей экспериментальной проверкой их достоверности и работоспособности в лабораторных и производственных условиях.

В аналитических исследованиях использованы методы системного под хода, математического анализа, статистического моделирования, теории по точных линий, массового обслуживания, технической гидромеханики, тепло техники и теории вероятностей.

Экспериментальные исследования проводились по стандартным и спе циальным методикам с применением современной измерительной и регист рирующей аппаратуры, а также экспериментальных разработок технологиче ских линий водоснабжения, их отдельных элементов и лабораторных устано вок.

Результаты исследований обрабатывались с помощью методов матема тической статистики с использованием ЭВМ.

Научную новизну работы составляют:

- системный анализ технологических процессов, комплексов машин и оборудования для водообеспечения КРС;

- структурная и обобщенная операторная схемы системы водообеспече ния технологических процессов обслуживания крупного рогатого скота;

- статистические модели рабочего процесса системы автопоения и груп повых средств автопоения КРС;

- закономерности распределения временных характеристик потоков тре бований по водообеспечению процесса обслуживания крупного рогатого скота;

- комплексные функционально-технологические модели по обоснова нию режимов работы и параметров элементов системы водообеспечения;

- уточненные аналитические зависимости расходных, гидравлических и теплотехнических характеристик системы, отдельных подсистем и элементов водообеспечения процесса обслуживания крупного рогатого скота;

- рациональные параметры и инженерные методики расчета системы и ее составляющих элементов;

- статические и динамические характеристики датчиков с твердым на полнителем применительно к процессу управления тепловыми процессами и расходными характеристиками элементов системы водообеспечения.

Практическая ценность работы. Разработаны базовые принципы соз дания единой системы водообеспечения разнородных технологических про цессов обслуживания крупного рогатого скота, адаптированной к технологи ческим особенностям животноводческого объекта.

Предложены методы расчета и совершенствования перспективных тех нологий, механизированных систем и средств водоснабжения, обеспечиваю щих снижение расхода воды, кормов, подстилки, электроэнергии и затрат труда на производство продукции крупного рогатого скота. Разработаны объемно-планировочные решения линий водоснабжения вновь проектируе мых и реконструируемых ферм и комплексов КРС.

Реализация результатов исследований. Теоретические положения и технические решения использованы КБ ВНИПТИМЭСХ, ГСКБ «Минжив маш» для разработки опытных и серийных образцов базовых элементов ли ний водоснабжения КРС. Производство средств группового автопоения осу ществлялось на заводе кузнечно-прессового оборудования, г. Сальск, на за водах Минживмаша (завод Челябинскживмаш;

Чадыр-Лунгский опытно экспериментальный завод).

Поилка АГТ-4 прошла Государственные испытания на Сев.-Кав. МИС (г. Зерноград), а результаты исследований термосиловых устройств исполь зованы Ставровским заводом автотракторного оборудования при конструктив ной доработке выпускаемых им устройств сельскохозяйственного назначения.

Результаты исследований процесса автопоения животных были исполь зованы проектной организацией ООО «Гарант», г. Ставрополь, и АЧГАА при разработке проекта модульной фермы КРС на 100 голов, а также в учебном процессе Волгоградской сельскохозяйственной академии, Азово-Черномор ской государственной агроинженерной академии, Московского государст венного института технологий и управления (филиал г.Ростов-на-Дону) и др.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях ВНИПТИМЭСХ (г. Зерноград, ), АЧГАА (г. Зерноград, ), Ставропольского ГАУ (г. Ставрополь, ), ВНИИМЖ (г. Подольск, ), РИПКК АПК (г. Зерноград, ).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 83 работы, в том числе 11 работ в рекомендованных ВАК изданиях для докторских дис сертаций, монография, учебное пособие, получено 17 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

На защиту выносятся:

1. Концептуальные аспекты разработки системы водообеспечения тех нологических процессов автопоения крупного рогатого скота и санитарной обработки вымени коров.

2. Математические модели рабочего процесса подсистем автопоения и санитарной обработки вымени коров.

3. Закономерности распределения временных характеристик потоков требований по водообеспечению процесса обслуживания КРС.

4. Закономерности процесса теплообмена и гидравлики в линиях водо обеспечения.

5. Ресурсосберегающая технология санитарной обработки вымени коров.

6. Новые технические решения базовых элементов линий водообеспече ния, накопительных емкостей, средств автопоения, транспортной магистрали и подмывочного устройства, устройств регулирования температурного ре жима потребляемой воды.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения (общих выводов), списка использованной литературы и приложений. Диссертация изложена на 403 страницах в компьютерном набо ре и включает 223 рисунка, 19 таблиц, 7 приложений. Список использован ной литературы включает 175 наименований, в том числе 20 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена краткая характеристика изучаемой проблемы, ее актуальность, определены объект и предмет исследований;

обоснована науч ная новизна работы.

В первом разделе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования»

проведен анализ технологических особенностей содержания крупного рога того скота, водообеспечения технологических процессов по его обслужива нию, а также конструктивных решений линий водообеспечения, технологи ческих и зоотехнических требований к ним.

Разработана классификация линий автопоения крупного рогатого скота и линий подмывания вымени коров, установлены технологические процессы, водообеспечение которых может быть осуществлено с помощью единой про изводственной системы, включающей в себя отдельные подсистемы и линии.

Выделены наиболее близкие по технологическим требованиям к основному продукту (воде) четыре технологических процесса: автопоения крупного ро гатого скота, санитарной обработки вымени коров, санитарной обработки кожного покрова и обработки кормов водой. С учетом внешних факторов и внутренних технологических ограничений по процессам разработана общая структурная схема системы водообеспечения процессов (рис. 1).

Рис. 1. Общая структурная схема системы водообеспечения технологических процессов Создание единой системы водообеспечения базируется на конструктив но-технологической унификации. Ее основой является сам продукт техноло гического процесса – вода – и зоотехнические требования к нему. Основу конструктивной унификации составляют идентичность конструкторских ре шений и назначения элементов линии водообеспечения, что позволяет сис темы водообеспечения унифицировать с системами вентиляции животновод ческого объекта и удаления навоза.

С учетом этого разработана и исследована система водообеспечения второго иерархического уровня, обслуживающая технологические процессы автопоения и санитарной обработки вымени коров (рис. 2).

3 4 5 11 6 10 7 14 15 19 1 – вакуумпровод молочной линии;

2 – вакуумная камера;

3 – вводной трубопровод;

4 – клапанно-поплавковое устройство;

5 – накопительная емкость;

6 – обратный трубопровод;

7 – магистральный трубопровод подачи подмывочной воды;

8 – рабочий трубопровод подачи подмывочной воды;

9 – подмывочное устройство;

10 – пневмопобудитель;

11 – пульсатор;

12 – трубопровод подачи подмывочной воды;

13 – магистральный трубопровод подачи питьевой воды;

14 – распределительный трубопровод питьевой воды;

15 – автопоилки;

16 – обратный трубопровод питьевой воды;

17 – запорные устройства;

18 – электронагреватель;

19 – рабочий трубопровод отвода подмывочной воды;

20 – магистральный трубопровод отвода загрязненной воды;

21 – вакуумный бак сбора загрязненной воды Рис. 2. Схема системы водообеспечения процессов автопоения и подмывания вымени коров В соответствии с поставленной целью, необходимо было решить сле дующие задачи:

- изучить потоки, обосновывающие режимы работы системы и е от дельных элементов;

- разработать математические модели и обосновать параметры и режимы работы базовых элементов системы;

- реализовать модели применительно к производственным объектам;

- провести экспериментальную проверку основных теоретических поло жений по решению проблемы;

- обобщить результаты исследований и разработать методику расчта исследуемой системы.

В решении их использован системный подход и анализ разработок из вестных ученых в области механизированных технологий (В.С. Оводов, В.М.

Карамбиров, Б.В. Карасев, В.С. Мисенев, Л.Д. Берман, И.Н. Краснов, В.П.

Бабкин, В.П. Карташов, В.Ф. Королев и др.), а также в области исследований технологических систем (В.В. Кафаров, Р.М. Славин, Э.И. Липкович, Ю.А.

Цой, В.Ф. Хлыстунов, Т.С. Гумаров, Б.И. Горбунов и др.) Во втором разделе «Теоретические исследования систем водообеспе чения технологических процессов по обслуживанию КРС» сделан анализ потоков, характеризующих работу как подсистем водообеспечения, так и их базовых элементов.

С целью обоснования числа одновременно обслуживаемых животных и расхода воды линией автопоения при привязном содержании животных была разработана математическая модель процесса, в основе которой заложен ма тематический аппарат поточных линий.

Предполагая, что животные, поступающие на обслуживание, образуют дискретный поток подачи 1(t), а обслуженные животные – дискретный по ток расхода 2(t), линию автопоения можно рассматривать как накопитель ную емкость, где сосредоточивается регулирующая масса воды и животных, потребляющих ее.

Поскольку режимными характеристиками исследуемого процесса явля ются максимальная и минимальная частоты поступления животных для по требления воды, временнй интервал Т, через который поступают животные на обслуживание, является основной величиной. Дискретный поток подачи предполагается стационарным пуассоновским, тогда временнй интервал яв ляется случайной величиной, распределенной по показательному закону с параметром :

F t PT t 1 e t, (1) где F(t) – интегральная функция распределения интервала Т при t0;

– средняя плотность потока, характеризующая среднее количество живот ных, поступающих в единицу времени на поение.

Параметр позволяет определить среднее значение временнго интер вала Т:

тt t D, Т ср (2) где тt – математическое ожидание случайной величины Т;

t – среднеквад ратическое отклонение;

D – дисперсия.

С учетом Тср закон распределения Т будет:

t F t PT t 1 e Tср.

(3) Учитывая закон распределения Т, с определенной вероятностью обосно вываются граничные значения случайной частоты () востребованности ли нии и количество животных одновременно потребляющих воду (п):

lm lm min ;

max, (4) f t k (1 k ) f t k ln P(T Tmin ) lm tср n, (5) f t k ln P(T Tmin ) где lт – общий фронт поения;

f – расчетный фронт поения на 1 животное;

tk – разовая длительность водопотребления животными технологической группы.

Для оценки качества процесса поения из групповых средств автопоения при беспривязном содержании животных была разработана математическая модель процесса, в основу которой положен аппарат теории массового об служивания. Формализация процесса следующая: групповая поилка условно разделенная на п поильных мест, с интенсивностью обслуживает группу т животных, поступающих с интенсивностью. Определены средние значения числа животных в очереди (М1), числа животных в системе (М2), числа не за нятых поильных мест (М3), коэффициенты простоя обслуживаемых живот ных (Та) и простоя поильного места (Тк):

k k nm!

Р, k m! М 1 k n n M 2 М1 Рo, (7) n!m k !

(6) !

k 1 k!m k o k n 1 n n k !m k n 1 n М 3 n k pk Рo, !

k 0 k! m k (8) k k nm Р, k (n 1)! n 1 n n k n m k ! o (9) Tk Рk - k Pk, (10) Ta n! n k k где k – число требований в системе;

Ро – вероятность того, что все поильные места свободны;

Рk – вероятность того, что в системе находится k требова ний, из них п – обслуживаются, а k-п ожидает обслуживания.

При разработке новых и усовершенствованных проектных решений не обходим целый ряд исходных данных. С этой целью разработана статистиче ская модель процесса автопоения, основой которой является логическая блок-схема, моделирующая взаимосвязь животных с групповой поилкой (рис. 3). Она позволяет при обосновании расходных характеристик по воде варьировать численностью животных в обслуживаемой технологической группе и их половозрастным составом.

При определении интенсивности отбора воды нами рассмотрен поток расхода воды, формируемый одним оператором машинного доения. Поток расхода воды принят дискретным, случайным с конечными элементами.

Предполагая, что на интервале времени То укладывается k циклов с про должительностью Тц1, Тц2, …, Тцn, длительность этого интервала можно опре делить по формуле Т Т ц1 Т ц 2... Т цп kТ цср, (11) где Tцср – средняя продолжительность одного цикла, с.

В этом случае вероятность события P(q = a) может быть определена по формуле Р q a tp t pcp, (12) k Tцср Tцср tp где t pcp – средняя продолжительность подмывания вымени животного, с;

k tp – время подмывания одной коровы, с.

Учитывая, что расход воды может принимать значение q = a или q = и эти значения образуют полную группу событий, можно составить следую щие равенства t pcp tocp Р q a P q 0 1, 1..

(13) (14) Tцср Tцср Рис. 3. Логическая блок-схема, моделирующая взаимосвязь животного с поилкой Тогда вероятность прерывания расхода воды:

P q tоср, (15) Т цср где tocp–средняя продолжительность паузы между подмываниями вымени коров.

Отношения временных промежутков подмывания вымени коров и пре рывания данной операции к среднему значению цикла являются оценочными показателями принятой технологии.

Если процесс подмывания вымени коров выполняется несколькими опе раторами, то основными показателями этой подсистемы являются: количест во операторов, одновременно выполняющих операцию подмывания и дли тельность их совместной работы. При этом процесс характеризуется не сколькими дискретными входящими потоками, расход воды (g) рассматрива ется в виде случайной величины, распределенной по биноминальному зако ну, а вероятность события Р(х=т) определяется по формуле:

Р( X ) Cn p m q nm.

m (16) m где C n – биноминальный коэффициент;

т – значение случайной величины;

п – количество опытов.

С учетом временных показателей зависимость (16) будет:

n m m t рср tоср n t m tосрm Р( X m) Cn рср C m m, t t t t (t рср tоср ) n n (17) рср оср рср оср где tpср – среднее время подмывания вымени коровы, с;

tоср – среднее время прерывания процесса подмывания вымени.

Тогда крайние значения количества одновременно работающих операто ров:

tоср tоср X min cр n 3 ср n,, X max cр n 3 ср n, (18) (19) Tцср Tцср где ср – относительная продолжительность работы оператора машинного доения ср t рср.

t рср t оср Поддержание заданной температуры воды в рассредоточенной системе автопоения при привязном содержании животных может осуществляться за счет периодической термосифонной или принудительной циркуляции воды через водонагреватель.

Производительность циркуляционной линии и требуемая мощность на гревателя взаимосвязаны между собой по формуле:

Р W c (t 2 t1 ), (20) где W – производительность линии, м /ч;

– средняя плотность воды, кг/м3;

с – удельная теплоемкость воды, Вт/кг·оС;

t2 – температура подогретой воды, о С;

t1 – температура в трубопроводе охлажденной воды, оС.

Производительность линии составит:

Qт.п., W (21) с(t 2 t1 ) где Qт.п. – суммарные теплопотери в циркуляционной линии, Вт/ч.

Для обоснования суммарных теплопотерь в одноконтурной линии авто поения (рис. 4) рассмотрен ее тепловой баланс:

Рис. 4. Схема теплообмена в одноконтурной системе автопоения dSнб dSб dS р.т dSп.и Z п dSп.к Z п dSк.п dSт.ох.в dSн.б dSт.п.в dS р, (22) где dSнб – количество тепла, вырабатываемого в теплоэнергетическом блоке, Вт/ч;

dSб, dSр.т, dSп.и, dSп.к, dSк.п, dSт.ох.в, Sн.б, dSт.п.в, dSр – теплопотери с по верхности корпуса бака-накопителя, с поверхности распределительного тру бопровода, с водной поверхности поилки за счет испарения, с водной по верхности поилки конвекцией, через корпус поилки, с поверхности трубо провода охлажденной воды, с поверхности нагревательного блока, с поверх ности трубопровода подогретой воды, Вт/ч;

Zn – количество поилок, разме щенных на линии распределительного трубопровода, шт.;

dSр – величина ра диационного баланса поилок линии, характеризующегося разностью погло щенной водой солнечной радиации и эффективного излучения водой в есте ственных условиях, Вт/ч.

Анализ этого теплового баланса позволил установить зависимости по оп ределению:

- количества тепла, воспроизводимого нагревательным блоком Qн.б q рас c (tбл t1 ) Fбл К бл (tбл tв ), (23) где qрас – циркуляционный расход воды в системе, м3/ч (qрас=W);

tбл – темпе ратура воды в блоке, оС;

Fбл – площадь поверхности корпуса блока, м2;

Кбл – коэффициент теплопередачи корпуса блока, Вт/м2·оС;

tв – температура возду ха в животноводческом помещении, оС;

- падение температуры на элементарном участке циркуляционного тру бопровода К уч F (t р.т tв ) dt dl, (24) q рас где Куч – коэффициент теплопередачи трубопровода, Вт/м2·с;

F – площадь участка трубопровода (F=Дтр·dl), м2;

Дтр – диаметр трубопровода, м;

tр.т – температура воды в расчетной точке, оС;

dl – длина рассматриваемого участ ка трубопровода, м;

- необходимого циркуляционного давления в напорной линии по рисун ку 5:

Рц hц g ( ох п ) ( Ре Рм ), (25) где Рц – циркуляционное давление воды в системе, Н/см2;

hц – высота столба воды, способствующая циркуляции воды, м;

g – ускорение силы тяжести, м/с2;

ох – плотность охлажденной воды, оС;

п – плотность подогретой воды, о С;

Ре, Рм – потери давления на преодоление сопротивлений движению воды по длине линии и на преодоление местных сопротивлений в линии, Н/см2.

1 – бак;

2 – поплавковое устройство;

3 – клапанное устройство;

4 – вводный трубопровод;

5 – обратный трубопровод подогретой воды;

6 –водонагревательный блок;

7 – обратный трубопровод охлажденной воды;

8 – средства автопоения;

9 – распределительный трубопровод;

10 – магистральный трубопровод Рис. 5. Расчетная схема напорной циркуляционной линии - и общих потерь давления в рабочем перфорированном трубопроводе (места присоединения индивидуальных поилок) в такой линии:

2 lтр Рn nп, Н / м 2,, (26) d 2 где пп – количество поилок на рабочем участке трубопровода.

Аналогичное влияние на циркуляционное давление наблюдается в ло кальной подсистеме автопоения (групповая поилка по рис. 6).

1 – корпус поилки;

2 – водопойная чаша;

3 – клапанно-поплавковое устройство;

4 – пер форированный трубопровод воды;

5 – крышка;

6 – водопоильный стакан;

7 – трубопровод охлажднной воды;

8 – блок нагревательный;

9 – водопровод подводной Рис. 6. Расчтная схема термосифонной линии в локальной подсистеме автопоения В этих линиях не исследованы местные сопротивления в перфориро ванном трубопроводе подогретой воды. Анализ процесса подачи циркуляци онной воды позволил получить аналитические зависимости по расчету об щих сопротивлений в перфорированном трубопроводе li Vi к Vi 2 Vi z z Ртр omi прi п. т. г.

;

(27) d 2 g i1 2 g i1 2g i li Vi Vi к omi Z;

п. т. г.

Р d 2g 2g (28) тр i где li – рассматриваемый участок трубопровода, м;

Vi – скорость движения воды на дополнительном участке, м/с;

d – диаметр трубопровода, м;

i – номер участка или место сопротивления;

К – количество участков;

Z – количество местных сопротивлений (отверстий);

– коэффициент гидравлического тре ния;

– коэффициент сопротивления для отделяющегося потока в зоне отверстий;

прi – коэффициент сопротивления отверстия.

В рассредоточенных линиях автопоения один из основных элементов – бак-накопитель воды. Его основное назначение – обеспечить необходимый запас, требуемый напор и заданную температуру воды. С учетом этого была разработана конструкция бака с повышенными теплоизоляционными свойст вами его корпуса (рис. 7).

а б в а – бак с жсткими стенками воздушных камер;

б – бак с наружной стенкой в виде гибкой диафрагмы;

в – бак с воздуховодами;

1 – корпус бака;

2 – межстенная камера повышенного давления;

3 – межстенная камера (вакуумированная);

4 – вакуум-провод;

5 – воздуховод повышенного давления Рис. 7. Варианты конструктивных схем баков-накопителей В исследованиях бак рассматривался как поточное устройство, которое включало в себя питатель Н (клапанно-поплавковое устройство), накопи тельную емкость V и потребитель П (автопоилки – животные). Процесс ха рактеризуется потоками подачи Фп(t) и расхода воды Фр(t).

Связь между потоками и регулирующей массой описывается зависимо стью:

Q d z g1 d s dH, (29) 1000 где Q – текущая подача воды через клапанно-поплавковый механизм, л/мин.;

z – количество животных, одновременно потребляющих воду, гол.;

g1 – ин тенсивность потребления воды одним животным, л/мин.;

d – элементарный промежуток времени;

s – площадь поверхности воды в напорном баке, м2;

dН – элементарное падение (или рост) уровня воды в напорном баке, м.

Производительность клапанного устройства поилки будет:

H l1 P Q d 2g, (30) l где h – высота подъма клапана, м;

– коэффициент расхода;

g – ускорение силы тяжести, м/с2;

Р – давление в транспортной магистрали подачи воды, кг/м2;

– плотность воды, кг/м3;

l1, l2 – длины плеч клапанно-поплавкового механизма, м.

В результате анализа сил, действующих в зоне клапанно-поплавкового механизма, определена подъемная сила поплавка 1 P d к2 l1 Рп Pуп l1 M l1 l1 M кл M l2 M п Pg Pк.н., (31) п l2 где Pп – подъмная сила поплавка, Н;

Мп – масса поплавка, Н;

М l – масса п короткого плеча, Н;

М l – масса длинного плеча, Н;

Мкл – масса клапана, Н;

Руп – реакция силы уплотнения клапана на седле, Н;

dк – диаметр клапана, м;

Р – сила от перепада давлений действующих на клапан, Н/см2.

С учетом особенностей рабочего процесса и конструкции бака-накопи теля получена полная емкость его:

V Vo Vз.п. Vnн Vкн, (32) 3 где Vо – регулирующая мкость, м ;

Vз.п – запасная, расходная мкость, м ;

Vnн – мкость, обеспечивающая размещение незатопленной части поплавка, м3;

Vкн – мкость, обеспечивающая размещение конструктивной части насоса, м3.

Теплообмен между водой в баке и наружным воздухом для нестандартных конструктивных решений корпуса бака описывается зависимостями:

- при сферической стенке Qсф F1 1 2 3 t в t п Fоснс 4 t в t осн ст ш. н 3 1 (33) н 5 t осн t вн.с S н.с 6 t вн t п, S ш.с ш ш ср д вн где F1 – наружная поверхность многослойной плоской стенки бака, м2;

1, 2, 3, – коэффициент теплопроводности слов плоской стенки, Вт/моС;

ш.с Fосн – площадь основания шарового сегмента, образуемого гибкой диафраг ш.с мой, м2;

Fвн – поверхность внутренней оболочки шарового сегмента, м2;

Fнш.с – поверхность наружной оболочки шарового сегмента, м2;

4 – коэффи циент теплопроводности основания шарового сегмента, м2;

5 – коэффициент теплопроводности воздушной прослойки, Вт/м·оС;

ср – средняя толщина воздушной прослойки, м;

6 – коэффициент теплопроводности материала оболочки, Вт/моС;

д – толщина материала оболочки, м;

t осн, t вн – темпера н ш.с тура на границах области слов, оС.

Qсф К сф (2rh a 2 ) (tв t п ), ст ст (34) ст где К сф – коэффициент теплопередачи сферической стенки, Вт/м2·оС;

r – ра диус шарового сегмента, м;

h – высота сегмента, м;

а – радиус основания сегмента, а=h(2r-h), м;

tв – температура воды в баке, оС;

tп – температура воздуха в помещении, оС.

- при образовании внутренней камеры из воздуховодов 2h(t в t п ) Q 1 Ri 1, (35) n ln R i 1 i i где h – высота корпуса бака, м;

tв – температура воды в баке (tв=12–18оС);

tп – температура воздуха в животноводческом помещении (tп=8–12оС);

n – число слов воздуховодов в многослойной стенке бака (n=8).

Разность приращений потоков подачи и расхода тепла (Рис.8) определя ет приращение регулирующей массы dФ c GНВ dt, (36) где GН.В – масса нагреваемой для подмывания вымени воды в накопительной мкости, кг;

с – тепломкость этой воды, Вт/кгоС;

t – текущая температура воды для подмывания вымени, оС.

После преобразований зависимость (36) принимает вид g т.с. К1 Fр.ст. К 2 Fн.п. Q g сt К F t К 2 Fн.п tпом dtн tн э м охл 1 р.ст п. з..

(37) d с Gн.в. с Gн.в где gм – «термосифонный» поток нагретой массы воды;

К1, К2 – коэффициен ты теплопередачи разделительной стенки и корпуса бака, Вт/м2·оС;

Fр.ст. – теплоотдающая поверхность разделительной стенки, м2;

Fн.п– наружная по верхность корпуса накопительной емкости для подмывочной воды, м2;

tп.з. – температура питьевой воды, оС;

tпом – температура воздуха в животноводче ском помещении по зоотехническим требованиям, оС;

Gн.в – количество на греваемой воды, кг;

Qэ – поток тепла, создаваемый нагревателем.

Н – источник тепловой энергии;

П1 – потребитель тепла (накопительная мкость для подмывочной воды);

П2, П4 – потребитель тепла (окружающая среда животноводческого помещения);

П3 – потребитель тепла (накопительная мкость для питьевой воды);

Ф, Ф/ – регулирующая масса по теплу в разрезе накопительных емкостей Рис. 8. Схема поточного теплового процесса с регулированием потока подачи тепла dt н Приравнивая в уравнении (37) нулю и рассматривая установившийся d режим работы, получим мощность нагревательного элемента t зад ( g т сtохл К1Fр.ст tп. з К 2 Fн.п ) м мин ср Qэ, (38) g т сtохл К1Fр.ст tп. з К 2 Fн.п tпом м мин ср мин где tзад – заданная температура воды, оС;

g т – максимальный расход подог м мин реваемой воды;

t охл – минимальная температура поступающей в нагреватель ср мин ный блок воды;

t п. з. – средняя температура питьевой воды;

t пом – минимально допустимая температура воздуха в животноводческом помещении.

Для циркуляции подогретой воды по схеме водонапорный бак – автопо илки – водонапорный бак и поддержания в линиях автопоения заданной тем пературы разработан мембранный насос-побудитель (рис. 9).

Эффективная работа линии возможна при равенстве производительно стей самой линии, насоса, всасывающей и нагнетательной ее магистралей:

d тр Q V pk nц f 2 H v, (39) c (t н to ) где Q – количество тепла, теряемого системой, Вт/ч;

tн – температура подог ретой воды, оС;

;

tо – температура охлажденной воды, оС;

Vр.к. – объем рабо чей камеры насоса, м3;

nц – число циклов работы насоса-побудителя (пульсато ра привода) в минуту;

f – площадь сечения впускного отверстия клапанного устройства, м2;

– коэффициент истечения через отверстие клапана;

Н – вы сота столба воды, м;

dтр – диаметр нагнетательного трубопровода;

– ско рость подачи воды в систему нагнетания;

– коэффициент производительно сти.

а б а – побудитель с возвратной пружиной;

б – побудитель с тягой–амортизатором;

1 – корпус верхний;

2 – пружина возвратная;

3 – трубопровод подачи и откачки воздуха;

4 – обжимной диск верхний;

5 – мембрана;

6 – корпус нижний;

7 – трубопровод воды нагнетательный с клапаном;

8 – обжимной диск нижний;

9 – трубопровод воды всасывающий с клапаном;

10 – тяга-амортизатор;

А – камера управляющая (воздушная);

Б – камера рабочая (всасывания и подачи воды в систему).

Рис. 9. Конструктивные схемы мембранных насосов-побудителей С учетом особенностей конструкции насоса, получены расчетные зави симости для определения производительности насоса-побудителя и диаметра его диафрагмы:

hn Wпоб ( D p D p d1( 2) d12( 2) ) nц ;

(40) hn D p d Dд 2 d1 ( Dкн D p ), 2 (41) где hп – полный ход мембраны, м;

Dp – рабочий диаметр диафрагмы, м;

Dкн –диаметр корпуса побудителя, м;

d1 – диаметр жесткого центра, м.

Усилие перемещения мембраны в таком насосе будет:

R12 P (1 ) x 4 7 4 1 Рпр, Pобщ сж (42) 5 xmax 5 x 3 где Робщ – общее усилие на перемещение мембраны при прямом ходе, кг;

s – суммарный межвитковый зазор пружины, равный рабочему ходу мембраны;

R1 – радиус рабочей части мембраны, м;

Р – давление воздуха, действующее на мембрану;

– показатель отношения радиуса жесткого центра к радиусу мембраны ( r2 );

с – жесткость пружины;

Рпр с s – сила сжатия пружины:

ст R с s V в Gм.д. 2 Fд х, в (43) тр 2g в где Vтр – объем воды в камере насоса, м3;

в – плотность воды при заданной температуре, кг/м3;

Gм.д. – вес мембраны и обжимных дисков;

– скорость тран спортирования воды, м/с;

– коэффициент местных сопротивлений (клапан ного устройства, поворотов в линии транспортирования;

Fд – сила, приходя щаяся на единицу длины дуги;

х' – скорость перемещения мембраны, м/с.

Автопоилки являются базовыми элементами в подсистемах автопоения, с которыми непосредственно контактируют животные, и которые требуют периодического их обслуживания. С целью снижения загрязненности авто поилок и повышения комфортности обслуживания животных разработана конструкция водопойного стакана с перфорированным жестким или гофри рованным корпусом (рис. 10).

Элементарный объема воды, поступающей в стакан, с учетом площади выпускных отверстий в стенке стакана будет:.

dV Qж d f 2 gH c d, (44) где Qж – интенсивность отбора воды животными, л/с;

– коэффициент рас хода воды через водовыпускные отверстия;

Нс – высота столба воды в систе ме автопоения, м;

f – общая площадь водовыпускных отверстий, м2.

Затраты времени на поступление элементарного объема воды в стакан зависят от формы водопойного корыта (чаши) по рисунку 10.

1 2 1 10 а) в) 1 – поплавок;

2 –гофрированный корпус;

3 – водовыпускное отверстие;

4 – верхний фланец;

5 – корпус индивидуальной поилки;

6 –перфорированный куполовидный клапан;

7 – гибкий поводок;

8 – клапан подачи воды;

9 – подводной водопровод;

10 – корпус водопойного корыта групповой поилки Рис. 10. Схемы автопоилок с гофрированным водопойным стаканом В чашу в виде сферы (индивидуальная поилка в безнапорной линии ав топоения) элементарный объем воды поступает за время:

а х dH Fc dz d, (45) f 2 g Н с. ж. f 2 g Н с. ж.

где Fc – площадь воды в рассматриваемом сечении ( Fс а х ), м2;

ах – ради ус сечения сегмента по оси Х (а х2 2r hz hz2 2r z z 2 ), м;

r – радиус по верхности сегмента, м;

hz – текущая координата по оси Z, м;

z – координата оси Z, отражающая уровень воды в чаше, м;

Нс.ж. – высота расположения во довыпускного отверстия, м.

Тогда площадь водовыпускных отверстий в ней будет:

8 r f. (46) 3 r g В процессе работы водопойного стакана (рис. 11) необходимо выполне ние следующих условий: сила, прилагаемая животным, должна соответство вать зоотехническим требованиям;

не должно быть самопроизвольного рас крытия гофры стакана при воздействии животного;

по окончании процесса отбора воды усилие, создаваемое днищем стакана, должно обеспечивать воз врат гофры в исходное положение. Математически эти условия представлены зависимостями:

Р ж Р зоот Р п Р с Р а Р л Р к ;

(47) РN Рк Ра Рп Рс Рл ;

(48) Рп Рс Рл РN Рк Ра Рм.с., (49) где Рм.с – усилие для преодоления местных сопротивлений в зоне водовыпу скных отверстий, кгс.

Рис. 11. Расчетная схема поилки с водопойным стаканом На их основе получены зависимости по определению толщины стенки и днища водопойного стакана:

- для напорной линии автопоения ( Рк Рж g V PaRдн Н нб Fа ) 2n Aд Rср 2 ст 3, (50) Е ( 2 х L) где Rдн – радиус днища водопойного стакана;

- для безнапорной линии автопоения ( Рк Рж g V ) 2n Aд Rср ст ;

(51) Е ( 2 х L) - для напорной линии автопоения Н нб (cos Rдн ) ( РаRдн Рк Рмс Е ст (2 х L) 2 2 дн 2 (52) ;

g Rдн g Rдн 2n Ag Rср 2 - для безнапорной линии автопоения и групповых автопоилок Н нб cos Рк Рмс Е ст (2 х L) дн, (53) g Rдн g Rдн 2n Ag Rср 2 где V – объем воды, вытесненной днищем стакана;

Rдн – радиус днища ста кана;

Ннб – высота расположения напорного бака;

Fа – активная площадь по верхности гофры;

п – число отверстий гофре;

Аg – коэффициент, зависящий от параметров относительной глубины гофр;

Rср – средний радиус стенки стакана;

Е – модуль упругости материала стенки стакана;

х – перемещение днища стакана;

L – рабочий ход днища стакана.

Вместимость чаши как малоемкостной поточной системы составляет V Vо V рег Vост, (54) где Vо, V рег, Vост – запасная, регулирующая и остаточная вместимости чаши групповой автопоилки.

Обозначим далее Х(t) – дифференцируемый случайный процесс расхода воды из поилки, а – значение ординаты функции Х(t), выбросы за которую нужно определить, тогда искомая вероятность выброса будет:

Р Х (t ) a;

X (t dt ) a. (55) Предполагая, что рассматриваемая регулирующая масса является слу чайной функцией с нормальным распределением, среднее число ее выбросов в единицу времени определится по формуле ( а тХ ) Х 2 Х па Р(а) е, (56) 2 Х где тх – математическое ожидание случайной функции;

Х – средне квадратическое отклонение ординат случайной функции;

Х' – сред неквадратическое отклонение производной случайной функции.

На рассматриваемом промежутке времени Т выбросы должны быть редкими, их распределение может быть описано законом Пуас сона, тогда значение уровня выброса определится по формуле:

V рег f (a) X 2 ln X ln T ln ln, (57) 2 Pрас X где Ррас – вероятность, что за время Т не произойдет ни одного выброса.

Регулирующая масса характеризуется геометрическими параметрами водопойной чаши, среди которых основным является фронт поения. Рас смотрев расположение животных относительно поилки (рис. 12), нами полу чены зависимости по определению фронта поения.

При линейном расположении животных вдоль поилки общий фронт по ения будет:

f об (пж 1) в6 2tg lж в4 К, (58) где в4 – ширина головы животного в зоне рогов, м;

lж – длина туловища жи вотного, м;

– угол расположения животного относительно края корыта, м;

К – коэффициент, учитывающий количество зон обслуживания у поилки.

а – групповая поилка прямоугольной формы;

б – групповая поилка круглой формы Рис. 12. Расчетные схемы загрузки групповых поилок При расположении животных по кругу удельный фронт поения составит:

( Dвс lк ) пж f уд rвс lк, (59) 2п где – угол между центрами водопойных стаканов;

Dвс – диаметр водопой ного стакана, м;

lк – зазор между водопойными стаканами (lк =в4 – в1), м;

в4 – размер головы животного в верхней части, м;

в1 – размер «морды» живот ного в нижней части головы, м;

пж – расчетное максимальное число живот ных, обслуживаемых поилкой;

rвс – радиус водопойного стакана, м;

l к – кон структивный зазор между краем водопойного стакана и корпусом водопой ного корыта, м.

Эффективность групповых поилок во многом зависит от величины не производственного расхода воды на слив (поилки проточного типа) и расхода электроэнергии (поилки с электроподогревом).

Для поилок проточного типа, наряду с конструктивными решениями утепления корпуса поилки, важное значение имеет технологическое и конст руктивное решение слива воды (рис. 13) и его регулирования в зависимости от изменения температурных показателей внешней среды.

Производительности приточного и сливного устройств должны нахо диться между собой в следующей зависимости:

Qпр. у. Qсл. у. (60) Приток воды может быть определен по формуле:

об Fв (t n t n ) Qпр. у., (61) c t где об – обобщающий коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·оС;

Fв – площадь водной поверхности, м2;

tп, t'п – средние температуры воды в поилке с тепло вой нагрузкой и без нее, оС;

t – разность температур поступающей и сли ваемой воды, оС.

Расход воды через сливное устройство будет:

Qсл. у m в 2 g H 3 / 2, (62) где т – коэффициент расхода сливного устройства;

в – ширина водослива, м (в = D);

D – диаметр сливного патрубка, м.

в=2R' в=D Н в=D Р 1 1 – днище водопойного корыта;

2 – водовыпускные окна;

3 – наружный патрубок;

4 – сливной патрубок;

Р – высота порога водослива;

Н – напор на гребне водослива;

– толщина порога водослива;

в – ширина водослива Рис. 13. Схема сливного устройства групповой проточной поилки Совместное решение зависимостей (61) и (62) позволяет обосновать ос новные конструктивные параметры устройств.

Анализ конструктивных решений термосиловых датчиков, обеспечи вающих регулирование протоком воды, и теплового процесса в них позволил подтвердить справедливость зависимости по определению их статической и динамической характеристик.

Статическая характеристика датчика будет:

M м ср 100 M м Gн 3D 2 H к t, hк 4в r (63) в rц м в ц где h, hоб – перемещение штока или капсулы датчика;

Gн – масса наполни теля;

d – диаметр штока;

в – ширина зоны начальной деформации капсулы;

rц – радиус центра тяжести сечения деформации капсулы;

Мм – содержание металлического компонента в наполнителе;

ср, ', к – коэффициенты объем ного расширения воска, металлического компонента и линейного расшире ния материала корпуса;

в, м – плотности воска и металлического компонен та;

t – диапазон изменения температуры.

Длительность переходного процесса до момента начала перемещения штока или капсулы может быть определена исходя из равенства:

t Gд Сэ d д t t н.д д K tв, (64) э Fкд d д o t н.д t н.в где Gд – масса датчика;

Сэ – приведенная теплоемкость датчика;

д – коэф фициент теплопередачи датчика;

Fкд – поверхность корпуса датчика;

tд, tв – приращение температуры датчика и воды;

tн.д, tн.в – исходные темпе ратуры датчика и воды;

Kд – передаточный коэффициент ( K д t н.в ) ;

, о – вре t н.д мя температурного возмущения и начало движения исполнительного элемента.

Практически это уравнение определяет чувствительность датчика.

Для групповых поилок с электроподогревом на период активного по требления воды (особенно после раздачи корма – = 2…2,5 ч) предложена система подсоса теплой воды из подогревателя с последующим смешением ее в зоне водовыпуска с вновь поступающей холодной водой. Для снижения теплопотерь через корпус такой поилки используется вакуумированный на сосом 8 теплоизолятор в виде межстенной камеры 3 корпуса чаши 5 (рис. 14).

7 8 6 10 1 – подводной трубопровод холодной воды;

2 – на 5 ружный корпус поилки;

3 – вакуумированная каме ра;

4 – камера повышенного давления;

5 – водо пойная чаша;

6 – крышка поилки;

7 – линия отсоса 3 11 воздуха;

8 – мембранный насос;

9 – линия нагнетания воздуха;

10 – водопойный стакан;

11 – устройство аварийного слива воды;

12 – линия термосифонной циркуляции;

13 – электронагревательный блок;

14 – ли 12 14 13 12 ния подсоса теплой воды;

15 – клапанно-поплавковый механизм Рис. 14. Схема групповой поилки с электроподогревом Глубина вакуума, обеспечивающего подсос горячей воды, определяется с использованием основного уравнения Бернулли и конструктивных пара метров узла смешения:

v2 Dn Рвак1 Р1 2 Pатм 2 2, (65) 2 g ( Dn d ) Dn d 2 2 где Р1 – давление в зоне ввода подсасывающего трубопровода;

2 – скорость воды в зоне выпуска;

Dп – внутренний диаметр водовыпускного патрубка;

d – наружный диаметр всасывающего трубопровода.

Предположив, что изменение случайной величины Хi (количество об служиваемых животных поилкой в данный момент) носит случайный харак тер, а ее значение т распределяется по нормальному закону, по теории вы бросов можно определить вероятное количество животных т, одновременно обслуживаемых поилкой:

Х т Рт Р( х т) е 2, (66) где Хт=т-N·р – отклонение случайной величины Х от математического ожидания;

т – число одновременно потребляющих воду животных;

N – чис tо.ср ленность технологической группы животных в секции (загоне);

Р – веро Т ц.ср ятность появления случайной величины Х;

N p g – среднеквадратическое отклонение случайной величины;

1 p – вероятность противоположного события;

tо.ср – среднее время отбора воды животным;

Тц.ср – средняя продол жительность цикла (потока).

Рассматривая появление случайной величины Хт относительно задан ного уровня а=т (рис. 15), устанавливают число совпадений потоков за вре менной интервал Т.

а=т Рис. 15. Схематическая интерпретация выбросов стационарного дискретного потока животных при поении После чего, задав объем межстенной камеры корпуса поилки Vр, опре деляют объем рабочей камеры насоса V p V рк, (67) Х т N e Nc где – коэффициент использования объема рабочей камеры насоса;

Nc – нормативное число суток эксплуатации поилки до очередного технологиче ского обслуживания;

– средняя частота совпадений потоков на заданном уровне.

В подсистеме санитарной обработки вымени коров существующая двух цикловая (подмывание вымени и обтирание тканевой салфеткой) технология не полностью отвечает зоотехническим требованиям Нами предложена 3 х-4х цикловая технология очистки вымени с использованием воды с различным рН и воздуха повышенного давления (рис. 16).

,сек 1 3 5 2 ц - воздух;

- вода;

- водовоздушная смесь;

- воздух.

Рис. 16. Вариант цикла работы усовершенствованного подмывочного устройства Расход воздуха в первом цикле зависит от усилия Ротр отрыва механиче ских загрязнений, скорости воздушного потока и длительности:

c2 2 Ротр Vв Nж, 1ц (68) lз f отр где fотр – площадь отрыва (контакта загрязнений с кожным покровом вымени);

с – скоростной коэффициент;

fо – площадь воздуховыпускных отверстий, м2;

lз – расстояние перемещений загрязнений, м;

Nж – количество обслуживае мых животных, гол.

Расход воздуха в третьем цикле зависит от расхода подмывочной воды и корректируется долей воздуха в смеси:

2 Ротр 3 d N, (69) Vв3ц ж где – коэффициент истечения водовоздушной смеси;

dо – диаметр водовы пускных отверстий, м;

5 – длительность цикла обработки вымени водовоздуш ной смесью, с;

п –показатель доли воздуха в смеси.

Расход воздуха в 4-м цикле зависит от влажности кожного покрова и предназначен для сушки вымени:

с ( Р1 Р2 ) 7 F Vв4ц Nж, (70) ( dн dк ) где с – коэффициент испарения;

Р1 – давление пара при температуре испа ряющейся воды;

Р2 – парциальное давление пара в окружающем воздухе;

7 – время цикла подсушки вымени;

F – площадь обрабатываемой поверхности вы мени;

dк – влагосодержание воздуха в конце операции;

dн – влагосодержание воздуха в начале операции.

Тогда объем воды на очистку вымени будет:

2Р 5 1 2P 3 d d ср Vр N, (71) ж 4 где Н – высота установки напорного бака, м;

Р – давление, создаваемое в подсистеме, кПа;

– доля воздуха в транспортируемой смеси.

Количество водовыпускных отверстий в чаше подмывочного устройства.

4 Fоб.п п, К к d 0 где Кк – коэффициент коррекции диаметра.

В конструктивно-технологических решениях линий подмывания вымени коров (рис. 17-19) высота установки накопительного бака должна быть Рн (lф.к l1 l2 ) (1 4 2 nк 3 n Ро Ну, б (72) 2 g d тр 2g где Рн – нормативное давление воды на выходе из распылителя, кПа;

Ро– давление на свободной поверхности воды в баке, кПа;

– сумма коэффи циентов местных сопротивлений, 1 2 3 ;

1 – коэффициент сопро тивления в зоне сужения потока (днище водонапорного бака – трубопровод);

2 – коэффициент сопротивления в полукольцах собранного гибкого трубо провода ( 2 4 2 nк );

3 – коэффициент сопротивления в зоне распыла ( 3 3 nот );

2 – коэффициент сопротивления колена с закруглением при =90о;

nк – ко личество полуколец трубопровода;

3 – коэффициент сопротивления в зоне водовыпускного отверстия;

n – количество водовыпускных отверстий.

1 – емкость для питьевой воды;

2 – емкость для подмывочной воды;

3 – подвеска;

4 – подмывочное устройство;

5 – трубопровод подмывочной воды Рис. 17. Схема линии подмывания вымени коров 1 – емкость для питьевой воды;

2 – емкость для подмывочной воды;

3 – емкость сжатого воздуха;

4 – трубопровод подачи воздуха;

5 – трубопровод подачи подмывочной воды;

6 – подмывочное устройство;

7 – подвеска Рис. 18. Схема линии подмывания вымени коров водовоздушной смесью 1 – накопительная емкость;

2 – защитная решетка;

3 – предохранительный клапан;

4 – вакуумная линия системы доения;

5 – вакуумный регулятор;

6 – люк удаления органических загрязнений;

7 – фильтрующая решетка;

8 – подвеска;

9 – трубопровод загрязненной воды;

10 – подмывочное устройство Рис. 19. Расчетная схема линии отвода загрязненной воды Если в процессе подмывания вымени используется водовоздушная смесь, то давление воздуха в межстенной камере определяется по формуле Рем Рт Р1 Р р Рм, (73) где Рт – максимально допустимое давление, обеспечивающее комфортное состояние животного в процессе обмывания вымени, кг/м2;

Рl – потери давле ния при движении воздуха в воздуховоде, кг/м2;

Рр, Рм – потери давления воздуха на разгон капель воды за местом смешения и в местных сопротивле ниях, кг/м2.

в Диаметр транспортного трубопровода Dтр и расход воздуха Qв кг воздуха :

кг воды Q 4Qв Qв вод.

Dтр в, (74) в в Изучены варианты использования для подачи подмывочной воды мем бранного насоса. Рассмотрены две схемы его работы. По первой насос непо средственно подает подмывочную воду к подмывочному устройству, по вто рой он обеспечивает повышенное давление в баке накопителе, за счет кото рого вода подается к подмывочному устройству.

Для линии отвода загрязненной воды получены зависимости и для опре деления необходимого вакуумметрического давления Рв, производительно сти Qсм и диаметра Dтр транспортного трубопровода:

Рв Ра з.в. ( Н п hl hм ), (75) где Ра – атмосферное давление;

з.в – плотность загрязненной воды;

hl – по тери напора по длине линии транспортировки загрязненной воды;

hм – мест ные потери напора в линии транспортировки загрязненной воды;

V раз G м. з.

Qсм, (76) м. з где Vраз – разовая порция подачи воды на очистку вымени одной коровы, м 3;

Gм.з, м.з – объем и плотность механических загрязнений;

3 – затраты време ни на цикл обмывания вымени коровы;

4Qсм Dтр, (77) 2g Н у в см q где – коэффициент расхода гидросмеси;

Ну – разность уровней расположе ния подмывочного устройства и накопительной емкости, м.

Подвеска транспортного трубопровода и подмывочного устройства его рассмотрена как гибкая нить, работающая на растяжение под действием со средоточенных сил и распределенной нагрузки (рис. 20).

Получены расчетные зависимости по определению силы натяжения тро са Нтч, его максимального провисания У пр и диаметра dтр.

max ттр q L2 Р L.

ц max Н тч 16 у max (78) 2 упр пр ттр q L2 Pц L, У max (79) 4 р d mр пр mтр q L2 Pц L d тp. (80) 4 p У пр max где ттр – масса одного метра трубопроводов, кг;

L – расстояние между опо рами подвеса, м;

Рц – сила от веса подмывочного устройства, Н;

[р] – допус тимое напряжение материала троса на растяжение, Н/м2.

Рис. 20. Расчетная схема подвески на тросе шлангов системы подмывания вымени В разделе «Методика экспериментальных исследований» изложена программа и методика исследований, описаны экспериментальные установ ки, применяемая измерительная аппаратура. Схема установки для исследова ния взаимосвязи животных с линией автопоения (поилкой) и расхода воды и ее фрагментов в производственных условиях представлены на рисунках 21, 22.

При проведении исследований использованы: термометры ТЭТ-2 и ртутные термометры;

прибор ИТВ-1, анемометр;

водомеры емкостного и центробежного типов УВК, оборудованные герконовыми счетными устрой ствами;

пьезометры;

миллиамперметры Н-340, ЭН-3001, Н-399, вольтметр Э 59/1;

ваттметр Д-529;

амперметр Э-330;

самописец Н-30;

индикаторная го ловка и динамометр ДПУ-05-02;

кинокамеры КРС-1;

весовые устройства (ВНЦ);

вакуумная установка и другое оборудование.

В результате исследований получены массивы данных, характеризую щие временные параметры процессов, массовые расходы воды, количествен ные показатели обслуживания животных, температурные параметры воды и окружающего воздуха, данные по гидравлическим сопротивлениям в линиях водообеспечения, расходу тепла и энергии. При обработке данных использо вали ЭВМ с прикладным пакетом «Stаtistika».

1 – водопойной корыто;

2 – клапан с сигнализирующим устройством;

3 – счетчики расхода воды;

4 – регистрирующая аппаратура Рис. 21. Общая схема экспериментальной установки Рис. 22. Экспериментальная установка в хозяйственных условиях В разделе «Результаты экспериментальных исследований процессов и технических средств водообеспечения животных» изложены материа лы, подтверждающие достоверность теоретических положений диссертаци онной работы, дан анализ данных экспериментальных исследований по обос нованию режимных и конструктивных параметров системы водообеспечения животных и ее составных блоков.

Установлено, что как востребованность животными линии автопоения, так и отбор воды из нее неравномерны и зависят от времени суток, условий содержания, возраста животных, времени и качества кормления, а также от конструк-ции средств автопоения, обеспечивающих комфортность обслужива ния (рис. 23).

1, 2 – животные стартерного периода, 8-12 месяцев [Твоздуха – (-6оС), Тводы – 10оС, ветра – 1,5 м/с;

Твоздуха – 25оС, Тводы – 15оС, ветра – 2 м/с];

3, 4 – животные ростового периода [Твоздуха – (-5,8оС), Тводы – 10,5оС, ветра – 1,5 м/с;

Твоздуха – 2оС, Тводы – 13оС, ветра – 1,2 м/с];

5 – животные заключительного периода откорма [Твоздуха – (-8оС), Тводы – 10оС, ветра – 1,5 м/с] – время раздачи корма.

Рис. 23. График загрузки групповой поилки в загонах откормочной площадки Число циклов отбора воды животным из линии автопоения колеблется от 1 до 5. Их среднее число составляет 3,4 для телят, молодняка и 3 – для ко ров и животных заключительного периода откорма, при общей длительности разового удовлетворения потребностей животных разных половозрастных групп 1,7–3,3 ч.

Наиболее напряженным периодом обслуживания линией животных яв ляется период после дневного кормления длительностью 1,5-2,5 ч. Этот пе риод является характерным для обоснования параметров накопительных ем костей для воды, трубопроводной лини и автопоилок.

Интервалы времени между подходами животных к автопоилкам в линии автопоения и длительность водопотребления представляют собой случайные числа, распределенные по законам Вейбулла и экспоненциальному закону с вероятностью 0,7…0,9 (рис. 24).

Интенсивность подходов для водопотребления животными (N) может быть определена уравнениями регрессии:

для телят и молодняка у 0,001N 0,065N ;

для коров у 522,6 1,09 N.

Обработка экспериментальных данных с использованием аппарата тео рии массового обслуживания позволила обосновать загрузку линии автопо ения или требуемое число поильных мест (поилок) при беспривязном содер жании животных. Пример обработки данных для группы 200 гол. молодняка на откорме представлен на рисунке 25.

а б 1, 2, 3 – распределение временных интервалов (суточное, в ночной период, после раздачи корма) Рис. 24. Распределение временных интервалов между подходами животных стартерного периода (КРС) к поилке расчетные данные при обс = const;

расчетные данные при обс, распределенном по показательному закону;

экспериментальные данные по М Рис. 25. Зависимость среднего числа животных стартерного периода (М1) в очереди (1), среднего числа (М2) животных в системе (2), среднего числа (М3) незанятых поильных мест (3) от общего числа поильных мест (п) Длительность нахождения животного в очереди для поения в среднем составляет 49 с, после чего животное покидает линию автопоения необслу женным.

Анализ траектории перемещения головы животного в зоне поения (рис.

26) и характер размещения животного относительно групповой автопоилки показал, что при привязном содержании животных расстановка поилок мо жет быть определена по схемам: одна поилка на два животных (однолиней ная линия кормления);

одна поилка на 3 животных (при спаренной кормушке).

При беспривязном содержании фронт поения на животное в зависимости от половозрастного состава должен составлять 0,25–0,43 м/гол., ограждение групповой поилки должно быть регулируемым в горизонтальной плоскости в диапазоне 100–200 мм, а в вертикальной – 380–850 мм. Использование в по илках водопойного стакана позволяет исключить загрязнение водного объема поилки остатками корма. Внутренний радиус водопойного стакана (гофры) должен находиться в пределах 70–105 мм. Водовыпускные отверстий 6 мм должны обеспечивать необходимый приток воды в поилку с коэффициентом истечения 0,54–0,62. Усилие на раскрытие гофрированного водопойного ста кана составляет 1,3–1,5 кг и соответствует зоотехническим требованиям.

h, см l, см 0 20 40 60 траектория движения головы коровы;

траектория движения молодняка на откорме Рис. 26. Влияние высоты установки поилок на досягаемость воды животными Установка групповых поилок в обособленных загонах и выгульных площадках должна осуществляться осесимметрично центру кормовой линии или со смещением от него на 2–3 м. Площадь водопойного пункта при ис пользовании поилок прямоугольной формы может быть определена по фор муле R 2 S пж к, (81) где R – радиус дуги водопойного пункта, R в tg (90 ) ;

в – параметр, характеризующий свободу перемещения животного, м;

– угол размещения животного у поилки, =10–15o;

пж – количество животных, размещаемых у поилки, гол.;

к – показатель обслуживания (к =2 – двустороннее обслужи вание;

к = 1 – одностороннее обслуживание).

Рациональный расход воды в системе водообеспечения технологических процессов является одним из оценочных показателей эффективности приня тых конструктивно-технологических решений.

Исследованиями установлено, что отбор воды из подсистемы автопоения осуществляется с различной интенсивностью: от 2,9 л/мин. для телят до 12 л/мин. для коров и животных заключительного откорма. Статистическая обработка данных по длительности потребления воды животными показала, что они соответствуют законам распределения Вейбулла, нормальному и экспоненциальному (рис. 27).

Анализ корреляционных функций процесса потребления воды показал, что он является дифференцируемым, а производительность питающих уст ройств может быть обоснована с использованием аппарата теории выбросов.

а б а и б – летний и зимний периоды;

1 – по данным в течение суток;

2 – по данным после раздачи корма Рис. 27. Распределение длительности водопотребления животными стартерного периода Для технологической группы животных численностью 200 гол. произ водительность клапанно-поплавковых устройств должна быть 55–60 л/мин.

Общий расход воды характеризуется коэффициентами суточной (1,26–3,4) и часовой (2,5–4,9) неравномерности. Разовый отбор воды из подсистемы зави сит от обслуживаемого поголовья (рис. 28.) Рис. 28. Зависимость разового объема потребляемой воды от обслуживаемого поголовья коров Значительный непроизводственный расход воды имеет место при под держании заданной температуры воды за счет протока греющей воды через групповую поилку. Как показали исследования, использование предложен ных термосиловых управляющих устройств в проточных поилках позволяет снизить непроизводственный расход воды в 3–4 раза.

Снижению расхода воды, а также расхода электроэнергии в подсистемах с электроподогревом воды способствует конструктивное решение корпуса накопительных емкостей (поилок), предусматривающее в качестве термо изолятора воздушную вакуумированную прослойку. Значение коэффициента теплопроводности прослойки может быть определено по уравнению регрессии.

0,012Р 0,014, (82) 2о г де – к о э ф ф и ц и е н т т е п л о п р ов о дн о с ти, в т/ м · С ;

Р – да в л е н и е в о з ду х а в т е п л о и з о л яц и о н н о й к а м е р е, к Па.

Коэффициент теплопередачи для данной конструкции корпуса зависит от формы наружной стенки и может изменяться в пределах от 3,88 до 14,5 Вт/м2·оС.

Теплопотери через корпус со сферической стенкой можно определить по зависимости, i n Qm а 2 h 2 kсф (tв t п ) (83) i г де а – р а ди у с о с н о в а н и я с е г м е н та, м ;

h – в ы с о та б о к о в о й п о в е р х н о с ти с е г м е н та, м ;

k с ф – к о э ф ф и ц и е н т т е п л о п е р е да ч и, Вт/м2·оС (k с ф = 3,88).

Поддержание заданной температуры воды в подсистеме автопоения с термосифонной ее циркуляцией возможно при ее протяженности 25– 27 м.

Скорость термосифонной циркуляции воды находится в пределах 0,004– 0, м/с. На режим циркуляции воды существенное влияние оказывают местные сопротивления в точках присоединения индивидуальных поилок.

Установлено, что в расчетах коэффициент местных сопротивлений в указанных точках необходимо принимать равным 80– 140. В линиях с прину дительной циркуляцией воды мембранный пневмопобудитель обеспечивает максимальную производительность при 25– 35 пульсах в минуту, состав ляющую для модульной группы животных (N=25 гол.) 1,5 л/мин. Высота ус тановки насоса относительно уровня воды в баке должна быть порядка 0,8 м.

Линию санитарной обработки вымени коров с подсистемой автопоения объединяет общая накопительная емкость для воды и единый нагреватель ный элемент. Вместимость накопительной емкости для них зависит от коли чества обслуживаемых коров. Для модульной группы коров (N=25 гол.) средний суточный расход воды при трехкратном доении составляет 101 л, при двукратном – 70 л при коэффициенте суточной неравномерности 1,1.

Мощность нагревательного блока, обеспечивающего заданный температур ный режим подмывочной и питьевой воды составляет 1,8 кВт при цикличном режиме работы (вкл=5 мин. – процесс доения;

вкл=20–25 мин., пр=50–55 мин.

– между дойками).

Использование линии подмывания вымени по рисунку 17 позволяет со кратить время цикла до 118 с, исключить слив воды на пол стойла. Числен ность одновременно работающих операторов подчиняется биноминальному закону распределения с вероятностью 0,8-0,86 (рис. 27), а длительность со вместной работы двух и более операторов составляет 11–7 с.

Использование для подмывания вымени коров водовоздушной смеси позволяет снизить расход воды на подмывание вымени на 20–28%, а приме нение в процессе подмывания вымени активированной воды (рН=6) снижает бактериальную обсемененность вымени в 11 раз (табл. 1).

Рис. 27. Распределение вероятного числа одновременно работающих операторов Таблица 1 – Данные бактериальной обсемененности вымени коров ОМЧ в 1 мл № соска рН раствора до после обработки вымени обработки вымени 2240+3/4 1300+1/ (споровая (споровая 1 7, микрофлора) микрофлора) 1780+2/3 160+ (споровая (споровая 2 5, микрофлора) микрофлора) 14480+1/2 8880+ (споровая (споровая 3 3, микрофлора) микрофлора) 3840+1/3 300+ (споровая (споровая 4 8, микрофлора) микрофлора) Предлагаемая конструкция подвески транспортных трубопроводов обес печивает комфортность работы оператора машинного доения. Усилие на пе ремещение подмывочного устройства не превышает 8 Н.

Наиболее эффективная работы подмывания вымени водой наблюдается при расстоянии поверхности вымени от водовыпускного отверстия 0,065– 0,09 м (рис. 28).

Р=150 кПа Рис. 28. Зависимость давления струи воды на вымя от расстояния распылителя до вымени В пятой главе дана оценка экономической эффективности внедрения результатов исследований системы водообеспечения технологических процессов обслуживания КРС с учетом новых конструктивно-технологиче ских решений. В качестве базы сравнения принята стандартная система во дообеспечения, используемая на животноводческих объектах и являющаяся близким аналогом исследуемой.

По результатам производственных испытаний источниками экономиче ского эффекта являются снижение затрат труда (38,29%), энергии (18,7%), капиталовложений (9,4%) и расхода воды (13,1%). Срок окупаемости капи тальных вложений составляет 2,08 года.

Общий годовой экономический эффект от внедрения предложенных раз работок на поголовье коров Ростовской области может составлять 551,5 млн.руб. При этом дополнительный эффект от повышения продуктив ности скота, снижения расхода ресурсных составляющих (корма, подстилка), может достигать 1008,81 руб. на 1 голову в год Общие выводы 1. Применение системного подхода к изучению и анализу водообеспече ния технологических процессов по обслуживанию крупного рогатого скота позволило установить технико-технологическую связь между отдельными технологическими процессами и на принципе унификации разработать ин формационно-структурную схему системы «человек – машина – животное» с определенным количеством технологических элементов и связей (потоков).

2. Установлено, что система водообеспечения технологических процес сов по обслуживанию крупного рогатого скота в рамках технологических (зоотехнических) требований может включать в себя подсистемы автопоения животных, санитарной обработки вымени коров, обработки кожного покрова животных и подготовки кормов к скармливанию.

3. Режим работы системы обосновывается потоками, формируемыми че ловеком, обслуживающим систему, животными, потребляющими воду или требующими обслуживания, а также потоками, обеспечивающими взаимо связь элементов системы между собой, между системой и окружающей средой.

4. Процессы автопоения крупного рогатого скота и подмывания вымени коров являются случайными. Процесс автопоения характеризуется такими показателями, как интервал времени между подходами животных к месту отбора воды и длительностью отбора воды. Данные показатели являются случайными величинами, распределенными по определенным законам: нор мальному, экспоненциальному, Вейбулла. Процесс подмывания вымени ко ров характеризуется временными показателями процесса (операций подмы вания, прерывание подмывания), величиной расхода воды и числом операто ров, участвующих в процессе. Показатель расхода воды является случайной величиной, распределенной по биноминальному закону и косвенно обосно вывает количество и длительность одновременно задействованных операто ров машинного доения.

5. Эмпирические распределения показателей процесса водопотребления согласуются с теоретическими, что позволяет использовать метод статисти ческого моделирования, математический аппарат теории поточных линий и массового обслуживания при определении режимов водопотребления и па раметров базовых элементов системы.

6. Разработанные алгоритмы статистического моделирования могут быть использованы при исследованиях процесса автопоения и обосновании пара метров линии автопоения, так как отражают логическую последовательность действий и описывают реальный процесс с погрешностью 5–20%.

7. Водообеспечение технологических процессов обслуживания КРС рекомендуется осуществлять по энергосберегающим технологиям, в основу которых положено: многофункциональность отдельных элементов системы (накопительно-распределительные емкости), термосифонный принцип цир куляции воды в линии автопоения и в групповых средствах автопоения, ис пользование в качестве силового агента и термоизолятора в напорных уст ройствах, емкостях-накопителях и средствах группового автопоения воздуха.

При этом для обработки вымени коров предлагается четырех цикловый ре жим с последовательным использованием по циклам в качестве агентов об работки подогретого воздуха (t=35–45оС;

Р=150 кПа), водовоздушной смеси (t=45±5оС;

Р=150 кПа;

коэффициент соотношения воды к воздуху =0,29– 0,32), электроактивированной водовоздушной смеси (рН = 5,8;

8,6;

t=40– 45оС) и подогретого воздуха (t=40–45оС;

Р=150 кПа).

8. Для реализации предложенных ресурсосберегающих технологий раз работаны конструктивные решения базовых элементов системы, теоретиче ски и экспериментально обоснованы их основные параметры, требования к размещению:

- резервирующий напорный бак: многосекционный, для размещения питьевой воды, подмывочной воды, воздуха пониженного давления (Рвак =30–50 кПа), воздуха повышенного давления (Р = 150–200 кПа);

объем для воды – 0,114м3 на модульную группу 25 коров;

общий нагревательный эле мент (N=1,8 кВт/модульную группу 25 коров);

максимальный предел нагрева подмывочной воды – 70оС;

поддержание заданной температуры питьевой во ды – вторичным нагревом через разделительную стенку (tп=10–30оС);

коэф фициент теплопередачи через корпус бака (многослойная круговая стенка с винтовым воздуховодом – 8,3 Вт/м2·С;

сферическая многослойная стенка – 3,88 Вт/м2·С;

- индивидуальные поилки: чашечная с защитным гофрирован ным стаканом (количество отверстий – 4–10, dот = 6 мм);

установка – на пе редней стенке кормушки;

загрузка поилки – одна на две головы с односто ронним доступом животных, одна на 3 гол. с двусторонним доступом живот ных, одна на 12 гол. при беспривязном содержании в животноводческих помещениях;

- групповая поилка: форма квадрата (прямоугольника), круглая при осе симметричном расположении относительно линии кормления;

круглая форма при асимметричном расположении на линии примыкания соседних, смежных загонов (площадок);

фронт поения на одно животное (круглая форма – 0,20–0,50 м/гол.;

прямоугольная форма – 0,25–0,43 м/гол.);

корпус поилки многослойный с воздушной теплоизоляционной прослойкой;

обобщенный коэффициент теплопередачи – 5,3 Вт/ м2·С;

подогрев воды комбинирован ный (с использованием электронагревательных элементов – ТЭНов – основ ной;

за счет периодического протока воды – основной или аварийный);

мощ ность нагревателя на поильное место – 0,187 кВт;

расход проточной воды – 1 м3/сутки;

наличие гофрированного с водовыпускными отверстиями водо пойного стакана (внутренний диаметр стакана – 90–250 мм);

количество во довыпускных отверстий d = 6 мм – 4–24);

установка поилки – по центру кор мовой линии с отклонением в одну или другую сторону на ±2 м (осесиммет ричное размещение поилки) или по разделительной линии загонов (секций);

минимальное отстояние поилки от линии кормления – 6–8 м;

- насос-побудитель: мембранный, пневматически;

оптимальное число пульсаций мембраны – 30 п/мин.;

производительность насоса для модульной группы животных (25 коров) – 0,0015 м3/мин.;

количество рабочих циклов между дойками – 2–4 цикла;

средняя продолжительность рабочего цикла – 8–9 мин.;

средняя продолжительность простоя насоса – 90 мин.;

интенсив ность натекания воздуха в вакуумированную камеру (ресивер) пневмосисте мы насоса – 0,00217 кПа·м3/с;

резервный запас вакуума в межстенной камере резервирующего водонапорного бака – 0,12 м3, рабочий диапазон вакуума – 30–50 кПа;

количество циклов вакуумирования ресивера – 3–4;

уровень уста новки насоса относительно водонапорного бака – 0,79 м;

- транспортная линия подсистемы автопоения: замкнутая линия трубо проводов (dтр = 25 мм);

скорость термосифонной изоляции воды – 0,004–0, м/с;

допустимая длина термосифонной линии – 25–27 м, скорость циркуля ции воды при работе побудителя – 0,12–0,4 м/с;

- транспортная линия подсистемы подмывания вымени коров: гибкие полиэтиленовые шланги (диаметры шлангов подачи воды – 8 мм;

транспор тировки загрязненной воды – 8–12 мм);

давление подмывочной водовоздуш ной смеси – 150 кПа;

вакуумметрическое давление в накопителе загрязнен ной воды – 45–50 кПа;

емкость накопителя загрязненной воды – 0,12 м3;

дав ление воздуха в накопительной камере – 150–210 кПа;

диаметр водовыпуск ного отверстия подмывочного устройства – 1,5 мм;

расход воды на подмыва ние вымени коровы – 1,0 л/гол.;

средняя длительность цикла подмывания вымени коровы – 2 мин.;

- подвеска подмывочного устройства: гибкая, тросовая;

диаметр троса – 9 мм;

усилие натяжения троса – 90–170 кгс;

величина провисания троса – 25–80 мм;

усилие на перемещение подмывочного устройства – 8 Н;

трасси ровка троса по крайней линии служебного прохода на высоте – 2,0 м.

9. Использование предлагаемых технологических и технических реше ний по водообеспечению технологических процессов обслуживания крупно го рогатого скота позволяет снизить расход ресурсных составляющих (вода, корма, подстилка, электроэнергия, затраты труда), повысить комфортность труда, получить годовой экономический эффект от снижения приведенных затрат 2174,8 руб. (цены 2010 г.) и дополнительный эффект от технологиче ских решений 1008,8 руб./гол. Внедрение предложенных решений в масшта бе региона (Ростовская область) может обеспечить экономический эффект в размере 805,4 млн.руб./год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих ра ботах.

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК:

1. Поцелуев А.А. Математические модели по обоснованию режимных характеристик и конструктивных параметров групповых поилок для крупно го рогатого скота/А.А. Поцелуев// Известия высших учебн.заведений. «Севе ро-Кавказский регион». – Специальный выпуск, 2004. – С. 151-153.

2. Поцелуев А.А. Статистическая модель процесса автопоения КРС/ А.А.

Поцелуев// Известия высших учебн.заведений. «Северо-Кавказский регион».

– Специальный выпуск, 2005. – С. 62-67.

3. Поцелуев А.А. Термосиловые устройства в системах автопоения/ А.А.

Поцелуев// Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 3. – 2005.

– С. 12-14.

4. Поцелуев А.А. Исследование устройств отбора воды из поилок для крупного рогатого скота/А.А. Поцелуев// Техника в сельском хозяйстве, № 1.

– 2009. – С. 20-22.

5. Поцелуев А.А. Влияние рН показателя воды на загрязненность выме ни коров/А.А. Поцелуев// Механизация и электрификация сельского хозяйст ва, № 1. – 2009. – С. 14-15.

6. Поцелуев А.А. Анализ потоков, характеризующих работу подсистем водообеспечения на фермах КРС/А.А. Поцелуев// Техника в сельском хозяй стве, № 2. – 2009. – С. 16-17.

7. Поцелуев А.А. Теория выбросов при обосновании параметров средств автопоения/А.А. Поцелуев// Техника в сельском хозяйстве, № 3. – 2009. – С.

12-15.

8. Поцелуев А.А. Система автопоения крупного рогатого скота с мем бранным побудителем/А.А. Поцелуев// Механизация и электрификация сель ского хозяйства, № 4. – 2009. – С. 12-20.

9. Поцелуев А.А. Интенсификация подогрева воды в групповых поил ках/А.А. Поцелуев// Техника в сельском хозяйстве, № 3. – 2010. – С. 9-10.

10. Поцелуев А.А. Обоснование параметров водонапорного бака линии автопоения/А.А. Поцелуев// Механизация и электрификация сельского хо зяйства, № 7. – 2010. – С. 23-25.

11. Поцелуев А.А. Расчет гибкой подвески в системе подмыва вымени коров/А.А. Поцелуев// Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 7. – 2010. – С. 30-31.

Авторские свидетельства и патенты:

1. Авторское свидетельство № 697114. Поилка для животных/ В.В. Те рещенко, М.А. Тищенко, А.А. Поцелуев, А.Н. Марышев, Л.Х. Эм, К.Д. Шин;

опубл. 15.11.79, бюл. № 42.

2. Авторское свидетельство № 829063. Поилка для животных/ М.А. Ти щенко, А.А. Поцелуев, А.Н. Марышев;

опубл. 15.05.81, бюл. № 18.

3. Авторское свидетельство № 858686. Автопоилка для животных/ А.А.

Поцелуев, В.А. Максименко, М.Ф. Сергеев, Л.П.Гусакова;

опубл. 30.08.81, бюл.

№ 32.

4. Авторское свидетельство № 858687. Поилка для животных/ А.А. По целуев, М.Ф. Сергеев;

опубл. 30.08.81, бюл. № 32.

5. Авторское свидетельство № 858688. Автопоилка для животных/ А.А.

Поцелуев, М.А. Тищенко, А.Н. Марышев, В.А. Горбунов, В.В. Куцевалов;

опубл. 30.08.81, бюл. № 32.

6. Авторское свидетельство № 1629001. Поилка/А.А. Поцелуев, Н.В.

Кравченко;

опубл. 23.02.91, бюл. № 7.

7. Авторское свидетельство № 1653674. Групповая поилка для живот ных/ А.А. Поцелуев, Н.В. Кравченко;

опубл. 07.06.91, бюл. № 21.

8. Патент № 2053660. Автопоилка для животных/ И.В. Назаров, А.А.

Поцелуев, В.М.Чефонов;

опубл. 10.02.96, бюл. № 4.

9. Патент № 2113115. Система автопоения животных/А.А. Поцелуев, И.В. Назаров, Н.А. Щербак, В.А.Максименко;

опубл. 20.06.98, бюл. № 17.

10. Патент № 2125791. Система водоснабжения животных/ А.А. Поце луев, И.В. Назаров, Н.Ф. Шимель, Н.А. Щербак;

опубл. 10.02.99, бюл. № 4.

11. Патент № 2125367. Групповая автопоилка/А.А. Поцелуев, А.А. Лы гин;

опубл. 27.01.98, бюл. № 3.

12. Патент № 2130712. Групповая автопоилка/А.А. Поцелуев, А.А. Лы гин;

опубл. 27.05.99, бюл. № 15.

13. Патент № 2228025. Система автопоения с/х животных и птицы /А.А.

Поцелуев, А.Г. Пасько, Д.В. Заковоротний;

опубл. 10.05.2004, бюл. № 13.

14. Патент № 2189738. Система подмывания вымени животных /А.А.

Поцелуев, Е.Л. Чепурина;

опубл. 27.09.2002, бюл. № 27.

15. Патент № 2228026. Групповая автопоилка/А.А. Поцелуев, Е.А. Та ран;

опубл. 10.05.2004, бюл. № 13.

16. Патент № 2267264. Групповая автопоилка/А.А.Поцелуев, Е.А. Та ран, А.Н. Ефремов;

опубл. 10.01.2006, бюл. № 1.

17. Патент № 2345522. Групповая автопоилка/Е.А. Таран, А.А. Поце луев;

опубл. 10.02.2009, бюл. № 4.

Монографии:

1. Поцелуев А.А. Ресурсосберегающие системы водообеспечения технологических процессов по обслуживанию крупного рогатого скота/ А.А.

Поцелуев. – Ростов-на-Дону: «Терра Принт», 2009. – 143 с.

Учебные пособия:

1. Поцелуев А.А. Водоснабжение объектов сельскохозяйственного на значения (Гриф УМО, Министерства)/ А.А.Поцелуев. – Зерноград: РИО ФГОУ ВПО АЧГАА, 2005. – 305 с.

Научные отчеты, статьи в журналах и сборниках научных конференций:

1. Поцелуев А.А. Предварительные результаты испытаний опытных ма шин и оборудования откормочных площадок. Отчет по НИР, № госрегистр.

76022129/ М.А. Тищенко, А.А. Поцелуев. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1976. – 17 с.

2. Поцелуев А.А. Исследование процесса поения молодняка КРС и обос нование параметров групповых поилок. Отчет по НИР, № госрегистр.

77028170/ М.А. Тищенко, А.А. Поцелуев. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1977. – 15 с.

3. Поцелуев А.А. Исследование групповых поилок с повышенной тепло изоляцией и автоматическим регулированием слива воды. Отчет по НИР, № госрегистр. 77028170/ М.А. Тищенко, А.А. Поцелуев. – Зерноград: ВНИП ТИМЭСХ, 1978. – 17 с.

4. Поцелуев А.А. Некоторые результаты исследований и испытаний групповых поилок для откормочных площадок КРС/М.А. Тищенко, В.В. Те рещенко, А.А. Поцелуев//Механизация и электрификация сельскохозяйст венного производства. Сб. науч.трудов, вып. 31. – Зерноград: ВНИПТИ МЭСХ, 1978. – с. 67-74.

5. Поцелуев А.А. Теоретические исследования процесса водопотребле ния животными из групповых поилок проточного типа. Отчет о НИР, № гос регистрации 77028170/М.А. Тищенко, А.А. Поцелуев. – Зерноград: ВНИП ТИМЭСХ, 1979. – 17 с.

6. Поцелуев А.А. Результаты исследований и испытаний групповых поилок. Отчет о НИР, № госрегистрации 77028170/М.А. Тищенко, А.А. По целуев. – Зерноград, 1979. – 8 с.

7. Поцелуев А.А. Чтобы напоить подогретой водой/М.А. Тищенко, М.А.

Колесников, А.А. Поцелуев//Сельское хозяйство России, № 12, 1979. – С. 55 57.

8. Поцелуев А.А. Исследование групповых поилок проточного типа. От чет о НИР, № госрегистрации 77028170/М.А. Тищенко, А.А. Поцелуев. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1980. – 18 с.

9. Поцелуев А.А. О режимах водопотребления в загонах откормочных площадок молодняка КРС/А.А. Поцелуев//Механизация и электрификация технологических процессов на животноводческих фермах. Сб. науч. трудов.

– Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 1980. – С. 42-48.

10. Поцелуев А.А. Об использовании термосиловых датчиков для регу лирования слива воды из групповых поилок проточного типа на откормоч ных площадках КРС/А.А.Поцелуев//Механизация и электрификация с/х, № 10, 1981. – С. 67 (№ 125-81).

11. Поцелуев А.А. Результаты исследований рабочего процесса группо вой поилки/А.А. Поцелуев//Повышение эффективности механизации техно логических процессов в животноводстве. Сб. науч. трудов. – Зерноград:

ВНИПТИМЭСХ, 1982. – С. 80-86.

12. Поцелуев А.А. Конструктивные особенности и результаты исследо ваний устройств для управления рабочим процессом в автопоилках/А.А. По целуев//Энергосберегающая технология механизированных работ в сельском хозяйстве. Сб. науч. трудов. – Ставрополь: Ставропольский ГАУ, 1990. – С.

66-72.

13. Поцелуев А.А. Результаты исследований процесса автопоения /А.А.

Поцелуев//Механизация и электрификация с/х производства, № 6, 1990. – с.

30.

14. Поцелуев А.А. Система контроля за потреблением воды живот ным/А.А. Поцелуев//Механизация и электрификация с/х производства, № 8, 1990. – с. 31.

15. Поцелуев А.А. Совершенствовать автопоилки проточного типа /А.А.

Поцелуев//Сельские зори, № 1, 1991. – С. 64-65.

16. Поцелуев А.А. Проектирование линий водоснабжения и автопо ения/А.А. Поцелуев//Методическое пособие. – Зерноград: АЧИМСХ, 1992. – 62 с.

17. Поцелуев А.А. Обоснование режимных параметров термосифонной системы групповой поилки/А.А. Поцелуев, И.В. Назаров// Совершенствова ние технологических процессов машин и аппаратов в инженерной сфере АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 1996. – 123 с.

18. Поцелуев А.А. Тепловой баланс и результаты исследований рабочего процесса автопоилки с термосифонной системой подогрева воды/А.А. Поце луев, И.В. Назаров// Совершенствование технологических процессов машин и аппаратов в инженерной сфере АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 1996. – 123 с.

19. Поцелуев А.А. Результаты исследований процесса подмывания вы мени в коровнике с привязным содержанием коров/А.А. Поцелуев, И.В. На заров, Н.Ф. Шимель// Совершенствование технологических процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 1999. – с.

74-82.

20. Поцелуев А.А. Энергосберегающая система автопоения/А.А. Поце луев, И.В. Назаров, А.А.Лыгин, Н.А. Щербак// Совершенствование техноло гических процессов машин и аппаратов в инженерной сфере АПК.

Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 1999. – С. 70.

21. Поцелуев А.А. Исследования рабочего процесса водонагревателя циркуляционной системы автопоения/А.А. Поцелуев, Н.А. Щербак// Совер шенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 1999. – С. 71-74.

22. Поцелуев А.А. Обоснование накопительной емкости водонагревателя циркуляционной системы автопоения/А.А. Поцелуев, Н.А. Щербак// Совер шенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 1999. – С. 98-102.

23. Поцелуев А.А. Усовершенствование схемы локальных систем авто поения на фермах КРС/А.А. Поцелуев, И.В. Назаров, А.А. Лыгин// Совер шенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2000. – С. 110-113.

24. Поцелуев А.А. Анализ технологической топологии систем автопо ения с/х животных/А.А. Поцелуев// Совершенствование процессов и техни ческих средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2000. – С. 124 126.

25. Поцелуев А.А. Анализ расхода воды в системе подмывания вымени коров/А.А.Поцелуев, Е.Л. Чепурина// Совершенствование процессов и тех нических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2000. – С.

127-129.

26. Поцелуев А.А. Анализ тепловых потерь в проточных водонагревате лях/А.А. Поцелуев, Н.А. Щербак// Совершенствование процессов и техниче ских средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2000. – С. 138 140.

27. Поцелуев А.А. Система автопоения/А.А.Поцелуев, И.В.Назаров, Н.А.

Щербак, А.А. Лыгин// Сельский механизатор, № 8, 2000. – С. 49.

28. Поцелуев А.А. Результаты исследований систем автопоения с термо сифонной циркуляцией/А.А. Поцелуев, И.В. Назаров, Н.А. Щербак// Адап тивные технологии и технические средства в производстве и животноводст ве. Сб.науч.трудов. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2000. – С. 222-227.

29. Поцелуев А.А. Направления совершенствования систем автопоения для животноводческих объектов/А.А. Поцелуев, Н.А. Щербак, А.А. Лыгин, Н.Ф. Шимель// Адаптивные технологии и технические средства в производ стве и животноводстве. Сб.науч.трудов. – Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2000.

– С. 217-222.

30. Поцелуев А.А. Анализ теплового процесса системы подмывания вы мени коров/А.А. Поцелуев, Е.Л. Чепурина// Совершенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.работ (вып. 3). – Зерноград: АЧГАА, 2001. – С. 72-76.

31. Поцелуев А.А. Анализ рабочего процесса системы подвеса подмы вочного устройства/А.А. Поцелуев, Е.Л. Чепурина// Совершенствование про цессов и технических средств в АПК. Сб.науч.работ (вып. 3). – Зерноград:

АЧГАА, 2001. – С. 76-81.

32. Поцелуев А.А. Использование вакуума в системах автопоения с/х животных/А.А. Поцелуев, Н.А. Щербак// Совершенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.работ (вып. 3). – Зерноград: АЧГАА, 2001. – С. 159-162.

33. Поцелуев А.А. Анализ рабочего процесса системы подвеса подмы вочного устройства/А.А. Поцелуев, Е.Л. Чепурина// Совершенствование про цессов и технических средств в АПК. Сб.науч.работ (вып. 3). – Зерноград:

АЧГАА, 2001. – С. 76-81.

34. Поцелуев А.А. Повышение эффективности использования воды при производстве и переработке с/х продукции/А.А. Поцелуев, И.В. Назаров, Л.Н. Родина, Е.В. Савенко// Совершенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.работ (вып. 3). – Зерноград: АЧГАА, 2001. – С. 162 165.

35. Поцелуев А.А. Анализ теплового процесса системы подмывания вы мени коров/А.А. Поцелуев, Е.Л. Чепурина// Совершенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.работ (вып. 3). – Зерноград: АЧГАА, 2001. – С. 72-76.

36. Поцелуев А.А. Система подмывания вымени коров/А.А. Поцелуев, Е.Л. Чепурина// Конструирование, использование и надежность машин с/х назначения. Сб. науч.работ (вып. 3). – Брянск, 2002. – С. 29-32.

37. Поцелуев А.А. Системы и средства автопоения крупного рогатого скота/А.А. Поцелуев// Перспективные технологии и технические средства для животноводства: Проблемы эффективности и ресурсосбережения.

Сб.науч.трудов. – Подольск: ГНУ ВНИИМЖ, 2003. – С. 87-96.

38. Поцелуев А.А. Биокомфортные системы и средства автопоения сель скохозяйственных животных/А.А. Поцелуев// Новая техника и технологии в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград, РИПКК АПК, 2004. – С. 122-134.

39. Поцелуев А.А. Унифицированная система автопоения свиней/ А.А.

Поцелуев, М.А. Жилин// Новая техника и технологии в АПК. Сб.науч. тру дов. – Зерноград, РИПКК АПК, 2004. – С. 32-39.

40. Поцелуев А.А. Анализ теплового баланса групповой поилки/А.А.

Поцелуев, Е.А. Таран// Новая техника и технологии в АПК. Сб.науч. трудов.

– Зерноград, РИПКК АПК, 2004. – С. 112-117.

41. Поцелуев А.А. Анализ процесса истечения воды в водопойный ста кан групповой поилки/А.А. Поцелуев, Е.А. Таран// Совершенствование про цессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2005. – С. 72-76.

42. Поцелуев А.А. Анализ расходных характеристик расхода воды жи вотными из групповых автопоилок/А.А. Поцелуев, Е.А. Таран// Совершенст вование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерно град: АЧГАА, 2005. – С. 76-80.

43. Поцелуев А.А. Усовершенствование групповых поилок для КРС/А.А.

Поцелуев, Е.А. Таран// Совершенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2005. – С. 80-82.

44. Поцелуев А.А. Анализ процесса отбора воды птицей из средств авто поения/А.А. Поцелуев, Д.А. Овсянников// Совершенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2005. – С.

82-84.

45. Поцелуев А.А. Анализ процесса подогрева воды в системе автопо ения свиней/А.А. Поцелуев, М.В. Жилин// Совершенствование процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2005. – С.

84-90.

46. Поцелуев А.А. Обеспечение безопасности работ при очистке группо вых автопоилок/ Е.А. Таран, А.А. Поцелуев// Экономика, организация, тех нология, механизация животноводства. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧ ГАА, 2008. – С. 297-300.

47. Поцелуев А.А. Вероятностно-статистический анализ процесса об служивания КРС групповой автопоилкой/А.А. Поцелуев, Е.А. Таран// Эко номика, организация, технология, механизация животноводства. Сб.науч.тру дов. – Зерноград: АЧГАА, 2008. – С. 300-304.

48. Поцелуев А.А. Система автопоения для животноводческих ферм ма лой мощности/А.А.Поцелуев, И.В.Назаров//Актуальные проблемы совре менной науки и образования. Сб.науч.трудов. – Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2009.

– С. 281- 285.

49. Поцелуев А.А. Технологическая структура (топология) системы во доснабжения технологических процессов по обслуживанию КРС /А.А. Поце луев// Актуальные проблемы современной науки и образования. Сб.науч.

трудов. – Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2009. – С. 277- 280.

50. Поцелуев А.А. Моделирование процесса потребления воды крупным рогатым скотом в коровнике привязного содержания/И.В. Назаров, А.А. По целуев, Т.Н. Толстоухова//Совершенствование технологических процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2009. – С.

35-41.

51. Поцелуев А.А. Анализ гидравлических сопротивлений в циркуляци онной линии автопоения КРС/А.А. Поцелуев, А.С. Жванов, В.С. Скидело// Совершенствование технологических процессов и технических средств в АПК. Сб.науч.трудов. – Зерноград: АЧГАА, 2009. – С. 106-109.

52. Поцелуев А.А. Ресурсосберегающие системы автопоения сельскохо зяйственных животных повышенной безопасности обслуживания/А.А. По целуев// Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбереже ние. – Вып. XII. – Ростов-на-Дону: РГСУ, 2010. – С. 468-472.

53. Поцелуев А.А. Обоснование системы водоснабжения модульной фермы/Э.И. Липкович, А.М. Бондаренко, …, А.А. Поцелуев// Модульная ферма с низкозатратной экологически чистой технологией производства мо лока. – Зерноград: АЧГАА, 2010. – С. 41-56.

Дополнительно материалы опубликованы в реферативных изданиях;

из даниях научно-технической информации и пропаганды (9 изд.).