СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ВРАЩЕНИЯ ПЛАТФОРМЫ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ КАРУСЕЛЬНОГО ТИПА Российский патент 2016 года по МПК A01J5/07 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к способу управления скоростью вращения платформы доильной установки карусельного типа.

В настоящее время все большее значение в сельском хозяйстве приобретает автоматизация производства. Одним из важных аспектов таких совершенствований стало внедрение на молочных комплексах доильных установок карусельного типа.

Типичная установка карусельного типа представляет собой вращающуюся доильную платформу в виде кольцеобразного диска, на которой смонтированы станко-места и доильное оборудование. Установка снабжена электрическим приводом, а управление ею осуществляют при помощи компьютера - управляющей ЭВМ. Установка карусельного типа предназначена для непрерывно-поточного доения коров на молочно-товарных фермах и комплексах промышленного типа, транспортирования выдоенного молока в молочное помещение, фильтрования, охлаждения и подачи в емкость для хранения.

Использование таких установок позволяет доить коров в ритме конвейера, что позволяет автоматизировать процесс доения, снизить нагрузку на операторов и время выдаивания поголовья.

Причины простоя доильной установки можно условно разделить на три группы: простои, связанные с техническими отказами, простои из-за неправильной ориентации и перемещения коров, простои, связанные с неподобранностью стада по продолжительности доения коров, то есть наличия в стаде животных, продолжительность доения которых превышает эффективную продолжительность движения платформы. Простои платформы по первой причине могут быть сведены к минимуму за счет совершенствования конструкции доильной установки, по второй причине - за счет приучения животных и совершенствования установки. Третья группа практически не зависит от технического уровня и совершенства конструкции доильной установки и в наибольшей степени оказывает влияние на фактическую производительность. Как показывают исследования, продолжительность простоев по этой причине достигает 20-30% от общей продолжительности работы конвейера [1, 2].

Известен способ управления скоростью вращения платформы доильной установки карусельного типа [3], который выбран за ближайший аналог. В описанном способе расчет ведут, используя данные о показателях - временах выдаивания коров стада в предыдущий период дойки - по максимальному времени выдаивания коровы при соблюдении условия полного выдаивания каждой коровы к моменту ее прибытия к выходу с платформу. Расчет производят исходя из вероятностных характеристик времени доения коров. Недостатком такого подхода является заниженное значение пропускной способности установки, так как в практике количество животных с большой продолжительностью доения всегда ограничено. Очевидно, что при таком способе управления скоростью вращения платформы большинство коров выдаивают менее чем за один оборот платформы, и животные после выдаивания ожидают некоторое время своей очереди для выхода с платформы. Такой случай значительно снижает пропускную способность установки и ведет к простою в работе операторов доения. Указанные недостатки данного способа приводят к увеличению времени доения любого стада с фиксированной численностью коров.

Предлагаемое изобретение отвечает критерию изобретения «новизна», так как проведенные патентно-информационные исследования не выявили источников патентной и научно-технической литературы, порочащих новизну предлагаемого способа.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении общего времени доения стада коров.

Технический результат достигается за счет использования предлагаемого способа управления скоростью вращения платформы доильной установки карусельного типа, который позволяет оптимизировать скорость вращения доильной платформы при обслуживании как высокопродуктивных, так и тугодойных коров, сокращает простои и минимизирует время дойки всего стада.

Более конкретно указанный технический результат достигается за счет того, что способ управления скоростью вращения платформы доильной установки карусельного типа, содержащей станко-места, заключается в том, что скорость вращения задают, используя данные о показателях - временах выдаивания коров стада в предыдущий период дойки - на основании максимального значения времени выдаивания при соблюдении условия полного выдаивания каждой коровы к моменту ее прибытия к выходу с платформы, при этом, начиная с момента входа коровы с первым порядковым номером и до момента, когда она окажется в последнем перед выходом станко-месте, скорость вращения задают заново при входе каждой коровы на платформу, при этом при входе коровы с первым порядковым номером скорость задают исходя из ее собственного показателя, а начиная с коровы со вторым порядковым номером скорость задают следующим образом:

- скорость сохраняют, если показатель входящей коровы меньше или равен показателю коровы с самым большим временем выдаивания, находящейся на платформе,

- скорость уменьшают, если показатель входящей коровы больше показателя коровы с самым большим временем выдаивания, находящейся на платформе;

начиная с момента, когда корова с первым порядковым номером окажется в последнем перед выходом станко-месте скорость вращения задают каждый раз заново при выходе коровы с наибольшим показателем из находящихся в этот момент на платформе по максимальному показателю среди оставшихся на платформе коров, и положения соответствующей коровы относительно выхода на платформу.

Для заявляемого способа предпочтительно скорость вращения платформы при входе коровы с первым порядковым номером задавать по формуле:

при входе коровы со вторым порядковым номером и последующих скорость вращения задавать по формуле:

где

- время выдаивания входящей на платформу i-й коровы в предыдущий период дойки,

- максимальное время выдаивания среди коров, находящихся на платформе,

t_вп. - время впуска (захода) коровы на платформу,

n - общее количество станко-мест на платформе,

t_п.з. - время выполнения подготовительно-заключительных операций операторами машинного доения;

а начиная с момента, когда корова с первым порядковым номером окажется в последнем перед выходом станко-месте, скорость предпочтительно задавать по формуле:

где

N₁ - порядковый номер коровы, находящейся в последнем перед выходом станко-месте,

N₂ - порядковый номер коровы с самым большим показателем среди оставшихся на платформе коров,

- время, за которое корова с порядковым номером N₂ придет к выходу выдоенной, и которое определяют по формуле:

В качестве предыдущего периода дойки предпочтительно выбирать предыдущую дойку.

Способ осуществляют следующим образом.

Платформа доильной установки карусельного включает секторы, каждый из которых содержит одно станко-место. В трех секторах доение не осуществляют. Это входной и два выходных сектора. Во входном секторе корову запускают на платформу, она занимает свое станко-место. После этого осуществляют подготовку коровы к процессу доения и непосредственно доение. Два выходных сектора используют для выпуска животных.

Время впуска t_вп. - это фиксированное время простоя платформы, за которое животное пройдет от входных дверок перед платформой и встанет на станко-место.

Время подготовки коровы к процессу доения t_п.з. - время выполнения подготовительно-заключительных операций - выбирают постоянным из интервала 40-90 сек, что соответствует зоотехническим требованиям и требованиям ISO. Например t_п.з. выбирают равным 45 сек.

Время выпуска t_вып. - это фиксированное время простоя платформы, за которое животное сойдет с платформы.

В рамках настоящего способа время впуска задают равным времени выпуска: t_вп.=t_вып.

Входными данными для расчета скорости вращения платформы являются данные о показателях - временах выдаивания коров стада в предыдущую дойку. Время выдаивания коровы - это время, в течение которого происходит автоматическое доение коровы посредством доильного аппарата. Предполагают, что состав поголовья стада не увеличивается от дойки к дойке, порядок поступления на платформу животных может быть любым, а коровы при повороте платформы поочередно занимают все станко-места без пропусков.

Для осуществления способа каждую корову снабжают датчиком, в котором записано время ее выдаивания в предыдущую дойку. Этот показатель обновляют после каждой дойки при выходе коровы с доильной установки. Работой доильной установки, а конкретно скоростью ее вращения управляют при помощи управляющей ЭВМ с установленным программным обеспечением с учетом условия, что каждая входящая корова должна быть выдоена за время своего перемещения от входного до одного из выходных секторов платформы. Таким образом, в общем случае для выполнения указанного условия скорость вращения платформы задают по максимальному значению показателя находящихся на платформе коров.

В начале дойки стада на платформу доильной установки заходит первая корова. При помощи считывающего устройства, соединенного с управляющей ЭВМ, считывают с датчика, расположенного на теле коровы, значение ее показателя - времени выдаивания за предыдущую дойку; корове присваивают первый порядковый номер. Далее при помощи управляющей ЭВМ рассчитывают скорость вращения платформы по формуле (1) и подают соответствующий сигнал на привод установки, вследствие чего платформа поворачивается с угловой скоростью ω₁ на один сектор и останавливается на время впуска t_вп. следующей коровы, таким образом, работа платформы осуществляется по пульсирующему способу вращения. При помощи управляющей ЭВМ следующей корове присваивают второй порядковый номер и считывают с ее датчика значение ее показателя. Если показатель коровы со вторым порядковым номером меньше показателя коровы с первым порядковым номером, то скорость поворота платформы ω₂ задают равной ω₁. В противном случае скорость уменьшают, рассчитав ее по формуле

Платформу поворачивают со скоростью ω₂ на один сектор и останавливают на время впуска третьей коровы. При этом скорость вращения платформы пересчитывают при заходе каждой коровы по формуле (2) до тех пор, пока корова с первым порядковым номером не окажется в последнем перед выходом станко-месте. Далее скорость платформы задают следующим образом. При помощи управляющей ЭВМ определяют порядковый номер N₂ - номер коровы с самым большим показателем из оставшихся на платформе коров, и задают постоянную скорость вращения по формуле (3), где N₁=1, поскольку в последнем перед выходом станко-месте находится корова с первым порядковым номером. Далее платформу поворачивают с заданной скоростью до момента, когда корова с номером N₂ окажется в последнем перед выходом станко-месте, останавливаясь после каждого поворота на одно станко-место на время t_вп.. Далее при помощи управляющей ЭВМ снова пересчитывают скорость вращения по формуле (3), где N₁ - это уже порядковый номер коровы, находящейся в последнем станко-месте, a N₂ - это порядковый номер коровы с самым большим показателем из оставшихся на платформе коров в данный момент времени. Данную операцию расчета и задания скорости вращения платформы повторяют до захода на платформу последней коровы стада.

Пример. Было проведено тестирование заявляемого способа на примере стада, состоящего из 110 коров, находящихся в ОАО «Ждановский» Кстовского района Нижегородской области. Обработка результатов исследования процесса доения для указанного стада проводилась на установке карусельного типа из 36 станко-мест. Значения остальных параметров были взяты из сложившейся практики указанного выше хозяйства: t_вп.=7 сек, t_п.з.=45 сек. Проведенные расчеты показали эффективность использования заявляемого способа управления скоростью вращения доильной установки карусельного типа, а именно - уменьшение времени доения всего стада по сравнению со способом, выбранным за прототип, на 400-700 сек.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет оптимизировать скорость вращения доильной платформы при обслуживании как высокопродуктивных, так и тугодойных коров, сокращает простои и минимизирует время дойки всего стада за счет многократного пересчета скорости вращения платформы исходя из показателей времен выдаивания коров, находящихся на платформе.

Литература

[1] - Звиняцковский В.Г. Сравнительная оценка доильных установок для ферм промышленного типа // Материалы IV Всесоюзного симпозиума по физиологическим основам машинного доения. - Алма-Ата, 1975, с. 90-96.

[2] - Бибилин Е.Б. Анализ структуры простоев доильного конвейера // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1977, №6, с. 13-15.

[3] - Цой Ю.А. Процессы и оборудование доильно-молочных отделений животноводческих ферм. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010. 424 с.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к доильным установкам карусельного типа. Скорость вращения задают при помощи управляющей ЭВМ с установленным программным обеспечением, используя данные о показателях - временах выдаивания коров стада в предыдущий период дойки - на основании максимального значения времени выдаивания при соблюдении условия полного выдаивания каждой коровы к моменту ее прибытия к выходу с платформы. Каждую корову снабжают датчиком, при помощи считывающего устройства, соединенного с управляющей ЭВМ, считывают с датчика, расположенного на теле коровы, значение ее показателя - времени выдаивания за предыдущую дойку. Этот показатель обновляют после каждой дойки при выходе коровы с доильной установки. Начиная с момента входа коровы с первым порядковым номером и до момента, когда она окажется в последнем перед выходом станко-месте, скорость вращения задают заново при входе каждой коровы на платформу. Сокращается общее время доения стада коров. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ управления скоростью вращения платформы доильной установки карусельного типа, содержащей станко-места, заключающийся в том, что скорость вращения задают при помощи управляющей ЭВМ с установленным программным обеспечением, используя данные о показателях - временах выдаивания коров стада в предыдущий период дойки - на основании максимального значения времени выдаивания при соблюдении условия полного выдаивания каждой коровы к моменту ее прибытия к выходу с платформы, отличающийся тем, что каждую корову снабжают датчиком, при помощи считывающего устройства, соединенного с управляющей ЭВМ, считывают с датчика, расположенного на теле коровы, значение ее показателя - времени выдаивания за предыдущую дойку, этот показатель обновляют после каждой дойки при выходе коровы с доильной установки, при этом, начиная с момента входа коровы с первым порядковым номером и до момента, когда она окажется в последнем перед выходом станко-месте, скорость вращения задают заново при входе каждой коровы на платформу, при этом при входе коровы с первым порядковым номером скорость задают исходя из ее собственного показателя, а начиная с коровы со вторым порядковым номером скорость задают следующим образом: скорость сохраняют, если показатель входящей коровы меньше или равен показателю коровы с самым большим временем выдаивания, находящейся на платформе, скорость уменьшают, если показатель входящей коровы больше показателя коровы с самым большим временем выдаивания, находящейся на платформе, начиная с момента, когда корова с первым порядковым номером окажется в последнем перед выходом станко-месте скорость вращения задают каждый раз заново при выходе коровы с наибольшим показателем из находящихся в этот момент на платформе по максимальному показателю среди оставшихся на платформе коров, и положения соответствующей коровы относительно выхода на платформу.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость вращения платформы при входе коровы с первым порядковым номером задают по формуле:

при входе коровы со вторым порядковым номером и последующих скорость вращения задают по формуле:

где
- время выдаивания входящей на платформу i-й коровы в предыдущий период дойки,
- максимальное время выдаивания среди коров, находящихся на платформе,
t_вп. - время впуска (захода) коровы на платформу,
n - общее количество станко-мест на платформе,
t_п.з. - время выполнения подготовительно-заключительных операций операторами машинного доения;
начиная с момента, когда корова с первым порядковым номером окажется в последнем перед выходом станко-месте, скорость задают по формуле:

где
N₁ - порядковый номер коровы, находящейся в последнем перед выходом станко-месте,
N₂ - порядковый номер коровы с самым большим показателем среди оставшихся на платформе коров,
- время, за которое корова с порядковым номером N₂ придет к выходу выдоенной, и которое определяют по формуле

3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что в качестве предыдущего периода дойки выбирают предыдущую дойку.