Системы роботизации доения коров: выбор доильной установки

Учитывая тенденцию на создание крупных молочных ферм, многие компании производящие доильные роботы начали проявлять интерес к созданию роботизированных конвейерных кольцевых доильных установок. В 2010 году на выставке в Ганновере компания DeLaval представила первую в мире роботизированную конвейерную установку AMR на 24 станка. Для выполнения подготовительно-заключительных операций внутри круга были установлены 5 роботов-манипуляторов. При выполнении операций конвейер останавливался. Другим направлением роботизации доильного конвейера была роботизированная установка GEA, где в каждом доильном месте устанавливался автономный доильный робот.

Доильная установка это, прежде всего объект, организующий логистику движений и эргономику взаимодействия оператора и коровы. Собственно, само доение коров осуществляется доильным аппаратом.

Роботизация доильной установки предусматривает частичную или полную автоматизацию каждого доильного места. В этой связи наиболее приемлемым показателем для оценки эффективности роботизации является количество коров выдоенных за час в расчете на одно доильное место.

Сравнительная оценка доильных установок различных типов по этому показателю показывает следующее:

• установки с индивидуальными станками, к которым, кстати, относятся доильные роботы: 7-8 коров в час;
• установки с неподвижными групповыми доильными станками типа «Елочка»: 4,3-5 коров в час;
• установки типа «Параллель»: 3,8-4,3 коров в час.

Для конвейерных кольцевых доильных установок, получивших в СССР название «Карусель», этот показатель равен 3,8-4,1. Первая «Карусель» на 50 мест была сделана в США в 1929 году, а в нашей стране первая «Карусель» была построена и запущена в 1959 году И.И. Тесленко. В те же годы им была запатентована «Карусель» с расположением доильных станков уступом, по типу «Елочка».

В те же годы в СССР впервые в мировой практике была поставлена на серийное производство конвейерная установка КДУЕ-16 «Омичка».

В 70-80 годы были построены конвейерные доильные установки на 38-50 мест. Был накоплен большой опыт по созданию и эксплуатации доильных «каруселей». В некоторых западных странах роторные доильные установки до сих пор называют «каруселями» в латинской транскрипции. В целом эти установки неплохо себя показали. Однако в СССР широкое их использование разделило печальную судьбу крупномасштабного внедрения беспривязного содержания. Причины этому носили субъективный характер (недостатки в организации полнорационного сбалансированного кормления, «человеческий» фактор). [6]

Опыт показал, что на работу конвейера существенное влияние оказывает большой разброс коров в стаде по продолжительности выдаивания. По этой причине продолжительность простоев конвейера достигает 20-30% от общей продолжительности работы. Влияние неподобранности стада на продолжительность цикла и соответственно производительность доильной установки с групповыми станками носит принципиальный характер, связанный с самой схемой установки и не зависит от ее конструкции. Так, по результатам госиспытаний «карусели» М 491-40 фирмы «Импульс» в 70-е годы, фактическая производительность составила 160 коров в час при паспортной 200 коров, то есть 4,0 коровы в час в расчете на 1 место. Наши наблюдения за «каруселью» на 36 мест в 2018 г. показали близкие результаты 3,8 коровы в час на один станок. Аналогичные данные приводит профессор Эбендорф. [7]

На выставке в Ганновере в 2018 г. новый продукт Milking 4,0 по эффективному использованию доильных роботов представили компании Lemmer Fullwood. [8] Схема предлагаемого доильного зала представлена на рисунке 1. Полукругом расположены 12 спаренных доильных роботов Merlin. В центре круга расположена преддоильная площадка с радиально расположенным автоматическим подгонщиком. После окончания выдаивания коровы выходят на кольцевой скотопрогон и далее возвращаются в коровник. Доильный зал смонтирован на ферме 470 коров со средней продуктивностью 9300 кг в бранденбургском Бленсдорфе.

Рис. 1. Схема доильного зала компании Lemmer Fullwood со спаренными доильными роботами.

Особенность реализуемой здесь системы Batch Milking Systems: двенадцать доильных роботов Merlin работают полностью автономно. По мнению руководителя производства B. Thiel после нескольких дней привыкания пропускная способность достигла от 80 до 90 животных в час. Рассматриваемая установка относится к доильным установкам с индивидуальными параллельно-проходными станками. Для сравнения отметим, что аналогичную производительность 90 коров в час имеет роботизированная «карусель» AMR фирмы DeLaval, впервые показанная в Ганновере в 2010 году. Стоимость такой доильной «карусели» укомплектованной пятью роботами стоит по сообщениям печати 1 млн евро, а «карусель», где каждое место укомплектовано доильными роботами Dairy Pro Q GEAfarm Technology – 1,5 млн евро.

К вопросу об экономической эффективности таких роботизированных доильных установок типа «карусель» можно сказать – по стоимости они сравнимы с новым строительством всей фермы на 470 коров вместе с классическим доильным залом типа «Елочка» или «Параллель». Причем процесс доения в роботизированных доильных установках без присутствия людей не обходится.

Кстати, отметим, что рассматриваемая схема доильного зала Lemmer Fullwood, впервые была предложена и реализована в 1961 году в нашей стране в Джанашарском совхозе Алма-Атинской области инженерами Н. Ратушем и А. Выдриным под названием «Веер». [9] Животные из коровника через входные ворота попадают на преддоильную площадку в центре круглого зала. По периметру преддоильной площадки расположены уступами 12 индивидуальных станков с кормушками. После выдаивания коровы выходят на кольцевой скотопрогон, связанный с коровником. Пропускная способность установки по данным авторов составляет 80-100 коров в час, что соответствует 6,7-8,3 коров в час в расчете на 1 доильный станок.

Рис. 2. Схема доильной установки типа «веер»: I - доильный зал; II - молочное отделение; III - коридор; IV - цех концентрированных кормов; V - машинное отделение; 1 - доильный станок; 2 - кормушка; 3 - кормораздатчик; 4 - стрела кормораздатчика; 5 - колонна; 6 - подвижная платформа; 7 - ванна; 8 - входные дверки; 9 - выходная дверь; 10 - полукольцевой проход; 11 - нория; 12 - бункер; 13 - вакуумный насос; 14 - электродвигатель; 15 - разделители; 16 - бак-смеситель; 17 - электроводонагреватель; 18 - молокосборник; 19 - дозатор кормораздатчика; 20 - кабина доярки; 21 - электродвигатель привода; 22 - редуктор; 23 - бункер кормораздатчика.

На конвейерных кольцевых доильных установках этот показатель составляет в среднем 4 коровы в час на 1 доильное место, то есть почти в 2 раза меньше чем в рассмотренной установке Lemmer Fullwood.

По имеющимся данным 88% всех ферм в России приходится на фермы 400 и менее голов, на которые приходится 45% всего валового производства молока.

Острый дефицит кадров на селе вынуждает данную категорию хозяйств переводить эти фермы на беспривязное содержание. Где, зачастую используются упрощенные доильные залы с параллельно-проходными станками. К сожалению, низкая техническая оснащенность таких доильных залов не дает возможность эффективно использовать дойное стадо. Средняя продуктивность коров в таких фермах не превышает 5500 литров в год. Поэтому вариант роботизированного доения, предположенный Lemmer Fullwood, представляет большой интерес для животноводства России.

Схема автоматизированных двухместных доильных станков, в которой программируемый модуль управляет воротами для впуска и выпуска животных, процессом доения, кормораздачи, контролирует состояние их здоровья, передает всю информацию о них в ПК, представлена на рис. 3, а общий вид на фото.

Рис. 3. Схема движения коров на установке добровольного доения с оператором для подготовительных операций: 1 – селекционные ворота; 2 – «шлюзовая» распределительная площадка; 3 – скотопрогон; 4 – доильные станки; 5 – бункер концкормов.

Данные автоматизированные доильные установки на базе параллельно-проходных станков УПДМА позволяют внедрить на ферме полноценную систему управления стадом.

Фото. Общий вид автоматизированных двухместных доильных станков.

Автоматизация процессов доения предусматривает два этапа: первый – подготовительная операция доения, осуществляется оператором вручную (подготовка вымени, сдаивание первых струй, надевание доильных стаканов); второй этап предусматривает установку в доильных станках системы роботизированного доения.