Системы автоматизированного кормления (САК)

Мы переключаемся на рассказ о роботах кормления, уборки и подкормки животных, перемещающихся по высокоопорным монорельсам.

Речь пойдет о навесных смесительно-раздаточных кормовагонах-шатлах, способных перемещаться в воздушном пространстве высокопрофильных помещений высотой в 2,5 – 3 и более этажа, построенных в соответствии с новыми возможностями и современными архитектурными проектами. Внутри помещений, где много свежего воздуха, а потому свободно дышится всем живущим и работающим там млекопитающим: как животным, так и обслуживающему персоналу.

Новые проекты строительства молочно-товарных и мясомолочных ферм (комплексов) характерны использованием современных негорючих теплоизоляционных материалов; компонентов внешних и автономных энергосистем; элементов проводных и беспроводных локальных информационных сетей и их сопряжения с внешними; комплектующих выбранной системы автоматизированного кормления животных, используя при этом широко распространенный блочно-модульный принцип комплектации.
Робототехнические решения с постепенной автономизацией в примененииHetvin Aramis II – робот-кормовагон для полнорационного кормления под австрийским брендом Hetwin, одна из последних разработок тирольской компании Automation Systems GmbH. Подвесной довольно красивый кормовагон Aramis II обеспечивает полную автоматизацию процессов взвешивания, разделки силосных блоков, вырезанных из слежавшихся силосных слоев, и непрессованных основных кормов, смешивания и дозирования к ним концентрированных добавок. Он осуществляет адресную доставку кормосмесей до коров или других животных с одновременной уборкой проходов и уменьшением ширины «взлохмаченных» в процессе поедания кормовых лент, пригребаемых бульдозерными отвалами к кормовым заборам (с окнами доступа), отделяющую животных от пищи. Aramis II представляет собой весомый инженерный вклад в развитие систем автоматизированного кормления животных.
Два электропривода на верхней штанге тирольского робота кормления (1,1 кВт) получают электроэнергию от специальной передающей шины, проложенной рядом с монорельсом. И приводят в движение колесную пару кормовагона на поддерживающем рельсе.
Объемный бункер (3,5 м3; загрузка для 300 коров) комплектуется двумя продольными смешивающе-измельчающими шнеками (11/7,5 кВт), разделенные гребенкой из 5-элементных зубчато-противоножевых полотен, а также выгрузными боковыми окнами с заслонками и специальными выходными раструбами. Габариты учитывают ширину прохода между кормовыми заборами и двух параллельных кормовых столов у их подножия. В качестве насадок могут использоваться и хорошо зарекомендовавшие себя в работе короткие откидные ленточные транспортеры под каждым боковым выгрузным окном (1,1 кВт).
Обычно смешивающе-измельчающие шнеки вращаются, если смотреть на них сверху, друг навстречу другу. Поскольку боковые лопасти с прикрепленными к ним пилами/зубчатыми ножами у шнеков направлены к центру бункера, то при таком вращении шнеки («винты») протаскивают стебли основных (грубых) кормов одновременно к центру и бортам. Одновременно уменьшается длина волокон, за счет своих находящихся в круговом движении пилообразных ножей, и благодаря трем центральным противоножевым полотнам, разрывающим подмятые под шнеки стебли, поскольку шнековые лопасти на периферийных боковых участках с особой силой тянут стебли к центру бункера.
В центральной части каждого из двух шнеков, соответствующей ширине выгрузного окна, лопасти буров прерываются, уступая место трем одиночным лопастным элементам с закрепленными на их вершинах стандартными пилами (зубчатыми ножами). При этом главная функция «зубастых» лопастей состоит не столько в продолжении процесса измельчения, сколько в организации выгрузки (выбросе) тщательно подготовленной кормовой смеси. Этому способствует продольно расширяющийся вдоль шнеков крепеж выбрасывающих лопастей и пониженный уровень расположения центрального противоножевого полотна, упрощающий доступ биомассы к открытому выгрузному окну, а то и к двум сразу.
Управляющая программа позволяет контролировать формирование усредненной длины волокон для кормления конкретных групп животных. Точная тензометрическая весовая система позволяет смешивать и подавать на кормовой стол небольшой объем кормосмесей, начиная от 50 кг. Робот кормления Aramis II подходит для работы и с молочными коровами, и со скотом, находящимся на откорме.
Hetvin Astor. Мне уже доводилось рассказывать о довольно расточительных в эксплуатации (с т.зр. расходов ГСМ) прицепных роторно-турбинных выдувателях соломы на расстояние или, точнее, ширину полосы до 25 м. Одна из основных функций таких распределителей состоит в измельчении и рассеивании измельченной соломы – сечки ровным гигиеническим подстилочным слоем в хлевах и стойлах. Его толщина зависит от возраста животных и наличия/отсутствия на бетонной поверхности матрасов и резиновых ковриков.

Бесшумный робот-«горничный» Astor выполняет все работы с соломой, используя при этом минимум энергии, получаемой от аккумуляторных батарей, заряжаемых во время простоев между кормлениями. Опирается он на многократно испытанную конструкцию бункера, который загружается конвейером с выхода стационарного смесителя-кормораздатчика на кормокухне. Конструкция бункера выполнена в виде продолговатого бокса с донным цепным конвейером с поперечными планками. Он подает солому к двум поперечным, расположенным друг над другом роторам, на которых имеются наборы четко выраженных 4-зубчатых измельчающе-подающих ножевых полотен. Эти выходные роторы подминают, режут и растягивают по всей своей ширине соломенную сечку, экономно, равномерно и мягко выпадающую во время движения «Астора» широкой полосой, толщиной до 5 см.
Запрограммированный робот Astor может в зависимости от времени суток, дня недели или месяца передвигаться по разным маршрутам, выполнять рассеивание материалов с измельченной известью и гибко регулировать суточную дозировку соломенной сечки, идущей на подстилку. Общая масса робота Astor (нетто) – около 250 кг.
Hetwin/Spinder Stallboy – это самоуправляемые самозаряжающиеся роботы-толкатели/уборщики кормовых столов, с использованием в качестве рабочего органа вращающейся «юбки» с оцинкованным покрытием и нижней окантовкой из нержавеющей стали. Под ней скрываются две необслуживаемые аккумуляторные батареи 
(2 х 105 А·ч.; 24 В) с гелевым электролитом и пара однофазных бесщеточных электромоторов для хода и вращения отталкивающей юбки робота-уборщика. За счет чего, собственно, и происходит оттеснение кормовой смеси к кормовому забору (с мин. настройкой в 5 см) и выстраивание ее вдоль кормовых окон ограждения в ровную ленту кормосмеси.
При движении сенсоры «Штальбоя» с помощью микроволн определяют наличие препятствия в полосе движения, и по команде контроллера робот останавливается... Пока он вновь не будет запущен после вмешательства оператора (обслуживающего персонала) нажатием соответствующей кнопки на верхней управляющей панели.
В последнее время появились легкие модели «Штальбоя»: Hetwin и Spinder Stallboy Light (Ø1,25 м), и утяжеленная модель Hetwin Stallboy ON (Ø1,42/1,7 м). Диаметр 1,7 м 
здесь означает горизонтальный размер уже двухфункциональной (сдвигающе-подкармливающей) модели, с учетом верхнего предохранительного резинового кольца. Основной визуальной особенностью модели ON является ее комплектация съемным бункером для комбикорма, который крепится сверху на стальной трубчатой штанге перевозочного барабана, соединяющей его также с накопителями (батареями) электрического тока. Барабан необходим для вращения разрыхляющей мешалки внутри пищевого бака (контейнера) и винтового транспортера для вывода ароматной, «заманивающей» животных присыпки в сторону кормового стола.
В качестве насадки на выходное отверстие, транспортирующей комбикорм или минералы трубы, можно устанавливать выходной раструб для организации равномерного самотека гранул концентратов в сторону ленты кормосмеси на полу/кормовом столе.
В промежутках между рабочими рейсами или, точнее, кругорейсами вдоль кормовых столов внешнее отверстие трубы винтового конвейера Hetwin Stallboy ON закрывается с помощью заслонки. А сам штальбой подзаряжается от настенной зарядной станции (в укромном уголке МТФ) с помощью двухфазных проводников, несанкционированный контакт персонала с которыми ограничен сверху как трубой транспортера, так и специальным предохранительным кожухом зарядного устройства (поста).
Штальбой Hetwin ON – это компактный и маневренный помощник оператора (менеджера, владельца) фермы, который ориентирован на средние и небольшие таблицы кормления. Он способен легко преодолевать извилистые проходы, причем в цепочке помещений, продвигаясь в пределах магнитных коридоров, выстраиваемых вмурованными через каждые 2 м в наливные бетонные полы магнитами Ø4 мм.

Программное обеспечение, реализованное в штальбое Hetwin ON с верхним кормовым контейнером, гарантирует, что свежее сырье всегда будет проталкиваться в область кормления коров примерно каждые два часа с шагом 5 см, не менее 10 раз/сутки. Тем более что внешняя полоса кормосмеси, продолжительное время находящаяся вне досягаемости коров, остается свежей и нетронутой слюной животных.
Таким образом, поддерживается более высокое потребление пищи даже коровами низкого ранга в стаде. А постоянный доступ к кормам оказывает положительное влияние на объемы выхода молока и на снижение производственных затрат на молочно-товарной ферме.
Квебекско-верхнеавстрийские марки/бренды «Rovibec Agrisolutions
Проверенные канадские животноводческие решения Rovibec из центрального Квебека распространяются на евроазиатских просторах усилиями компании Schauer Agrotronic GmbH из Верхней Австрии, но уже часто в одном пакете с австрийскими молочно-заготовительными и уборочными технологиями Agrotronic.
Rovibec DEC DP/HDR. Подвесной робот кормления (кормовагон) DEC DP/HDR емкостью 1,76–3,54/3,4 м3 позволяет обслуживать до 150/300 животных, находящихся на привязном/беспривязном содержании, при низком энергопотреблении, начиная с 3/5 л.с. (мощность электроприводов – 2,2/3,8 кВт), и без вмешательства человека-оператора. Кормовагоны DEC DP и HDR осуществляют подготовку и распространение TMR-корма(1 в группе при индивидуальном кормлении (программируется до 16 групп) в свободном режиме сваливания смеси на кормовой стол или с помощью переднего поперечного ленточного конвейера, расположенного между средствами управления на переднем борту и бункером. 
Эти шатлы также имеют возможность использования для раздачи кормов заданных контроллеру кривых кормления (в табличной форме). А кормовагоны DEC DP располагают дополнительными техническими средствами (емкостями) для присыпки грубых кормов на кормовом столе минералами, зернофуражом и концентратами (до 7 видов/состояний).
Кроме того, боковой обшивке кормовагона может быть придан эффект шокера, при подключении к источнику слабого тока, который удерживает животное на безопасном расстоянии от робота. Поскольку до кормовых окон ограждения может минимальное расстояние в 38,1 см или близкое к нему.
Такая дрессировка через короткий промежуток времени обеспечивает подготовку молодых коров – прививает им условный рефлекс осуществлять кормление после прохождения шатла мимо их окон в кормовом заборе. Что предохраняет их от столкновения с навесными транспортными средствами и даже от получения травм.
DEC DP/HDR может также распределять и измельченную солому однородным слоем 5–10 см в качестве подстилки. Кормовагон для этого может подвешиваться к рельсу на высоте до 4 м. И обычно в его бункер внешним транспортером загружается порядка 40 кг разворошенной соломенной сечки.
Rovibec DEC SR 2-3-4. Однако в «подстилочных и заманивающих целях» чаще используют робот DEC SR 2-3-4 c красной кнопкой пуска/останова на заднем борту, подъемным к переднему борту цепным скребковым транспортером в бункере (Д х Ш = 2,03 х 1,2 м). Он может придвигать к внутреннему измельчающему ротору прямоугольные соломенные тюки. После соломенная сечка падает на поперечный ленточный транспортер (Ш = 40,5 см) и сносится им в сторону. Далее под действием гравитации летит с рассевом к земной поверхности, покрывая ее однородным слоем толщиной 5–10 см для коров, бычков или телок. (Роботы DEC SR имеют пищевую комплектацию 304-й конструкции из нержавеющей стали.)
Для сведения, ленточный конвейер у робота SR 2-3-4 располагается или сразу же за щитом управления, либо далее – за дополнительным контейнером для размещения минералов (кормовой соли, извести…), дробленого зерна, концентратов типа рапсового или соевого шрота. Хотя в той отдельной емкости может быть и зернофуражная смесь. Например, при откорме бычков используется смесь в соотношении: 50% кукурузы, 45% ячменя и 5% минеральных элементов. Контейнер для концентратов и прочих «коровьих вкусностей» (до 7 видов компонентов) увеличивает длину кормовагона более чем на полметра (+0,51 м).
DEC SR приспосабливается к проходам всех размеров (шириной > 1,2 м), обеспечивая кормом в автоматическом режиме до 300 животных на свободном выгуле или 150 при стойловом их содержании. При этом он может учитывать кривые питания и различные рецепты распределения, смешивая и раздавая до 6-7 видов подкормки (минералов, зерна и концентратов). При низком энергопотреблении электродвигателя (2,2 кВт), который начинает выдачу крутящего момента, эквивалентную 3 л.с.
Роботы DEC DP, HDR и SR крепятся к рельсу, типоразмер которого зависит от планировавшихся пролетов и нагрузки, с помощью двух адаптеров, располагающихся на расстоянии чуть более 1,8 м один от другого. Каждый адаптер имеет в своем составе по две пары боковых стальных роликов на подшипниках с внешними звездочками, объединенные с помощью боковых цепных передач и соединяющих их нижним валом в целостную жесткую систему взаимозависимости при вращении. И вся эта система соединена цепной передачей с расположенным ниже электромагнитным тормозным блоком, запитанным от аккумуляторных батарей.
Впереди переднего адаптера имеется тяговая пара боковых, заполненных полимером резиновых колес с прямым гидроприводом от двух гидромоторов на тех же колесных осях, приводимых в движение одним гидроконтуром от распределителя автономной гидросистемы шатла. В результате чего ведущие колеса отличаются мягким пуском и остановкой, длительным сроком службы (целостностью) своего кормовагона и окружающей его инфраструктуры. И эта же пара колес контролирует и удерживает вертикальное положение подвесного кормовагона, позволяя ему успешно проходить с замедлением склоны направляющих монорельсов в условиях кривизны до 4%. 

Впрочем, робот кормления можно оснастить и 4-мя ходовыми по направляющему рельсу колесами (колесной формулой 4 х 4), которые полностью исключат возможные риски опрокидывания, особенно на участках с кривыми поворотами или крутыми склонами (max 8%). Четыре ведущих колеса улучшают сцепление со стальным направляющим рельсом и при низкой температуре (< 8°С) и влажности (> 70%).
Методика подбора для реконструированных ферм. Робот DEC DP/HDR, с придонными скребками – толкателями кормовых смесей на полу (кормовом столе) в сторону кормовых ограждений с окнами для их поедания животными, рассчитан для работы в проходах от 2,5 м. Боковые скосы на углах кормовагонов позволяют подстраиваться к коридорам практически любых размеров и их изгибам на старых, не реконструированных фермах. Для выбора приемлемой по ширине модели шатла, способного с требуемым зазором проходить 90-градусные повороты, имеется даже специальная методика подбора.

Возможность использования зауженных кормовых столов позволяет архитекторам агросооружений существенно суживать проходы между стойлами во время проектирования МТФ. А верхний лобовой скос предохраняет кормовыгон от возможности врезаться в низко расположенную стропилу старого сооружения, позволяя тем самым в значительной мере снижать стоимость, как строительства фермы, так и ее реконструкции.
Rovibec DEC HDR – прототип «Пеллона». По своей конструкции Rovibec DEC DP/HDR сильно напоминает однобарабанный подвесной дозирующий робот кормления TMR под брендом Pellon. Или, скорее наоборот, при разработке финского «Пеллона» в темно-синем противокислотно-эмалевом «прикиде» в качестве прототипа был, видимо, использован элегантный от полированной нержавеющей обшивки канадский робот-кормовагон DEC DP моделей 1-2-3-4-45 (1,76/2,12/2,46/2,86/3,54 м3; 
Д х Ш х В = 3,18 х 1,02-1,68 х 1,91 м), отличающийся повышенной устойчивостью к коррозии и царапинам.

Впрочем, неважно, кто у кого идеи позаимствовал и кто втайне держит подробности о своих конструкциях, справедливо опасаясь банального промышленного шпионажа со стороны честолюбивых конкурирующих производителей. Важно то, что нынешний Pellon ближе по конструкции к поздней модели Rovibec DEC HDR, а у пяти моделей DEC DP с боков просматривается крепеж сдвоенных барабанов для смешивания поперечными двунаправленными шнеками (от борта к борту). При этом выгрузка кормосмеси осуществляет через боковые клапаны, расположенные по центру нижних частей бортов, закругленных по днищу к носу и корме робота. То есть высыпается кормосмесь из пространства, не охватываемое окружностями смесительных камер (а между ними). И это происходит под вертикальным воздействием (сверху вниз) вращения смесительных шнеков (Ø30 см), переходящего в этой части объема сдвоенного смесительного бункера в скорый выгружающий травяную или силосную смесь эффект.
Rovibec ROV. И наконец, нельзя не упомянуть также о компактных подвесных вагонетках – «податчиках зерна» серии ROV от той же компании Rovibec, которые предназначены для подсыпки по краю сдвинутой в сторону ограждения (освеженной) ленты кормосмеси без вмешательства оператора подготовленного к употреблению зерна, комбикормов, пищевых добавок, минералов и прочих концентрированных фуражных продуктов. При этом контроллер настраивается на автоматическую раздачу продуктов из внутренних емкостей (до 8) с помощью узколенточного и шнековых транспортеров лопастного и винтового/бесстержневого типов.
Податчик зерна ROV отличается низким энергопотреблением, работает либо с двумя 12-вольтовыми батареями, либо в электрифицированном варианте – со съемом тока с внешних проводников. А перемещаясь по монорельсовой дороге, приспосабливается к проходам всех существующих размеров. (Для сведения, коровы проводят «в дежурном режиме» возле кормовых ограждений около 4 часов в сутки.)
Вестфальско-датские марки/бренды 
«GEA Farm – Mullerup»
Вестфальская инновационная компания GEA Farm Technologies GmbH ориентируется на использование трех основных типов роботов кормления: кормовагонов GEA Free Stall Feeder и GEA Mix & Carry Feeder, и кормораздатчика GEA Mix Feeder Pro – все производства датской компании Mullerup. Они являются объектами управления в бескабельной информационной сетевой среде GEA DiryNet. А она является платформой для загрузки и функционирования специализированного программного обеспечения GEA 365FarmNet для комплексного управления «растениеводством и содержанием КРС». В данном случае кормлением, доением и уборкой (с доступом в одном интерфейсе).
Продолговатая форма роботов кормления от GEA Farm, подвешиваемых на монорельсе под потолком фермы с помощью двух моторных тележек, свидетельствует об использовании продольных смесительных шнеков горизонтального типа. Это в результате позволяет в тесноте узких проходов заполнять кормовыми лентами края двухметрового кормового стола. А технологическая последовательность работы с кормами у них следующая: взвешивание, смешивание и распределение кормосмеси в одну или обе стороны.
Первые два типа кормовагонов – GEA Free Stall Feeder и GEA Mix & Carry Feeder комплектуются тремя типоразмерами бункеров М1600/1,6 м3; М2000/2 м3 или М3000/3 м3 
(на выбор) на высокой рамочной подвеске, не мешающей погрузочным операциям. Изначально они рассчитаны на получение кормосмесей со стационарных смесителей MVM 8 (30 м3) посредством цепных конвейеров. Бункеры М1600/2000/3000 тут модульного, то есть наращиваемого типа (с расширением). Их действия, с плавной подачей и низким уровнем шума, легко программируются на панели оператора.
GEA Farm (Mullerup) Free Stall / Mix & Carry Feeder. Основное отличие GEA Free Stall Feeder от GEA Mix & Carry Feeder заключается в разной электронной «начинке», которая позволяет обеспечивать оптимальную подачу для 15 различных групп кормления… Но с тремя (у Free Stall Feeder) и 30-ю (у Mix & Carry Feeder) кормовыми ингредиентами для каждой группы, двигаясь во время сеансов кормления медленно и тихо мимо подающего стола соответствующей группы и аккуратно распределяя кормосмесь в индивидуальном порядке на определенных участках перед каждой магнитно пронумерованной коровой в отдельности. И по указанию оператора подсыпая молочным «рекордсменкам» перед кормовым ограждением весомые кормовые «кучки-добавки».
Для определения заслуг каждой коровы перед хозяином используется быстрая и точная идентификация каждой коровы с помощью мультиридера, считывающим информацию с магнитных чипов (интегральных микросхем) – номера ушных бирок или номера животных с транспордеров на ошейниках. И быстрая выборка ее статуса (группы кормления, состояния здоровья…), а также показателей каждой (привеса, удоя и пр.) из базы данных системы управления стадом.
GEA Farm (Mullerup) Mix Feeder Pro. Третий тип робота кормления – трехкубовый кормораздатчик Mix Feeder Pro также относится к системе кормления полнорационными кормосмесями (TMR). Но он предназначен для обслуживания менее механизированных ферм с невысокими потолками и низким расположением направляющего рельса. В состав Mix Feeder Pro входит 3 энергоэффективных модели (под индексами Plus, XL и XL AC), выбор которых зависит от места применения и размера обслуживаемого стада: до 240 коров, 15 групп, при использовании до 9 основных кормовых компонентов.
Энергоэффективность семейства Mix Feeder Pro основывается на использовании автономных электродвигателей с питанием от периодически заряжаемых необслуживаемых батарей с желеобразным электролитом.
Хотя первые (пилотные) реализации модификации GEA Mix Feeder Plus опирались на последовательную загрузку трех компонентов грубых кормов (с трех транспортеров MM8/GM 17), а также комбикормов, концентратов и других добавок из силосных башен и специальных контейнеров, для последующего приготовления однородных кормосмесей в пути до кормовых столов. При этом мощность, затрачиваемая на вращение пар режуще-смешивающих шнеков под нагрузкой, оказалась, на мой взгляд, явно «неприподъемной» для аккумуляторной батареи разумных габаритов и соответствующей им энергетической емкости (~9,2 кВт). Тут без токосъемников и внешней энергосети явно не обойтись.
В то же время, двум ходовым двигателям для работы – передвижения по направляющему рельсу с гладкой поверхностью достаточно «аккумуляторних сил» в объеме всего лишь 350 Вт (2 х 175 Вт). Поскольку коэффициент трения качения (тормозящий качение) колеса из закаленной стали по рельсу из не менее закаленной стали весьма минимален.
Для удобства загрузки бункеры GEA Mix Feeder Plus (XL; XL AC) конструктивно рассчитаны на существенный боковой наклон (±6°). А итогом применения данного типа навесных кормораздатчиков, отличающихся более ярко выраженными ножевыми бурами у смесительных шнеков, является существенное сокращение времени на приготовление и раздачу кормовых смесей, с минимизацией энергетических затрат за счет применения высокоэффективных стационарных миксеров.

Специалисты GEA Farm Technologies работают и над технической реализацией подсыпки комбикормов и концентратов поверх края ленты выложенной ранее кормосмеси, продляющий аппетит животных. А в качестве прототипов им на этом пути служат такие датские модели «ковшей» для комбикормов и концентратов, как Mullerup Smart Feeder M600 и Westfalia Smart Feeder M300 Plus D.

Владимир Алешин-Вдовенко, к.т.н.    f