Совершенствование технических средств обеспечения технологического процесса промышленного инкубирования яиц птицы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Еременко, Сергей Владимирович

• Еременко, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Еременко, Сергей Владимирович

Введение

4 Глава 1. Общая концепция новых камер инкубатора и реализация их конструкций.9 стр.

Глава 2. Определение зоны размещения измерительных преобразователей системы управления температурно-влажностным состоянием воздушной среды инкубационной камеры.18 стр.

Глава 3. Математическая модель состояния воздушной среды инкубационной камеры.27 стр.

Глава 4. Экспериментальное определение параметров математической модели инкубационной камеры.52 стр.

Глава 5. Определение алгоритма локального управления температурно-влажностным режимом.63 стр.

Глава 6. Разработка системы управления процессами инкубации в инкубатории.76 стр.

Глава 7. Внедрение результатов исследований в практика промышленного инкубирования.89 стр.

9 Основные научно-технические результаты.99 стр.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технических средств обеспечения технологического процесса промышленного инкубирования яиц птицы»

Инкубаторостроение как подотрасль сельскохозяйственного машиностроения сложилась в первой половине прошлого столетия, что было обусловлено появлением электротехнологий формирования в ограниченном от внешней среды объеме необходимых для развития эмбрионов параметров воздушной среды и режимов эволюции пространственной ориентации яиц.

До 80-х годов развитие инкубаторов шло как локальных объектов сельскохозяйственного производства от комбинированных до двухаппартных многокамерных комплексов в виде инкубационных и выводных камер. При этом совершенствовалась оболочка инкубаторов, лотковые системы, способы загрузки, системы формирования параметров воздушной среды, инженерные средства повышения гигиенической устойчивости среды обитания. Наблюдался общий рост геометрических параметров и, соответственно, производительности и энергооснащенности камер. По мере роста вместимости инкубаторов все большую актуальность приобретало решение задач снижения энергоемкости, повышения точности соблюдения зоотехнически обоснованного регламента формирования воздушной среды и снижение трудоемкости обслуживания. Главными показателями эффективности инкубационного процесса всегда были количество и качество получаемых цыплят.

В России исследования по инженерным проблемам инкубации наиболее активно проводились в 1950-1970 годы. Основу их составляли исследования в области технологии инкубирования, проводимые во ВНИТИП, ведущем научно-исследовательским институтом страны в области птицеводства.

Значительный вклад в понимание теплофизических закономерностей формирования воздушной среды инкубационных камер, основ их проектирования внесли исследования, выполненные в Центральной испытательной инкубаторно-птицеводческой станции (ЦИИПС), во Всесоюзном НИИ электрификации (ВИЭСХ), Всесоюзном НИИ сельхозмашиностроении (ВИСХОМ).

Наиболее значительные работы в эти годы по изучению физических факторов инкубации были выполнены Львом М.А., Хаскиным В.В. и др., по выбору конструктивных параметров камер и средств управления — Хмыровым В.А., Эйдисом А.Л. и др.

В конце 70-х начале 80-х годов в мире сложилась устойчивая тенденция развития птицеводства как высокоиндустриального производства. Масштабы промышленного птицеводства изменили отношение к результатам инкубации. В настоящее время затраты на инкубацию в структуре производства мяса бройлеров составляют 15-17% от общих затрат. Все это поставило перед разработчиками инкубационных технологий и техники новые задачи. Ведущие фирмы мира приняли вызов времени. Инкубаторы стали проектироваться из расчета их функционирования^ как части технологического конвейера - множества камер, объединенных материальным потоком и информационно в единую систему. Были созданы инкубаторы большой мощности, рассчитанные на единовременную инкубацию крупных партий яиц, при этом найдены новые технические решения в конструкции оболочек камер, снижающие неконтролируемый уровень теплопотерь, по технике формирования среды обитания для эмбрионов и суточных цыплят, применены современные информационные технологии при построении систем управления процессом одновременного функционирования большого количества инкубационных и ч выводных камер. Следует отметить, что высокие значения таких показателей как удельная вместимость и материалоемкость получены за счет применения большей величины тележек, позволяющих разместить 18 рядов лотков. Это не отвечает требованиям стандартов России по технике безопасности.

Наибольшее '.развитие инкубаторостроение получило в США, Великобритании, Франции, Нидерландах, Бельгии. Ведущими зарубежными фирмами на сегодняшний день являются: Петерсайм (Бельгия), Националь (Франция), Пасс Реформ (Нидерланды), Джеймсвей (Канада).

В России за последние годы исследования в области инкубаторостроения в значительной мере были свернуты и это предопределило известное отставание отечественных аппаратов от лучших зарубежных образцов. Инкубаторы существующего парка уступают по удельной мощности (кВт/1000 яиц), надежности и точности приборного контроля и управления [33].

Сегодня достигнутая точность поддержания температуры ±0,2°С и влажности ±3% не является достаточной. Существенным препятствием повышения выводимости является более высокая неравномерность значений температуры по объему камеры. В западном инкубаторостроении камеры барабанного типа (как выпускаемые ОАО «Пятигорсксельмаш») уже не производятся. Инженерные аспекты инкубационных процессов продолжают исследоваться, практически, только во ВНИТИП (работы Буртова Ю.З.), при"'этом приборное обеспечение экспериментов уступает тому, которое используется западными фирмами.

Применяемые отечественные инкубаторы конструировались как локальные объекты, требующие индивидуального обслуживания. Поэтому при создании инкубаториев на их основе трудоемкость обслуживания инкубационного процесса существенно выше, чем при использовании современных импортных аппаратов, а примененная стрелочная индикация параметров состояния камер не позволяет эффективно оценивать правильность действий обслуживающего персонала, не обеспечивает системной оперативности в обнаружении нештатных технологических ситуаций и необходимый уровень доказательности при анализе результатов циклов инкубирования.

Создание инкубаториев с большим количеством камер предъявляет более высокие требования к уровню инженерных решений по обеспечению гигиенической устойчивости камер. Более остро встают вопросы трудоемкости и ресурсозатратности проведения санитарно-гигиенических мероприятий. Все это требует поиска новых решений при конструировании новых отечественных камер.

Биологическим и санитарно-гигиеническим аспектам инкубирования яиц посвящено большое количество работ. Одними из первых в этой области были исследования, поведенные Реомюром в первой половине 18 века. Считается, что им было написано первое научно обоснованное руководство по инкубации яиц (1747 г.).

В целом о биологии птичьего яйца в настоящее время известно довольно много. Имеются обширные данные о развитии эмбриона и общих закономерностях влияния на это факторов окружающей среды. Однако в деталях, которые весьма важны при индустриальных методах воспроизводства птицы, эти данные постоянно нуждаются в уточнении и обновлении, что в первую очередь связано с появлением новых пород птицы, изменениями технологий их содержания, совершенствованием приборной базы биологических экспериментов и др. Так в связи с изменением породного состава птицы развитие эмбрионов инкубируемых сегодня яиц сопровождается существенно большей интенсивностью тепло-массообменных процессов (выделением тепла, потреблением кислорода и т.д.), чем это имело место несколько десятилетий назад, когда конструировались инкубаторы, составляющие сегодня основу оборудования большинства инкубаториев.

В условиях современного крупномасштабного инкубирования, когда десятые доли изменения выводимости цыплят являются экономически весьма существенными меняется представления и о требованиях к характеру ведения процесса инкубации.

До недавнего времени при создании инкубационных камер исходили из того, что существует некоторое одно значение температуры и одно значение влажности, поддержание которых обеспечивает при прочих равных условиях наибольшую выводимость цыплят.

В настоящее время производственная практика показывает, что такой подход в значительной мере себя исчерпал и для получения высокой выводимости - 80% и более, необходимо учитывать особенности птицы, производящей яйцо, и исходить из того, что для каждого уровня развития эмбрионов существует свои оптимальные значения температуры и влажности, то есть режимы инкубации должны быть адаптивными в пределах определенной области температурно-влажностных параметров. Чтобы обеспечить это надо знать насколько целесообразно проводить корректировку заданий режима, иметь возможность осуществлять эти корректировки, иметь информацию о текущих значениях параметров среды обитания и наконец иметь средства проводить их своевременно.

Поскольку средств автоматического приборного неразрушающего контроля развития эмбриона непосредственно в процессе инкубирования пока нет, то корректировка режима инкубации ложится на плечи обслуживающего персонала, и при равной квалификация и равноточных результатах периодического зоотехнического контроля, он может их выполнять тем успешнее, чем большей информацией будет располагать о текущих и предыдущих значениях параметрах процесса инкубирования.

Следовательно, современные инкубатории должны иметь централизованные системы автоматического контроля технологических процессов с возможностями дистанционной корректировки заданий локальным системам управления отдельных камер и автоматической архивацией всех событий выполнения технологического регламента в инкубатории.

В настоящее время инкубация является важнейшей стадией промышленного птицеводства. Его масштабы и концентрация требуют вывода крупных партий одновозрастного молодняка в несколько десятков тысяч голов и наличия инкубаториев с общей годовой производительностью в несколько миллионов голов. В этих условиях повышение выводимости и сохранности цыплят в десятые доли процента является экономически значимым. Экспериментальные исследования показывают, что за счет совершенствования технических средств оснащения инкубаториев выводимость и жизнеспособность цыплят можно поднять на несколько процентов.

Таким образом, для обеспечения в стране современного уровня ведения птицеводства актуальной является проблема создания нового поколения инкубационного оборудования, обеспечивающего более высокую выводимость при меньших энерго - и материалозатратах.

В рамках указанной проблемы в настоящей работе решались следующие задачи: изыскание технических решений снижения энергоемкости технологического процесса, повышения его гигиенической устойчивости, построение модели температурно-влажностного состояния воздушной среды инкубационной камеры, определение представительной зоны для аппаратной интегральной оценки ее параметров, разработка и реализация алгоритма локального управления, обеспечивающего более точное и менее энергозатратное поддержание зоотехнически обоснованных значений параметров воздушной среды, разработка и реализация сетевой системы управления технологическими процессами инкубации в инкубатории.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Еременко, Сергей Владимирович, 2004 год

1. Алексеев Ф.Ф и др. Промышленное птицеводство. М.Агропромиздат, 1991;

2. Буртов Ю.З. Динамика относительной влажности воздуха в промышленных инкубатора. Сб. трудов ВНИТИП, вып. 52, 1981

3. Буртов Ю.З. Динамика температуры воздуха в промышленных инкубаторах. Сб. трудов ВНИТИП, вып. 54, 1982;

4. Валге A.M. Обработка экспериментальных данных и моделирование динамических систем при проведении исследований по механизации сельскохозяственного производства. СПб. СЗНИИМЭСХ, 2002.-176с.

5. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. Изд."Энергия", M-JI 1965г.;

6. Гультяев А.К. Имитационное моделирование в среде Windows.C-Пб, «КОРОНА принт», 2003;

7. Давтян Ф.А, Управление микроклиматом в птицеводческих помещениях. Ж. «Механизация и электрификация сельского хозяйства», №11, 1984. с.35-38;

8. Диминг Д. Управление процессом инкубации в XXI веке. Ж. Сельскохозяйственный вестник, №5,2002. с.7-9;

9. Еременко C.B. Инструкция по эксплуатации блока локальной сети и метрологической проверки блоков управления инкубаторами БМИ-Ф-15.03. ВНИИКОМЖ, 1999г. 12с.;

10. Еременко C.B. Сетевая АСУ ТП инкубатория. В кн. «Проблемы разработки автоматизированных технологий и систем автоматического управления сельскохозяйственного производства» М. ВИМ, 2002, с.221-222;

11. Еременко C.B. Система централизованного контроля инкубаторов. Сборник трудов ВНИИКОМЖ. М., 1985 (Соавтор Шугуров М.М.);

12. Еременко С.В'. Способ автоматического управления процессом сушки при активном вентилировании сена. Авт.св. 1651061. М., Бюл. №19, 1991;

13. Еременко C.B. Этапы автоматизации машин и оборудования для животноводства и кормопроизводства. Сборник трудов ВНИИКОМЖ. М., 1999 (Соавторы: Шугуров М.М., Федоров A.B., Радовицкий А.Л.), с. 148-166;

14. Еременко C.B. Инструкция по монтажу блока БМИ-15.03 на инкубаторах.М., ВНИИКОМЖ, 1992г. Зс. (Соавтор: Каленик С.Н.);

15. Еременко C.B. Новый Российский инкубатор Эльбрус-2002. Проспект выставки «Золотая осень 2003. М., 11 с.(соавторы: Воронцов А.Н., Стругунов Л.Н.);

16. Еременко C.B. Система управления инкубатором. Авт. свид. № 1644850 М. Бюл. №16, 1991 (Соавторы: Шугуров M. М., и др.) .

17. Еременко C.B. Сотрудничество. Ж. «Птица и птицепродукты», №1, 2002.С.2-5. (соавторы: Воронцов А.Н., Пахомова Т. И.);

18. Еременко C.B. Устройство раздачи корма. Авт.св. 1690635. М., Бюл. №42, 1991;24.3аика С.А. Пути улучшения санитарно-гигиенических условий инкубации куриных яиц в промышленном инкубатории. Автореферат, 1988;

19. Иоффе Г.С, Эйдис А Л. Камера инкубатора как объект регулирования температуры и влажности, ж. "Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства",№1, M, 1966г;

20. Кондратьев P.M. Тепловые измерения, Машгиз, М-Л, 1957г.

21. Костяшкин Л,Н. Математическая модель инкубации яиц и вопросы ее реализации. Ж. «Механизация и электрификация сельского хозяйства», №1, 1984. с.42-46;

22. Крылов А.Н. Лекции о приближенных вычислениях. Изд. шестое. Гос. Издательство технико-теоретической литературы. М. 1954;

23. Лев M Л. Основы теории и расчета инкубаторов. М. Машиностроение, 1972;

24. Лев M Л. Устройство для измерения коэффициента теплоотдачи содержимого инкубируемого яйца. A.c. №161544;

25. Лев М.А Расчет и контроль воздухообмена в инкубаторе, Ж. "Птицеводство", №1, 1964г;

26. Лев М.А. Основные вопросы автоматического регулирования режимов инкубации, Научные труды, ВИЭСХ.М.1961г;

27. Лукъянов В.М. Что объединяет и отличает новое отечественное и зарубежное птицеводческое оборудование? Ж. «Техника и оборудование для села, №11-12, 1998г;

28. Минина О.М. Определение динамических характеристик и параметров типовых регулируемых объектов. Изд.АН СССР, М.!963г;

29. Нестеренко А. В. Экспериментальные исследования тепло- и массообмена при испарении жидкости со свободной поверхности, Ж. "Техническая физика, АН СССР, т,24,№ 4,1954г.;

30. Нестеренко A.B. Основы теплодинамических расчетов вентиляции и кондиционирования воздуха, М. "Высшая школа", 1985г.;

31. Орлов М. В Изучение и разработка режима инкубации яиц уток и кур в инкубаторе „"Универсал—45-. Труды ВНИИП;

32. Попов Е. П, Бессекерский В.А Теория систем автоматического регулирования. Изд. "Наука", 1966г.;

33. Смирнов В.И. Высшая математика, т.Ш, ч.1. Из-во технико-теоретической литературы, М. 1957;

34. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. Росэнергоиздат, М-Д. 1960г.

35. Температурные поля камеры и яйца в лабораторном инкубаторе, Ж. «Механизация и электрификация с.х.», №5, 1987;

36. Третьяков И.П. -Инкубация. ГИСХЛ, М. 1953г.;

37. Третьяков И.П.- Влияние переменных температур на развитие яиц. Труды ВНИТИП т.24, Сельхозгиз, М. 1954г.;

38. Третьяков И.П. Улучшение качества двухпозиционного регулирования тепловых процессов. Филиал Всесоюзного института научно-технической информации, тема 24, М„ 1959г.;

39. Фисинин В.И. Журавлев И.В. Секреты куриного яйца. Ж. «Наука в СССР», №5,1991;

40. Хаскин В.В.-*-Теплообмен и развитие терморегуляции в онтогенезе домашней утки. Диссертация 1961г.;

41. Черных И.В. SIMULINK среда создания инженерных приложений. М. «Диалог-МИФИ», 2004;

42. Шарейко А.В. Продуктивность бройлеров в зависимости от температурно-влажностного режима инкубации. Автореферат ВНИТИП, 1994;

43. Эйдис A JI. Автоматизация инкубаторов. М, НИИАВТОСЕЛЬХОЗМАШ, 1966г.;

44. Эйдис A. JL- Получение математического описания камеры инкубатора как объекта систем регулирования. Труды ВИСХОМ. Вып.49. М. 1966г.;

45. Эйдис А.Л. К вопросу точности регулирования основных параметров инкубации. Труды ВИСХОМ, вып.49, М., 1966г.;

46. BAROTT N.G. Effect of temperature, humiditi, and other factors on natch tof hens eggs and on energy metabolism of chick embryos» -Technical Bulletin. Washington, 1937 № 533.;

47. BYERLY T. Effect of different incubation temperatures on marality of chick embryos -Poultry Science, 1938, vol. 17, N 3, p. 200 205.;

48. Kooijman S.A.L. What the hen can tell about her eggs: egg development of the basis of energy budgets. " J. Math. Biol." 1986r. 23. №2, c. 163-185;

49. KUHE H. Entwickliiimg und Erprobung neuer Brutmaschinen. Deutsche Agrartechnik, 1965. № 5;

50. STREYC V. Neu Methode der Haherung der Differential gleichungen von Regelstrecken bei allemeinem Eingang signal. Acta Technica, 1958, № 4.