Разработка ресурсосберегающей доильной платформы Карусель на принципах магнитной левитации. Кирсанов С.В

1.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральный научный агроинженерный центр
ВИМ
Кирсанов Сергей Владимирович
РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ДОИЛЬНОЙ ПЛАТФОРМЫ КАРУСЕЛЬ НА
ПРИНЦИПАХ МАГНИТНОЙ ЛЕВИТАЦИИ
Специальность: 4.3.1 – Технологии, машины и оборудование для
агропромышленного комплекса
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный
руководитель:
кандидат
технических наук Павкин Д.Ю.
1

2. Цель и задачи работы

Цель работы:
Разработать методы построения ресурсосберегающей вращающейся доильной платформы Карусель на принципах магнитной левитации
Задачи исследований:
-провести анализ конструктивных особенностей роторно-конвейерной доильной установки Карусель;
-разработать алгоритм адаптивного регулирования продолжительности оборота доильной платформы Карусель в зависимости от времени доения животных;
-разработать технологическую схему и математическую модель левитации и боковой стабилизации вращающейся доильной платформы Карусель на постоянных
магнитах при ее частичном и полном заполнении животными;
-разработать математическую модель и определить параметры управляемого электропривода доильной платформы;
-провести топологическое и имитационное моделирование систем магнитного подвеса доильной платформы Карусель на разных типах постоянных магнитах;
-провести лабораторные испытания физической модели левитирующей доильной платформы Карусель;
- провести технико-экономическую оценку результатов исследований.
Объект и предмет исследований: Процессы магнитной левитации, алгоритм адаптивного управления вращением доильной платформы, математические модели
левитации, доильной платформы Карусель на постоянных магнитах.
Методология и методики исследований базируются на современных подходах к концептуальному, математическому, компьютерному моделированию
функциональных процессов и систем в электрическом транспорте на основе магнитной подвески с использованием современного пакета прикладных программ,
приборного оборудования, теории планировании эксперимента, технологий 3D – моделирования и др.
Научная новизна работы заключается в разработке алгоритма адаптивного регулирования продолжительности оборота доильной платформы Карусель,
математических моделей магнитной левитации и боковой стабилизации вращающейся доильной платформы, управляемого электропривода вращения платформы, в
результатах топологического и имитационного моделирования систем левитации и боковой стабилизации на постоянных магнитах
Теоретическая и практическая значимость и инновационность работы заключается в разработке теоретических положений, исследовании процессов и
закономерностей взаимодействия магнитных полей при создании магнито-планирующего бесшумного внутрицехового электрического транспорта в виде грузовой
кольцевой вращающейся платформы для перемещения животных при доении на доильной установке Карусель. В разработке программно-аппаратного комплекса для
адаптивного управления скоростью вращения доильной установки Карусель в зависимости от изменяющихся характеристик продолжительности доения животных.
2

3. Топ - 10 ведущих производителей молока в России - 2025 г.

№ п/п
Наименование
Регион, обл.
Поголовье,
тыс. гол
Кол-во ферм
Производство
молока, тыс т.
Кор. Общ.
Доильное
оборудование
1
ГК “Эконива”
Воронежская,
Калужская и др.
112
220
58
1190,0 (+7%)
Карусель
2
Агрокомплекс им. Н.И. Ткачева
Краснодарский край
35,8
105,3
70
324 (+5%)
Карусель, Параллель,
Елочка
3
ГК “Агропромкомплектация”
Тверская. Курская обл.
17,7
25,0
5
199,0 (+7,6%)
Карусель, Параллель
4
Агрохолдинг “Степь”
14,3
31,2
5
149,0 (+7,1%)
Карусель
5
6
ГК “Русмолоко”
АПХ “Дороничи”
Краснодарский,
ставропольский край
Пензенская обл.
Кировская обл.
13,3
15,1
39,4
33,6
3
10
147,0 (-16%)
141,0 (+4%)
Карусель
Карусель
7
Кировский молкомбинат
Кировская обл.
14,2
29,6
10
120,0 (0%0
Карусель, Параллель
8
Концерн “Детскосельский”
Ленинградская, Воронежская
обл., р. Беларусь
Ленинградская.
Воронежская обл.,
республика Беларусь
13,1
27,1
12
118,0 (+1%)
Карусель, Параллель
9
Концерн “Покровский”
Краснодарский край
10,6
26,5
18
110,0 (-2%)
10
АПХ “Зеленая долина”
Белгородская обл.
11,6
22,6
8
109,0 (-5%)
Карусель, Параллель,
Елочка
Карусель
Вывод: Ведущие производители молока используют в основном импортное доильное оборудование, на фермах свыше 1000
голов и более наибольшее распространение получили роторно-конвейерные доильные установки типа «Карусель»
вместимостью от 40 до 100 доильных мест. В данном сегменте рынка необходима разработка аналогичного отечественного
оборудования (мероприятие включено в проект совместного предложения по российско-Белоруской программе)
3

4.

Задача №1: Анализ конструктивных особенностей доильной платформы “Карусель”
пульсирующий
способ
передвижения
платформы
плавный
внутри платформы
место
нахождения
операторов
доения
снаружи платформы
тангенциальное
радиальное
расположение
доильных станков
косое
100...
36...
24
количество
станко-мест
наличием дополнительных опций
Классификация
Ведущие мировые производители доильных установок Карусель – фирмы DeLaval (Швеция), GEA Farm Technologies–
(Германия), Fullwood– (Англия), Milkline - (Италия)
Достоинства – высокая производительность от 120 до 500 кор/ч, рациональная рабочая поза и малая зона обслуживания
операторов, удобная логистика перемещения животных (вход и выход с одной стороны) и др.
4

5. Анализ основных проблем эксплуатации доильной платформы “Карусели”

Технологические – снижение производительности установки на 25-30% из-за наличия тугодойных животных с временем доения 12мин
и более, вызывающих простои и/или снижение скорости вращения доильного конвейера
Циклограмма работы доильной платформы “Карусель” на 36 доильных мест
5

6. Анализ основных конструктивных недостатков при эксплуатации доильной платформы “Карусели”

Конструктивные – высокая трудоемкость, тщательность контроля монтажа платформы (заливка бетоном), износ опорных и направляющих
катков платформы, повышенная нагрузка на электропривод и большой расход энергии эатрудненность выдерживания геометрических размеров
закругленных опорных профилей несущей конструкции (двутавровых блок)
Выводы: Износ двутавровых несущих балок, опорных и ведущих колес приводит к большим трудозатратам на ремонт и сервисное
обслуживание,
- ресурс колеса из полиуретана 1500ч,
- суточная наработка - 20 часов
- месячная наработка -20 ∙ 30 = 600 ч
- Срок службы: 1500 : 600 = 2,5 месяца
6

7. Анализ предпосылок для создания системы магнитной левитации доильной платформы “Карусель”

Грузовая транспортная платформа (ПГУПС, г. Санкт-Петербург)
Вывод: целесообразно развитие технологий магнитной левитации для
создания бесшумного энергосберегающего внутрицехового
электрического транспорта в виде кольцевых грузовых вращающихся
платформ для перемещения животных или подвесных линейных
путей для перемещения роботизированных кормовагонов в
кормоцехах и на ферме, грузовых контейнеров в складских
помещениях и др.
7

8.

Задача №2: Разработка алгоритма адаптивного регулирования продолжительности
оборота доильной платформы Карусель в зависимости от времени доения животных
Ввод данных tmin, tср, tmax, σ,
M; nобщ, nвп.вып
Начало
Определение кол-ва
животных на 2-ой круг nрi
Выбор τобi из ряда
значений
8,10,12,15,17 мин
ДА
tdi > τобi ∙ (1 nвп.вып/ nобщ)
Определение кол-ва
пропущ. мест доения в
цикле от 1 до К nпр.
НЕТ
Определение кол-ва зашедших животных в i-м цикле:
nвпi = nобщ – nпр – nрi-1
• Определение общего времени
дойки:
Определение цикл. производ.:
Определение кол-ва циклов оборота K:
σ