CC BY
48
УДК 637.115
АДАПТИВНЫЙ ДОИЛЬНЫЙ АППАРАТ С АВТОНОМНЫМ РЕЖИМОМ ДОЕНИЯ ДОЛЕЙ ВЫМЕНИ КОРОВЫ
В.Ф. Ужик, доктор технических наук, профессор В.В. Прокофьев, аспирант
ФГБОУ ВО Белгородский государственный аграрный университет им. В.Я. Горина E-mail: [email protected]
Аннотация. Одна из главных задач молочного скотоводства - увеличение темпов производства молока за счет повышения молочной продуктивности коров, на которую в значительной степени оказывает влияние используемое доильное оборудование. Особого внимания заслуживает оборудование, которое соответствует физиологии животных. Такое оборудование позволяет увеличить полноту выдаиваемости долей вымени и снизить риск заболевания коров маститом, одна из причин которого - неравномерность развития долей вымени. Из-за чего происходит холостое доение одних и недодой других сосков. Избежать вышеуказанного недостатка можно при использовании оборудования с управляемым режимом доения. Изменяемые параметры режима работы доильного аппарата - вакуумметрическое давление доения, частота пульсаций пульсатора и соотношение тактов пульсатора. В разработанной нами конструкции адаптивного доильного аппарата предусмотрено изменение как вакуумметрического давления доения, так и частоты пульсаций пульсатора. Он состоит из доильных стаканов и четырехкамерного пульсо-коллектора. Камеры пульсоколлектора включают датчик потока молока, регулятор вакуумметрического давления в подсосковой камере, регулятор вакуумметрического давления в межстенной камере доильного стакана и пульсатор. Применение данного аппарата будет способствовать повышению выдоен-ности коров на 3-4% и снижению заболеваемости вымени коров маститом в 2-2,5 раза. Ключевые слова: молоко, доильное оборудование, доильный стакан, пульсоколлектор, пульсатор, мастит, вакуумметрическое давление.
Введение. Одна из главных задач молочного скотоводства - увеличение темпов производства молока за счет повышения молочной продуктивности коров, на которую в значительной степени оказывает влияние используемое доильное оборудование. Особого внимания заслуживает оборудование, которое наиболее полно соответствует физиологии животных и помогает стимулировать физиологические процессы организма. Такое оборудование позволяет увеличить полноту выдаиваемости долей вымени и снизить риск заболевания коров маститом, одна из причин которого - неравномерность развития долей вымени, из-за чего происходит холостое доение одних и недодой других сосков. Мастит вымени у коров - это проблема номер один современного молочного скотоводства. Он наносит серьезный экономический ущерб всей отрасли. Из-за мастита резко снижается надой молока. Кроме того, молоко от больных животных запрещено к употреблению. Потеря молока от заболевания коров масти-
том составляет примерно 300-400 кг за лактацию. Избежать вышеуказанного недостатка можно при использовании оборудования с управляемым режимом доения, которое позволяет осуществлять стимулирование как процессов молокоотдачи у животных, так и физиологические процессы организма. Поэтому разработка доильного оборудования, которое имеет автоматически устанавливаемые щадящие режимы работы, весьма актуально.
Методология исследований. Как правило, изменяемые параметры режима работы доильного аппарата - вакуумметрическое давление доения, частота пульсаций пульсатора и соотношение тактов пульсатора. Такие изменения режима доения осуществляют как в целом по вымени, так и по каждой доле вымени коров в отдельности. Это достаточно просто реализуется на стационарных доильных установках. В переносном же варианте доильных аппаратов это весьма затруднительно. И если изменение вакуумметриче-
Journal of VNIIMZH №4(28)-2017
149
ского давления доения, как по вымени в целом, так и по долям вымени коров, в зависимости от интенсивности потока молока, выводимого из вымени, уже реализовано в ряде конструкций [1-10], то изменение частоты пульсаций по каждому соску в отдельности в переносных вариантах доильных аппаратов не осуществлялось и не испытывалось в производственных условиях на предмет проверки целесообразности применения такого режима доения.
Результаты исследований. В разработанной нами конструкции адаптивного доильного аппарата, схема которой приведена на рис., предусмотрено изменение в зависимости от интенсивности выводимого из соска потока молока как вакуумметрического давления в подсосковой и межстенной камере каждого доильного стакана в отдельности, так и частоты пульсаций пульсатора [11].
Адаптивный доильный аппарат состоит из доильных стаканов 13 с подсосковой камерой 2 и межстенной камерой 3, и четырех-камерного пульсоколлектора 5 с молокоприемной камерой 46, молокопроводным патрубком 45 соединяемого с молокоприемным устройством (на схеме не показано), а патрубками 12 и 16 - с подсосковой 2 и межстенной 3 камерами доильных стаканов 13. Камеры 17 пульсоколлектора 5 включают датчик потока молока 51, регулятор 6 ваку-умметрического давления в подсосковой камере 2, регулятор 8 вакуумметрического давления в межстенной камере 3 доильного стакана 13 и пульсатор 9. Датчик потока молока 51 выполнен в виде молоколовушки 47 с поплавком 48, переливным отверстием 40 соединяемой с молокоприемной камерой 46, и калиброванной щелью 41, образуемой в отверстии 43 прикрепляемой к поплавку 48 иглой 44, для слива молока в молокоприемную камеру 46 с заданной интенсивностью истечения, например 50 мл/мин. Регулятор 6 вакуумметрического давления в подсосковой камере 2 и регулятор 8 вакуумметрического давления в межстенной камере 3 доильного стакана 13 имеют общую камеру управления 7, от которой камера 39 переменного давления регулятора 6, сообщаемая патрубком 12
с подсосковой камерой 2 доильного стакана 13 и камера 37 постоянного вакуумметриче-ского давления, отверстием 3 соединяемая с полостью 2 молоколовушки 47, отделены мембраной 36 с выступом 38, образующим щель 4 переменного сечения для сообщения камер 39 и 37, а камера 34 постоянного ваку-умметрического давления регулятора 8, патрубком 21 соединяемая через распределитель 20 с источником вакуумметрического давления (на схеме не показан), и камера 31 переменного вакуумметрического давления разделены патрубком 32, а от общей камеры управления 7 отделены мембраной 35, образующей с патрубком 32 щель 33 переменного сечения для сообщения камер 34 и 31.
Общая камера управления 7 через калиброванный канал 19 в патрубке 21 и далее распределитель 20 соединена с источником вакуумметрического давления, а патрубком 42, через калиброванный канал 49, перекрываемый клапаном 50, управляемым магнитом 1, которым снабжен поплавок 48, - с атмосферой. Пульсатор 9 выполнен в виде надпоршневой камеры 18 и подпоршневой камеры 29, разделяемых поршнем 25 с калиброванным отверстием 22 для сообщения камер 18 и 29, и при перемещении которого поочередно соединяемых через патрубок 16 с межстенной камерой 3 доильного стакана 1. Причем, со стороны надпоршневой камеры 18 поршень 25 снабжен зубчатой рейкой 23, взаимодействующей со стабилизатором 24 хода поршня 25, а со стороны подпорш-невой камеры 29 поршень 25 подпружинен пружиной 11.
Надпоршневая камера 18 соединена с атмосферой, а подпоршневая камера 29 отверстием 30, перекрываемым при крайнем нижнем положении поршня 25 клапаном 10 на штоке 28, подпружиненным пружиной 26 относительно прикрепленного к поршню 25 корпуса 27, и открываемом при смыкании витков пружины 26 при перемещении поршня 25 вверх под воздействием пружины 11, соединена с камерой 31 переменного ваку-умметрического давления регулятора 8 ваку-умметрического давления в межстенной камере 3 доильного стакана 13.
Рис. Схема адаптивного доильного аппарата:
1- магнит; 2 - полость; 3, 43 - отверстие; 4 - щель;
переменного сечения; 5 - пульсоколлектор; 6 - регулятор вакуумметрического давления в под-сосковой камере; 7 - общая камера управления; 8 -регулятор вакууметрического давления в межстенной камере; 9 - пульсатор; 10, 50 - клапан; 11, 26 - пружина; 12,16,21,32,42 - патрубок; 13 - доильный стакан; 14 - межстенная камера; 15 -подсосковая камера; 17- пульсоколлектор; 18 - над-поршневая камера; 19,49 - калиброванный канал; 20 -распределитель; 22 - калиброванное отверстие; 23 -зубчатая рейка; 24 - стабилизатор; 25 - поршень; 27 -корпус; 28 - шток; 29 - подпоршневая камера; 30 -отверстие; 31, 39 - камера переменного давления регулятора; 33 - щель переменного сечения; 34 -камера постоянного давления регулятора; 35, 36 -мембрана; 37 - камера постоянного вакуум-метрического давления; 38 - выступ; 40 - переливное отверстие; 41 - калиброванная щель; 44 - игла; 45 -молокопроводный патрубок; 46 - молокоприемная камера; 47 - молоколовушка; 48 - поплавок;
51 - датчик потока молока.
Доильный аппарат работает следующим образом. Доильный аппарат подключают к вакуумной магистрали (на схеме не показана) и устанавливают на вымя коровы. При этом номинальное вакуумметрическое давление (например, 48 кПа) из молокоприем-
ного устройства по молоко-проводному патрубку 45 поступает в молокоприемную камеру 46 четырехкамерного пульсоколлектора 5 и далее через калиброванную щель 41, образованную в отверстии 43 прикрепляемой к поплавку 48 иглой 44, а также переливное отверстие 40 - в полость 2 молоколовуш-ки 47, откуда номинальное вакуумметрическое давление через отверстие 3 поступает в камеру 37 постоянного вакуумметрического давления регулятора 6 вакуум-метрического давления в подсосковой камере 2 доильного стакана 13. Одновременно из вакуумной магистрали через распределитель 20 по патрубку 21 номинальное вакум-метрическое давление поступает в камеру 34 постоянного вакуумметрического давления регулятора 8 вакуумметрического давления в межстенной камере 3 доильного стакана 13, а также через калиброванный канал 19 в патрубке 21 - в общую камеру управления 7, в которую по патрубку 42, через калиброванный канал 49, перекрываемый клапаном 50, управляемым магнитом 1, которым снабжен поплавок 48, и открытом при нижнем положении поплавка 48, поступает атмосферный воздух, тем самым устанавливая в общей камере управления 7 пониженное вакууммет-рическое давление, например 33 кПа. В результате через прикрываемую под воздействием разности давлений в камере 37 постоянного вакуумметрического давления регулятора 6 вакуумметрического давления в подсосковой камере 2 и общей камере управления 7 образованную выступом 38 мембраны 36 щель 4, тем самым ограниченное до 33 кПа, вакуумметрическое давление поступает в камеру 39 переменного давления и далее по патрубку 12 в подсосковую камеру 2 доильного стакана 13. А также через прикрываемую под воздействием разности
Лоигпа! оГ УШТ^Н №4(28)-2017
151
давлений в камере 34 постоянного вакуумметрического давления регулятора 8 вакуумметрического давления в межстенной камере 3 и общей камере управления 7 образованную мембраной 35 с патрубком 32 щель 33, тем самым ограниченное до 33 кПа, ва-куумметрическое давление поступает в камеру 31 переменного давления и далее через отверстие 30 в подпоршневую камеру 29 пульсатора, откуда по патрубку 16 пониженное вакуумметрическое давление поступает в межстенную камеру 3 доильного стакана 13. Наступает такт сосания в стимулирующем режиме доения при пониженном ваку-умметрическом давлении в подсосковой камере 2 и межстенной камере 3 доильного стакана 13. Одновременно поршень 25, испытывая воздействие разности давлений в подпоршневой камере 29 и надпоршневой камере 18, придет в движение, взаимодействуя посредством зубчатой рейки 23 со стабилизатором 24, ограничивающим скорость его движения, и сжимая пружину 11. Перемещение поршня 25 в зону ниже патрубка 16 обеспечивает сообщение межстенной камеры 3 доильного стакана 13 - с надпоршневой камерой 18, сообщаемой с атмосферой. Наступает такт сжатия. Дальнейшее перемещение поршень 25 осуществляет до закрытия клапаном 10 отверстия 30, тем самым разъединив камеру 31 переменного вакуумметрического давления регулятора 8 вакуумметрического давления в межстенной камере 3 доильного стакана 13 и подпоршне-вую камеру 29. В результате поступления атмосферного воздуха через калиброванное отверстие 22 в поршне 25 из надпоршневой камеры 18 в подпоршневую камеру 29 происходит уменьшение разности давлений, воздействующей на поршень 25 и удерживающей его в нижнем положении, что приводит его к движению в обратном направлении под воздействием пружины 11. В то же время возникающая разность давлений в подпоршневой камере 29 и камере 31 переменного вакуумметрического давления регулятора 8 удерживает клапан 10 в закрытом положении. При этом шток 28, выдвигаясь из корпуса 27 по мере перемещения поршня
25, сжимает пружину 26, и открытие клапана 10 происходит при смыкании витков пружины 26. Для этого жесткость пружины 11 подбирают такой, чтобы ее усилие было больше усилия удержания клапана в закрытом положении под воздействием разности давлений. Причем, длину штока 28 выбирают такой, при которой поршень 25 займет положение выше патрубка 16, тем самым обеспечив соединение межстенной камеры 3 доильного стакана 13 с подпоршневой камерой 29 и при открытом клапане 10 через отверстие 30 с камерой 31 переменного вакуум-метрического давления регулятора 8. Начинается новый цикл.
Доильный аппарат устанавливают на вымя коровы и осуществляют доение в стимулирующем режиме. При этом частота пульсаций пульсатора пониженная, соответствующая стимулирующему режиму. Выводимое из вымени молоко поступает в подсосковую камеру 2 доильного стакана 13 и далее по патрубку 12 в молоколовушку 47 датчика потока молока 51 камеры 17. При интенсивности потока молока ниже, например, 50 мл/мин, молоко через калиброванную щель 41, образуемую в отверстии 43 прикрепляемой к поплавку 48 иглой 44, стекает в молокоприемную камер 46 и далее по патрубку 45 в молокоприемное устройство. При этом поплавок 48 сохраняет свое нижнее положение. При увеличении интенсивности потока молока, по мере его накопления в молоколо-вушке 47, поплавок 48 всплывает, удаляя магнит 1, тем самым освободив клапан 50 и закрыв калиброванный канал 49 прекращает поступление атмосферного воздуха в общую камеру управления 7. В результате в общей камере управления 7 устанавливается номинальное вакуумметрическое давление, что приводит к увеличению до номинального ва-куумметрического давления в камере 39 переменного вакуумметрического давления регулятора 6 и камере переменного вакуум-метрического давления 30 регулятора 8, а значит, в подсосковой и межстенной камерах доильного стакана 13. С увеличением вакуумметрического давления доения частота пульсаций пульсатора возрастает до номи-
нальной. Осуществляют доение в номинальном режиме. При снижении интенсивности потока молока происходит обратное переключение на стимулирующий режим. Такое переключение происходит по каждой доле вымени коровы в отдельности в зависимости от интенсивности потока молока. При снижении интенсивности потока молока в последней камере пульсоколлектора доильный аппарат снимают с вымени коровы.
Заключение. Применение данного аппарата будет способствовать повышению вы-доенности коров на 3-4% и снижению заболеваемости вымени коров маститом в 2-2,5 раза за счет обеспечения щадящего воздействия на молочную железу.
Литература:
1. Исследование устройства для управления режимом работы стимулирующе-адаптивного доильного аппарата / Е. Андрианов и др. // Вестник ВГАУ. 2014. №3.
2. Кирсанов В., Кравченко В. Пути совершенствования оборудования для доения и первичной обработки молока // Тракторы и сельхозмашины. 2005. №9.
3. Направления совершенствования исполнительных механизмов доильных установок / В.В. Кирсанов и др. // Достижения науки и техники АПК. 2010. №1. С. 64.
4. Влияние машинного доения на секрецию молока у коров / И. Краснов и др. // Научная мысль. 2015. №3.
5. Краснов И., Макаренко А. Повышение эффективно -сти работы доильного аппарата четвертного доения // Вестник аграрной науки Дона. 2014. Т. 26, №2. С. 16.
6. Выведение молока из вымени коровы доильным аппаратом // Техника в сельском хозяйстве. 2008. №3.
7. Методика моделирования высокоскоростного, энергосберегающего доильного аппарата // 14 Межд. симп. по машинному доению с.-х. животных. 2008.
8. Ужик В. К изменению соотношения тактов пульсатора доильного аппарата // Научная жизнь. 2016. №12.
9. Ужик О.В. Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания: дис. к.т.н. Белгород, 2007. 174 с.
10. Экспериментальные исследования доильного аппарата с верхним отводом молока из коллектора в лабораторных условиях // Вестник РГАУ. 2016. №3.
11. З. №2016145559. Доильный аппарат. Заяв. 21.11.16
Literatura:
1. Issledovanie ustrojstva dlya upravleniya rezhimom ra-boty stimuliruyushche-adaptivnogo doil'nogo apparata / E. Andrianov i dr. // Vestnik VGAU. 2014. №3.
2. Kirsanov V., Kravchenko V. Puti sovershenstvovaniya oborudovaniya dlya doeniya i pervichnoj obrabotki moloka // Traktory i sel'hozmashiny. 2005. №9.
3. Napravleniya sovershenstvovaniya ispolnitel'nyh mek-hanizmov doil'nyh ustanovok / V.V. Kirsanov i dr. // Dos-tizheniya nauki i tekhniki APK. 2010. №1. S. 64.
4. Vliyanie mashinnogo doeniya na sekreciyu moloka u korov / I. Krasnov i dr. // Nauchnaya mysl'. 2015. №3.
5. Krasnov I., Makarenko A. Povyshenie ehffektivnosti raboty doil'nogo apparata chetvertnogo doeniya // Vestnik agrarnoj nauki Dona. 2014. T. 26, №2. S. 16.
6. Vyvedenie moloka iz vymeni korovy doil'nym apparat-om // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. 2008. №3.
7. Metodika modelirovaniya vysokoskorostnogo, ehnergo-sberegayushchego doil'nogo apparata // 14 Mezhd.simp. po mashinnomu doeniyu s.-h. zhivotnyh. 2008.
8. Uzhik V. K izmeneniyu sootnosheniya taktov pul'satora doil'nogo apparata // Nauchnaya zhizn'. 2016. №12.
9. Uzhik O.V. Razrabotka i obosnovanie konstruktivno-rezhimnyh parametrov perenosnogo adaptivnogo manipu-lyatora doeniya korov s avtonomnym istochnikom pita-niya: dis. k.t.n. Belgorod, 2007. 174 s.
10. EHksperimental'nye issledovaniya doil'nogo apparata s verhnim otvodom moloka iz kollektora v laboratornyh usloviyah // Vestnik RGAU. 2016. №3.
11. Z. №2016145559. Doil'nyj apparat. Zayav. 21.11.16
THE ADAPTIVE MILKING MACHINE WITH AUTONOMOUS REGIME OF COW UDDER'S QUARTERS MILKING V.F. Ujik, doctor of technical sciences, professor V.V. Prokofiev, post graduate student
FGBOY VO Belgorod state agrarian university named after V.Y. Gorin
Abstract. One of the main tasks of dairy cattle breeding is -temps of milk production increasing by cows milk productivity improving, on that are largely influenced the milking equipment using. The special attention is given to equipment corresponding the animals' physiology. Such equipment allows the udder's quarters' milking completeness to increase and the risk of cows mastitis disease, one of their reasons is the ununiform udder quarters' development to reduce. Due to it occurs the idle milking and non-full milking of others quarters. To avoid the mentioned above disadvantage it can by equipment with a controlled regimes of milking using. The changing parameters of the milking machine regimes - are milking vacuum pressure, the frequency pulsation of the pulsator and the ratio of pulsator's cycles. In the adaptive milking apparatus design developed by us the milking vacuum pressure and pulsations frequency changing is provided. It consists of teat cups and four cells of pulsocollector. The cells of puls' colle c-tor include a milk flow's sensor, vacuummetric pressure regulator in the teat cup's between the walls' cell, and the pulsator. This apparatus using will enhance the cows milking in 3-4% and reduce the udder mastitis incidence in 22,5 times.
Keywords: milk, milking equipment, teat cup, pulsocollector, pulsator, mastitis, vacuummetric pressure.
Journal of VNIIMZH №4(28)-2017
153
