CC BY
2УДК 001.57:637.125
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ЦЕНТРОМ МАСС В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
УЛЬЯНОВ Вячеслав Михайлович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой механизации животноводства
ХРИПИН Владимир Александрович, канд. техн. наук, докторант кафедры механизации животноводства
МЯСНЯНКИНА Марина Николаевна, ст. преп. кафедры строительства инженерных сооружений и механики
КАРПОВ Юрий Николаевич, аспирант кафедры механизации животноводства
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Представлены результаты экспериментальных исследований в производственных условиях доильного аппарата с изменяющимся центром масс, который позволяет полностью выдаивать животное без машинного додаивания, а также обеспечивает более интенсивное выведение молока из вымени коровы по сравнению с доильным аппаратом АДУ-1-01. При доении экспериментальным доильным аппаратом по сравнению с серийно выпускаемым увеличивается разовый удой коров на 3,54%, сокращается общая продолжительность доения на 9,57%, повышается интенсивность молоковыведения при максимальной молокоотдаче и средняя интенсивность выведения молока на 12,63 и 13,33%, соответственно.
Ключевые слова: доильный аппарат, интенсивность молоковыведения, машинное додаивание, счетчик молока, экспериментальные исследования.
Введение
Молочное скотоводство составляет ведущую, приоритетную отрасль товарного животноводства, дающую один из основных продуктов - молоко. Это высокоценный продукт питания для людей всех возрастов, так как все вещества, необходимые для человеческого организма, находятся в оптимально сбалансированных соотношениях и легкоусвояемой форме. Одной из важнейших задач молочного скотоводства является увеличение объемов производства молока. На качество получаемого молока влияет множество факторов, одним из которых является заболевание коров маститом [1,2,3,4].
К возникновению мастита у коров и, как следствие, снижению их продуктивности, может приводить неполное выдаивание и «сухое» доение. Эти явления наблюдаются часто из-за наползания доильных стаканов на соски вымени, что препятствует нормальному выведению молока. С напол-занием доильных стаканов на вымя обычно борются, изменяя массу подвесной части доильного аппарата. Подбор оптимальной массы доильного аппарата - задача сложная, так как ее величина связана с тактом работы аппарата.
Масса подвесной части серийно выпускаемых доильных аппаратов колеблется от 2,2 до 3,0 кг. Однако это своего рода компромисс между научно обоснованным и экспериментальным выбором Масса подвесной части подбирается таким образом, чтобы аппарат, с одной стороны, не интенсивно наползал на соски, а с другой, не спадал с сосков. Пока на практике эта задача не решена.
Подвесная часть современного физиологически адаптированного доильного аппарата должна при доении автоматически перераспределять оттягивающее усилие на сосках вымени в зависимости от такта работы аппарата. Благодаря этому исключается как наползание, так и спадание с вымени подвесной части доильного аппарата, обеспечивается щадящее обращение с выменем животного [5,6].
© Ульянов В.М.,Хрипин В.А.
На кафедре механизации животноводства ФГБОУ ВПО РГАТУ разработан доильный аппарат с изменяющимся центром масс. Доильный аппарат состоит из двухкамерных стаканов, соединенных с оригинальным коллектором, пульсатора попарного доения, молочного и вакуумных шлангов [7,8].
Коллектор содержит молокосборную камеру, вокруг которой установлен полый торообразный корпус с прямоугольным радиальным поперечным сечением. В полом корпусе коллектора размещены два поршня, выполненные по профилю внутреннего пространства и занимающие не более четверти его объема каждый, с возможностью возвратно-поступательного движения за счет перепада давления. Крайнее положение поршней в корпусе находится под доильными стаканами, расположенными на сосках вымени животного в рабочем положении. Перемещением поршней управляет пульсатор доильного аппарата. Поршни выполнены из материала с высокой плотностью.
От перемещения поршней происходит изменение положения центра масс коллектора, действующего на доильные стаканы. Под доильными стаканами, когда осуществляется такт сосания, появляется сосредоточенная сила тяжести от массивных поршней, что исключает наползание стаканов на соски вымени. А во время такта сжатия значение силы тяжести, наоборот, пропорционально уменьшается, что способствует надежному удерживанию стаканов на сосках вымени при смыкании сосковой резины. В зависимости от тактов, создаваемых пульсатором, происходит автоматическое изменение положения поршней, что исключает одновременно наползание и спадание доильных стаканов при доении, так как происходит соответственно и автоматическое перераспределение массы, действующей на стаканы. Это обеспечивает эксплуатационную надежность при доении.
С целью определения оптимальных конструктивно-режимных параметров, при которых реали-
Мяснянкина М.Н., Карпов Ю.Н.,2014 г
зуется работоспособность доильного аппарата и выполняется условие безопасного для здоровья коровы извлечения молока, был проведен многофакторный эксперимент, в результате которого была получена математическая модель второго порядка, адекватно описывающая наползание доильного аппарата на основания сосков вымени коровы.
В ходе исследований в лабораторных условиях были проведены сравнительные испытания доильных аппаратов АДУ-1-01, ШРИБ «Дояр» и экспериментального с оптимальными параметрами на лабораторном стенде «Искусственное вымя», которые показали, что доильный аппарат с изменяющимся центром масс предотвращает напол-зание доильных стаканов намного эффективнее, чем серийно выпускаемые [9,10].
Объект и методика исследований
Задачей экспериментальных исследований доильного аппарата с изменяющимся центром масс в производственных условиях является оценка его работоспособности. В связи с этим программа исследований предусматривала проведение сравнительных испытаний с выявлением следующих показателей: величина разового удоя; продолжительность периода выведения первых
Для определения удоя и динамики молоко-выведения у коров использовался переносной электронный счетчик молока бесконтактного типа с цифровым отображением количества надоя молока (рисунок 1). Электронный счетчик молока представляет собой смонтированные на панели 1 расходомер DeLaval FI5 2 совместно с пультом управления 3 и портативным аккумулятором 4, за-питывающим расходомер током, дугу 5 для подвешивания счетчика к вакуумпроводу на рабочем месте оператора. С целью фиксации получаемых данных и для дальнейшей их обработки электронный счетчик молока был укомплектован цифровым видеорегистратором 6.
Величина разового удоя определялась показаниями электронного счетчика.
Продолжительность периода выведения первых 100 г молока определялась промежутком времени от начала доения до появления первых показаний электронного счетчика.
Продолжительность машинного доения определялась промежутком времени от начала доения до появления показаний электронного счетчика с минимальной интенсивностью молоковыведения
100 г молока; продолжительность машинного доения; продолжительность машинного додаивания; общая продолжительность доения; средняя и максимальная интенсивности молоковыведения; удой по минутам; ручной додой.
Для проведения опыта были подобраны две группы коров-аналогов. Одна группа опытная, другая - контрольная. При отборе животных для эксперимента предпочтение отдавали коровам, которые при доении требовали проведения машинного додаивания. Доение животных трехразовое: в 6:00 - утреннее, в 12:00 - дневное и в 18:00 - вечернее. Эксперименты проводились согласно схеме, представленной в таблице 1.
Замер показателей доения в опытной и контрольной группах животных осуществляли в вечернюю дойку на протяжении всего опыта. В начале, середине и в конце эксперимента производили проверку вымени коров на предмет заболеваемости маститом. Подготовка рабочего места оператора, подготовка вымени к доению, надевание доильных стаканов на соски вымени животного и другие операции машинного доения проводились согласно общепринятым правилам машинного доения коров. В опытной группе доение коров проводили без машинного додаивания.
(менее 200 г/мин).
Продолжительность машинного додаивания определялась промежутком времени от появления показаний электронного счетчика с минимальной интенсивностью молоковыведения (менее 200 г/мин) до последнего показания электронного счетчика, после ручного оттягивания подвесной части доильного аппарата.
Общая продолжительность доения определялась промежутком времени от начала доения до появления последнего показания электронного счетчика.
Максимальная интенсивность молоковыве-дения определялась показаниями электронного счетчика с наибольшим значением интенсивности молоковыведения.
Средняя интенсивность молоковыведения определялась отношением разового удоя к общей продолжительности доения.
С целью исключения привыкания коров к ручному доению после снятия доильного аппарата, ручной додой производился периодически один раз в четыре дня в мерную тару.
1 - панель; 2 - расходомер DeLaval FI5; 3 -
Таблица 1 - Схема проведения опыта
Группа коров-аналогов Количество коров в группе Периоды Условия содержания и доения
подготови-тельный (5 дней) основной (15 дней) заключительный (5 дней)
опытная 5 серийный доильный аппарат экспериментальный аппарат серийный доильный аппарат содержание пастбищное, доение в моло- копровод (проходная д.у.)
контрольная 5 серийный доильный аппарат
паратурой.
Доение коров опытной и контрольной групп производили непосредственно в молокопровод.
С целью определения достоверности показаний электронного счетчика молока по количеству надоя была произведена его поверка при помощи устройства зоотехнического учета молока УЗМ-1А, путем сравнения показаний этих устройств. На рисунке 2 представлен фрагмент экспериментальной установки, включающий в себя испытуемый доильный аппарат, электронный счетчик молока и усшойство зоотехнического учета молока УЗМ-1 А.
1 - панель; 2 - расходомер DeLaval FI5; 3 - пульт управления; 4 - аккумулятор; 5 - дуга для подвешивания; 6 - видеорегистратор Рис. 1 - Электронный счетчик молока
Экспериментальная часть
Производственные испытания доильного аппарата проводились в период с 02 июля по 31 июля 2012 года на молочно-товарной ферме ООО «Агрофирма - Пителинская» Рязанской области. При проведении сравнительных испытаний доильных аппаратов коровы обеих групп имели живую массу 550 ± 50 кг и находились в 4-5-м периодах лактации с годовым удоем 4700 ±100 кг за предыдущую лактацию.
В качестве производственно-опытной установки использовались по два станка параллельно-проходного типа, оборудованные стандартными кормушками с дозаторами, универсальной доильной станцией УДС-3А, доильным аппаратом АДУ-1-01 и доильным аппаратом с изменяющимся центром масс, контрольно-измерительной ап-
1 - доильный аппарат; 2 - электронный счетчик молока; 3 - УЗМ-1А Рис. 2 - Фрагмент экспериментальной установки
Таблица 2 - Результаты производственных испытаний
Показатели Доильный аппарат Разница,%
АДУ-1-01 Экспериментальный
1 2 3 4
1. Разовый удой, кг 6,22 6,44 +3,54
2. Продолжительность периода выведения первых 100 г молока, с 8,5 9,1 +7,06
3. Продолжительность машинного доения, с 328 324 -1,22
4. Продолжительность машинного додаивания, с 27 - -100
5. Общая продолжительность доения, с 355 324 -9,57
6. Интенсивность молоковыведения, кг/ мин 1,05 1,19 +13,33
7. Интенсивность молоковыведения при максимальной молокоотдаче, кг/мин 1,90 2,14 +12,63
8. Ручной додой, кг 0,23 0,12 -47,83
Результаты
Основные результаты производственных испытаний представлены в таблице 2, в которой показатели работы доильного аппарата аДу-1-01 приняты за 100 %. Из таблицы 2 видно, что продуктивность животных, которые выдаивались экспериментальным доильным аппаратом, несколько выше.
Продолжительность периода выведения первых 100 г молока у экспериментального доильного аппарата и у серийного практически одинакова, разница составляет менее одной секунды: 9,1 и 8,5 с, соответственно.
Продолжительность машинного доения у доильного аппарата с изменяющимся центром масс и у серийного отличается незначительно, всего на 1,22% и составляет 324 и 328 с, соответственно. А общая продолжительность доения у экспериментального аппарата меньше, чем у серийного на 9,57% и составляет соответственно 324 и 355 с. Связано это с тем, что в отличие от АДУ-1-01 экспериментальный доильный аппарат не наползает на соски вымени, и животное выдаивается полностью без машинного додаивания, на которое у серийного аппарата затрачивается около 27 с.
Интенсивность молоковыведения при максимальной молокоотдаче у экспериментального доильного аппарата выше, чем у серийного на
12,63%, и составляет 2,14 кг/мин против 1,90 кг/ мин. Объясняется это тем, что при доении у доильного аппарата с изменяющейся нагрузкой на четверти вымени под доильными стаканами при такте сосания образуется сосредоточенная сила тяжести, препятствующая наползанию стаканов на соски вымени. Это способствует беспрепятственному и быстрому отводу молока из вымени. При молоковыведении аппаратом АДУ-1-01 доильные стаканы со временем несколько наползают на соски, тем самым частично сжимая его, что приводит к ухудшению выведения молока.
Интенсивность молоковыведения у экспериментального доильного аппарата выше, чем у серийного на 13,33%, и составляет 1,19 против 1,05 кг/мин. Это связано с более высокой отсасывающей способностью экспериментального доильного аппарата в период интенсивного припуска молока.
Ручной додой у коров контрольной группы составил в среднем 0,23 кг, а опытной - 0,12 кг. Причиной этого является то, что животные опытной группы отдавали молоко полностью без машинного додаивания.
Результаты поверки показаний электронного счетчика молока представлены в таблице 3, в которой показания устройства зоотехнического учета молока УЗМ-1А приняты за 100%.
Таблица 3 - Результаты поверки электронного счетчика молока
Показания Продолжительность доения, мин % ср.
1 2 3 4 5
электронного счетчика, кг 0,94 2,81 3,82 5,13 5,62 -
УЗМ-1А, кг 0,9 2,9 4,0 4,9 5,8 -
Разница,% 4,4 3,2 4,5 4,7 3,1 4,0
Из таблицы 3 видно, что показания электронного счетчика молока и УЗМ-1А практически совпадают, расхождения в показаниях устройств не превышают 5%.
Однако, следует отметить, что показания с устройств снимались не конкретно в указанное время, а с некоторым запаздыванием, т.е. после первой минуты, после второй минуты и т.д. Связано это с тем, что электронный счетчик измеряет количество молока непрерывно, делая несколько тысяч замеров в секунду, а УЗМ-1А измеряет количество молока через отмерную камеру, поэтому при замере показаний следует дожидаться того момента, когда порция молока из отмерной камеры отведется в мензурку.
По результатам производственных испытаний и обработанным экспериментальным данным построены кривые интенсивности молоковыведения q для экспериментального и серийно выпускаемого доильных аппаратов (рисунок 3).
Из графика видно, что доение коров экспериментальным доильным аппаратом, в отличие от серийного, проводилось без машинного додаивания. При этом интенсивность молоковыведения
у доильного аппарата с изменяющимся центром масс выше, а общая продолжительность доения меньше, чем у серийно выпускаемого.
♦ Серийный аппарат АДУ-1-01 (контрольная группа)
Рис. 3 - Графические зависимости интенсивности молокоотдачи
Выводы
1. Доильный аппарат, состоящий из двухкамерных доильных стаканов, коллектора с изменяющимся центром масс, пульсатора попарного действия, молочного и вакуумных шлангов работоспособен и позволяет полностью выдаивать животное без машинного додаивания, а также обеспечивает более интенсивное выведение молока из вымени коровы по сравнению с доильным аппаратом АДУ-1-01.
2. При доении экспериментальным доильным аппаратом по сравнению с доильным аппаратом АДУ-1-01 увеличивается разовый удой коров на 3,54%.
3. Общая продолжительность доения у экспериментального доильного аппарата по сравнению с доильным аппаратом АДУ-1-01 сократилась с 355 до 324 с или на 9,57%.
4. Интенсивность молоковыведения при максимальной молокоотдаче и средняя интенсивность выведения молока у экспериментального доильного аппарата выше, чем у АДУ-1-01 на 12,63 и 13,33%, соответственно.
Список литературы
1. Пат. 2410871 Российская Федерация, МПК А
01 J 5/00. Доильный аппарат / Ульянов В.М., Хри-пин В.А., Мяснянкина М.Н.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО РГАТУ. - № 2009113714/05; заявл. 14.04.2009; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 4. -
2 з.п. ф-лы, 2 ил.
2. Поляков, Д.Н. Состояние молочного скотоводства в Рязанской области / Д.Н. Поляков, В.А. Захаров // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2012. - №4. - С. 59-61.
3. Сорокина, И.А. Ветеринарно-санитарная экспертиза молока хозяйств Касимовского района / И.А. Сорокина, Е.В. Киселева // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2013. -№4. - С. 57-61.
4. Ульянов, В.М. Доильный аппарат с изменяющимся центром масс / В.М. Ульянов, В.А. Хри-пин, М.Н. Мяснянкина // Сельский механизатор .
- 2011. - № 5. - с. 28-29
5. Ульянов, В.М. Направление совершенствования доильных аппаратов / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин, Р.В. Коледов, , Ю.Н. Карпов, А.Н. Кащеев // Аграрная наука - сельскому хозяйству: сборник статей: в 3 кн. / IX Международная научно-практическая конференция (5-6 февраля 2014 г.). Барнаул: РИО АГАУ,2014. Кн. 3. 423 с., с. 53-54.
6. Ульянов, В.М. Определение оптимальных параметров доильного аппарата с изменяющимся центром масс / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин, М.Н. Мяснянкина // Вестник УГСХА. - Ульяновск, 2011.
- № 4. - С. 121-125.
7. Ульянов, В.М. Совершенствование технологии и средств механизации доения коров / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин // Научно-технический прогресс в животноводстве - машинно-технологическая модернизация отрасли: сб. науч. трудов / ГНУ ВНИИМЖ, т. 17, ч. 2. - Подольск, 2007. - С. 23-30.
8. Хрипин, В. А. Доильный аппарат с новыми возможностями / В.А. Хрипин, В.М. Ульянов // Роль молодых ученых в реализации национального проекта «развитие АПК», ч. 1. / Сб. материалов Международной конф. - М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2007. - С. 293.
EXPERIMENTAL RESEARCH MILKING MACHINE WITH VARIABLE CENTER OF MASS IN A
PRODUCTION ENVIRONMENT
Ulyanov Vyacheslav Mikhaylovich - professor, doctor of technical sciences, the head of the department of livestock mechanization
Khripin Vladimir Aleksandrovich - Candidate of Technical Sciences, the doctoral student in the mechanization of livestock
Myasnyankina Marina Nikolaevna - senior lecturer in civil engineering structures and mechanics Karpov Yuriy Nikolaevich - the graduate student in the mechanization of livestock Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
The results of experimental research of the milking machine with a variable center of mass in a production environment, which allows the animal to milk completely without machine milking and also provides more intensive removal of milk from the udder of cows compared to the milking machine ADU-1-01. Experimental milking machine compared to a commercially available one-time milking machine milk yield of cows increased by 3.54 % , reduced the total duration of milking at 9.57 % , higher than the intensity at the maximum lactation milk flow and the average intensity of breeding milk 12,63 and 13,33 % , respectively. Key words: milking machine, the intensity of lactation, machine milking, experimental research.
References
1. Pat. 2410871 Russian Federation, IPC A 01 J 5/00. Milking machine / Ulyanov V.M., Hripin V.A., Myasnyankina M.N.; applicant and patentee FGBOU VPO RSAU. - № 2009113714 /05 ; appl. 14.04.2009; publ. 10.02.2011, Bull .№ 4. - 2 ZP f-ly, -2-il.
2. Polyakov D.N., Condition of dairy cattle in the Ryazan region /D.N. Polyakov, V.A. Zakharov/ /Bulletin of the Ryazan State University agrotechnological P.A. Kostychev. - 2012. - № 4. - P. 59-61.
3. Sorokina I.A., Veterinary-sanitary examination of milk farms Kasimovsky district / I.A. Sorokin, E.V. Kiseleva / / Bulletin of the Ryazan State University agrotechnological PA Kostychev. - 2013. - № 4. - S. 57-61.
4. Ulyanov V.M., Milking machine with a changing center of mass / V.M. Ulyanov, V.A. Hripin , M.N.
Myasnyankina / / Rural mechanic. - 2011. - № 5. - With. 28-29
5. Ulyanov V.M., Direction of improving milking machines /V.M. Ulyanov, V.A. Hripin, R.V. Koledov, Y.N. Karpov, A.N. Kashcheev // Agricultural Science - Agriculture : a collection of articles : 3 Vol. / IX International Scientific and Practical Conference ( 5-6 February 2014 ) . Barnaul: RIO ASAU 2014. Book. 3. To 423. With. 53-54.
6. Ulyanov V.M. Determination of optimal parameters of milking machine with variable center of mass / V.M. Ulyanov, V.A. Hripin, M.N. Myasnyankina / /Bulletin of UGSKHA. - Ulyanovsk, 2011. - № 4. - S. 121-125.
7. Ulyanov V.M., Improving technology and mechanization milking cows / V.M. Ulyanov, V.A. Hripin / / Scientific and technical progress in livestock - machine-technological modernization of the industry: Sat scientific. papers/ GNU VNIIMZH, t. 17, Part 2. - Podolsk, 2007. - P. 23-30.
8. Hripin V.A., milking machine with new features / V.A. Hripin, V.M. Ulyanov / / The role of young scientists in the national project "Development of agriculture", Part 1. / Sat Proceedings of the International Conference. - M.: FSEIHPE MSAU, 2007. - S. 293.
УДК 669.054.08
ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА НАНЕСЕНИЯ МАТЕРИАЛА ГРУНТОВКИ
БОРЫЧЕВ Сергей Николаевич, проректор по учебной работе, доктор технических наук, профессор
МАЛЮГИН Сергей Герасимович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительство инженерных сооружений и механика
ПОПОВ Андрей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент кафедры «Строительство инженерных сооружений и механика»
ТАРАСКИН Александр Иванович, аспирант кафедры «Строительство инженерных сооружений и механика»
УШАНЕВ Александр Игоревич, аспирант кафедры «Строительство инженерных сооружений и механика»
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
В данное статье изложены результаты применения метода планирования эксперимента в разработке технологии нанесения материала грунтовки на поверхность техники с учетом основных параметров, влияющих на качество и равномерность распределения данного материала.
Ключевые слова: грунтовка, пятно контакта, 4-х факторный эксперимент, режимы работы.
Применение типовых способов нанесения материала грунтовки (подложки) на поверхность техники при высокой стоимости материала, электроэнергии и других услуг связано со значительными материальными и трудовыми затратами. Снижение этих издержек возможно при переходе к ресурсосберегающим технологиям, основанным на использовании устройств нанесения материала грунтовки перед покраской на поверхность объекта с равномерной толщиной его покрытия.
С целью изучения режимов работы установки для нанесения жидкого материала грунтовки на наружные поверхности, связанных с особенностью конструкции сопла, образованием сформированного потока жидкого материала грунтовки, и для определения их оптимальных параметров был проведен 4-х факторный эксперимент, реализующий рототабельный план Бокса-Бенкина второго порядка.
Результаты эксперимента по существующей методике позволили определить уравнения множественной регрессии, устанавливающие зависимость между толщиной загрунтованного покрытия (подложки) и адгезионными связями на поверхности для "жесткого" режима работы потока жидкого материала грунтовки - у1 и"мягкого" - у 2, что позволяет определить качество нанесения грунтовки за счет действия следующих величин: диаметра выходного отверстия сопла Х1; вязкости (плотности) жидкого материала Х2; давления потока жидкого материала Х3; расстояния от сопла до поверхности X 4.
Была составлена матрица плана, в которой определены уровни варьирования факторами.
Расчет коэффициентов регрессии Y1 и Y2 производился с использованием электронных программ, и по найденным их значениям были составлены уравнения регрессии:
© Борычев С.Н.,Малюгин С.Г.,Попов А.С.,Тараскин А.И.,Ушанев А.И., 2014 г
