CC BY
35
programs, Russia. «NTS-1.0» Program - calculation of reliability indicators of technological systems of operations»], zaregistriro-vano v ROSPATENT 19.02.2010, zajavka No 2009617371. (In Russian)
14. Nikitchenko S.L. Svidetel'stvo ob oficial'noj registracii programmy dlja JeVM, Rossija. Programma «Avtomatizirovan-naja sistema upravlenija postanovkoj traktorov i kombajnov na TO» [Certificate of official registration of computer programs, Russia. Programma «Automated control system for tractors and harvesters»], zaregistrirovano v ROSPATENT 11.07.2013, zajavka No 2013614455. (In Russian)
15. Nikitchenko S.L. Svidetel'stvo ob oficial'noj registracii programmy dlja JeVM, Rossija. Programma «Agrokompleks-1.0 «Avtopark» [Certificate of official registration of computer programs, Russia. Programma «Agrokompleks-1.0 «Autopark»], zaregistrirovano v ROSPATENT 16.01.2006, zajavka No 2005612978. (In Russian)
16. Nikitchenko S.L., Lesnik N.A. Avtomatizacija upravlenija meroprijatijami tehnicheskogo obsluzhivanija sel'skoho-zjajstvennyh traktorov i kombajnov [Automation of management of maintenance activities of agricultural tractors and combines], AgroJekolnfo, 2018, No 2, Rezhim dostupa: http://agroecoinfo.narod.rU/journal/STATYI/2018/2/st_202.doc.
(In Russian)
17. Matvienko N.A., Nikitchenko S.L. Sovershenstvova-nie organizacii tehnicheskogo obsluzhivanija sel'skohozjajstven-noj tehniki na predprijatii [Improvement of the organization of maintenance of agricultural machinery at the enterprise], Vestnik IRGSHA, 2017, Vyp. 81/2, avgust, pp. 62-70. (In Russian)
18. Nikitchenko S.L. Resursosberegajushhee upravlenie tehnologicheskimi sistemami v rastenievodstve [Resourse serving management of the technological systems in planting], Tehnika vsel'skom hozjajstve, 2012, No 3, pp. 8-10. (In Russian)
19. Laptev S.V., Nikitchenko S.L. Sezonnaja model' plani-rovanija postavok zapasnyh chastej dlja sefskohozjajstvennogo predprijatija [Seasonal model of spare parts supply planning for agricultural enterprise], Innovacionnye energo-resursosberegaju-shhie tehnologii i tehnika 21 veka: materialy Vserossijskoj molo-dezhnoj nauchnoj konferencii, Novocherkassk, 2017, pp. 84-89. (In Russian)
20. Nikitchenko S.L., Olejnikova I.A. Mobil'nyj informa-cionno-tehnicheskij kompleks - rabochee mesto mastera-naladchika MTP [Mobile information technology complex - working place of the master-operator MTP], Sostojanie i perspektivy razvitija sel'skohozjajstvennogo mashinostroenija: sbornik statej 11-j Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii v ram-kah 21-j Mezhdunarodnoj agropromyshlennoj vystavki «Intera-gromash - 2018», Rostov-on-Don, 2018, pp. 192-195. (In Russian)
Сведения об авторах
Никитченко Сергей Леонидович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Технический сервис в агропромышленном комплексе», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-919-892-55-62. E-mail: binom_a@rambler.ru.
Алексенко Николай Петрович - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).
Котович Алексей Вячеславович - студент магистратуры, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-965-466-36-90. E-mail: binom_a@rambler.ru.
Олейникова Инна Алексеевна - студентка магистратуры, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-989-626-23-21. E-mail: binom_a@rambler.ru.
Information about the authors
Nikitchenko Sergey Leonidovich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, head of the Technical service in the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-919-892-55-62; E-mail: binom_a@rambler.ru.
Aleksenko Nikolay Petrovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Technical service in the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation).
Kotovich Alexey Vyacheslavovich - master's student, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-965-466-36-90. E-mail: binom_a@rambler.ru.
Oleynikova Inna Alekseevna - master's student, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-989-626-23-21. E-mail: binom_a@rambler.ru.
УДК 637.11:636.034
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОСКОВ ВЫМЕНИ КОРОВЫ
© 2018 г. В.М. Ульянов, В.А. Хрипин, А.А. Хрипин, Н.В. Бубнов
Технология машинного доения крупного рогатого скота при содержании на привязи должна включать в себя применение технических средств, которые в обязательном порядке отвечали бы физиологическим особенностям содержания продуктивной коровы и обеспечивали бы полное и главное безопасное выведение молока. В этой связи становится актуальной задача по определению и уточнению значений некоторых важных и значимых параметров в сущности физико-механических
характеристик коровьих сосков вымени, а именно морфологических, упругих свойств сосков и их коэффициентов трения. Исследования проводились по специально разработанным частным методикам с применением штатного и оригинального оборудования. Анализы распределения диаметров и длин сосков вымени коров показали, что их размеры изменяются довольно в широких диапазонах: от 19 мм до 34 мм соответственно для диаметров и от 35 мм до 65 мм - для длин. Разница между наименьшим диаметром сосков и наибольшим и также между наименьшей длиной сосков и наибольшей составляет около двух раз. Анализ замеров значений коровьих сосков вымени показал их высокую неравномерность расположения на молочной железе: измеренные значения расстояний между сосками вымени передних долей в среднем лежит в интервале значений 9-18 см, а задних долей вымени соответственно - 5-11 см, измеренные значения расстояний между коровьими сосками вымени передних долей и задних долей вымени в среднем лежат в интервале 8-14 см. В ходе проведения исследований нами было установлено, что удлинения коровьих сосков молочной железы зависят нелинейно от значений действующего напряжения, при этом значения переменного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации представлены довольно широким диапазоном. Определено, что для коровьих сосков молочной железы с первоначальным диаметром, равным 25 мм, и соответственно длиной, равной 60 мм, значение переменного модуля упругости составляет интервал от 18,5*10-3 Мпа до 51,0 хю-з МПа, при этом коэффициент поперечной деформации составляет интервал от 0,17 до 0,50 численных значений. Установлено также, что коэффициенты трения исследуемой нами взаимодействующей пары «коровий сосок молочной железы - сосковая резина доильного стакана» практически в основном не зависят от приложенного усилия прижатия рабочей поверхности сосковой резины доильного стакана к телу коровьего соска вымени, в допустимых биологических границах, при этом для сухих рабочих поверхностей коэффициент трения составляет от 0,19 до 0,23 численных единиц, а для мокрых соответственно от 0,21 до 0,24 численных единиц.
Ключевые слова: корова, крупный рогатый скот, коэффициент поперечной деформации, коэффициент трения, переменный модуль упругости, соски вымени, сосковая резина, молочная железа.
A rational technology for milking cattle with a leash should include the use of technical means that would necessarily respond to the physiological characteristics of a productive cow and ensure the complete and most important safe removal of milk. In this regard, the task of determining and clarifying the values of some important and significant parameters in the essence of the physicomechanical characteristics of the udder bovine teats, namely the morphological, elastic properties of the nipples and their friction coefficients, becomes urgent. Studies were conducted by specially developed private methods using standard and original equipment. Analyzes of the distribution of diameters and lengths of the teats of the udder of cows showed that their sizes vary quite in wide ranges: from 19 mm to 34 mm, respectively, for diameters and from 35 mm to 65 mm - for lengths. The difference between the smallest nipple diameter and the longest and also between the smallest nipple length and the longest is about two times. Analysis of measurements of the udder bovine nipple values showed their high irregularity of location on the breast: the measured values of the distances between the nipples of the udder of the front lobes on average lie in the range of 9-18 cm, and the back parts of the udder respectively - 5-11 cm the teats of the udder of the anterior lobes and the posterior lobes of the udder on average lie in the range of 8-14 cm. During the research, we found that the elongation of the cow's nipples depend nonlinearly on the values Procedure voltage, the value of variable modulus of elasticity and also lateral deformation ratio represented fairly wide range. It was determined that for cow's nipples of the mammary gland with an initial diameter of 25 mm and, correspondingly, a length of 60 mm, the value of the variable elastic modulus ranges from 18,5x10"3 MPa to 51,0x10-3 MPa, while the transverse strain factor ranges from 0,17 to 0,50 numerical values. It was also established that the friction coefficients of the interacting pair of «cow nipple of the mammary gland under study - the teat rubber of the teat cup» practically do not depend on the applied force of pressing the working surface of the teat rubber of the teat cup to the body of the cow teat, while for dry workers surfaces the coefficient of friction is from 0,19 to 0,23 numerical units, and for wet, respectively, from 0,21 to 0,24 numerical units.
Keywords: cow, cattle, coefficient of transverse deformation, coefficient of friction, variable modulus of elasticity, udder nipples, nipple rubber, mammary gland.
Введение. Физико-механические параметры коровьих сосков молочной железы позволяют не только отобрать крупный рогатый скот, подходящий в большей степени к механизированному доению, они также обуславливают в свою очередь и геометрические размеры применяемых технических средств доения и, соответственно, используемые технологические режимы работы.
К основным используемым физико-механичес-ким характеристикам коровьих сосков молочной железы, которые необходимы для разработки физиологически адаптированной доильной техники, можно отнести: морфологические параметры коровьих сосков вымени, а именно значения расстояний между сосками вымени передних долей, соответственно, между сосками вымени задних долей и, следовательно, между коровьими сосками вымени передних долей и коровьими сосками вымени задних долей, значение диаметра и значение длины коровьих сосков. Также можно отнести характеристики упругих свойств коровьих сосков
вымени: коэффициент поперечной деформации, а следовательно, и переменный модуль упругости, а также коэффициент трения исследуемой взаимодействующей пары «рабочая поверхность сосковой резины доильного стакана - коровий сосок вымени».
Исследуемые морфологические признаки молочной железы влияют на выбор значений геометрических параметров применяемого доильного аппарата. К ним относятся габаритные размеры коллектора, а также его форма, значения геометрических размеров используемой сосковой резины и, следовательно, в целом применяемого доильного стакана, а также соответственно значение высоты всей эксплуатируемой подвесной части.
С исследуемыми характеристиками упругих свойств коровьих сосков молочной железы связано в основном обоснование их непосредственного взаимодействия с применяемым исполнительным механизмом используемой доильной машины. При извлечении молока у крупного рогатого скота вакуумным доильным
аппаратом соски молочной железы испытывают продольные, а также поперечные деформации, при этом они существенно изменяют значения геометрических параметров, а именно значение диаметра соска и значение длин соска [1-5].
Исследуемые коэффициенты трения в свою очередь также необходимы в основном для обоснования непосредственного взаимодействия применяемого исполнительного механизма используемого доильного аппарата с молочной железой крупного рогатого скота, так как сильно влияют на выбор установившихся режимов работы эксплуатируемой доильной техники.
Изучение литературных источников дало понять картину того, что морфологические признаки коровьих сосков молочной железы изучали и описывали в своих трудах многие ученые [6-11]. Следует отметить, что в основном исследования нашими учеными проводились в XX веке еще в СССР. В результате распада союзного государства селекционная работа, призванная подбирать коров, которые пригодны для машинного доения, должным образом на фермах не проводилась. Поэтому дойное стадо пытались комплектовать всеми имеющимися коровами, дающими молоко. По этой причине на сегодняшний день морфологические параметры коровьих сосков молочной железы необходимо
уточнить. К тому же упругие свойства коровьих сосков, что показало изучение литературы, довольно противоречивы и на наш взгляд изучены недостаточно полно.
В этой работе уточнены морфологические характеристики коровьих сосков вымени крупного рогатого скота, определены основные характеристики упругих свойств коровьих сосков молочной железы с их коэффициентами трения соответственно.
Методика исследования. С целью определения основных морфологических параметров коровьих сосков молочной железы, таких как значения расстояний между сосками вымени передних долей, соответственно значение расстояний между сосками вымени задних долей и, следовательно, значение расстояний между коровьими сосками вымени передних долей и коровьими сосками вымени задних долей, значение диаметра и значение длины коровьих сосков, для измерения применялись штангенциркуль и линейка.
Измерения значений диаметра соска и длины соска молочной железы животного были произведены штангенциркулем, измерения значений расстояний расположения коровьих сосков на вымени выполнены были слесарной линейкой согласно схеме, изображенной на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема расположения и измерения значений коровьих сосков
С целью определения основных характеристик упругих свойств коровьих сосков вымени, а именно коэффициента поперечной деформации, а также переменного модуля упругости коровьих сосков молочной железы, нами был разработан и изготовлен специальный прибор, изображенный на рисунке 2 [11]. Специальный прибор представляет собой стальной цилиндрический стержень 1 с быстро устанавливаемыми
на него последовательно грузами 2, которые выполнены металлическими дисками и имеют прорезь для надевания на стальной цилиндрический стержень.
Поведение тканей молочной железы животного от приложенной действующей нагрузки в процессе доения предположительно (в качестве гипотезы) можно принять за аналогию поведения эластомеров.
1 - стержень; 2 - груз; 3 - линейка масштабная; а - модель прибора; 6- прибор в действии Рисунок 2 - Определение коэффициентов деформации коровьих сосков вымени
Исследователь К.Ф. Черных [12], занимаясь изучением деформации эластичной трубки в виде кольца, получил математические зависимости действующих в применяемом материале эластичной трубки напряжений:
2 М • 'о
о~
Л-г Оз= 2\1к + д, 2/и-г
(1)
(2) (3)
где р - упругая постоянная, МПа, зависящая от модуля
Е
Юнга и коэффициента Пуассона, // = --;
2(1 + 171)
Е - модуль Юнга (упругости), МПа; т - коэффициент Пуассона (поперечной деформации); Л - кратность
удлинения, Л — —; д - произвольная функция дав-
к
ления; / - конечная длина коровьего соска, м; 10 - начальная длина коровьего соска, м; г0 - начальный ра-
диус коровьего соска, м; г - текущии радиус коровьего соска, м.
Следует принять следующие допущения: коровий сосок молочной железы представляет собой полый цилиндр. Тогда на боковые контуры коровьего соска молочной железы пусть будут действовать нормальные давления, представленные как и Ц2- Тогда на торцевую площадь коровьего соска будет действовать вакуумметрическое давление, представленное как рв. Схема напряжений представлена на рисунке 3.
Заметим, что в начальный момент времени, когда давление р8 = 0, кратность удлинения коровьего соска составит К = 1, то оз = 0. Тогда из выражения (1) имеем: 0 = 2/^1 +д —Следовательно, выражения для действующих других напряжений будут иметь вид:
2/и- ' - л
(У, =
а.
Л-г 2// • г
■ 2// = 2//
1
V
- 2/.1 = 2//
Л-г
г \
г—х
г
V о
/
Оз= 2\лК - 2у=2у(А - 1).
(4)
(5)
(6)
Рисунок 3 - Схема к расчету действующих напряжений в теле соска
Напряжения, которые действуют вдоль образующих стенок соска вымени, можно определить также следующим образом. Действующая сила, которая растягивает коровий сосок, составит:
Ръ=Л-г1-рв. (7)
Тогда площадь поперечного сечения, которая воспринимает эти силы, будет представлять собой подобие кольца толщиной Ь = гг - п. При этом величина этой площади, при условии принятия как некой полосы, имеющей ширину Ь и длину / = 2тт-Г2, составит:
Г = 2ЛГ2 • &2 - п). (8)
При этом действующее напряжение запишется
как
Л
лг; • Рс;
Г2 'Ре
^ 2ттг2 ■ ( г2 - г}) 2(Г2 - г}) Приравняв аз из выражений (5) и (8), имеем:
(9)
2 (г2-гх)
ИЗ (4) При ~
г '02
(10) -ч2
имеем:
= 2//
-Ч2 = 2/-1
'01
Л ■ г{
'02 КЛ-г2
-1
1
(11)
Выразим из (11) радиусы п и п
> Г2=-
02
(2// - )Л (2 //-д2)Я
Разделив последние выражения друг на друга, получим:
гх = {2/л -д2)Х-1/л- гт = (2 ¡л - д2)гт (12) г2 (2tl-ql)Л^2ц^ra2 (2 ¡л-д^2
г.
Из формулы (10) также выразим —, получим:
Ре
г2 4//(А-1)
(13)
Приравнивая выражения (12) и (13), получаем:
4//(Д -1) (2/у-^)-Г02
откуда выражая кратность удлинения А, получаем:
Ре-г^у-д,) (15)
Л = -
4// (2/л - д■ г02 - (2/л - д2) ■ гт
Заметим, что удлинение Я = —, откуда
/о
-> I = Л -10.
По полученному аналитическому выражению (15) можно определить удлинение коровьего соска вымени от действующей нагрузки на него при механизированном извлечении молока из вымени доильным аппаратом отсасывающего принципа действия. Зная численные значения переменных величин ц2, г01, г02, можно достаточно легко и быстро определить удлинение коровьего соска Я молочной железы при доении и также значение длины коровьего соска I вымени от действующего давления вакуумметрического рв.
Причем следует заметить, что переменный модуль упругости Е и значение коэффициента т, которые ВХОДЯТ В СОСТаВ упруГОЙ ПОСТОЯННОЙ |И, являются переменными величинами, напрямую зависящими от стадии выведения молока при доении. В производимых расчетах допустимо на каждом из этапов при доении использовать значения величин Яиш, непосредственно относящиеся к данному этапу, также можно использовать и усредненные их значения.
Методика определения исследуемых нами характеристик упругих свойств коровьих сосков [11], а именно коэффициента поперечной деформации, следовательно, и переменного модуля упругости коровьих сосков молочной железы следующая. Сперва в средней части коровьего соска вымени нестираемой краской наносили горизонтальные параллельные линии с использованием специального аппликатора. Потом клейкой лентой на матерчатой основе на коровий сосок вымени приматывали металлический цилиндрический стержень 1, после чего к коровьему соску постепенно и последовательно прикладывали нагрузку, устанавливая требуемое количество грузов 2 на стальной цилиндрический стержень 1. Затем проводили фотофиксацию опыта и делали это при каждом очередном нагружении. С целью определения масштаба при фотофиксации использовали метрическую линейку 3, которая располагалась непосредственно у коровьего соска в требуемой плоскости. При проведении экспери-
мента нагружение коровьего соска изменялось в интервале 0,135-0,675 кг. При снятии и определении показаний экспериментальных данных на фотоматериалах измеряли расстояния между горизонтальными параллельными линиями на сосках и соответственно диаметры сосков молочной железы после каждого очередного нагружения. Затем производили статистическую обработку полученных результатов.
Переменный модуль упругости Е можно определить, используя известную формулу
(16)
где СУ - нормальное напряжение, Н/м2; Ех - относительное удлинение соска.
Соответственно нормальное напряжение сг и
относительное удлинение Ех определяются из выражений:
Р
сг = -, (17)
Ь
*1 =
и-к
I
(18)
где Р - нагрузка, действующая на коровий сосок, Н; Р - площадь сечения элементарного участка, м2; 1Х и
/2 - соответственно длина элементарного участка до и
после нагружения, м.
Коэффициент поперечной деформации т коровьего соска определяли по формуле
т =
(19)
где Е2 - относительная поперечная деформация коровьего соска.
£2=---, (20)
б/1
где с1х и б/2 - соответственно диаметр участка коровьего соска до и после нагружения, м.
В ходе проведения эксперимента перед установкой специального прибора на коровьих сосках вымени в обязательном порядке стимулировали рефлекс молоко-отдачи, для чего осуществляли массаж молочной железы животного.
С целью определения коэффициентов трения исследуемой взаимодействующей пары «коровий сосок молочной железы - рабочая поверхность сосковой резины» применяемого доильного стакана нами был сконструирован и соответственно изготовлен специальный прибор, который представлен на рисунке 4. Изготовленный специальный прибор состоит из двух полуцилиндрических криволинейных пластин 1, которые связаны между собой посредством шарнира. На
пластинах смонтирован резьбовой зажим 2, в котором установлена работающая на сжатие цилиндрическая пружина 3. На внутренних поверхностях полуцилиндрических криволинейных пластин 1 установлены фрагменты рабочей поверхности сосковой резины 4 доильного стакана. Снизу у полуцилиндрических криволинейных пластин 1 смонтирован подвес 5, который служит для закрепления емкости 6 с водой. Установка резьбового зажима 2 необходима для перемещения на шарнире относительно друг друга полуцилиндрических криволинейных пластин 1. В результате их сближения
происходит сжатие установленной в зажиме цилиндрической пружины 3. Возникающее усилие от действия пружины сжатия будет направлено строго перпендикулярно по отношению к полуцилиндрическим криволинейным пластинам 1. В итоге по рабочей длине установленной пружины 3 можно определить довольно быстро и легко усилие прижатия полуцилиндрических криволинейных пластин 1 с рабочими поверхностями сосковой резины к поверхности коровьего соска молочной железы.
1 - криволинейные пластины; 2 - резьбовой зажим; 3 - пружина; 4 - сосковая резина; 5 - шарнирный подвес; 6 - емкость для воды; а - схема прибора; 6-прибор при взаимодействии с коровьим соском молочной железы
Рисунок 4 - Определение коэффициентов трения
Работающая на сжатие цилиндрическая пружина 3 предварительно была подвергнута тарировке. При этом прикладываемые усилия на нее изменялись в интервале 8,8-9,8 Н.
По окончании тарировки цилиндрической пружины была построена графическая зависимость усилия сжатия пружины от ее рабочей длины, представленная на рисунке 5.
17,4
17,2
17,0
16,8
16,6
р
16.4
У 16,2
16.0
15,8
15,6
15,4
15,2
8.6
9,0 9,2 9.4 9,6 9,!
10,0
Рисунок 5 - Графическая зависимость усилия Р сжатия пружины от ее рабочей длины /
Применялась следующая методика по определению исследуемых коэффициентов трения. Сначала устанавливали полуцилиндрические криволинейные пластины 1 на коровий сосок молочной железы и немного поджимали их до момента контакта с телом со-
ска коровы. Потом резьбовым зажимом 2 постепенно стягивали цилиндрическую пружину сжатия, которая в свою очередь поджимала полуцилиндрические криволинейные пластины 1 с рабочими поверхностями сосковой резины к коровьему соску вымени. От возни-
кающей силы трения специальный прибор удерживался на коровьем соске вымени. В это время производили штангенциркулем замер рабочей длины цилиндрической пружины 3 сжатия. Далее медленно и постепенно заливали воду в подвешенную к шарниру емкость до того момента, когда полуцилиндрические криволинейные пластины 1 начинали свое перемещение вниз по коровьему соску молочной железы. Затем, взвесив емкость 6 с наполненной в ней водой, определяли суммарную силу тяжести специального прибора, разработанного нами. Определяемая сила тяжести и будет являться силой трения, потому что полуцилиндрические криволинейные пластины 1 перемещаются исходя из условия равновесия приложенных сил на коровий сосок молочной железы.
Коэффициент трения f можно определить,
применив формулу
х С / = (2"
где С - сила тяжести, которая действует на специальный прибор, Н; N - усилие прижатия полуцилиндрических криволинейных пластин, Н.
Проводимый эксперимент предусматривал проведение двух этапов. Проводимые в первом этапе серии опытов были направлены на определение исследуемых нами коэффициентов трения между сухой трущейся парой, следовательно во втором - между мокрой, смоченной молоком, трущейся парой.
Результаты исследований и их обсуждение. По результатам проведенных исследований основных морфологических параметров коровьих сосков молочной железы были построены графические зависимости, которые представлены соответственно на рисунках 6 и 7.
Полученные результаты и анализы распределения значений диаметров коровьих сосков вымени и
значений длин коровьих сосков вымени показывают то, что абсолютное большинство порядка 80-90% исследуемых случаев составляет интервал со значениями 19-34 мм для диаметров и интервал со значениями 35-65 мм для длин соответственно. Проведенный анализ замеров значений коровьих сосков вымени показал их высокую неравномерность расположения на молочной железе: измеренные значения расстояний между сосками вымени передних долей в среднем лежат в интервале значений 9-18 см, а задних долей вымени соответственно - 5-11 см, измеренные значения расстояний между коровьими сосками вымени передних долей и задних долей вымени в среднем лежат в интервале 8-14 см.
С целью демонстрации различных теоретических положений на рисунке 8 приведены графические зависимости изменения длины коровьих сосков при доении по результатам разных исследователей [13].
Графическая зависимость 1 была построена на основании научных исследований, проведенных В.Ф. Королевым, кривая 2 - по опытным данным, которые были получены Н.И. Проничевым; зависимость 3 -по эмпирической формуле, которая была предложена И.Н. Красновым, а зависимость 4 - на основании формулы (15). Перечисленные зависимости построены для начальной длины соска вымени / = 65 мм. Как видно из графиков, их сходимость с зависимостью 4, построенной по формуле (15), достаточно высокая, что дает основание для использования результатов теоретических исследований при разработке доильной техники [14].
С целью определения основных характеристик упругих свойств коровьих сосков вымени, а именно коэффициента поперечной деформации, а также переменного модуля упругости коровьих сосков молочной железы, нами был разработан и изготовлен специальный прибор, изображенный на рисунке 2.
Рисунок 6 - Характер распределения диаметра коровьих сосков (а) и длины коровьих сосков (б)
8 10 12 14 16 18 20 22 24 Параметры А,В,С, см
Рисунок 7 - Характер распределения размеров меаду сосками вымени коровы
40 45 50
Р„, кРа
1 - по В.Ф. Королеву; 2 - по Н.И. Проничеву; 3 - по И.Н. Краснову; 4 - по формуле (15) Рисунок 8 - Изменение длины коровьего соска вымени при машинном доении от величины вакуума
По результатам проведенных исследований основных характеристик упругих свойств коровьих сосков вымени построены графические зависимости как самого коэффициента поперечной деформации, так и пе-
ременного модуля упругости коровьих сосков молочной железы от действующего нагружения коровьего соска, которые представляются рисунком 9.
Рисунок 9 - Графические зависимости исследуемых коэффициента поперечной деформации коровьих сосков вымени и переменного модуля упругости коровьих сосков от действующей на них нагрузки
На основании полученных результатов в ходе проведения исследований нами было установлено, что удлинения коровьих сосков молочной железы зависят нелинейно от значений действующего напряжения, при этом значения переменного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации представлены довольно широким диапазоном.
Определено, что для коровьих сосков молочной железы с первоначальным диаметром, равным 25 мм, и соответственно длиной, равной 60 мм, значение переменного модуля упругости составляет интервал от 18,5х10-3 Мпа до 51,0x10 3 МПа, при этом коэффициент поперечной деформации составляет интервал от 0,17 до 0,50 численных значений.
По результатам проведенных исследований по определению коэффициентов трения между взаимодействующей парой «коровий сосок молочной железы
- рабочая поверхность сосковой резины применяемого доильного стакана» была построена графическая зависимость исследуемого коэффициента трения от приложенного усилия прижатия полуцилиндрических криволинейных пластин (рисунок 10).
Полученные результаты и анализ показали, что коэффициенты трения исследуемой нами взаимодействующей пары «коровий сосок молочной железы -сосковая резина доильного стакана» практически не зависят от приложенного усилия прижатия рабочей поверхности сосковой резины доильного стакана к телу коровьего соска вымени, в допустимых биологических границах, при этом для сухих рабочих поверхностей коэффициент трения составляет от 0,19 до 0,23 численных единиц, а для мокрых соответственно от 0,21 до 0,24 численных единиц.
0,230 0,225 0,220 0,215 0,210 0,205 0,200 0.195
"ъсухой сосок ^мокрый сосок
Рисунок 10 - Графическая зависимость коэффициента трения от усилия прижатия криволинейных пластин
Выводы, Распределение значений диаметров и значений длин коровьих сосков показало, что их численные размеры изменяются довольно в широких диапазонах: от 19 мм до 34 мм соответственно для диаметров и от 35 мм до 65 мм - для длин. Разница между наименьшим диаметром сосков и наибольшим и также между наименьшей длиной сосков и наибольшей составляет около двух раз. Анализ замеров значений коровьих сосков вымени показал их высокую неравномерность расположения на молочной железе.
В ходе проведения исследований нами было установлено, что удлинения коровьих сосков молочной железы зависят нелинейно от значений действующего напряжения, при этом значения переменного модуля упругости и коэффициента поперечной деформации представлены довольно широким диапазоном чисел.
Коэффициенты трения исследуемой нами взаимодействующей пары «коровий сосок молочной железы - сосковая резина доильного стакана» практически не зависят от приложенного усилия прижатия рабочей поверхности сосковой резины доильного стакана к телу коровьего соска вымени в допустимых биологических границах.
Литература
1. Ульянов, В.М. Выведение молока из вымени коровы вакуумным доильным аппаратом / В.Ф. Некрашевич, В.М. Ульянов II Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2008. -№ 6. - С. 17-19.
2. Теоретические исследования по определению давления стенок сосковой резины на сосок вымени коровы / В.А. Ульянов, В.А. Хрипин, Н.В. Цыганов, В.А. Даденко, А.А. Хрипин II Вестник Рязанского государственного агротех-нологического университета имени П.А. Костычева. - 2018. -№2.-С. 121-126.
3. Влияние параметров доильного аппарата на на-ползание при машинном доении / В.А. Хрипин, В.А. Ульянов, А. В. Набатчиков, А.А. Хрипин II Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - 2017. - № 1. - С. 85-89.
4. Galik, R. Monitoring the inner surface of teat cup liners made from different materials I R. Galik, S. Bod'o, L. Staronova II Res. Agr. Eng. - 2015. - Vol. 61 (Special issue). -P. 74-78.
5. Milk flow, teat morphology and subclinical mastitis prevalence in Gir cows / M.A. de F. Porcionato et al. II Pesq. agropec. bras. - Brasilia, -dez. 2010. -V. 45, N 12. - P. 1507-1512.
6. Гарькавый, Ф.Л. Селекция коров и машинное доение/Ф.Л. Гарькавый. - М.: Колос, 1974.
7. Тесная связь формы и функциональности. Морфология сосков и вымени высокоудойных коров / К. Граф,
Ш. Гандель, Г. Свальве, У. Бергфельд II Новое сельское хозяйство. - 2007. - № 1. - С. 84-86.
8. Жестоканов, О.П. Определение пригодности коров и приучение нетелей к машинному доению / О.П. Жестоканов. - Боровск: ВНИИФБПСХ, 1982.
9. Королев, В.Ф. Доильные машины / В.Ф. Королев. -М.: Машиностроение, 1969.
10. Кумарина, А.З. Вымя, молоко, машинное доение / А.З. Кумарина. - Алма-Ата: Кайнар, 1969.
11. Ульянов, В.М. Характеристики упругих свойств сосков вымени коровы / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин II Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава Рязанской ГСХА. - Рязань: ФГОУ ВПО РГСХА, 2006. -С. 443-445.
12. Черных, К.Ф. Нелинейная теория упругости в машиностроительных расчетах / К.Ф. Черных. - Л.: Машиностроение, 1986.-336 с.
13. Королев, В.Ф. Доильные машины / В.Ф. Королев. - М.: Машиностроение, 1969. - 279 с.
14. Krasnov, I.N. The roles of milking motives in cows' milk discharging / Ivan N. Krasnov, Aleksandra Yu. Krasnova, Valentina V. Miroshnikova II EurAsian Journal of Biosciences Eurasia J Biosci. - 2018. - № 12. - P. 83-87.
References
1. Nekrashevich V.F., Ul'yanov V.M. Vyvedenie moloka iz vymeni korovy vakuumnym doil'nym apparatom [The excretion of milk from the cow udder milking by machine vacuum], Mekha-nizaciya i elektrifikaciya seiskogo hozyajstva, 2008, No 6, pp. 17-19. (In Russian)
2. Ul'yanov V.A., Hripin V.A., Cyganov N.V., Daden-ko V.A., Hripin A.A. Teoreticheskie issledovaniya po opredele-niyu davleniya stenok soskovoj reziny na sosok vymeni korovy [Theoretical reserches to determine the pressure of the walls of the nipple rubber on the teat of the cow udder], Vestnik Rya-zanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universite-taimeniP.A. Kostycheva, 2018, No 2, pp. 121-126. (In Russian)
3. Hripin V.A., Ul'yanov V.M., Nabatchikov A.V., Hripin A.A. Vliyanie parametrov doil'nogo apparata na napolzanie pri mashinnom doenii [Influence of milking machine parameters on crawling during machine milking], Vestnik Ryazanskogo go-
sudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva, 2017, No J, pp. 85-89. (In Russian)
4. Galik R., Bod'o S., Staronova L. Monitoring the inner surface of teat cup liners made from different materials, Res. Agr. Eng., 2015, Vol. 61 [Special issue], pp. 74-78.
5. Porcionato M.A. de F. et al. Milk flow, teat morphology and subclinical mastitis prevalence in gir cows, Pesq. agropec. bras., Brasilia, dez. 2010, V. 45, No 12, pp. 1507-1512.
6. Gar'kavyj F.L. Selekciya korov i mashinnoe doenie [Breeding cows and milking machine], M., Kolos, 1974. (In Russian)
7. Graf K., Gandel' Sh., Sval've G., Bergfel'd U. Tesnaya svyaz' formy i funkcional'nosti. Morfologiya soskov i vymeni vyso-koudojnyh korov [Close connection between form and functionality. The morphology of teats and udder heavy milking cows], Novoe sel'skoe hozyajstvo, 2007, No 1, pp. 84-86. (In Russian)
8. Zhestokanov O.P. Opredelenie prigodnosti korov i pri-uchenie netelej k mashinnomu doeniyu [Determination of suitability of cows and training of heifers to machine milking], Borovsk, VNIIFBPSKH, 1982. (In Russian)
9. Korolev V.F. Doil'nye mashiny [Milking machines], M., Mashinostroenie, 1969. (In Russian)
10. Kumarina A.Z. Vymya, moloko, mashinnoe doenie [Udder, milk, machine milking], Alma-Ata, Kajnar, 1969. (In Russian)
11. Ul'yanov V.M., Hripin V.A. Harakteristiki uprugih svojstv soskov vymeni korovy [Characteristics of elastic properties of the nipples on the udder of the cow]: sbornik nauchnyh trudov professorsko-prepodavatel'skogo sostava Ryazanskoj GSKHA, Ryazan', FGOU VPO RGSKHA, 2006, pp. 443-445.
(In Russian)
12. Chernyh K.F. Nelinejnaya teoriya uprugosti v mashi-nostroitel'nyh raschetah [Nonlinear theory of elasticity in engineering calculations], L., Mashinostroenie, 1986, 336 p. (In Russian)
13. Korolev V.F. Doil'nye mashiny [Milking machines], M., Mashinostroenie, 1969, 279 p. (In Russian)
14. Krasnov I.N., Krasnova A.Yu., Miroshnikova V.V. The roles of milking motives in cows' milk discharging, EurAsian Journal of Biosciences Eurasia J. Biosci, 2018, No 12, pp. 83-87.
Сведения об авторах
Ульянов Вячеслав Михайлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (Российская Федерация). Тел.: +7-910-563-29-01. E-mail: ulyanov-v@list.ru.
Хрипин Владимир Александрович - кандидат технических наук, соискатель кафедры «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (Российская Федерация). Тел.: +7-910-506-25-50. E-mail: khripin@mail.ru.
Хрипин Александр Александрович - аспирант кафедры «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (Российская Федерация). Тел.: +7-915-621-55-19. E-mail: khripin62@yandex.ru.
Бубнов Николай Владимирович - аспирант кафедры «Технические системы в АПК», ФГБОУ ВО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева» (Российская Федерация). Тел.: +7-920-958-54-61. E-mail: MCX_RGATU@yandex.ru.
Information about the authors Ulyanov Vyacheslav Mihaylovich - Doctor of Technical Sciences, professor, head of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Russian Federation). Phone: +7-910-563-29-01. E-mail: ulyanov-v@list.ru.
Khripin Vladimir Aleksandrovich - Candidate of Technical Sciences, the competitor of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Russian Federation). Phone: +7-910-506-25-50. E-mail: khripin@mail.ru.
Khripin Alexander Aleksandrovich - postgraduate student of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Russian Federation). Phone: +7-915-621-55-19. E-mail: khripin62@yandex.ru.
Bubnov Nikolay Vladimirovich - postgraduate student of the Technical systems in the agricultural sector department, FSBEI HE «Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev» (Russian Federation). Phone: +7-920-958-54-61. E-mail: MCX_RGATU@yandex.ru.
УДК 636.004.18
К ОБОСНОВАНИЮ ПАРАМЕТРОВ АВТОПОИЛОК ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПТИЦЫ © 2018 г. АЛ Поцелуев, А.К. Пороткова, Н.В. Воловикова
В статье раскрываются факторы, влияющие на продуктивность птицы за счет качественного ее автопоения. Особое значение уделяется обоснованию конструктивных параметров средств автопоения. Раскрывается структура базовых параметров средств автопоения и режимных показателей, влияющих на комфортные условия обслуживания птицы (применительно к индейкам и курам-несушкам). В качестве режимных показателей рассматриваются интенсивность поступления птицы к поилке на обслуживание, длительность ее обслуживания автопоилкой. Указывается значимость этих показателей при обосновании диаметра поильной чаши, количества поильных мест, фронта поения и длины распределительного, рабочего участка водопровода (индивидуальные поилки). По результатам приведенных экспертных исследований временных показателей обслуживания птицы указывается, что их значения распределяются по определенным законам (экспоненциальному и нормальному). На основании этих данных рекомендуется рассматривать процесс автопоения как функционирование многоканальной системы массового обслуживания с использованием математического аппарата для данных систем. Отдельным блоком в статье рассматривается процесс взаимосвязи индеек и кур-несушек с автопоилкой. При этом отмечается, что комфортность отбора воды птицей зависит от отдельных физиологических параметров птицы (размер головы и шеи; высотные размеры экстерьера птицы) и траектории перемещения головы птицы. Рассматривается предположение, что процесс отбора воды из поильной чаши птицей можно представить в виде рабочего процесса механической системы с геометрическими связями и определенным числом степеней свободы. Приведены данные экспертных, экспериментальных исследований по базовым размерным параметрам птицы и результаты исследований траектории перемещения головы птицы относительно поильной чаши поилки. По результатам экспериментальных данных дан сопоставимый анализ и приведены общие выводы.
Ключевые слова: процесс автопоения, автопоилка, обслуживание, система массового обслуживания, законы распределения, параметры, индейка, курица-несушка, поильная чаша, механическая система, траектория.
The article reveals the factors affecting the productivity of poultry thanks to their automatic drinking of high quality. Particular importance is given to substantiating the design parameters for the means of automatic drinking. There has been revealed the structure of the basic parameters for the means of automatic drinking and regime indicators affecting the comfortable conditions of servicing poultry (as applied to turkeys and laying hens). There has been considered the intensity of the poultry supply to the drinking system for service and the duration of their supply with the means of automatic drinking as the regime indicators. There has been indicated to the importance of these factors to substantiate the diameter of a drinking bowl, the number of drinking bowls, the watering front and the length of the distributing, working section of the water supply line (individual drinking bowls). In accordance with the results of the above expert studies on the timing data of servicing poultry there has been indicated that their values are distributed according to certain laws (exponential and normal). On the basis of these data, it should be recommended to consider the process of automatic drinking as the functioning of a multichannel system using a mathematical apparatus for these systems. A separate part of the article deals with the process of interrelationship of turkeys and laying hens with the automatic drinking system. It is also noted that the comfort of taking water by the poultry depends on the individual physiological parameters of the poultry (their head and neck sizes; heightof the poultry exterior) and the trajectory of the poultry head trajectory. There has been considered an assumption that the process of water intake from a drinking bowl by poultry can be represented as a working process of a mechanical system with geometric constraints and a certain number of degrees of freedom. There have been provided the data of expert, experimental studies on the basic head and neck sizes of the poultry and the results of studies on the poultry head trajectory, relative to the drinking bowl of the drinking system. According to the results of experimental data there has been presented a comparable analysis and general conclusions.
Keywords: process of automatic drinking, automatic drinking system, service, mass serving system, distribution laws, options, turkey, laying hen, drinking bowl, mechanical system, trajectory.
Введение. Качество выполнения технологических процессов обслуживания сельскохозяйственной птицы, в частности индюков и кур, непосредственно сказывается на их развитии и продуктивности [1-4]. Одним из важных технологических процессов обслуживания птицы является процесс автопоения, в котором предъявляются специфические требования к качеству используемой воды (температура питьевой воды; химико-биологический состав; загрязненность), свободе и постоянству доступа к ней; к быстрой адаптации птицы к средствам автопоения (автопоилкам) и
исключению случаев травматизма птицы при заборе воды из средств автопоения. При разработке и внедрении средств автопоения птицы особое внимание необходимо обращать на соответствие их размерных параметров таким биологическим факторам, как потребность и интенсивность отбора воды птицей, а также физиологическим параметрам и строению тела птицы.
Результаты исследований и их обсуждение. Как показывает анализ конструктивных решений средств автопоения птицы, используемых на птице-
