CC BY
103
6. Пинегин, С.В. Контактная прочность и сопротивление качению / С.В. Пинегин. - М.: Машиностроение, 1969. - 376 с.
7. Stribeck, R. Kuqellager for Beliebige Belastungen. Z. V. D.Y. 1901. Bd. 45.
8. Phillips, A.C. Experimental investigations on the safe limit of static pressure between spherical and plane sur-
faces / A.C. Phillips, A.T.C. Pollard // Engineering. - 1937. - № 3711,
9. Palmgpen, A. Gpundlagen der Wolzlager Technik / А. Palmgpen. - Stockholm, 1954.
10. Пинегин, С.В. Контактная прочность в машинах / С.В. Пинегин. - М.: Машиностроение, 1965. - 186 с.
УДК 637.116.4.:636 МЛ. Гордиевских
ИССЛЕДОВАНИЕ «ГИБКОЙ» ТЕХНОЛОГИИ ДОЕНИЯ КОРОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ
В статье изложен материал по обоснованию применения «гибкой» технологии доения коров и описаны технические средства, позволяющие реализовать ее требования. Предложен целый ряд устройств, содержащих двухканальную систему сигнализации (звуковую и световую) и блок защиты молочной железы от воздействия высокого вакуума, способных осуществить «гибкий» режим выполнения технологических операций, исходя из индивидуальных и физиологических потребностей животных.
Рассмотрена технология процесса доения коров с устройствами контроля и представлены результаты испытаний различных вариантов защиты молочной железы, применяемых в их конструкции.
Одна из главных особенностей молочного животноводства состоит в том, что в нем важнейшим средством производства является животное, характеризуемое неповторимыми морфологическими, физиологическими и индивидуальными признаками. При содержании и обслуживании коров учет особенностей каждой особи в отдельности является необходимым условием сохранения ее высокой продуктивности. Однако существующий до сих пор стандартный подход в реализации технологических операций не соответствует этому требованию, что вызывает резкое снижение продуктивности коров и способствует их болезням. Сроки использования скота в производстве составляют менее 3...4 лет, вместо 8...12 по биологическим нормам. В наибольшей степени проблема проявляется при доении коров, где происходит самый динамичный прямой контакт системы «человек - машина - животное - среда», при котором расходуется до 40.70% всех затрат труда, совершаемых на молочной ферме.
Исследованиями [1] установлено, что для решения этого вопроса на стадии «Машинное доение коров» необходимо соблюдать целый пакет дополнительных технологических требований, который включает следующие положения:
1. Процесс вызова полноценного рефлекса молокоотдачи в период подготовки коров к доению должен быть «гибким» и по длительности массажа вымени исходить из текущих индивидуальных и физиологических потребностей животных.
2. Вывод молока доильным аппаратом должен быть начат в момент его активного припуска, а для той части коров в стаде, которые заранее готовы к молоковыведению, как можно ближе к этому периоду времени.
3. При торможении рефлекса молокоотдачи адекватно должны изменяться режимы работы системы доения, предотвращая неблагоприятные последствия от воздействия высокого вакуума как при низкой интенсивности потока молока, так и при «сухом» доении коров.
4. О ходе процесса выведения молока должна выдаваться текущая информация, доступная для восприятия персоналом на любой точке доильной площадки и позволяющая принимать решения о необходимых действиях в случае его срыва.
5. В конце молоковыведения необходим индивидуальный подход при выполнении массажа вымени (исходя из потребностей коров), направленный на поддержание рефлекса молокоотдачи.
6. В период выполнения заключительных операций должны учитываться особенности физиологии молокоотдачи каждого животного, в том числе и по отдельным четвертям вымени.
7. При занятости оператора обслуживанием других доильных аппаратов в системе доения должен действовать длительный, безопасный и не тормозящий рефлекс молокоотдачи режим защиты молочной железы от воздействия высокого вакуума, даже при «сухом» доении коров.
Реализация всего пакета предложений позволяет усовершенствовать технологию доения, прежде всего в части оперативного учета при выполнении операций текущих индивидуальных и физиологических потребностей животных. При этом значительно возрастает удой коров, а стандартный процесс доения превращается в «гибкий».
Для реализации программы проведена разработка специальных технических средств, позволяющих управлять процессом доения и корректировать действия оператора, исходя из потребностей животных. Установлено, что регулировка разрежения - наиболее подходящий элемент, позволяющий осуществить защиту молочной железы автоматическим способом. На базе устройств контроля доения создана конструкция, способная реализовать эти требования при массовом поточном обслуживании коров в стаде [24]. Разработка снабжена двухканальной системой сигнализации (звуковой и световой) и блоком защиты молочной железы от воздействия высокого вакуума. Звуковая сигнализация оперативно корректирует исполнение ручных операций и позволяет человеку при их выполнении сосредоточить все свое внимание только на объекте работы - вымени животного. Световой сигнал доступен для восприятия на любой точке доильной площадки и позволяет персоналу предпринимать своевременные меры в случаях нарушений в процессе выведения молока. Блок защиты автоматически предотвращает возможные отрицательные последствия от воздействия вакуума при низкой интенсивности выведения молока и «сухом» доении коров. Алгоритм работы блока автоматики устройства представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Алгоритм работы блока автоматики устройства контроля доения коров
Экспериментами установлено, что система доения коров с таким техническим оснащением способна выполнять следующие технологические функции:
- исходя из текущих индивидуальных и физиологических потребностей животных, предписывать оператору необходимую длительность преддоильного массажа вымени;
- определять момент начала активного припуска молока и автоматически включать нормальный режим доения коров;
- обеспечивать персонал оперативной текущей информацией о ходе выведения молока, с обзором сигнала по всей зоне доильной площадки;
- при кратковременных сбоях в процессе выведения молока автоматически создавать в доильном аппарате адекватный режим защиты молочной железы и выполнять обратный переход на нормальный процесс доения;
- определять момент окончания процесса выведения молока и выдавать оперативный сигнал о необходимой длительности выполнения заключительного массажа вымени;
- обеспечивать оператора текущей информацией о качестве проведения машинного додоя, в том числе и о характере вывода молока по отдельным четвертям вымени;
- в течение длительного промежутка времени обеспечивать автоматическую защиту молочной железы при «сухом» доении и автоматически выполнить обратный переход на нормальный режим в случае возобновления процесса молокоотдачи.
Автоматическая защита молочной железы является наиболее важным функциональным процессом в устройстве контроля, который может осуществляться различными способами. Цель настоящей работы связана с изысканием такого варианта, при котором обеспечиваются лучшие показатели процесса доения коров в стаде.
На рисунке 2 представлена схема работы устройства контроля доения коров с регулировкой разрежения в подсосковом пространстве доильных стаканов (УКРР). При надевании доильных стаканов 12 на соски вымени и низкой интенсивности выведения молока (менее 200 г/мин) электронный блок 1 посредством электромагнитного клапана 4 открывает канал 10, связывающий подсосковое пространство доильных стаканов с атмосферой. Более низкое разрежение в подсосковом пространстве предотвращает раскрытие сфинктера соска и защищает молочную железу от поражения высоким вакуумом.
Рис. 2. Схема работы доильного аппарата с устройством контроля и регулирования разрежения в подсосковом пространстве:
1 - электронный блок; 2 - система звуковой сигнализации; 3 - система световой сигнализации; 4 - электромагнитный клапан; 5 - дроссель-регулятор разрежения; 6 - пульсатор доильного аппарата; 7 - вакуумпровод доильной установки; 8 - молокопровод доильной установки; 9 - датчик наличия молока; 10 - канал регулировки разрежения в подсосковом пространстве доильных стаканов; 11 - коллектор; 12 - доильный стакан
Этот режим в период защиты молочной железы не вызывает беспокойства у коров и обеспечивает нормальные условия проведения массажа вымени. Характерное изменение в режиме работы звуковой сигнализации (соотношение интервалов звука и пауз между ними) создает эффект постепенного нарастания потока молока. Ориентируясь на них, оператор учитывает текущие физиологические потребностей животных в длительности возбуждения рефлекса молокоотдачи. Массаж вымени продолжается до тех пор, пока интенсивность потока не достигнет 600 г/мин, и звук не прекратится.
Далее электромагнитный кран 4 перекрывает канал связи дросселя 5 с атмосферой, и восстанавливается обычный процесс доения коров. Включается система световой сигнализации 3, которая хорошо просматривается персоналом со всей рабочей площади коровника. В конце доения, когда интенсивность потока резко снижается, выключается световая сигнализация, появляется периодический звуковой сигнал. А если оператор занят, то срабатывает автоматическая защита молочной железы, при которой в подсоско-вом пространстве разрежение будет ниже, чем при обычном доении. В этом состоянии доильные стаканы удерживаются на сосках вымени до момента машинного додоя коров. Заключительный массаж и додой животных также корректируется системой звуковой сигнализации. Ориентируясь на звук, оператор так размещает доильные стаканы в пространстве под выменем, чтобы импульсы звука были реже. Тогда поток молока из каждой его четверти будет больше, и додой завершится за короткий промежуток времени. При отсутствии молока или интенсивности его выведения менее 200 г/мин вновь автоматически включается защита молочной железы, выключается световая сигнализация, а тон звука становится непрерывным.
Экспериментально определены рациональные режимы защиты молочной железы от воздействия высокого вакуума. Разрежение в подсосковом пространстве в 38.39 кПа обеспечивает самые высокие удои коров в стаде.
К недостаткам процесса доения с использованием УКРР можно отнести показатель расхода вакуума в период создания режима защиты молочной железы при сухом доении коров. На установке УДС-3, при двух работающих станках (четыре аппарата), он возрастает на 30.35%, а при четырех - достигает 90.100%. Кроме того высоки и средние затраты времени на массаж вымени для возбуждения рефлекса молоко-отдачи, которые составляют 36,9 с/гол., что в 2,1 раза выше, чем при стандартной технологии. Это ограничивает область применения конструкции.
На рисунке 3 представлена схема работы устройства контроля доения коров с регулировкой разрежения в межстенных камерах доильных стаканов (УКРМ). В этой конструкции электромагнитный кран регулировки разрежения 4 открывает канал 10, связывающий межстенные камеры доильных стаканов 12 с атмосферой, в которых разрежение будет ниже, чем в подсосковом пространстве. В системе доения создается «полусжатый» режим работы сосковой резины, которая, обжимая кончик соска в такте «сосание», предотвращает раскрытие сфинктера и препятствует созданию разрежения в его каналах и вымени животного. Далее весь процесс доения коров осуществляется так же, как и в предыдущей конструкции.
При испытаниях УКРМ определен рациональный режим защиты молочной железы от воздействия высокого вакуума. Межстенная разность разрежения в 8.10 кПа обеспечивает самые высокие удои коров в стаде. Потери вакуума при эксплуатации УКРМ на доильной установке УДС-3 снизились в 4.6 раз и перестали влиять на стабильность ее работы.
Произошло некоторое уменьшение затрат труда на выполнение ручного массажа вымени при возбуждении рефлекса молокоотдачи, которые снизились до 24 с/гол., что выше, чем при стандартном процессе в 1,4 раза. Поэтому в конструкцию электронного блока внесли изменение, снабдив его генератором микроколебаний сосковой резины.
В усовершенствованном устройстве в режиме защиты молочной железы в межстенные камеры доильных стаканов автоматически подается не постоянное, а пульсирующее разрежение. При этом блок автоматики выдает на электромагнитный кран стимулятора 4 фиксированные по частоте в интервале от 3 до 25 Гц (скважность 0,5) импульсы электрического тока (рис. 3). Клапан, периодически открывая и закрывая дроссельный канал 10 вакуумного регулятора 5, создает колебания разрежения в межстенных камерах доильных стаканов. Возникающие от этого микроколебания сосковой резины воздействуют на ткани соска и способствуют вызову рефлекса молокоотдачи. Разность разрежения между межстенным и подсосковым пространством в 8.9 кПа обеспечивает режим защиты вымени животного от воздействия высокого вакуу-
ма. При возбуждении рефлекса молокоотдачи в начале доения коров ручной массаж вымени (корректируемый звуковым сигналом) проводится совместно с автоматическим. В другие периоды, если оператор занят, только микроколебания сосковой резины поддерживают рефлекс молокоотдачи, автоматически выполняя эту важную технологическую функцию. Таким образом, устройство контроля и стимулирования молокоотдачи (УКСМ), исходя из текущих индивидуальных и физиологических потребностей животных, более адекватно воздействует на молочную железу животного в течение всего процесса доения.
4
Рис. 3. Схема работы доильного аппарата с устройствами контроля, обеспечивающими изменения разрежения в межстенных камерах доильных стаканов:
1 - электронный блок; 2 - система звуковой сигнализации; 3 - система световой сигнализации; 4 - электромагнитный клапан регулировки разрежения или микроколебаний сосковой резины; 5 - дроссель-регулятор разрежения или генератор микроколебаний сосковой резины; 6 - пульсатор доильного аппарата; 7 - вакуумпровод доильной установки; 8 - молокопровод доильной установки; 9 - датчик наличия молока; 10 - канал регулировки разрежения в межстенном пространстве доильных стаканов или системы создания микроколебаний сосковой резины; 11 - коллектор; 12 - доильный стакан
Экспериментально получен рациональный режим работы устройства по частоте микроколебаний сосковой резины. Импульсы частотой в 7.8 Гц обеспечивают самые высокие удои коров в стаде. Затраты труда на возбуждение рефлекса молокоотдачи при этом снижаются до 19,6 с/гол. и практически соответствуют стандартным параметрам подготовки коров к доению.
Все три описанные конструкции устройств контроля доения коров работают как приставки к доильным аппаратам с пневматическим пульсатором. Однако пневматические системы чрезмерно чувствительны к колебаниям вакуума в доильной установке, а сбои в стабильности ее работы могут снизить удои коров на 5.12%. Для предотвращения этих потерь устройство контроля доения коров снабдили электропульсатором (рис. 4). Дополнительный генератор электронного блока постоянно вырабатывает импульсы электрического тока, управляющего электромагнитным клапаном 6, который с помощью совмещенного дроссельного регулятора 5 и канала 10 создает периодическую смену атмосферного давления и разрежения в межстенных камерах доильных стаканов 12. Частота и скважность следования импульсов в опытах соответствовали параметрам доильного аппарата АДУ-1. Стабильность длительности циклов и соотношение тактов в них, при любых колебаниях вакуума в системе доильной установки, составили ± 0,05.0,1%.
4
Рис. 4. Схема работы доильного аппарата с устройством контроля и стимулирования молокоотдачи с электропульсатором:
1 - электронный блок; 2 - система звуковой сигнализации; 3 - система световой сигнализации; 4 - электромагнитный клапан генератора микроколебаний сосковой резины; 5 - совмещенный дроссель пульсатора аппарата и генератора микроколебаний сосковой резины; 6 - электромагнитный клапан пульсатора; 7 - вакуумпровод; 8 - молокопровод доильной установки; 9 - датчик наличия молока; 10 - совмещенный канал пульсатора доильного аппарата и системы создания микроколебаний сосковой резины; 11 - коллектор; 12 - доильный стакан
Процесс доения коров в «гибком» режиме выполнения технологических операций проводился так же, как в УКСМ. При отсутствии молока или малой интенсивности его выведения блок автоматики выдавал импульсы электрического тока с частотой 8 Гц на электромагнитный кран стимулятора 4. Клапан крана открывал канал 10 совмещенного вакуумного регулятора 5 и обеспечивал колебания вакуума в межстен-ной камерах доильных стакана 12 и т.д.
В таблице представлены обобщенные показатели доения коров, полученные в результате производственных проверок каждой из разработок в отдельности в сравнении со стандартным процессом, выполняемым с помощью доильного аппарата АДУ-1. Каждый опыт включает выборку результаты эксперимента не менее, чем из 600.700 короводоек [5-7].
Обобщенные показатели процесса доения коров
Технология и техническое средство доения коров Относительное изменение показателей доения коров
Удой, % Жирность молока, % Продолжительность доения, % Средняя продолжительность преддоильного массажа вымени, с
Стандартная, АДУ 100,0 100,0 100,0 15.17
«Гибкая», УКРР + АДУ 106,3.113,0 105,1 80,3 36,9
«Гибкая», УКРМ + АДУ 105,1.112,0 105,1 85,6.84,0 22.26
«Гибкая», УКСМ + АДУ 108,1.113,5 105,6 75,1 19,6
«Гибкая», УКСМ с ЭП 111.115,8 105,6 77,0.75,0 16.19
Анализ результатов эксперимента показал, что применение «гибкой» технологии доения с устройством контроля доения коров существенно увеличило удои животных (в среднем на 11.13%) и жирность молока (+ 0,17.0,25%), а также уменьшило продолжительность их доения (почти на 20.25%). Объясняется это тем, что процесс происходит в оптимальные для молокоотдачи сроки и в соответствии с индивидуальными и физиологическими потребностями организма коров. Доение не вызывает стрессов (нет задержек в выведении молока) и создает каждой особи условия для реализации ее максимальной продуктивности.
Рассмотренные в эксперименте способы защиты молочной железы не отличаются друг от друга большой разницей по влиянию на удои коров (различие всего 1,5.2,0%). Однако этот фактор определя-
ет продолжительность ручного массажа вымени при возбуждении рефлекса молокоотдачи, так как способы защиты, связанные с понижением разрежения в подсосковом пространстве и межстенных камерах доильных стаканов, отчасти блокируют сфинктер соска и препятствуют выводу молока в начале доения коров. Для преодоления этого дополнительного сопротивления необходим более длительный массаж вымени, превышающий стандартный процесс в 1,4...2,1 раза. Аналогичная зависимость проявляется и в конце доения коров. Система микроколебаний сосковой резины (в УКСМ и УКСМ с ЭП) решает эту проблему и совместно с ручным массажом обеспечивает быстрое возбуждение и поддержание рефлекса молокоотдачи.
Выводы
Сравнительная оценка технологических возможностей различных технических средств контроля доения коров, при реализации «гибкой» технологии, выявила преимущества УКСМ и УКСМ с ЭП. При низких затратах времени на ручной массаж вымени в пределах 16.19 с удои коров с их применением соответственно выросли на 13,5 и 15,8%. Причем УКСМ можно использовать при модернизации любой системы доения коров как приставку к доильному аппарату без изменения его конструкции. А УКСМ с ЭП применять как основной функциональный блок доильного агрегата, работающего без пневмопульсатора.
Результаты исследований подтверждены приемочными испытаниями УКСМ и УКСМ с ЭП на машинно-испытательной станции (МИС).
Литература
1. Карташов, Л.П. Исследование технологии машинного доения коров с прибором контроля и регулирования процесса выведения молока / Л.П. Карташов, М.Л. Гордиевских, Н.Г. Анисимов // Актуальные вопросы механизации животноводческих ферм. - Алма-Ата: ВО ВАСХНИЛ, 1987. - С. 9-19.
2. А.с. 1407461 СССР Устройство контроля и регулирования процесса выведения молока / М.Л. Гордиевских [и др.]. - № 4095723/30-15; Заявл. 22.07.86; Опубл. 07.07.88. - Бюл. № 25.
3. А.с. 1628992 СССР Устройство контроля и регулирования процесса выведения молока / М.Л. Горди-
евских [и др.]. - № 4606147/15; Заявл. 21.11.88; Опуб. 23.02.91. - Бюл. №7.
4. А.с. 1653661 СССР Устройство контроля и регулирования процесса выведения молока / М.Л. Горди-
евских [и др.]. - №4688009/15; Заявл. 05.06.89; Опуб. 07.06.91. - Бюл. №21.
5. Гордиевских, М.Л. Обоснование конструктивных и технологических параметров устройства контроля и регулирования процесса выведения молока / М.Л. Гордиевских // Вестн. Челяб. гос. агроинженер. ун-та. - 2000. - Т. 33. - С. 66-71.
6. Гордиевских, М.Л. Обоснование конструкции и режимов работы устройства контроля и стимулирования молокоотдачи / М.Л. Гордиевских // Вестн. Челяб. гос. агроинженер. ун-та. - 2001. - Т. 34. - С. 66-71.
7. Гордиевских, М.Л. Результаты производственной проверки устройства контроля и стимулирования молокоотдачи / М.Л. Гордиевских // Вестн. Челяб. гос. агроинженер. ун-та. - 2003. - Т. 39. - С. 66-71.
УДК 620.1:539.3 В.И. Матюшин
КОСОСИММЕТРИЧНОЕ ОДНОРОДНОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ АРКИ ПРИ РАСПРЕДЕЛЕНИИ НАПРЯЖЕНИЙ стг И тг0 ВДОЛЬ ОСИ ПО ЗАКОНУ ПАРАБОЛЫ
В статье рассматривается методика получения однородных решений в случае кососимметричного загружения цилиндрической арки нагрузкой, изменяющейся по закону параболы. Показана структура однородного решения, получены функции и дано решение системы однородных уравнений.
1. Структура однородного решения кососимметричной задачи
В рассматриваемом случае нормальные напряжения стг и касательные тг0 меняются вдоль оси по закону параболы, а касательные напряжения тхг - по линейному закону. Структура напряжений, входящих в граничные условия на боковых поверхностях арки, в общем виде выглядит так:
