CC BY
14
УДК 637.116.2:636.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАСТРОЙКИ ДОИЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОГО
УСТРОЙСТВА
В.И. Доровских, кандидат технических наук В. С. Жариков, инженер
ФГБНУ «ВНИИ использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве» E-mail: dorovskih50@mail.ru
Аннотация. Выполнен анализ состояния проблемы обеспечения качества процесса молоковыведения при доении животных. Выявлены основные направления поиска оптимальных технологических и технических решений, определены задачи исследований. Выполнены теоретические исследования, позволившие определить необходимые и достаточные условия решения поставленных задач. В качестве оценочных параметров приняты частота пульсаций вакуума доильного аппарата и давление сосковой резины на сосок. При проведении исследований контролировались соотношение тактов доильного аппарата и натяжение сосковой резины в доильном стакане. На основе анализа методов определения давления сосковой резины на сосок, вариантов решения аналогичных задач в других отраслях, теоретических исследований разработан метод непосредственного измерения указанного параметра. По результатам экспериментальных исследований разработан прибор для контроля периодов пульсаций доильных аппаратов и измерения давления сосковой резины на конец соска. С использованием разработанного метода и технического устройства исследован процесс изменения давления различных моделей сосковой резины на сосок в реальных условиях эксплуатации. Установлено, что давление сосковой резины на сосок в процессе эксплуатации снижается, наработка до достижения предельного значения для различных моделей сосковых резин находится в пределах 1200-4600 доек. Качественное функционирование доильных аппаратов достигается путем настройки на заданную частоту пульсаций, правильного подбора сосковых резин, периодического контроля величины ее давления на сосок, регулировки натяжения и своевременной замены. Ключевые слова: доильный аппарат, параметры, сосковая резина, периоды пульсаций, давление на сосок, метод измерения, регулировка, настройка, качество процесса доения.
Введение. Качество работы доильного аппарата принято оценивать по целому ряду показателей, важнейшими из которых, по мнению многих ученых, являются: величина рабочего вакуума, частота пульсаций, соотношение тактов, величина давления сосковой резины (сверхдавление) на кончик соска во время такта сжатия [1-3]. Для измерения вакуума и пульсаций выпускаются технические средства, удовлетворяющие основным требованиям [4]. Однако эти приборы не осуществляют контроль давления сосковой резины на сосок, а переходники, используемые для подключения этих приборов, приводят к сглаживанию читаемой пиковой амплитуды вакуума. Известные методы определения давления сосковой резины на сосок [1, 2] базируются на предположении, что давление на сосок примерно равно значению
вакуума в межстенной камере доильного стакана, при котором начинается или заканчивается истечение молока из соска. Использование этого метода в условиях рядовой эксплуатации доильных аппаратов весьма затруднительно из-за сложности регистрации указанных параметров.
Материалы и методы исследований. Для контроля параметров доильных аппаратов в процессе эксплуатации разработан универсальный прибор измерения периодов пульсаций доильных аппаратов и измерения давления сосковой резины на конец соска.
Функциональная схема прибора приведена на рисунке 1. Прибор состоит из датчика, на концах которого закреплены источник и приемник излучения, фиксирующий при работающем доильном аппарате моменты смыкания и размыкания сосковой резины,
генератора образцовой частоты, узла формирования сигнала, управляющего устройства, электронного ключа, счетчика импульсов, узла цифровой индикации, формирователя импульса управления клапаном, электроклапана, искусственного соска и электронного измерителя давления в полости соска.
Рис. 1. Функциональная схема прибора:
1 - кварцевый генератор; 2 - делитель; 3 - ключ электронный; 4 - блок индикации; 5 - генератор времени индикации; 6 - генератор одиночного импульса; 7 - датчик; 8 - формирователь сигнала датчика; 9 - формирователь импульса клапана;
10 - электроклапан
Прибор работает следующим образом. От генератора образцовой частоты импульсы поступают на формирователь длительности импульсов. После усиления импульсы передатчика поступают на излучатель. Прием излучения осуществляется с помощью фотодиода, обладающего односторонней проводимостью. Далее электрический сигнал датчика усиливается, очищается от постороннего низкочастотного фона и поступает на узел формирования сигнала приемника излучения. Низкочастотный сигнал обрабатывается в режиме измерения периода следования импульсов, соответствующего длительности тактов доильного аппарата, а результат выводится на цифровое табло. Далее прибор переключается на измерение давления на сосок. Формирователь импульса клапана в точке 1 подает сигнал на включение клапана, а в точке 2 - на отключение (рис. 2); таким образом, давление в полости искусственного соска обнуляется. Затем при сжатии искус-
ственного соска в результате воздействия сосковой резины измеряется давление в полости соска. Для определения давления сосковой резины на сосок давление в полости соска суммируется с давлением, затрачиваемым на деформацию искусственного соска, полученную при его тарировании. На рисунке 3 представлен общий вид прибора.
Рис. 2. Формирование сигнала включения клапана
Рис. 3. Общий вид прибора
Настройка доильных аппаратов с помощью прибора выполняется в следующей последовательности:
- доильный аппарат подключается к источнику вакуума (молочный кран);
- к одному из стаканов подключается датчик измерения периодов пульсации, а к другому, работающему синхронно с первым, подключается датчик измерения давления на сосок, в остальные стаканы вставляются специальные заглушки;
- прибор переключается в режим измерения длительности такта сосания, затем аналогично контролируется длительность такта сжатия, данные записываются в специальный журнал;
Лоигпа! оГ VNIIMZH №2(34)-2019
79
- с помощью тумблера включается режим измерения периода пульсации, и путем регулировки пульсатора устанавливается период пульсаций равный 1 с (частота 60 с-1);
- прибор переключается в режим измерения давления на соски, производится измерение, если эта величина находится в диапазоне 8-12 кПа, данные заносятся в журнал, операции контроля значения параметров последовательно выполняются для остальных стаканов доильного аппарата;
- при отклонении значения параметра от заданного предела меняется натяжение сосковой резины, и операция измерения давления на сосок повторяется;
- при невозможности обеспечения заданного значения давления на сосок путем регулировки натяжения резина выбраковывается.
Результаты исследований. На основе экспериментальных данных, полученных с помощью прибора, установлены зависимости величины сверхдавления на конец соска (Рсд) от рабочего вакуума (Нр), натяжения чулка сосковой резины в стакане (Р) и внут-ривыменного давления (Рв) для различных типов сосковых резин. Для модели ДД 00.041А эта зависимость имеет вид:
Рсд = 0,8774+0,1137Нр+0,0330Р+0,112Рв .
Коэффициент множественной корреляции равен 0,9654, весомость первого фактора (Нр) равна 70,38%, второго (Р) - 18,62% и третьего (Рв) - 11%. На основе дополнительных исследований установлено, что влияние внутривыменного давления (давления в полости соска) незначительно, и с учетом того, что основная фаза доения происходит при незначительном его колебании (5-8% от среднего значения), при практических расчетах им можно пренебрегать.
Проведены исследования зависимости давления на сосок от толщины стенки чулка сосковой резины. На рисунке 4 представлены графики изменения давления сосковой резины на сосок при ее смыкании с радиусом чулка 13 мм в зависимости от толщины стенок чулка, изготовленного из резины с модулем упругости, равным 5 МПа для рабочего вакуума 40, 44 и 48 кПа. Из графика видно, что при увеличении рабочего вакуума от 40
до 48 кПа максимум функции возрастает с 16,24 до 18,0 кПа, ордината максимального значения изменяется от 1,87 до 2,14 мм. Толщина стенки чулка сосковой резины, при которой давление на сосок становится равным нулю, с изменением рабочего вакуума возрастает от 3,74 до 4,28 мм. Влияние длины искусственного соска на величину давления в его полости показано на рисунке 5.
Рс, кПа
15
10
, 1 \ / /2
V. \ \ /3
\\ \
V \
1 2 3 4 5, мм
Рис. 4. Графики изменения давления сосковой резины на сосок (Рс) от толщины стенок (б) при рабочем вакууме: 1 - 40 кПа; 1 - 44 кПа; 1 - 48 кПа
Рис. 5. Зависимость давления в полости искусственного соска (Рс) от его длины (Ь) при рабочем вакууме: 1 - 50 кПа; 2 - 48 кПа; 3 - 46 кПа;
4 - 44 кПа; 5 - 42 кПа; 6 - 40 кПа
При изменении длины соска от 66 до 82 мм величина давления в полости соска увеличивается в зависимости от рабочего вакуума примерно на 1,0-1,5 кПа или 8-10%. С увеличением длины соска влияние этого
фактора снижается. Зависимость давления, затрачиваемого на деформацию искусственного соска, от длины соска показана на рисунке 6. Эта зависимость носит линейный обратно пропорциональный характер.
15 -----
45 50 55 60 65 11, мм
Рис. 6. Зависимость давления (Рс), затрачиваемого на деформацию искусственного соска (толщина стенки 1,5 мм), от длины соска (К)
Из анализа графиков (рисунки 5 и 6) следует, что с увеличением длины соска давление в полости соска увеличивается, а давление, затрачиваемое на его деформацию, примерно на такую же величину снижается, и результирующее влияние длины соска на давление сосковой резины на сосок незначительно.
На рисунке 7 представлены графики изменения давления на сосок для сосковой резины модели ДД 00.041А и силиконового аналога.
Значения давления сосковой резины на сосок во всех диапазонах рабочего вакуума и натяжений чулка находятся в допустимом пределе. Давление на сосок у силиконовой сосковой резины при номинальном вакууме выше примерно на 25%. Зависимости давления различных типов сосковых резин на сосок от рабочего вакуума (Нр) и натяжения чулка (Р) представлены в таблице 1.
На базе полученных результатов разработана технология настройки доильных аппаратов в реальных условиях эксплуатации доильных установок [5].
\6 \ 5 \ 4
. 3 ^ 2 \ 1
40 42 44 46 43 Нр,кПа
Рис. 7. Зависимость давления сосковой резины на сосок от рабочего вакуума1, 2, 3 - резина; 4, 5, 6 -силикон, при деформации чулка: 1,4 - 28 мм; 2,5 -34 мм; 3,5 - 40 мм
Таблица 1. Зависимости давления сосковых резин на сосок
Модель Зависимость Коэффициент Погреш-
сосковой множественной ность, %
резины корреляции
Модель Рсд=4,504+0,146 0,99926 0,124
ДД Нр +0,017Б
00.041А
(резина)
Модель Рсд =10,692 0,99518 0,102
ДД 00.041А +0,041 Нр +0,0047 Б
(силикон)
Модель Рсд=3,6358+0,09 0,9876 0,664
513 32 Нр+0,0144Б
Модель Рсд=2,640+0,164 0,9746 1,246
528 1Нр+0,0089Б
Выводы. Выпускаемые технические средства для измерения вакуума и пульсаций в доильных аппаратах удовлетворяют основным требованиям, однако они не осуществляют контроль давления сосковой резины на сосок, а переходники, используемые для подключения этих приборов, приводят к сглаживанию читаемой пиковой амплитуды вакуума.
Известные методы определения давления сосковой резины на сосок базируются на предположении, что давление на сосок примерно равно значению вакуума в межстенной камере доильного стакана, при котором начинается или заканчивается истечение мо-
of VNIIMZH №2(34)-2019
81
лока из соска. Использование этого метода в условиях рядовой эксплуатации доильных аппаратов весьма затруднительно из-за сложности регистрации указанных параметров.
Разработанный универсальный прибор обеспечивает контроль частоты пульсаций, длительности тактов сосания и сжатия доильных аппаратов, а также измерение величины давления сосковой резины на сосок при смыкании во время такта сжатия и может использоваться при техническом обслуживании доильных аппаратов и научных исследованиях.
Установлено, что давление сосковой резины на сосок при ее смыкании с увеличением толщины стенок чулка возрастает до максимума, а затем снижается до нуля, при этом критическое давление, при котором начинается деформация чулка, равно рабочему вакууму. Влияние длины соска на давление сосковой резины незначительно, и при решении практических задач им можно пренебрегать.
Разработанная технология настройки доильных аппаратов в реальных условиях эксплуатации доильных установок обеспечивает качественные показатели процесса доения,
определяет срок службы сосковых резин в зависимости от их фактического состояния.
Литература:
1. Mein G.A. Effects of milking on teat-end hyperkeratosis // 42 Annual Meeting of the National Mastitis Council. USA, 2003.
2. Гончар А. Методы и приборы для оценки работоспособности доильных аппаратов. Кишинёв, 2009.
3. Davis M.A. Relationships between physical characteristics and milking characteristics of the aging milking liner. Wisconsin, 2014.
4. Reinemann D.J. Evaluation of Vacuum Recorders for Milking Machine Performance Testing. St. Joseph, 1995.
5. Доровских В.И., Доровских Д.В., Хохлов И.Н. Повышение качества доения регулированием давления сосковой резины на сосок // Техника в сельском хозяйстве. 2012. № 6. С. 12-13.
Literatura:
1. Mein G.A. Effects of milking on teat-end hyperkerato-sis // 42 Annual Meeting of the National Mastitis Council. USA, 2003.
2. Gonchar A. Metody i pribory dlya ocenki rabotosposo-bnosti doil'nyh apparatov. Kishinyov, 2009.
3. Davis M.A. Relationships between physical characteristics and milking characteristics of the aging milking liner. Wisconsin, 2014.
4. Reinemann D.J. Evaluation of Vacuum Recorders for Milking Machine Performance Testing. St. Joseph, 1995.
5. Dorovskih V.I., Dorovskih D.V., Hohlov I.N. Povysh-enie kachestva doeniya regulirovaniem davleniya sosko-voj reziny na sosok // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. 2012. № 6. S. 12-13.
A STUDY OF THE MILKING MACHINES SETTING PROCESS BY UNIVERSAL DEVICE USING V.I. Dorovskyh, candidate of technical sciences V.S. Jaurikov, engineer
FGBNY «VNII of machinery and petroleum products in agriculture using»
Abstract. The analysis of milk flow process quality problem at animals' milking is done. The optimum technological and technical solutions' search main directions are revealed, the tasks of researches are defined. Theoretical studies have been carried out to determine the necessary and sufficient conditions for the tasks' solving. The milking machine's vacuum pulsations frequency and nipple rubber pressure as the estimated parameters are taken. At research conducting the milking machine cycles' ratio and teat rubber's tension in the milking cup was controlled. Based the nipple rubber pressure on the nipple determining methods' analysis, variants of them problems solutions in similar industries, theoretical studies, a method of this parameter's direct measurement is developed. According to experimental studies' results, a device for control of the milking machines' pulsation periods and nipple rubber pressure on the nipple's end measuring was developed. At the developed method and technical device using, the process of various models of nipple rubber changing pressure on the nipple in real operating conditions is studied. It is established that the teat rubber pressure on the teat in the process of operation is reduced, the time to achieve the limit values for the different models of nipple rubbers is in the range of 1200-4600 milkings. The milking machines' high-quality operation by given frequency adjusting of pulsations is achieved, correct of nipple rubbers selection, periodic monitoring of its pressure on the nipple value, adjustment's tension and its timely replacement.
Keywords: milking machine, parameters, nipple rubber, periods of pulsations, pressure on the nipple, measurement's method, adjustment, setting, milking process quality.
