CC BY
32
УДК 637.116
К ОБОСНОВАНИЮ НАПРАВЛЕНИЯ В СОЗДАНИИ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА С ЭЛЕМЕНТАМИ УПРАВЛЕНИЯ
РЕЖИМОМ ДОЕНИЯ
В.Ф. Ужик, доктор технических наук, профессор А.И. Тетерядченко, аспирант Д.О. Кутовой, студент Белгородский ГАУ им. В.Я. Горина E-mail: [email protected]
Аннотация. В статье подчеркивается, что самыми полноценными продуктами питания считаются продукты животного происхождения, в том числе молоко и молочные продукты, уровень потребления которых на душу населения рассматривается как один из факторов благосостояния народа. Показано преимущество машинного доения коров в сравнении с ручным доением. Вместе с тем отмечается, что применяемые доильные аппараты не в полной мере соответствуют физиологии животных. Поэтому совершенствование и разработка новых доильных аппаратов постоянно продолжается. Приведено описание предлагаемой конструкции доильного аппарата со сбором молока в доильное ведро. Его отличительной особенностью является то, что коллектор молокопроводным патрубком через датчик потока молока, и двухполупериодный пульсатор, патрубком постоянного вакуумметрического давления, соединены с доильным ведром, полость которого с вакуумной магистралью сообщена через регулятор вакуум-метрического давления, управляемый датчиком потока молока. Ползун коммутатора вакуумметрического давления двухполупериодного пульсатора содержит перемещаемый пневмоцилиндром вкладыш. Изменение интенсивности потока молока в датчике приводит к изменению вакуумметрического давления в полости доильного ведра и далее в подсосковых и межстенных камерах доильных стаканов, а также изменению частоты пульсаций и соотношения тактов пульсатора, тем самым обеспечивая адаптивный режим доения. Применение аппарата данной конструкции обеспечивает щадящее воздействие на молочную железу, способствует повышению выдоенности коров на 3-4% и снижению заболеваемости вымени коров маститом в 2-2,5 раза.
Ключевые слова: доильный аппарат, вакуумметрическое давление, доильное ведро, доильный стакан, коллектор, молоко, патрубок, пульсатор, управляемый режим.
Правильное питание населения является одним из самых важных факторов сохранения здоровья. Самыми полноценными продуктами питания считаются продукты животного происхождения, в том числе молоко и молочные продукты. Уровень потребления данных продуктов на душу населения рассматривается как один из факторов благосостояния народа в каждой стране. Поэтому их производство является одной из важнейших отраслей АПК.
Машинное доение коров и сбор молока в доильную емкость - это сложный процесс. На протяжении многих лет развития животноводства считалось, что ручное доение коров является самым физиологическим методом молокоотдачи коров. Проведенные за последние годы исследования это мнение не
подтвердили. Основным несоответствием ручного доения специфике акта молокоотда-чи является то, что одновременно выдаиваются две четверти вымени. Это приводит к замедлению молокоотдачи и задержке в четвертях остаточного молока. Машинное доение является основным процессом, позволяющим не только снизить затраты ручного труда, но и повысить производительность в 2-5 раз в сравнении с ручным доением [1-4].
Разработанный и внедренный метод машинного доения коров, насчитывающий более 100 лет применения, показал свое преимущество и возможность использовать основную функцию вымени - извлечение молока сразу из всех четвертей, что увеличило продуктивные характеристики коров. Он влияет на количество получаемого молока и
его качество. По основному замыслу, этот метод получения молока должен максимально сохранять нормативные физиологические функции молочной железы коровы, однако применяемые различные способы проведения машинного доения приводят к недодою, травмированию сосков и заболеванию вымени коров [5-8].
Усовершенствование и разработка новых устройств доильных аппаратов постоянно продолжаются. Известны следующие, аналогичные предлагаемому нами, устройства: доильный аппарат [Пат. RU 2565276 C 1 7A 01 J 5/02. 20.10.2015], состоящий из двухкамерных доильных стаканов, коллектора, распределителя вакуума с двумя камерами переменного вакуума, работающими в проти-вофазе; доильный аппарат [Пат. RU 2524542 C1 6А 01 J5/00. 27.07.2014], который содержит доильные стаканы, коллектор, пульсатор, молочно-вакуумные шланги, приставку. Данные устройства не обеспечивают полное и безопасное выдаивание коров.
Наиболее близким к нашему изобретению является доильный аппарат [Пат. SU 2367147 С1, 4А 01 J 5/04. 20.09.2009], включающий двухкамерные доильные стаканы, регуляторы вакуумметрического давления в подсосковых и межстенных камерах доильных стаканов и четырехкамерный коллектор. Однако данный доильный аппарат также не обеспечивает повышение эффективности машинного доения. Задача изобретения - повышение эффективности машинного доения.
Доильный аппарат (рис. 1) состоит из доильных стаканов 1 с подсосковой камерой 2 и межстенной камерой 3, коллектора 4, мо-локопроводным патрубком 5 через датчик потока молока 6 соединяемого с полостью доильного ведра 7, и двухполупериодного пульсатора 8, патрубком 9 постоянного ва-куумметрического давления соединяемого с полостью доильного ведра 7, а патрубками 10 и 11 через распределительную камеру 12 коллектора 4 - с межстенными камерами 3 доильных стаканов 1. С вакуумной магистралью (на схеме не показана) полость доильного ведра 7 сообщена через регулятор вакуумметрического давления 13.
Рис. 1. Доильный аппарат (общий вид)
Датчик потока молока 6 выполнен в виде молоколовушки 14 с поплавком 15, коакси-ально установленным на переливном патрубке 16 с выполненным в нижней торцевой части калиброванным каналом 17 для слива молока с заданной интенсивностью истечения, например 200 мл/мин. Регулятор вакуумметрического давления 13 выполнен в виде разделенных мембраной 18 камеры 19 постоянного вакуумметрического давления, соединяемой с вакуумной магистралью (на схеме не показана), камеры 20 переменного давления, соединяемой с полостью доильного ведра 7, и камеры управления 21. Мембрана 18 с патрубком 22 образует щель 23. Мембрана 18 снабжена калиброванным каналом 24, которым камера управления 21 соединена с камерой 19 постоянного вакуум-метрического давления и далее с вакуумной магистралью, а патрубком 25 через калиброванный канал 26, перекрываемый клапаном 27, управляемым магнитом 28, которым
Journal of VNIIMZH №3(23)-2016
167
снабжен поплавок 15, и далее патрубком 29 соединена с атмосферой. Коммутатор ваку-умметрического давления (рис. 2) двухполу-периодного пульсатора 8 (рис. 1) выполнен в виде основания 31 с пазом 32, патрубком 9 постоянного вакуумметрического давления соединяемого с полостью доильного ведра 7, и пазами 33 и 34, патрубками 10 и 11 (рис.1, рис. 3) через распределительную камеру 12 коллектора соединяемых с межстенными камерами 3 доильных стаканов 1, а также ползуна 35 (рис. 2) с пазом 36, совершающего возвратно-поступательное движение под воздействием трубки пульсатора (на схеме не показана), причем ползун 35 снабжен вкладышем 37 (рис. 2, рис. 3, рис. 4) перемещаемым пневмоцилиндром 38 с подпружиненным пружиной 39 поршнем 40 и патрубком 41 (рис. 4) сообщаемого с полостью доильного ведра.
Рис. 2. Коммутатор вакуумметрического давления
Рис. 3. Сечение коммутатора вакуумметрического давления с вкладышем ползуна
Доильный аппарат работает следующим образом. Доильный аппарат подключают к вакуумной магистрали (на схеме не показана) и устанавливают на вымя коровы. При этом номинальное вакуумметрическое давление (например, 48 кПа) поступает в камеру 19 постоянного вакуумметрического давления (рис. 1) регулятора вакуумметрического давления 13 и далее, через калиброванный канал 24, выполненный в мембране 18, в камеру управления 21, в которую по патрубку 25, через калиброванный канал 26, перекрываемый клапаном 27, управляемым магнитом 28, которым снабжен поплавок 15, и открытом при нижнем положении поплавка 15, и далее по патрубку 29 поступает атмосферный воздух, тем самым устанавливая в камере управления 21 пониженное вакуумметри-ческое давление, например 33 кПа. Одновременно через прикрываемую прогибаемой под воздействием разности давлений в камере 19 постоянного вакуумметрического давления и камере управления 21 мембраной 18 щель 23, тем самым ограниченное до 33 кПа, вакуумметрическое давление поступает в камеру 20 переменного давления и далее в полость доильного ведра 7. Из полости доильного ведра 7 через датчик потока молока 6, молокопроводный патрубок 5, коллектор 4 пониженное вакуумметрическое давление поступает в подсосковые камеры 2 доильных стаканов 1. Одновременно из полости доильного ведра 7 по патрубку 9 и далее через коммутатор вакуумметрического давления 30 двухполупериодного пульсатора 8, патрубки 10 и 11, распределительную камеру 12 коллектора 4, переменное, чередующееся с атмосферным, вакуумметрическое давление поочередно поступает в межстенные камеры 3 то одной, то другой пары доильных стаканов 1. Для этого под воздействием трубки пульсатора (на схеме не показана) ползун 35 (рис. 2) совершает возвратно-поступательное движение, пазом 36 поочередно сообщая паз 32, выполненный в основании 31и патрубком 9 постоянного вакуум-метрического давления соединяемого с полостью доильного ведра 7, с пазами 33 и полостью доильного ведра 7, с пазами 33 и 34,
патрубками 10 и 11 (рис. 1, рис. 3) через распределительную камеру 12 коллектора соединяемых с межстенными камерами 3 доильных стаканов 1, причем, если паз 32 пазом 36 ползуна 35 соединен с пазом 33 , патрубком 10, распределительной камерой 12 коллектора 4 и далее межстенными камерами 3 одной пары доильных стаканов 1, то паз 34 через патрубок 11 (рис. 1, рис. 3), распределительную камеру 12 коллектора сообщает межстенные камеры 3 другой пары доильных стаканов 1 с атмосферой, и наоборот. Пониженное вакуумметрическое давление обеспечивает уменьшение частоты пульсаций двухполупериодного пульсатора 8, а вкладыш 37, за счет уменьшения ширины паза 36, обеспечивает сокращение длительности подачи вакуумметрического давления в межстенные камеры 3 доильных стаканов 1 и увеличение длительности подачи в эти камеры атмосферного давления, тем самым сокращая длительность такта сосания и увеличивая такт сжатия. При этом усилие, развиваемое пневмоцилиндром 38 (рис. 3) под воздействием пониженного вакуумметриче-ского давления, подаваемого по патрубку 41 (рис. 4), компенсирует пружина 39, удерживая поршень 40 и связанный с ним вкладыш 37 (рис. 2, рис. 3, рис. 4) от перемещения. Таким образом обеспечивается снижение ва-куумметрического давления в подсосковых и межстенных камерах доильных стаканов, уменьшение частоты пульсаций и сокращение длительности такта сосания.
35 37 38 39
Рис. 4. Схема связи поршня с ползуном
Этим самым реализуется стимулирующий, безопасный режим доения коровы. В процессе доения молоко из подсосковых камер 2 доильных стаканов 1 поступает в коллектор 4 и далее по молокопроводному па-
трубку 5 через датчик потока молока 6 в полость доильного ведра 7. Попадая в молоко-ловушку 14 датчика потока молока 6, молоко, при интенсивности молоковыведения ниже заданного значения (например 200 мл/ мин.), через калиброванный канал 17, выполненный в нижней торцевой части переливного патрубка 16, стекает в полость доильного ведра 7.
При возрастании интенсивности потока молока происходит заполнение молоколо-вушки 14. При этом поплавок 15 всплывает, удаляя магнит 28 от клапана 27, тем самым обеспечив перекрытие клапаном 27 калиброванного канала 26. В результате атмосферный воздух перестает поступать в камеру управления 21 регулятора вакуумметриче-ского давления 13, что приводит к выравниванию давлений в камере 19 постоянного ва-куумметрического давления и камере управления 21 и освобождению мембраны 18 от воздействия перепада давлений. В результате в камере 20 переменного вакуумметриче-ского давления и далее в полости доильного ведра 7 вакуумметрическое давление возрастает до номинального. Из полости доильного ведра 7 через датчик потока молока 6, моло-копроводный патрубок 5, коллектор 4 номинальное вакуумметрическое давление поступает в подсосковые камеры 2 доильных стаканов 1. Одновременно из полости доильного ведра 7 по патрубку 9 и далее через коммутатор вакуумметрического давления 30 двухполупериодного пульсатора 8, патрубки 10 и 11, распределительную камеру 12 коллектора 4, переменное, чередующееся с атмосферным, номинальное вакуумметриче-ское давление поочередно поступает в межстенные камеры 3 то одной, то другой пары доильных стаканов 1. А также номинальное вакуумметрическое давление по патрубку 41 (рис. 4) поступает в пневмоцилиндр 38, развивая усилие на поршне 40, достаточное для сжатия пружины 39. Поршень 40, перемещаясь в пневмоцилиндре 38, выдвигает вкладыш 37 из ползуна 35, увеличивая ширину паза 36, что обеспечивает увеличение длительности подачи вакуумметрического давления в межстенные камеры 3 доильных ста-
Лоигпа! оГ VNIIMZH №3(23)-2016
169
канов 1 и сокращение длительности подачи в эти камеры атмосферного давления, тем самым удлиняя длительность такта сосания и сокращая такт сжатия.
Идет доение коровы в номинальном режиме. При снижении интенсивности потока молока поплавок 15, опускаясь в молоколо-вушке 14 по мере истечения молока через калиброванный канал 17, приближает магнит 28 клапану 27, тем самым обеспечивая открытие калиброванного канала 26. В результате атмосферный воздух поступает в камеру управления 21, устанавливая в ней пониженное вакуумметрическое давление. Этим самым обеспечивается перевод доильного аппарата в стимулирующий, безопасный режим доения коровы. После этого доильный аппарат снимают с вымени коровы.
Применение доильного аппарата с управляемым режимом доения обеспечивает щадящее воздействие на молочную железу. Это способствует повышению выдоенности коров на 3-4% и снижению заболеваемости вымени коров маститом в 2-2,5 раза.
Литература:
1. Гордиевских М.Л. Повышение эффективности машинного доения коров путем совершенствования технологического процесса и технических средств учета текущих физиологических потребностей животных: автореф. дис. д. т. н. Челябинск, 2006.
2. Расчет исполнительных механизмов биотехнической системы / Карташов Л.П. Екатеринбург, 2002.
3. Морозов Н.М. Машинно-технологическое обеспечение производства продукции животноводства // АПК: Экономика, управление. 2004. №10. С. 4-13.
4. Ужик В.Ф. Исследование работы доильного аппарата с управляемым режимом доения. Белгород, 1988.
5. Физиология машинного доения коров. Л., 1977.
6. ГоликовА.Н. Физиология с.-х. животных. М., 1991.
7. Кирсанов В.В. Оптимальный режим регулирования вакуума в доильном аппарате // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2002. №8. С. 16-18.
8. Ужик В.Ф. Определение параметров доильного аппарата с управляемым режимом работы // Техника в сельском хозяйстве. 2001. №4. С. 17-20.
Literatura:
1. Gordievskih M.L. Povyshenie ehffektivnosti mashin-nogo doeniya korov putem sovershenstvovaniya tekhno-logicheskogo processa i tekhnicheskih sredstv ucheta te-kushchih fiziologicheskih potrebnostej zhivotnyh: avtoref. dis. d. t. n. CHelyabinsk, 2006.
2. Raschet ispolnitel'nyh mekhanizmov biotekhnicheskoj sistemy / Kartashov L.P. Ekaterinburg, 2002.
3. Morozov N.M. Mashinno-tekhnologicheskoe obespe-chenie proizvodstva produkcii zhivotnovodstva // APK: EHkonomika, upravlenie. 2004. №10. S. 4-13.
4. Uzhik V.F. Issledovanie raboty doil'nogo apparata s up-ravlyaemym rezhimom doeniya. Belgorod, 1988.
5. Fiziologiya mashinnogo doeniya korov. L., 1977.
6. Golikov A.N. Fiziologiya s.-h. zhivotnyh. M., 1991.
7. Kirsanov V.V. Optimal'nyj rezhim regulirovaniya vaku-uma v doil'nom apparate // Mekhanizaciya i ehlektrifika-ciya sel'skogo hozyajstva. 2002. №8. S. 16-18.
8. Uzhik V.F. Opredelenie parametrov doil'nogo apparata s upravlyaemym rezhimom raboty // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. 2001. №4. S. 17-20.
THE MILKING MACHINE WITH MILKING REGIME MODE CONTROL CREATION DIRECTION'S
JUSTIFICATION
V.F. Ujik, doctor of technical sciences, professor A.I. Teteradechenko, post-graduate student D.O. Kutovoy, student Belgorod GAU after V.Ya. Gorin
Abstract. The article emphasizes that the most full foods are considered the products of animal origin, including milk and dairy products, the level of consumption per capita is considered as one of the people' welfare factors. The advantage of cows machine milking in comparison with milking by hands. However, it is noted that the used milking apparatus does not fully correspond to the animals' physiology. Therefore, the new milking machines improvement and development is constantly going on. The proposed milking machine design with the milk collection in the milking bucket description is given. Its distinctive feature is that the collector wit milk tube pipe through the milk flow sensor, and double half period pulsator, pipe of a constant vacuum pressure, are connected with a milking bucket, which cavity by vacuum line is connected through the vacuum metric pressure regulator, controlled by the milk flow sensor. The slide of double half period pulsator vacuum metric commutator contains a floating cylinder lining. The milk flow intensity changing in the sensor leads to a vacuum metric pressure changing in the milking buckets cavity and later in under teats and between cups' walls, as well as the pulse frequency changing and the cycles pulser ratio, thereby adaptive milking mode providing. This construction apparatus using provides cows mammary gland empt-ing in 3-4% and the udder mastitis incidence in 2-2,5 times reducing.
Keywords: milking machine, a vacuum metric pressure, milking bucket, teat cup, collector, milk, tube, a pulsator, controlled mode.
