CC BY
12
УДК 637.125
К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ВЫМЕНИ КОРОВ В ФЕРМЕРСКИХ И ЛИЧНЫХ ПОДСОБНЫХ ХОЗЯЙСТВАХ
© 2016 г. Л.К). Краснова, И.Н'. Краснов, A.C. Макаренко
Дано описание доильного аппарата четвертного доения коров, предложенного на базе серийного аппарата ДА-2М, применяемого обычно для повседневной дойки коров в малых хозяйствах. Приведены опытные данные о количестве надоенного им из каждой четверти вымени коровы молока и длительности доения этих четвертей, которые используются для оценки функциональных свойств вымени. Показана существенная разница во времени выдаивания задних и передних долей вымени, устранение которой предложено уменьшением длительности такта сосания в стаканах для передних долей вымени. Для зтого доильный аппарат оснащается дополнительно молокомером, разделенным на четыре секции для сбора молока от каждой четверти вымени, а каждый доильный стакан соединяется с одной из секций молокомера. Работа доильного аппарата четвертного доения в режиме различной длительности такта сосания в стаканах для передних и задних долей вымени обеспечивается использованием в их пневмоприводе ротационного пульсатора взамен серийному. При этом в подсосковых камерах доильных стаканов, как и в серийном аппарате, постоянно поддерживается разрежение, а в мсжстенныс камеры при вращении ротора пульсатора периодически поступает то вакуум в такт сосания, то атмосферное давление в такт сжатия. В стаканах для задних долей такт сосания длится дольше, чем в стаканах для передних долей вымени, так как патрубки подачи переменного вакуума в межстенные камеры стаканов для задних долей вымени смещены ближе к
центру вращения ротора, чем патрубки для стаканов на передние доли. Применительно к ротационному пульсатору, получены зависимости для определения длительности переходных процессов в динамике пневмопривода доильных стаканов при четвертном доении, позволяющие обеспечить работу их в режиме, аналогичном серийном}7 аппарат}7.
Ключевые слова, машинное доение, четверти вымени, длительность доения, ротационный пульсатор.
There is presented the description of the milking apparatus of quarter cows milking, proposed on the basis of the DA-2M serial machine, used normally for everyday cows milking in small farms. There is shown the experimental data about the amount of milk gained by it from each quarter of cow's udder and the duration of milking these quarters that are used to evaluate the functional properties of the udder. There is demonstrated the significant difference in time for milking front and rear udder shares, which is proposed to be eliminated by decreasing duration of sucking stroke in cups for the udder of the front shares. For this purpose the milking machine is equipped additionally with milkmctcr. I kit is divided into four sections for the collection of inilk from each quarter of the udder , and each teat cup is connected to one of the inilkmeter sections. Operation of the milking machine of quarter milking in the mode of varying duration of sucking stroke in glasses for the front and rear udder shares is provided by the applying the rotary pulser in the pneumatic actuator instead of serial one. At the same time in underteat chambers of the teat cups as in serial device, a vacuum is maintained constantly and in the interspace chambers in the moment of rotation of the pulser rotor there periodically enters the vacuum in sucking stroke, and air pressure in the compression stroke. In the glasses for rear shares the sucking stroke lasts longer than in the glasses for the front shares of the udder, as tubes of alternating vacuum supply into the glasses interspace camera for rear udder shares arc shifted closer to the center of rotor rotation than the tubes for the glasses to the front sluirc. Willi regard to the rotary pulser there arc derived dependences for determining the transient process duration in the dynamics of pncumatic actuator of teat cups during quarter milking, allowing them to provide work in the mode that is similar to the serial dcvicc.
Keywords: machinc milking, udder quarter, milking duration, rotary pulser.
Введение Обычно на молочных фермах оценка молочной продуктивности коров осуществляется с помощью серийно выпускаемого доильного аппарата ДАЧ-ПУТ с лотковыми счетчиками надоенного молока из каждой четверти вымени [1, 2, 3]. Применение его на небольших молочных фермах личных подсобных, семейных и фермерских хозяйств существенно повышает прямые затраты на производство молока.
Поэтому, для этих целей предложен вариант использования в таких малых хозяйствах того же комплекта доильных аппаратов, в основном типа ДА-2М, который используется в повседневных условиях доения коров [4].
Методикой предусмотрено с этой целью массу закрепляемого на вымени коровы доильного аппарата сохранять постоянной, оставив в составе его коллектор с отсоединёнными молочными патрубками и шлангом для подачи молока в доильное ведро. Доильный аппарат был далее доукомплектован молокомером, имеющим отдельные секции для сбора надоенного от каждой отдельной четверти вымени молока.
Молокомер такой конструкции представлен на рисунке 1 в соответствии с а. с. СССР№ 1101206, кл. А0П7/00, 1984 г. [8].
Он содержит цилиндрический корпус 1, разделённый перегородками 2-5 на ёмкости 6-9 для сбора молока от четвертей вымени. В корпусе 1 закреплена трубка 10, имеющая патрубок 18 и шланг для откачки молока после измерений. В нижней части трубка 10 имеет пневмоклапан перекрывающий сливные отверстия 12 из ёмкостей 6-9 после доения.
Вверху трубка 10 закрыта пробкой 21, открыв которую возможно производить отбор проб молока для анализа.
Емкости 6, 7, 8 и 9 молокомера соединены патрубками 25 с подсосковыми камерами стаканов. Стаканы и эти емкости имеют метки ПП и ЗП - передние правые и задние правые, ПЛ и ЗЛ - передний и задний левые. Молокомер оборудован снаружи шкалами 26 определения надоя по четвертям вымени и шкалой 27 измерения общего надоя молока.
При контроле надоя доильным аппаратом с таким молокомером кран 17 открывают для подачи в камеру 14 воздуха атмосферного давления; зажим 24 откры-
вают, а 20 закрывают под действием атмосферного давления и вакуума в молокомере мембрана 13 пневмоклапана 11 закрывает отверстия в трубке 10. Далее доильные стаканы надевают на подготовленные к доению соски, и выдоенное из них молоко собирается в соответствующие емкости 6-
9 молокомера. По шкалам 26 через одинаковые промежутки времени измеряется надой по четвертям вымени. Данные этих замеров используются для расчета показателей молоковыведения и определения динамики выдаивания коровы с оценкой развития его четвертей.
Фи2.1
I - цилиндрический корпус; 2, 3, 4, 5 - внутренние перегородки; 6, 7, 8, 9 - ёмкости цилиндра для сбора молока от четвертей вымени; 10 - трубки; 11 - пневмоклапан;
12 - отверстия; 13 - мембрана; 14 и 15 - камеры клапана 11; 16 - трубопровод; 17 - трехходовой кран; 18, 22, 25 - патрубки; 19 - молокопровод; 20, 24 - зажимы; 21 - пробка; 23 - вакуумпровод; 26 - мерные шкалы; 27 - шкала измерения общего надоя;
28 - опора молокомера Рисунок 1 - Схема молокомера к доильному аппарату четвертного доения
После снятия с вымени доильного аппарата по шкалам 26 измеряется надой молока из каждой четверти. Кран 17 открывают для подачи в камеру 14 вакуума из вакуумпровода 20, что обеспечивает открытие отверстий в патрубке 10 и отверстия 12 слива молока из емкостей 6-9 и выравнивание уровня молока в молокомере. По шкале 27 замеряют общий надой от этой коровы, а из трубки 10 отбирают пробу молока для анализа на жирность.
Открывая зажим 20, обеспечивают далее слив молока из молокомера в вакуу-мированную флягу или в молокопровод 19 доильного агрегата.
В экспериментах по доению коров черно-пёстрой породы таким аппаратом четвертного доения надой по четвертям вымени определялся с точностью ±4%.
Анализ результатов этих опытов показал, что обе половины вымени коровы (правая и левая) содержат практически одинаковое количество молока. Передние же доли вымени содержат меньшее количество молока (при чашеобразном вымени около 42%, а округлом - 39,5%), чем задние, в связи с чем, они выдаиваются при машинном доении быстрее задних. У коров, имеющих чашеобразную форму вымени, эта разница времени их выдаивания со-
ставляет 18 секунд, а имеющих округлую форму - порядка 30 секунд. При козьей форме вымени разница во времени выдаивания задних и передних долей вымени может быть более минуты.
В связи с этим передние доли после выдаивания подвергнуты воздействию достаточно высокого вакуума, при котором продолжает работать доильный аппарат, и повышается возможность повреждения и заболевания вымени маститами [5, 6, 7]. В аппаратах четвертного доения устранить это можно сокращением продолжительности такта сосания в стаканах для передних долей при стандартном соотношении тактов в стаканах для задних долей.
Работа доильного аппарата в таком режиме определения функциональных свойств вымени не меняет синхронного (одновременного) пневмопривода доильных стаканов, частоту и уровень доильных
раздражении в виде механического сжатия соска вымени при сжатии сосковой резины. В то же время известно, что оба эти фактора оказывают прямое влияние на общее силовое воздействие на вымя при доении, полноту выдаивания молока и повышение его секреции в период между доениями [5].
Оставляя неизменной конструкцию доильных стаканов, а следовательно и степень механического давления сосковой резины их на соски вымени, можно увеличить количество массирующих воздействий исполнительных органов повышением их частоты, обеспечив привод доильных стаканов в попарном или круговом (почет-вертном) доении, не меняя в принципе частоту пульсаций в доильном аппарате.
Один из таких вариантов работы доильного аппарата предложен нами на основе работы ротационного пульсатора (рисунок 2).
1 - корпус; 2 и 3 - патрубки пневмопривода стаканов для задних и передних долей; 4 - патрубок подачи в пульсатор постоянного вакуума; 5 - ротор; 6 и 7 - перегородки ротора; 8 - вакуумированная полость пульсатора; 9 - атмосферная полость пульсатора
Рисунок 2 - Ротационный пульсатор к доильному аппарату четвертного доения
Он содержит корпус I с патрубками 2 и 3 пневмопривода доильных стаканов для задних и передних долей вымени, содержащих, как правило, различное количество молока, из-за чего передние доли вымени серийным аппаратом выдаиваются быстрее задних, что может быть одной из причин заболевания вымени маститами машинного происхождения.
В корпусе 1 установлен патрубок 4 для подвода вакуума в пульсатор из ваку-умпровода доильного агрегата и полый ротор 5 с механизмом привода во вращение с необходимой частотой пульсаций.
Ротор оборудован прямой 6 и ступенчатой 7 перегородками, что обеспечивает образование в пульсаторе вакуумной 8 полости и полости 9, находящейся под атмосферным давлением. Благодаря перегородкам 6 и 7 ротора в пульсаторе создан открытый в атмосферу секторный ступенчатый просвет, имеющий углы аир.
Внутренняя полость 8 ротора 5 посредством патрубка 4 вакуумирована, а патрубки 2 и 3 к доильным стаканам для задних и передних долей вымени расположены в корпусе 1 в соответствии с расположением вырезов (просветов) ротора с углами аир. Величиной этих углов задано необходимое соотношение тактов в каждой паре доильных стаканов.
Ротационный пульсатор обеспечивает работу двухтактного доильного аппарата в четвертном режиме доения следующим образом.
Г „ Л
В подсосковых камерах доильных стаканов постоянно поддерживается разрежение, а в межстенные камеры при вращении ротора 5 периодически поступает то вакуум в такт сосания, то атмосферное давление в такт сжатия. В стаканах для задних долей такт сосания длится дольше, чем в стаканах для передних долей вымени, так как патрубки 2 подачи переменного вакуума в межстенные камеры стаканов для задних долей вымени смещены ближе к центру вращения ротора, чем патрубки 3 для стаканов на передние доли.
Атмосферная полость 9 образована перегородками 6 и 7 так, что ротор дольше перекрывает отверстия в патрубках 2, чем отверстия в патрубках 3, так как угол а меньше угла р.
Особенностью пневмопривода доильных стаканов в предлагаемом режиме работы доильного аппарата является то, что объём межстенной камеры каждого из них в четыре раза меньше объёма межстенных камер доильных стаканов в аппарате с синхронным пневмоприводом.
Температура воздуха в межстенных камерах стаканов при их работе, а также температура окружающей среды практически равны, поэтому можно считать, что процесс истечения воздуха из этих камер доильных стаканов является изотермическим и характеризуется следующим дифференциальным уравнением [1, 9]:
V
Рс
й
Рг
Р{
Р
(1)
\гат У
где/л и У1 - текущие давление и объём
межстенных камер доильных стаканов; рат и уат - атмосферное давление
и удельный объём воздуха при нём;
\х - коэффициент расхода воздуха при
истечении из межстенных камер; / - площадь сечения шланга,
по которому происходит истечение воздуха;
/ - длительность истечения воздуха; ф- функция расхода воздуха.
ф=
i
2-
к-1
р Лк
f
KPiJ
к+1 fp} к
\Ри
к- показатель адиабаты,= 1,41. Это уравнение справедливо для случая мгновенного открытия отверстия истечения площадью/[1, 10]. Однако применительно к ротационному пульсатору истече-
/, =
ние происходит из одного стакана, а открытая часть площади этого отверстия меняется по мере поворота его ротора и полностью открывается за время:
60ro яКп
(2)
где го и Н - радиусы отверстия патрубка (2 или 3 по рисунку 2) подачи в межстенные камеры переменного вакуума и окружности размещения отверстия на корпусе ротационного пульсатора;
п - число оборотов ротора в минуту
(частота пульсаций). Для упрощения полагаем изменение объёма межстенной камеры доильного ста-
í „ Л
2V0-d
Pi
V Р am J
кана \Т1 - 1'п-р: /л,7;ь а приращение А/" площади этого отверстия по мере поворота ротора пульсатора постоянным (например, тра-пециодальное отверстие шириной в центральной части 2/■ и высотой лг/4), тогда уравнение (1) истечения воздуха через него примет вид:
71г/лф
4
Гр
v
am am
dt' d( d ome^ j.
(3)
Двойное интегрирование его (от нуля нова [1, с. 51, таблица 2]) по истечению
до (о и от нуля до с1а}Ш = 2го) позволяет времени полного открытия отверстия исте-
определить значение интегральной суммы чения воздуха из межстенной камеры ста-
N0 (интеграл вида N1 по данным И.Н. Крас- кана:
Црп^р
N0 = N р -
v • d"
am am от в
L.
16V.,
(4)
где р— критическое отношение давлений, для воздуха /? = 1,89; А1 - значение интеграла N1
при р/рат = 0,528 Мпах = 0,55; р - абсолютное давление разреженного воздуха в межстенной камере стакана,
при отношении рра
р ~ Pam-h,
где к - величина рабочего вакуума в доильном аппарате. Дальнейшее истечение воздуха из межстенной камеры доильного стакана происходит при постоянной площади от-
верстия для отсоса воздуха из этой камеры. Длительность окончательной откачки воздуха на этом этапе может быть определена по известной зависимости [1]
t,=
2V..
М-f-ß^PamVam
■(0,55-АО
(5)
Тогда полное время истечения воздуха из межстенной камеры стакана будет:
^ист ~ К)
Оно должно соответствовать длительности истечения воздуха из межстенных камер (переходного процесса) серийного доильного аппарата ДА-2М и обеспечивается расчётным путём по полученным зависимостям определением необходимого диаметра отверстия патрубка ротора пульсатора в линии пневмопривода доильного стакана.
Выводы:
1. Для оценки функциональных свойств вымени коров на малых молочных фермах целесообразно использовать повседневный комплект доильных аппаратов, например ДА-2М, переоборудовав их на время контрольных доек в режим работы с раздельным сбором молока от каждой доли вымени.
2. Переоборудование серийного доильного аппарата ДА-2М может быть осуществлено на базе известного по а.с. СССР № 1101206 молокомера с заменой пневматического пульсатора на ротационный.
3. Приведенные в работе аналитические зависимости дают возможность расчётным путём обеспечить работу доильных стаканов переоборудованного доильного аппарата в режиме осуществления переходных процессов течения воздуха в пневмоприводе их, аналогичном серийному аппарату.
Литература
1. Краснов, И.Н. Доильные аппараты / И.Н. Краснов. - Ростов-на-Дону: Изд. Ростовского ун-та, 1974. - 228 с.
2. Получение высококачественного молока в индивидуальном секторе производства / И.Н. Краснов, И.В. Капустин,
B.И. Будков, Е.И. Капустина, А.Ю. Краснова // Materialy VIII Miedzynarodnej naukowi-praktycznej konferencji "Perspek-tywiezne opracowania sa nauka 1 technikami -2012". Volume 16. Ekologia. Geografía 1 geología. Rolnictwo: Pcremysl: Nauka I Studia. -
C. 62-68.
(6)
3. Модульная ферма с низкозатратной экологически чистой технологией производства молока / Э.И. Липкович, И.Н. Краснов, A.M. Бондаренко, A.M. Семенихин и др. -Зерноград: РИО ФГОУ ВПО АЧГАА, 2010. -№2.-196 с.
4. Макаренко, A.C. Повышение эффективности работы доильного аппарата четвертного доения / A.C. Макаренко, И.Н. Краснов // Вестник аграрной науки Дона. - Зерноград, 2014. - С. 21-25.
5. Технологии и технические средства в животноводстве / В.И. Трухачёв, И В. Капустин, О.Г. Ангилеев, В.И. Гребенник. -Ставрополь: «АГРУС», 2005. - 304 с.
6. Мехашзащя переробно1 галуа1 аг-ропромислового комплексу: шдручник / О.В. Гвоздев, Ф.Ю. Ялпачик, Ю.П. Рогач, М.М. Сердюк. - Киев: Вища освгга, 2006. -470 с.
7. Молокоприёмные и молокоперера-батывающие пункты / В.И. Трухачёв, И.Н. Краснов, И В. Капустина, А.Ю. Краснова и др. - Ставрополь: АГРУС, 2013. -312 с.
8. А. с. № 1101206, СССР, МПК А 01 j 7/00. Молокомер / И.Н. Краснов, В.И. Ярош. (ВНИПТИМЭСХ). - Заявлено
05.03.1983, № 3561122/30-15; опубликовано
07.07.1984. Бюл. № 25.
9. Цой, Ю.А. Процессы и оборудование доильно-молочных отделений животноводческих ферм / Ю.А. Цой. - Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2010.-424 с.
10. Расчёт исполнительных механизмов биотехнической системы / Л.П. Кар-ташов, С.А. Соловьёв, ЕМ. Асманкин, З.В. Макаровская. - Екатеринбург: УРО РАН, 2002.-181 с.
References
1. Krasnov I.N. Doil'nye apparaty [Milking devices], Rostov-on-Don, Izd. Ros-tovskogo un-ta, 1974, 228 p.
2. Krasnov I.N., Kapustin I.V., Bud-kov V.l., Kapustina E.I., Krasnova A.Ju Polu-chenie vysokokachestvennogo moloka v indi-
vidual'nom sektore proizvodstva [Obtaining high quality milk in the sector of individual production], Materialy VIII Miedzyncirodnej naukowi-praktycznej konferencji "Perspek-tywiezne opracoxvania sa пайка I lechnikami 2012Volume 16, Ekologia. Geografía 1 geologia, Rolnic-two, Pcremysl, Nauka I Studia, pp. 62-68.
3. Lipkovich Je.I., Krasnov IN., Bondarenko A.M., Semenikhin A.M. and others Modul'naja ferma s nizkozatratnoj jekologicheski chistoj tehnologiej proizvodstva mol oka [Modular farm with low-cost environmentally friendly technology of milk production], Zernograd, RIO FGOU VPO AChGAA, 2010, 196 p.
4. Krasnov I N., Makarenko A S. Pov-yshenie jeffektivnosti raboty doil'nogo appa-rata chetvertnogo doenija [Improving the efficiency of the milking apparatus of quarter milking], Vestnik agramoj riauki Dona, Zernograd, 2014, No. 2, pp. 21-25.
5. Truhachjov V.I., Kapustin I.V., Angi-leev O.G., Grebennik V.I. Tehnologii i tehnicheskie sredstva v zhivotnovodstve [Technologies and technical means in animal husbandry], Stavropol', «AGRUS», 2005, 304 p.
6. Gvozdev O.V., Jalpachik F.Ju., Rogach JuP, Serdjuk MM. Mehanizacija pererobnoi galuai agropromislovogo kom-pleksu: pidruchnik [Mechanization of agriculture processing industry: Textbook], Kyiv, Vishha osvita, 2006, 470 p.
7. Truhachjov V.I., Krasnov I.N., Kapustina I.V., Krasnova A.Ju. and others Molokoprijomnye i molokopererabatyvajush-hie punkty [Milk collection and processing establishments], Stavropol', «AGRUS», 2013, 312 p.
8. Krasnov I.N., Jarosh V.I. Molokomer [Milkmeter], Avtorskoe svidetel'stvo No. 1101206, SSSR , MPK AOlj7/00, VNIP-TIMJeSH, zajavl. 05.03.1983 No. 3561122/30-15, opubl. 07.07.1984. Bjul. No. 25.
9. Coj Ju.A. Processy i oborudovanie doil'no-molochnyh otdelenij zhivotnovod-cheskih ferm [Processes and equipment of milking and dairy departments of cattle farms], Moscow, GNU VlJeSH, 2010, 424 p.
10. Kartashov LP, Solov'jov S.A., As-mankin E.M., Makarovskaja Z.V. Raschjot ispolnitel'nyh mehanizmov biotehnicheskoj sistemy [Calculation of actuators of biotech-nical system], Ekaterinburg, URO RAN, 2002, 181 p.
Сведения об авторах
Краснов Иван Николаевич - 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, Россия). Тел.: 8-928-137-98-08. E-mail: krasnov 1310@rambler.ru.
Краснова Александра Юрьевна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технический сервис в АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: 8-908-175-33-21. E-mail: achgaa@achgaa.ru.
Макаренко Андрей Сергеевич - аспирант, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: 8-904-346-82-52. E-mail: achgaa@achgaa.ru.
Information about authors
Krasnov Ivan Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Theoretical and applied mechanics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBE1 HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: 8-928-137-98-08. E-mail: krasnovl310@rambler.ru.
Krasnova Alexandra Jurievna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Technical service in agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBE1 HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: 8-908-175-33-21. E-mail: achgaa@achgaa.ru.
Makarenko Andrey Sergeevich - postgraduate student, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: 8-904-346-82-52. E-mail: achgaa@achgaa.ru.
