CC BY
56
ни воздействия на пласт почвы средняя часть лапы за исключением стойки. Здесь происходит и наиболее сильное разрушение (крошение) частиц почвы, объясняемое их большими перемещениями и перемешиванием. Поэтому правильный выбор параметров лапы в этой рабочей зоне позволит повысить эффективность процесса крошения почвы.
На основе экспериментов в почвенном канале установлено, что при углах а=24...28° обеспечивается максимальное крошение (80.85 %) и формируется более выровненная поверхность обработанной почвы. При таких параметрах глубина борозды за стойкой лапы не превышает 5 см. А при угле а=30° происходит выворачивание нижних влажных слоев почвы и повышение гребнистости поверхности.
Выводы. Установлены кретерии оценки технологического процеса обработки почвы для реологических моделей: дисперсия скорости частиц почвы по высоте пласта
для оценки степени крошения; дисперсия давления на поверхности рабочего органа для оценки степени уплотнения почвеных комков. На основе этих критериев оценки технологического процесса и экспериментальных исследований для улучшения качества обработки почвы и снижения тягового сопротивления рекомендуется изготавливать лаповые рабочие органы культиваторов с углом крошения а=24.26°.
Модель, реализованная в программном комплексе Flow Vision, позволяет получать непосредственную картину взаимодействия почвы с рабочим органом. Для расчета можно изменять физические параметры среды (плотность, вязкость), начальную скорость движения рабочего органа и его технологические параметры (углы установки, глубина хода, скорость движения и др.).
С помощью предложенной модели можно обосновать рациональные конструктивно-технологические параметры рабочих органов почвообрабатывающих машин.
Литература.
1. Мударисов С.Г., Султанов Ш.М. Обоснование рабочей поверхности стрельчатой лапы с изменяемыми параметрами. //Достижения науки и техники АПК №8, 2006 - С.35-36.
2. Подскребко М.Д. Повышение эффективности использования тракторных агрегатов на основной обработке почвы. Дисс. докт. техн. наук. Челябинск, 1975. -391с.
3. Мударисов С.Г., Ямалетдинов М.М. Исследование распределения напряжений в почве при взаимодействии с рабочими органами почвообрабатывающих машин. Материалы Всероссийской конференции, посвященной 75-летию со дня открытия Чувашской ГСХА. Чебоксары: ЧГСХА, 2006. -С.477-479.
ASSESSMENT OF TECHNOLOGICAL PROCESS OF SOIL TREATMENT ON THE BASIS OF
CONTINUUM DYNAMICS EQUATIONS S.G. Mudarisov, Z.S. Rahimov, M.M. Yamaletdinov, I.M. Farchutdinov
Summary. The results of modeling technological process of surface treatment of the soil Flow Vision software, with dispersion as an assessment criterion, show that for qualitative tilling and reducing draught resistance it is recommended to produce cultivators working bodies with 330 mm width and crushing angle a=24...26°.
Key words: cultivators working body, modeling, area of calculations, boundary conditions, assessment criterion, dispersion of the velocity, dispersion of the pressure.
УДК 637.11
НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
В.В. КИРСАНОВ, доктор технических наук, ученый секретарь
Отделение механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии
К.С. ЩУКИН, кандидат технических наук, доцент Тверская ГСХА
В.Н. ЛЕГЕЗА, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
Московский ГАУ Тел.: (495) 1248065
Резюме. Проанализированы основные направления исследований исполнительных механизмов доильных установок, отмечены их недостатки и определены главные пути дальнейшего совершенствования. Выделены два направления развития доильных аппаратов: модернизация подвесной части и применение внешних массажно-додаива-ющих устройств. Предложена схема работы доильного аппарата с двумя уровнями вакуума и раздельным транспортированием молока и воздуха, что обеспечивает ста-
билизацию вакуума, физиологически адекватный режим доения и транспортирование молока в молокопровод без интенсивного пенообразования с сохранением его нативных свойств
Ключевые слова: доильная установка, массажно-дода-ивающее устройство, вакуум.
Госпрограммой развития сельского хозяйства предусмотрено существенное повышение доли отечественной продукции в продовольственном балансе страны и увеличение производства молока к 2012 г на 40 %. Однако за 2008 г валовое его производство составило 32381,7 тыс.т или 101,1 % к уровню 2007 г при среднем надое 4024 кг что на 228 кг больше уровня предыдущего года. При этом поголовье крупного рогатого скота на 1 января 2009 г., было равно 21,1 млн гол., или 98,5 % к соответствующей дате 2008 г, в том числе коров 9,3 млн гол. (99 %), а доильных установок за 2008 г. произвели 710 единиц при общем парке 37 тыс. шт. (в 1990 г. соответственно 30742 и 242200 шт.).
В целом по стране рентабельность производства мо-
лока не превышает 6,6 %. Для того, чтобы отечественное молочное животноводство было рентабельным и конкурентоспособным, фермы нужно укомплектовать высокопродуктивными животными, оснастить производительным и надежным технологическим оборудованием, создать комфортные условия содержания животных. Для этого необходимо ускорить освоение прогрессивных технологий на базе единого расширенного типоразмерного ряда конкурентоспособного (преимущественно отечественного) технологического оборудования. Особое значение имеет создание и производство новых типов доильных установок и их элементной базы на блочно-модульной основе с повышенными адаптивными свойствами. Прежде всего это касается совершенствования технологических схем и конструкций доильных аппаратов, от которых в значительной степени зависят здоровье и продуктивность животных.
Несмотря на множество известных решений, актуальным остается создание универсального доильного аппарата для физиологически адекватного доения коров с различным уровнем продуктивности и его вариативного использования на существующих типах доильных установок при их альтернативной комплектации.
Анализ конструкций доильных аппаратов показывает что в своей основе с момента создания двухкамерного доильного стакана с применением пульсирующего вакуума они не претерпели принципиальных изменений. Направления исследований развивались по пути адаптации исполнительных механизмов доильных аппаратов к морфологическим особенностям строения вымени, оптимизации и автоматизации режимов работы и конструктивных параметров для усиления их стимулирующей способности с последующим быстрым, полным и безопасным выдаиванием коров. Создано множество конструкций сосковой резины, стаканов, пульсаторов, коллекторов, определены основные режимы и сформулированы принципы машинного доения животных. Вместе с тем, по мнению многих ученых и конструкторов, существующие схемы доильных аппаратов обладают весьма существенными недостатками. К числу основных из них относятся следующие:
циклические колебания вакуума в подсосковых пространствах доильных стаканов;
возможность обратного тока молока из коллектора в доильные стаканы и из стаканов в вымя животного (удары давлением) с потенциальным обменом патогенной микрофлорой между отдельными долями вымени;
впуск воздуха в коллектор для транспортирования молоковоздушной смеси в пульсирующем режиме с последующей дестабилизацией жировой фазы и дополнительным бактериальным обсеменением молока;
наползание доильных стаканов на вымя животного с необходимостью машинного додаивания;
недостаточная стимулирующая способность; вероятность травмирования долей вымени при несвоевременном отключении доильных стаканов от вакуума; неадекватные физиологии животных режимы доения. В целом предпринимаемые учеными и конструкторами разных стран усилия дают свои положительные результаты, возможные отрицательные последствия применения доильных аппаратов компенсируются правильной техникой доения, автоматизацией подготовительных и заключительных ручных операций, ранней диагностикой заболевания маститом и др. Однако освоение индустриальных технологий с использованием высокопроизводитель-
ных установок, расположенных в доильных залах, резко ограничивает возможности тщательного осмотра животных и выполнения некоторых важных технологических операций. В результате появилось мнение, что преддоильная 40-секундная подготовка не нужна и достаточно только влажного обтирания сосков. Однако исследования авторитетных ученых-физиологов, практика использования и государственные испытания доильных аппаратов свидетельствуют о существенном улучшении показателей машинного доения (полнота выдаивания, скорость молоко-отдачи, жирность молока) в случае проведения такой операции, по сравнению с 10-секундной подготовкой (а в реальности в доильных залах это 4.5 секунд). В этой связи важнейшее направление развития современных машинных технологий в животноводстве — повышение адаптивности доильной техники и ее встраивание в общую инфор-мационно-управляющую систему доильной установкой и фермой в целом.
Еще одно перспективное направление совершенствования конструкций доильных аппаратов — их многофункциональность, позволяющая постепенно замещать ручные операции при обслуживании животных. Одна из приоритетных задач развития доильной техники — совершенствование манипуляторов доения, позволяющих автоматизировать подготовительно-заключительные операции. Однако не все конструкции можно одинаково эффективно использовать на существующих типах доильных установок. Так, манипуляторы со шнурковыми съемниками подходят для любых установок, но не выполняют машинного додаивания в его классическом представлении (оттягивании подвесной части), а манипуляторы рычажного (додаивающего) типа, в том числе и отечественного производства (МД-Ф-1), трудно применимы на современных доильных установках типа «Параллель». Поэтому в ряде случаев «классическое» додаивание подменяют изменением режима работы доильного аппарата (создание альтернативной пульсации и соотношения тактов), что не всегда дает положительный результат, особенно для тугодойных животных. Это же обстоятельство сдерживает автоматизацию линейных установок, где применение эффективных манипуляторов существенно облегчило бы труд дояров. Поэтому проблема додаивать или не додаивать, а если додаивать, то каким образом (механическим оттягиванием или алгоритмическим способом, меняя режим доения) остается дискуссионной. Существует и третий путь — аппаратное совершенствование подвесной части, исключающей необходимость проведение машинного додаивания. Таким образом, можно обозначить два принципиально важных направления развития доильной техники: применение дополнительных внешних устройств стимуляции и машинного додаивания или создание новой конструкции подвесной части в сочетании с управляемым режимом работы, исключающим применение внешних устройств. Эти направления отрабатываются на кафедре механизации животноводства Московского ГАУ где разработаны макетные образцы доильного аппарата, оснащенного внешним стиму-лирующе-додаивающим устройством для адаптивного применения на любых доильных установках и доильного аппарата с измененной аппаратной (подвесной) частью в отношении улучшения управляемости режима работы, стабилизации вакуума и отвода молока из коллектора. Последний вариант доильного аппарата работает при двух уровнях вакуума с независимым вакуумметричес-ким давлением доения от вакуума транспортирования
Доильный аппарат работает в двухтактном режиме: такт сосания и такт сжатия (такт разгрузки — транспортирования молока).
При такте сосания вакуумметрическое давление (70 кПа) по магистральному вакуумному шлангу 7 подается в пульсатор 2, откуда распределяется по межстенным пространствам доильных стаканов 1 через дроссели 9, выравнивающие давление между межстенными и подсос-ковыми камерами. В молокопроводе поддерживается пониженный уровень вакуума 33 кПа. При этом мембрана 10 в коллекторе 3 выгибается вверх, увеличивая объем молочной камеры, создавая в ней необходимое разряжение и одновременно закрывая обратный клапан 5 на отводящем шланге 8, что предотвращает обратное поступление выдоенного молока в коллектор. Обратные клапаны 5 на молочных патрубках 4 открываются, сообщая молочную камеру коллектора 3 с подсосковыми пространствами доильных стаканов, в которых будет создаваться оптимальный доильный вакуум (36. 40 кПа), независимый от транспортирующего перепада давлений и вакуума в молокопроводе, что уменьшит отрицательное воздействие на сосок животного и стабилизирует процесс доения.
При такте сжатия (разгрузки) мембрана 10 в коллекторе 3 прогнется в нижнее положение, уменьшая при этом объем молочной камеры и создавая необходимое давления для транспортирования молока по шлангу в молоко-провод, при этом обратный клапан 5 на отводящем молочном шланге 8 откроется, а закрытые обратные клапана на молочных патрубках 4 сохранят небольшой удерживающий вакуум в подсосковых пространствах доильных стаканов 1 и исключат обратный ток молока. В таком случае не требуется полного смыкания стенок сосковой резины, а следовательно будет отсутствовать обратное выталкивание молока из соска в вымя. При этом возможно использование укороченных двухкамерных (эффективно для коров с низкорасположенным выменем) или однокамерных доильных стаканов, что упрощает комплектацию и одновременно повышает адаптивность оборудования.
Одновременно появляется возможность быстрого и эффективного регулирования отсасывающей способности доильного аппарата путем изменения хода мембраны посредством изменения частоты пульсаций, соотношения тактов, дросселированием откачки воздуха из надмем-бранной полости и др. При транспортировании молока по шлангу исключается необходимость впуска воздуха, что создает дополнительные преимущества такой конструкции и исключает ряд недостатков.
Литература.
1. Кирсанов В.В. Кравченко В.Н. Пути совершенствования оборудования для доения коров и первичной обработки молока. // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — №9. — 2005 г.
2. Ерохин М.Н., Кирсанов В.В., Цой Ю.А., Казанцев С.П. Структорно-технологическое моделирование процессов и функциональных систем в молочном скотоводстве. // В сб. научн. трудов ГНУ ВНИИМЖ. — т.17. — ч.1.
3. Кирсанов В.В., Архипцев А.В. Обоснование алгоритма управления, схемы и параметров манипулятора доения коров. // В сб. научн. трудов ГНУ ВНИИМЖ. — т.17. — ч.4.
4. Иванов Н.М., Чепурин Г.Е. Развитие инженерного обеспечения производства и переработки сельскохозяйственной продукции в Сибири. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. - 2008. - №5. - С. 128-135
AREAS FOR IMPROVEMENT OF MILKER OPERATING MECHANISMS V.V. Kirsanov, K.S. Schukin, V.N. Legeza
Summary. The main directions of milker operating mechanisms researches are analyzed, their shortcomings are noticed, and main ways for further improvement are determined. Two directions of milker improvement are assigned: pendant part modernization and external massage-strip facilities usage. Is proposed the work scheme of milker with two vacuum levels and separate transport of milk and air that provide vacuum stabilization, physiologically adequate regime of milking and milk transport to milking tube without intensive foaming and with its native properties retention. Key words: milker, massage-strip facility, vacuum.
(это особенно актуально для доильных установок с верхним расположением молокопровода).
Подобные разработки проводили и другие исследователи. Но у одних они в силу ряда причин не нашли применения в производстве, другие не ставили задачу кардинального отказа от центрального питающего доильного вакуума и безвоздушного транспортирования молока в мо-локопровод.
Предлагаемый доильный аппарат с независимым до-
ГОкПа
Рисунок. Доильный аппарат с двойным уровнем вакуума. ВП — вакуумпровод (70 кПа), МП — молокопровод (33 кПа), 1 — доильные стаканы, 2 — пульсатор, 3 — коллектор, 4 — молочные патрубки, 5 — обратные клапаны, 6 — вакуумные патрубки, 7 — магистральный вакуумный шланг, 8 — отводящий молочный шланг, 9 — дроссель, 10 — мембрана.
ильным вакуумом (см. рисунок) состоит из четырех доильных стаканов 1, пульсатора 2, коллектора 3, молочных 4 и вакуумных патрубков 6. Подача высокого вакуумметричес-кого давления осуществляется по магистральному вакуумному шлангу 7, а отвод молока — по молочному шлангу 8. На молочных патрубках 4 и отводящем молочном шланге 8 установлены обратные клапана 5 . В коллекторе 3 установлена мембрана 10, разделяющая воздушную и молочную камеры, связанные посредством пульсатора с ва-куумпроводом (ВП) и отводящего молочного шланга с молокопроводом (МП) соответственно.
