CC BY
31
УДК 637.115
ПЕРЕНОСНОЙ МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ ДОЕНИЯ КОРОВ
B.Ф. Ужик, доктор технических наук, профессор
C.И. Некипелов, инженер
ФГБОУ ВО Белгородский государственный аграрный университет им. В.Я. Горина Е-mail: uzhik16@rambler.ru
Аннотация. В последнее время много научных исследований посвящено разработке адаптивного доильного оборудования, обладающего возможностью изменения режима доения в зависимости от интенсивности потока молока, выводимого из сосков вымени. Это связано с опасностью механического разрушения наружной оболочки соска и внутренней оболочки цистерны соска при длительном воздействии высокого вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана как до припуска молока, так и по завершении его поступления из соска. Эта опасность всегда существует, так как рабочее вакуумметри-ческое давление в доильном стакане в разы превышает давление в полости рта теленка при сосании коровы. Поэтому вопрос создания конструкции адаптивного доильного аппарата, обладающего высокой скоростью молоковыведения при безвредном пневмомеханическом воздействии на молочную железу и возможностью своевременного снятия доильного аппарата с вымени коровы, остается актуальным. Разработанный нами переносной манипулятор для доения коров обеспечивает изменение вакуумметри-ческого давления в подсосковых и межстенных камерах доильных стаканов по каждому соску в отдельности и снятие доильного аппарата с вымени коровы при завершении доения последнего соска. Для этого он включает доильный аппарат, который состоит из доильных стаканов и четырехсекционного коллектора, пневмоцилиндр и блок управления. Применение данного переносного манипулятора для доения коров на доильных установках типа АДМ-8 позволит повысить производительность труда на 35-40% и снизить заболеваемость вымени коров маститом на 12-14%.
Ключевые слова: доильное оборудование, доильный стакан, коллектор, пульсатор, пневмоцилиндр, мастит, вакуумметрическое давление.
Введение. В последнее время много научных исследований в области механизации доения коров посвящено разработке адаптивного доильного оборудования, обладающего возможностью изменения режима доения в зависимости от интенсивности потока молока, выводимого из сосков вымени [110]. Это связано с опасностью механического разрушения наружной оболочки соска и внутренней оболочки цистерны соска при длительном воздействии высокого вакуум-метрического давления в подсосковой камере доильного стакана как до припуска молока, так и по завершении его поступления из соска. Эта опасность всегда существует, так как рабочее вакуумметрическое давление в доильном стакане в разы превышает давление в полости рта теленка при сосании коровы. Однако до настоящего времени не создан доильный аппарат, в полной мере реализующий компромиссное решение: максимальная интенсивность молоковыведения при не-
значительном воздействии вакуумметричес-кого давления на сосок. Поэтому вопрос создания конструкции адаптивного доильного аппарата, обладающего высокой скоростью молоковыведения при безвредном пневмомеханическом воздействии на молочную железу и возможностью своевременного снятия доильного аппарата с вымени коровы, остается актуальным.
Методология исследований. Наиболее полно автоматическое управление режимом доения коровы реализовано в робототехни-ческих системах, в которых предусмотрено изменение вакуумметрического давления доения, частоты пульсаций пульсатора и снятие доильного стакана по каждой доле вымени коров в отдельности. Они получили достаточно широкое распространение в молочной отрасли. Однако, вследствие высокой стоимости роботов, небольшого числа животных, обслуживаемых одной установкой, сложности их обслуживания, животноводы
отдают предпочтение более простому доильному оборудованию. Реализовать такой режим доения на других доильных установках, особенно в переносном варианте доильного аппарата со сбором молока в молокопровод или доильное ведро, весьма сложно. Поэтому продолжаются работы по созданию как стационарных, так и переносных автоматов доения коров, обладающих широким спектром изменяемых параметров режима доения в зависимости от интенсивности потока выводимого молока как по вымени в целом, так и по каждому соску в отдельности.
Результаты исследований. Разработанный нами переносной манипулятор для доения коров (рис. 1) обеспечивает изменение вакуумметрического давления в подсоско-вых и межстенных камерах доильных стаканов по каждому соску в отдельности и снятие доильного аппарата с вымени коровы при завершении доения последнего соска (снижение интенсивности потока молока ниже заданного значения, например, 50 мл/мин.) [11]. Он включает доильный аппарат, который состоит из доильных стаканов 17 с подсосковой 16 и межстенной камерой 15, образуемых сосковой резиной 14, четы-рехсекционного коллектора 6 с секциями 5, которые в нижней части объединены молокоприемной камерой 34, патрубком 31, перекрываемым клапаном 32, соединяемой с мо-локопроводом 21 доильной установки. В верхней части секции 5 коллектора 6 объединены камерой 12 постоянного вакуумметри-ческого давления, соединяемой с вакуумной магистралью 22 доильной установки. Каждая секция 5 коллектора 6 содержит камеру управления 9, калиброванным каналом 13 сообщаемую с камерой 12 постоянного ваку-умметрического давления, а калиброванным каналом 10 с электроклапаном 11 - с атмосферой, и отделенные от камеры управления 9 мембраной 4 камеру 3 постоянного вакуум-метрического давления и коаксиально установленную в ней камеру 1 рабочего вакуум-метрического давления, верхний обрез которой образует с мембраной 4 калиброванную щель 28, а нижний конец соединен с подсос-ковой камерой 15 доильного стакана 17.
Рис. 1. Конструктивная схема переносного манипулятора для доения коров: 1 - камера рабочего вакуумметрического давления; 2 - поплавок; 3 - камера постоянного вакуумметрического давления; 4 - мембрана; 5 - секция; 6 - четырех-секционный коллектор; 7 - патрубок;
8 - распределительная камера; 9 - камера управления; 10 - калиброванный канал; 11 - электроклапан; 12 - камера постоянного вакуумметрического давления; 13 - калиброванный канал; 14 - сосковая резина; 15 - подсосковая камера; 16 - межстенная камера; 17 - доильный стакан; 18 - блок управления; 19 - пульсатор; 20 - двухходовой электровентиль; 21 - молокопровод; 22 - вакуумная магистраль; 23 - фиксатор; 24 - пневмоцилиндр; 25 - трос; 26 - геркон; 27 - магнит; 28 - калиброванная щель; 29 - калиброванный канал; 30 - игла; 31 - патрубок; 32 - клапан; 33 - рычаг; 34 - молокоприемная камера;
35 - переливное отверстие.
Камера 3 постоянного вакуумметрическо-го давления переливным отверстием 35 соединена с молокоприемной камерой 34 коллектора 6 и выполнена в виде молоколовуш-ки с поплавком 2 и калиброванным каналом 29 для истечения молока в молокоприемную камеру 34 с заданной интенсивностью, например 50 мл/мин., образованным иглой 30, прикрепленной к поплавку 2, который также содержит магнит 27, магнитное поле которого взаимодействует с герконом 26 при нижнем положении поплавка 2 в молоколовуш-
ке. Для управления положением клапана 32 при снятии доильного аппарата с вымени коровы по завершению доения, на молокоприемной камере 34 установлен рычаг 33, одним концом который соединен с клапаном 32, а к другому прикреплен трос 25 пневмоцилин-дра 24 снятия доильного аппарата манипулятора, который через двухходовой электровентиль 20 соединен с вакуумной магистралью 22 или атмосферой, и подвешен на ваку-умпроводе доильной установки (на схеме не показано).
Для удержания троса 25 в исходном положении перед установкой доильного аппарата на вымя коровы, пневмоцилиндр 24 снабжен фиксатором 23, имеющим возможность механического удержания троса 25 до подачи вакуумметрического давления через двухходовой электровентиль 20 в пневмоци-линдр 24, а также переключения двухходового электровентиля 20 на подачу атмосферного давления в пневмоцилиндр 25. Межстенные камеры 16 доильных стаканов 17 патрубками 7 через распределительную камеру 8 соединены с пульсатором 19, зафиксированном на вакуумной магистрали 22. Причем, патрубки 7 установлены по длине доильного стакана 17 в зоне максимальной деформации сосковой резины 14 под воздействием перепада давлений между подсоско-вой 15 и межстенной 16 камерами до соприкосновения с ней в ненагруженном ее состоянии (при отсутствии перепада давлений на ней) и их обрез выполнен в форме наружной образующей сосковой резины 14 в точке контакта. Герконы 26, электроклапаны 11 калиброванных каналов 10, двухходовой электровентиль 20 пневмоцилиндра 24 электрически связаны с блоком управления 18.
Переносной манипулятор для доения коров работает следующим образом. Пневмо-цилиндр 24 подвешивают на вакуумпроводе (на схеме не показано). При этом фиксатор 23 механически удерживает от выдвижения из пневмоцилиндра 24 трос 25, тем самым обеспечивая подвешенное положение коллектора 6 с доильными стаканами 17. Патрубок 31 молокосборной камеры 34 коллектора 6 соединяют с молокопроводом 21, а двух-
ходовой электровентиль 20 пневмоцилиндра
24, камеру 12 постоянного вакуумметриче-ского давления и пульсатор 19 подключают к вакуумной магистрали 22, и включают блок управления 18. При этом вакуумметрическое давление из вакуумной магистрали 22 через двухходовой электровентиль 20 поступает в пневмоцилиндр 24, дублируя механическое удержание троса 25 фиксатором 23. Через пульсатор 19, распределительную камеру 8 и далее патрубки 7, пульсирующее вакууммет-рическое давление поступает в межстенные камеры 16 доильных стаканов 17. Через камеру 12 и далее калиброванные каналы 13 вакуумметрическое давление поступает в камеры управления 9 всех четырех секций 5 коллектора 6, которые калиброванными каналами 10 с электроклапанами 11 соединены с атмосферой.
Поступление атмосферного воздуха через калиброванные каналы 10 обеспечивает установление в камерах управления 9 пониженного вакуумметрического давления, например, 33 кПа. Из молокопровода 21 вакуумметрическое давление поступает в патрубок 31 молокоприемной камеры 34 четырех-секционного коллектора 6, перекрытый клапаном 32. Манипулятор готов к работе.
Доильный аппарат устанавливают на вымя коровы. Для этого фиксатором 23 освобождают трос 25 и одновременно подают сигнал в блок управления 18, откуда управляющий сигнал поступает в двухходовой электровентиль 20, который сообщает пнев-моцилиндр 24 с атмосферой. Выдвигая трос
25, доильные стаканы 17 подводят под вымя коровы (на схеме не показано) и открывают клапан 32.
При этом вакуумметрическое давление поступает в молокоприемную камеру 34 и далее через переливные отверстия 35 в секции 5 коллектора 6, выполненные в виде мо-локоловушек, откуда через калиброванные щели 28 - в камеры 1 рабочего вакууммет-рического давления и далее в подсосковые камеры 15 доильных стаканов 17. А так как из молокопровода 21 поступает номинальное вакуумметрическое давление, например 48 кПа, а в камере управления 9 пониженное
вакуумметрическое давление (33 кПа), то мембрана 4, прогибаясь вниз под воздействием перепада давлений, уменьшает калиброванную щель 28, тем самым ограничивая откачку воздуха из камер 1 рабочего ва-куумметрического давления и далее подсос-ковых камер 15 доильных стаканов 17, то это обеспечивает установление в них пониженного вакуумметрического давления. Одновременно пульсирующее номинальное ваку-умметрическое давление от пульсатора 19 через распределительную камеру 8 и далее патрубки 7 поступает в межстенные камеры 16 доильных стаканов 17.
При этом поступление атмосферного воздуха в межстенные камеры 16 приводит к смыканию сосковой резины 14 под воздействием перепада давлений в подсосковой 15 и межстенной камере 16. При подаче ваку-умметрического давления происходит выравнивание сосковой резины и при совпадении давлений в подсосковой 15 и межстенной 16 камерах сосковая резина 14 примыкает к торцу патрубка 7, ограничив откачку воздуха из межстенной камеры 16, и тем самым обеспечив одинаковое вакуумметриче-ское давление в подсосковой 15 и межстенной 16 камерах доильного стакана 17.
Доильные стаканы надевают на соски вымени и осуществляют доение в стимулирующем режиме. Молоко из подсосковой камеры 15 каждого доильного стакана поступает в камеру 1 рабочего вакуумметриче-ского давления и далее через калиброванную щель 28 - в молоколовушку секции 5 коллектора 6, и при интенсивности потока молока ниже 50 мл/мин., стекает через калиброванный канал 29, образованный иглой 30, в молокоприемную камеру 34 коллектора 6 и далее через патрубок 31 в молокопровод 21. При увеличении потока молока в каком либо доильном стакане 17, происходит его накопление в молоколовушке соответствующей ему секции 5, что приводит к всплытию поплавка 2 и удалению установленного в нем магнита 27 из зоны взаимодействия с герко-ном 26, что приводит к его срабатыванию и, как следствие, срабатыванию по команде блока управления 18 электроклапана 11, ко-
торый перекрывает доступ атмосферного воздуха через калиброванный канал 10 в камеру управления 9. Это приводит к увеличению вакуумметрического давления в камере управления 9 до номинального (48 кПа) и, как следствие, выравниванию мембраны 4 и увеличению до номинального вакуумметр и-ческого давления в камере 1 рабочего ваку-умметрического давления и далее в подсос-ковой камере 15 доильного стакана 17, а значит и в межстенной камере 16 доильного стакана 17. Таким образом осуществляют доение в номинальном режиме.
При последующем снижении интенсивности потока молока, поплавок 2 меняет свое положение, опускаясь вниз, и перемещает магнит 27 в зону взаимодействия его магнитного поля с герконом 26. Происходит обратное переключение на стимулирующий режим работы. Такое переключение происходит по каждому соску в отдельности, тем самым обеспечивая оптимальный режим доения. При снижении интенсивности потока молока во всех секциях 5 коллектора 6, блок управления 18 выдает команду двухходовому электровентилю 20. При этом вакууммет-рическое давление из вакуумной магистрали 22 через двухходовой электровентиль 20 поступает в пневмоцилиндр 24. Трос 25, втягиваясь в пневмоцилиндр 24, воздействует на рычаг 33 и перекрывает клапаном 32 патрубок 31, тем самым отключая доильный аппарат от молокопровода 21, и снимает доильный аппарат с вымени коровы. Доение завершено.
Применение данного переносного манипулятора для доения коров на доильных установках типа АДМ-8 позволит повысить производительность труда на 35-40% и снизить заболеваемость вымени коров маститом на 12-14%.
Заключение. Применение доильного аппарата с управляемым режимом доения по каждой доле вымени коровы в отдельности позволит обеспечить щадящее воздействие на молочную железу. Это будет способствовать повышению выдоенности коров на 3-4% и снижению заболеваемости вымени коров маститом в 2-2,5 раза.
Литература:
1. Исследование устройства для управления режимом работы стимулирующе-адаптивного доильного аппарата / Е.А. Андрианов и др. // Вестник Воронежского ГАУ. 2014. №3(42). С. 123-129.
2. Кирсанов В.В., Кравченко В.Н. Пути совершенствования оборудования для доения и первичной обработки молока // Тракторы и сельхозмашины. 2005. №9.
3. Кирсанов В.В., Щукин К.С., Легеза В.Н. Направления совершенствования исполнительных механизмов доильных установок // Достижения науки и техники АПК. 2010. №1. С. 64-65.
4. Краснов И.Н., Краснова А.Ю., Макаренко А.С. Влияние машинного доения на секрецию молока у коров // Научная мысль. 2015. №3. С. 208-214.
5. Краснов И.Н., Макаренко А.С. Повышение эффективности работы доильного аппарата четвертного доения // Вестник аграрной науки Дона. 2014. Т. 26. №2. С. 16-25.
6. Некрашевич В. Ф., Ульянов В.М. Выведение молока из вымени коровы доильным аппаратом // Техника в сельском хозяйстве. 2008. №3. С. 15-17.
7. Соловьев С.А., Шахов В.А. Методика моделирования высокоскоростного, энергосберегающего доильного аппарата // Тр. 14 Межд. симпозиума по машинному доению с.-х. животных. 2008. С. 169-176.
8. Ужик В.Ф., Тетерядченко А.И., Ужик О.В. К изменению соотношения тактов пульсатора доильного аппарата // Научная жизнь. 2016. №12. С. 15-25.
9. Ужик О.В. Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания: дис. канд. техн.наук. Белгород, 2007.
10. Экспериментальные исследования доильного аппарата с верхним отводом молока из коллектора в лабораторных условиях / В.М. Ульянов и др. // Вестник РГАТУ. 2016. №3(31). С. 65-70.
11. Заявка №2017108088. Переносной манипулятор для доения коров / В.Ф. Ужик и др. Заяв. 10.03.17.
Literatura:
1. Issledovanie ustrojstva dlya upravleniya rezhimom ra-boty stimuliruyushche-adaptivnogo doil'nogo apparata / E.A. Andrianov i dr. // Vestnik Voronezhskogo GAU. 2014. №3(42). S. 123-129.
2. Kirsanov V. V., Kravchenko V.N. Puti sovershenstvova-niya oborudovaniya dlya doeniya i pervichnoj obrabotki moloka // Traktory i sel'hozmashiny. 2005. №9.
3. Kirsanov V.V., SHCHukin K.S., Legeza V.N. Napravle-niya sovershenstvovaniya ispolnitel'nyh mekhanizmov doil'nyh ustanovok // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2010. №1. S. 64-65.
4. Krasnov I.N., Krasnova A.YU., Makarenko A.S. Vliya-nie mashinnogo doeniya na sekreciyu moloka u korov // Nauchnaya mysl'. 2015. №3. S. 208-214.
5. Krasnov I.N., Makarenko A.S. Povyshenie ehffektivno-sti raboty doil'nogo apparata chetvertnogo doeniya // Vestnik agrarnoj nauki Dona. 2014. T. 26. №2. S. 16-25.
6. Nekrashevich V.F., Ul'yanov V.M. Vyvedenie moloka iz vymeni korovy doil'nym apparatom // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. 2008. №3. S. 15-17.
7. Solov'ev S.A., SHahov V.A. Metodika modelirovaniya vysokoskorostnogo, ehnergosberegayushchego doil'-nogo apparata // Tr. 14 Mezhd. simpoziuma po mashin-nomu doeniyu s.-h. zhivotnyh. 2008. S. 169-176.
8. Uzhik V.F., Teteryadchenko A.I., Uzhik O.V. K izmene-niyu sootnosheniya taktov pul'satora doil'nogo apparata // Nauchnaya zhizn'. 2016. №12. S. 15-25.
9. Uzhik O.V. Razrabotka i obosnovanie konstruktivno-rezhimnyh parametrov perenosnogo adaptivnogo manipu-lyatora doeniya korov s avtonomnym istochnikom pita-niya: dis. kand. tekhn.nauk. Belgorod, 2007.
10. EHksperimental'nye issledovaniya doil'nogo apparata s verhnim otvodom moloka iz kollektora v laboratornyh usloviyah / V.M. Ul'yanov i dr. // Vestnik RGATU. 2016. №3(31). S. 65-70.
11. Zayavka №2017108088. Perenosnoj manipulyator dlya doeniya korov / V.F. Uzhik i dr. Zayav. 10.03.17.
PORTABLE MANIPULATOR FOR COWS MILKING
F.V. Ujik, doctor of technical sciences, professor S.I. Nekipelov, engineer
FGBOU VO Belgorod state agricultural University named after V.Y. Gorin
Abstract. Recently, a lot of scientific research is devoted to development of adaptive milking equipment, having the ability of milking regime changing, depending on the milk flow drawing from the nipple of the udder intensity. It is associated with an nipple's outer shell and the nipple tank inner shell mechanical destruction risk at prolonged exposure of high vacuum pressure in under nipple camera of teat cup so before to the milk pre-flow, as after its flow from the nipple. This danger always exists because of the working of vacuummetric pressure in the teat cup exceeds in times the pressure in the mouth of the calf at cow sucking. Therefore the question of creating of adaptive milking apparatus having a high milk excretion speed with pneumomechanical harmless effect on the mammary gland and the possibility of timely milking machine removal from the cow's udder is relevant. Developed by us a cows milking portable manipulator provides vacuummetric pressure changing in under nipple and wall detached cameras of teat cups for each teat separately, and the milking machine from the cow udder removal at last teat's milking compl e-tion. For this, it includes the milking machine, that consists of teat cups and four-section collector, pneumatic cylinder and control unit. This portable manipulator using for cows milking at ADM-8 type milking equipment will allow labor productivity in 35-40% to increase and the udder mastitis incidence in 12-14% to reduce. Keywords: milking equipment, teat cup, collector, pulsator, pneumatic cylinder, mastitis, vacuummetric pressure.
