CC BY
5
УДК 637.116
ПЕРЕНОСНОЙ МАНИПУЛЯТОР С ПОЧЕТВЕРТНЫМ УПРАВЛЯЕМЫМ РЕЖИМОМ ДОЕНИЯ КОРОВ
B. Ф. Ужик, доктор технических наук О.С. Кузьмина, аспирант
О.В. Китаёва, доктор технических наук
C.И. Некипелов, аспирант ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ E-mail: [email protected]
Аннотация. Для исключения возможности вредного влияния на молочную железу требуется почетверт-ное управление режимом доения. Известны технические решения почетвертного управляемого доения как для стационарных, так и для передвижных и переносных доильных машин. Однако вследствие достаточно высокой сложности, несовершенства предлагаемых вариантов их конструкции, хотя и обладающих новизной, подтвержденной патентами на изобретения, промышленностью не освоен их выпуск. С целью повышения продуктивности коров, снижения заболеваемости их вымени маститом и повышения производительности труда при обслуживании животных в процессе доения разработан переносной манипулятор для доения коров, обеспечивающий управляемый режим доения по каждой доле вымени коровы в отдельности, отключение от вакуумметрического давления и снятие доильного аппарата при снижении интенсивности извлекаемого из вымени потока молока ниже установленного значения в последней выдаиваемой доле. Обоснованы конструктивно-режимные параметры. Предложенная конструкция переносного манипулятора для доения включает доильный аппарат с почетвертным управлением режимом доения, пружинный механизм снятия доильного аппарата и блок управления. Применение данного манипулятора позволит повысить производительность труда на 35-40% и снизить заболеваемость вымени коров маститом на 12-14%.
Ключевые слова: манипулятор, доение, корова, пружинный механизм, вакуумметрическое давление, доильный аппарат, трос.
Введение. Как предусмотрено природой, выращивание потомства крупного рогатого скота связано с продуцированием его матерью продукта питания - молока. Однако этот продукт использует и человек для своего питания. Поэтому на протяжении нескольких столетий продолжаются работы по интенсификации отбора молока у коров. Но поскольку процесс доения коров - достаточно длительная и утомительная технологическая операция, то для этого применяется различное технологическое оборудование. Как известно, первые доильные машины осуществляли непрерывный отсос молока в единую емкость под воздействием вакуумметриче-ского давления, создаваемого в ней. Но со временем пришло осознание того, что процесс продуцирования молока достаточно сильно зависит от физиологического состояния коровы. Поэтому необходимо создавать
наиболее благоприятные условия для активизации этого процесса. И, тем не менее, был создан доильный аппарат, обладающий достаточно «жестким» режимом доения, т. к. вакуумметрическое давление в доильном стакане под соском значительно превышает давление в полости рта теленка. Его конструкция и была заложена в ныне существующие доильные аппараты.
Технические решения современного доильного оборудования представлены стационарными доильными установками, передвижными агрегатами, переносными доильными аппаратами. Значительная их часть содержит элементы автоматики, предназначенные для контроля и управления параметрами режима доения в зависимости от интенсивности потока молока, выводимого из вымени коровы. Однако, как показывает опыт использования доильных машин, вследствие
неравномерности развития долей вымени коровы и, как следствие, большой разницы в продолжительности их доения (более 30 с), для исключения возможности вредного влияния на молочную железу требуется почет-вертное управление режимом доения.
В настоящее время почетвертной режим реализован в стационарных доильных установках - роботах. Остальное же доильное оборудование, содержащее элементы управления доением, контроль потока молока осуществляет в целом по вымени. Известны технические решения почетвертного управляемого доения как для стационарных, так и для передвижных и переносных доильных машин [1-8]. Однако вследствие достаточно высокой сложности, несовершенства предлагаемых вариантов их конструкции, хотя и обладающих новизной, подтвержденной патентами на изобретения, промышленностью не освоен их выпуск. Поэтому исследования в этом направлении являются весьма актуальными.
Цель исследований - повышение продуктивности коров, снижение заболеваемости их вымени маститом и повышение производительности труда при обслуживании животных в процессе доения путем разработки и обоснования конструктивно-режимных параметров переносного манипулятора для доения коров.
Материал исследований. Материалом исследований послужили сведения о результатах поиска учеными и практиками оптимальных способов воздействия на молочную железу, их испытаний, а также сведения о технических средствах, предназначенных для их реализации.
Результаты исследований и обсуждение. Изучение данных литературы о результатах поиска учеными и практиками оптимальных способов доения коров, их испытаний, изучение опыта эксплуатации серийного доильного оборудования, а также изучение известных технических решений, классификация которых приведена на рисунке 1, позволило нам прийти к заключению - в настоящее время на данном уровне развития науки техники вполне возможно применение
полуавтоматов доения коров при привязном их содержании со сбором молока в молоко-провод. Для этого нами разработан переносной манипулятор для доения коров (рис. 2) (заявка № 2018139401), обеспечивающий управляемый режим доения по каждой доле вымени коровы в отдельности, отключение от вакуумметрического давления и снятие доильного аппарата при снижении интенсивности извлекаемого из вымени потока молока ниже установленного значения в последней выдаиваемой доле, например, 50 мл/мин.
Он включает доильный аппарат, который состоит из доильных стаканов 30 с подсоско-вой 31 и межстенной камерой 3, образуемых сосковой резиной 4, четырехсекционного коллектора 13 с секциями 6, которые в нижней части объединены молокоприемной камерой 7, патрубком 5, перекрываемым клапаном 6, соединяемой с молокопроводом 28 доильной установки. В верхней части секции 16 коллектора 13 объединены камерой 11 постоянного вакуумметрического давления, соединяемой с вакуумной магистралью 29 доильной установки. Каждая секция 16 коллектора 33 содержит две камеры управления 18 и 17, разделяемые перегородкой 22 и сообщаемые между собой калиброванным каналом 23. Камера управления 18 калиброванным каналом 19 сообщена с камерой 11 постоянного вакуумметрического давления, а калиброванным каналом 15 с электроклапаном 14 - с атмосферой. Камера управления 18 мембраной 12 отделена от камеры 11 рабочего вакуумметрического давления, в которой коаксиально установлен подвижной патрубок 9, верхний обрез которого содержит буртик 4 и образует с мембраной 12 калиброванную щель 41, а нижний обрез, который содержит калиброванную выемку 3, с посадочным гнездом в отверстии 2, выполненном в дне камеры 11 рабочего вакуум-метрического давления, образует калиброванный канал для истечения молока из камеры 11 рабочего вакуумметрического давления в молокоприемную камеру 8 коллектора с заданной интенсивностью, например 50 мл/мин., при нижнем его положении. Камера 11 рабочего вакуумметрического давления
патрубком 39 с калиброванным каналом 40 для поступления атмосферного воздуха соединена с подсосковой камерой 31 доильного стакана 30 и выполнена в виде молоколо-вушки с поплавком 10, который содержит магнит 1, магнитное поле которого взаимодействует с герконом 42 при нижнем положении поплавка 10 в молоколовушке. Камера управления 17 мембраной 38 отделена от камеры 20 регулируемого вакуумметриче-
ского давления, в которой коаксиально установлен патрубок 35, нижний обрез которого образует с мембраной 38 калиброванную щель 36. Камера 20 регулируемого вакуум-метрического давления патрубком 34 соединена с межстенной камерой 32 доильного стакана 1. Патрубки 35 секций 16 объединены распределительной камерой 20, через пульсатор 27 сообщаемой с вакуумной магистралью 29.
по каждой доле в отдельности по передним и задним долям
в целом по вымени
без приподнимания стаканов
с приподниманием стаканов
без контроля припуска молока без стимуляции вымени
с контролем припуска молока со стимуляцией вымени
изменение вакуума, числа пульсаций
импульсное оттягивание стаканов
постоянное оттягивание стаканов
с постоянным режимом доения
с переменным режимом доения
I И !
£
8>3
щ 1 8
=3 со ¡1
без машинного додаивания
с машинным додаиванием
изменение вакуума, числа пульсаций, соотношение тактов
изменение вакуума, числа пульсаций
импульсное оттягивание
постоянное оттягивание
по вымени
с ручным отключением с авт омат ич ес ким )тклк чен ием
1 по вымени
с ручным снятием с автоматическим снятием
1
без учета на доя с учетом нас оя
Рис. 1. Классификация манипуляторов доильных установок
Для управления положением клапана 6 при снятии доильного аппарата с вымени коровы по завершении доения на молокоприемной камере 8 установлен рычаг 7, одним концом который соединен с клапаном 6, а к другому присоединен трос 24 пружинного механизма 25 снятия доильного аппарата, который содержит фиксатор барабана троса и подвешен на вакуумпроводе доильной установки. Герконы 42, электроклапаны 14 калиброванных каналов 15, фиксатор барабана троса пружинного механизма 25 снятия доильного аппарата электрически связаны с блоком управления 26.
Переносной манипулятор для доения коров работает следующим образом. Пружинный механизм 25 подвешивают на вакуум-проводе (на схеме не показано). При этом пружина механически удерживает трос 24, тем самым обеспечивая подвешенное поло-
жение коллектора 13 с доильными стаканами 1. Патрубок 5 молокосборной камеры 8 коллектора 13 соединяют с молокопроводом 28, а камеру 11 постоянного вакуумметрическо-го давления и пульсатор 34 подключают к вакуумной магистрали 29 и включают блок управления 26. Через камеру 11 и далее калиброванные каналы 19 вакуумметрическое давление поступает в камеры управления 18 всех четырех секций 16 коллектора 5, которые калиброванными каналами 15 с электроклапанами 14 соединены с атмосферой. Поступлением атмосферного воздуха через калиброванные каналы 15 обеспечивают установление в камерах управления 18 пониженного вакуумметрического давления, например 33 кПа. Одновременно через калиброванный канал 23 в перегородке 22 пониженное вакуумметрическое давление поступает и в камеру управления 17.
Рис. 2. Схема переносного манипулятора для доения коров
Из вакуумной магистрали 29 через пульсатор 27 и распределительную камеру 20 переменное вакуумметрическое давление поступает в патрубок 35 и далее, через калиброванную щель 36, поступает в камеру 20 регулируемого вакуумметрического давления. Так как в камере управления 17 пониженное вакуумметрическое давление, то мембрана 38, прогибаясь вверх под воздействием перепада давления в камере управления 17 и патрубке 35, в который от пульсатора поступает номинальное вакуумметрическое давление, например, 48 кПа, ограничивает ваку-умметрическое давление в камере 20 регулируемого вакуумметрического давления, например, до 33 кПа, которое по патрубку 34 и поступает в межстенную камеру 32 доильного стакана 1. При этом пульсирующее ваку-умметрическое давление, поступающее в патрубки 35 от пульсатора 27, вызывает колебания мембраны 38 и давления в камере управления 17. Калиброванный канал 23 в перегородке 22 уменьшает степень влияния колебаний вакуумметрического давления в камере управления 17 на вакуумметрическое давление в камере управления 18 в процессе пульсаций пульсатора. Из молокопровода 28 вакуумметрическое давление поступает в патрубок 5 молокоприемной камеры 8 четы-рехсекционного коллектора, перекрытый клапаном 6. Манипулятор готов к работе.
Доильный аппарат устанавливают на вымя коровы. Для этого включают блок управления 26 и, увлекая трос 24, вращают барабан пружинного механизма 25, тем самым взводя пружину и освобождая доильный аппарат. При этом фиксатором предотвращают обратное вращение барабана. Доильные стаканы 30 подводят под вымя коровы и открывают клапан 6. При этом вакуумметрическое давление поступает в молокоприемную камеру 8 и далее через отверстие 2, подвижной патрубок 9 и калиброванную щель 41 - в камеру 11 рабочего вакуумметрического давления. Так как из молокопровода 28 поступает номинальное вакуумметрическое давление, например 48 кПа, а в камере управления 18 пониженное вакуумметрическое давление (33 кПа), то мембрана 12, прогибаясь
вниз под воздействием перепада давлений, уменьшает калиброванную щель 41, тем самым ограничивая откачку воздуха из камеры 11 рабочего вакуумметрического давления, что обеспечивает установление в ней пониженного вакуумметрического давления, которое по патрубку 39 поступает в подсоско-вую камеру 31 доильного стакана 1. Доильные стаканы надевают на соски вымени и осуществляют доение в стимулирующем режиме. Молоко из подсосковой камеры 31 каждого доильного стакана поступает в камеру 11 рабочего вакуумметрического давления и далее, при интенсивности потока молока ниже 50 мл/мин. стекает через калиброванный канал, образуемый выемкой 3 в нижнем обрезе подвижного патрубка 9 и посадочным гнездом отверстия 2, в молокоприемную камеру 8 коллектора 13 и далее через патрубок 5 в молокопровод 28. При этом поступающий через калиброванный канал 40 в патрубок 39 атмосферный воздух способствует активному движению молока и стабилизации вакуумметрического давления в под-сосковой камере 31 доильного стакана 1.
При увеличении потока молока в каком-либо доильном стакане 30 происходит его накопление в камере 11 рабочего вакууммет-рического давления соответствующей ему секции 6, что приводит к всплытию поплавка 10 и удалению установленного в нем магнита 1 из зоны взаимодействия с герконом 42, что приводит к его срабатыванию и, как следствие, срабатыванию по команде блока управления 26 электроклапана 14, который перекрывает доступ атмосферного воздуха через калиброванный канал 15 в камеру управления 18. Это приводит к увеличению ва-куумметрического давления в камере управления 18, а также в камере управления 17 до номинального (48 кПа) и, как следствие, выравниванию мембраны 12 и мембраны 38 и увеличению до номинального вакуумметри-ческого давления в камере 11 рабочего ваку-умметрического давления, в камере 20 регулируемого вакуумметрического давления и далее в подсосковой камере 31 и межстенной камере доильного стакана 1. При этом при накоплении молока в камере 11 рабочего ва-
куумметрического давления его перетекание в молокоприемную камеру 8 происходит через верхний обрез подвижного патрубка 9, а также через щель, образуемую нижним обрезом подвижного патрубка 9 и посадочным гнездом отверстия 2 при воздействии всплы-ваемого поплавка 10 на буртик 4 подвижного патрубка 9 и его перемещения вверх. Таким образом осуществляют доение в номинальном режиме. При последующем снижении интенсивности потока молока поплавок 10 меняет положение, опускаясь вниз, и перемещает магнит 1 в зону взаимодействия магнитного поля с герконом 42. Происходит обратное переключение на стимулирующий режим работы. Такое переключение происходит по каждому соску в отдельности, обеспечивая оптимальный режим доения. При снижении интенсивности потока молока во всех секциях 16 коллектора 5 блоком управления 26 расфиксируют барабан. При этом трос 24, наматываясь на барабан, воздействует на рычаг 7, перекрывает клапаном 6 патрубок 5, отключая доильный аппарат от мо-локопровода 28, и снимает доильный аппарат с вымени коровы. Доение завершено.
Вывод. 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%.
Литература:
1. Исследование устройства для управления режимом работы стимулирующе-адаптивного доильного аппарата // Вестник Воронежского ГАУ. 2014. № 32(42).
2. Направления совершенствования исполнительных механизмов доильных установок / В.В. Кирсанов и др. // Достижения науки и техники АПК. 2010. № 1. С. 64.
3. Ульянов В.М. Конструкция и эксплуатация доильных аппаратов. Рязань, 2012. 112 с.
4. К обоснованию направления в создании доильного аппарата с элементами управления режимом доения / В.Ф. Ужик и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2016. № 32.
5. Адаптивное доильное оборудование. Белгород, 2009. 485 с.
6. Пат. 2654245 RU. Доильный агрегат / В.Ф. Ужик и др. Заяв. 28.03.17; Опубл. 17.05.18
7. Мобильный агрегат для доения коров и его пневмо-цилиндр снятия доильного аппарата / В.Ф. Ужик и др. // Достижения науки и техники АПК. 2018. № 12.
Literatura:
1. Issledovanie ustrojstva dlya upravleniya rezhimom ra-boty stimuliruyushche-adaptivnogo doil'nogo apparata // Vestnik Voronezhskogo GAU. 2014. № 32(42).
2. Napravleniya sovershenstvovaniya ispolnitel'nyh mek-hanizmov doil'nyh ustanovok / V.V. Kirsanov i dr. // Do-stizheniya nauki i tekhniki APK. 2010. № 1. S. 64.
3. Ul'yanov V.M. Konstrukciya i ekspluataciya doil'nyh apparatov. Ryazan', 2012. 112 s.
4. K obosnovaniyu napravleniya v sozdanii doil'nogo apparata s elementami upravleniya rezhimom doeniya / V.F. Uzhik i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2016. № 32.
5. Adaptivnoe doil'noe oborudovanie. Belgorod, 2009. 485 s.
6. Pat. 2654245 RU. Doil'nyj agregat / V.F. Uzhik i dr. Zayav. 28.03.17; Opubl. 17.05.18
7. Mobil'nyj agregat dlya doeniya korov i ego pnevmoci-lindr snyatiya doil'nogo apparata / V.F. Uzhik i dr. // Dos-tizheniya nauki i tekhniki APK. 2018. № 12.
PORTABLE MANIPULATOR WITH PAKETLERININ MANAGED MODE MILKING COWS V.F. Ujik, doctor of technical sciences O.S. Kuzmina, post graduate student O.V. Kitaeva, doctor of technical sciences S.I. Nekipelov, post-graduate student FGBOU VO Belgorod GAU
Abstract. To exclude possible harmful effect on the mammary gland on-quarters' milking control is required. It's known technical solutions of controlled milking for both stationary and mobile and portable milking machines. However, due to rather high complexity, proposed variants' imperfection design, although having a novelty confirmed by patents for inventions, the industry its productivity hasn't mastered. In order to cows production to increase, udder mastitis' incidence to reduce and productivity through animals' milking service to increase, a portable manipulator for cows' milking had been developed, providing a controlled milking regime for each cow udder' quarters separately with vacuum pressure's disconnecting and milking machine removing when the milk flow extracted from the udder's intensity is lower than the set value in the last milking quarter. The constructive-and-regime parameters are justified. The portable milking manipulator proposed design includes a milking machine with on-quarters' milking regime's control, spring-loaded removing mechanism for milking machine's removing and a control block. This manipulator using will increase labour productivity in 35-40% and cow udder mastitis' incidence in 12-14% to reduce. Keywords: manipulator, milking, cow, spring-loaded mechanism, vacuummeter's pressure, milking machine, cable.
