CC BY
10
05.20.01
УДК 637.115 DOI: 10.24411/2227-9407-2020-10091
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОПАРНОГО И СИНХРОННОГО РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДВУХТАКТНОГО ДОИЛЬНОГО АППАРАТА
А. А. Рылов, П. А. Савиных, В. Н. Шулятьев
Вятская ГСХА, г. Киров (Россия)
Аннотация
Введение: статья посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию функционирования доильного аппарата. Показана необходимость сравнительных исследований попарного и синхронного режимов его работы в условиях, адекватных доению высокоудойных коров. Сформулирована цель исследования. Материалы и методы: теоретический анализ выполнен на основе законов гидрогазодинамики течения двухфазных сред. Эксперименты проведены в лаборатории на фрагменте доильной установки при дискретной имитации интенсивности молоковыведения в диапазоне от 1 до 6 л/мин. Рабочая жидкость - вода. Результаты и обсуждение: получены аналитические выражения, определяющие потери давления на нисходящем и восходящем участках молочного шланга при попарном и синхронном режимах работы. По результатам теоретических расчетов определены линейные зависимости между потерями давления в молочном шланге и текущей интенсивностью водовыведения для попарного (R2 = 0,9933) и синхронного (R2 = 0,9891) режимов. В зависимости от интенсивности водовыведения потери давления на нисходящем участке молочного шланга изменяются в диапазоне при попарном Дртр12 = 0,66.. .1064,56 Па и синхронном Др^п = 0,70... 3498,01 Па режимах. По абсолютному вкладу в общие потери давления при попарном Др1-3 = 5357,66.10321,46 Па и синхронном Др1-3 = 7447,33. 14837,27 Па режимах работы доильного аппарата подавляющее влияние оказывают потери давления на преодоление силы тяжести на восходящем участке молочного шланга. Результаты расчетов потерь вакуумметрического давления в молочном шланге укладываются в доверительный интервал с 5 % уровнем значимости.
Заключение: доильные аппараты, функционирующие в попарном и синхронном режимах, одинаково успешно способны справиться с высокой интенсивностью молоковыведения. Попарный режим работы доильного аппарата обладает более высокой отсасывающей способностью, менее опасен для молочной железы в такте сосания и транспортирует водовоздушную среду с меньшими потерями давления.
Ключевые слова: вакуумметрическое давление, двухфазная среда, доильный аппарат, интенсивность молоко-выведения, коллектор, мастит, молоковоздушная среда, молокопровод, молочный шланг, пробковая структура течения, попарный режим работы, расслоенная структура течения, синхронный режим работы.
Для цитирования: Рылов А. А., Савиных П. А., Шулятьев В. Н. Результаты исследования попарного и синхронного режимов работы двухтактного доильного аппарата // Вестник НГИЭИ. 2020. № 10 (113). С. 17-32. DOI: 10.24411/2227-9407-2020-10091
RESULTS OF RESEARCH OF PAIRED AND SYNCHRONOUS MODES OF OPERATION OF TWO-STROKE MILKING MACHINE A. A. Rylov, P. A. Savinykh, V. N. Shulyatiev
Vyatka State Agricultural Academy, Kirov (Russian Federation)
Abstract
Introduction: the article is devoted to the theoretical and experimental study of the functioning of the milking machine. The necessity of comparative studies of pairwise and synchronous modes of its operation in conditions adequate to milking high-yield cows is shown. The purpose of the research is formulated.
Materials and methods: the theoretical analysis is based on the laws of hydro-gas dynamics of two-phase media. Experiments were carried out in the laboratory on a fragment of a milking unit with a discrete simulation of the intensity of milk production in the range from 1 l/min to 6 l/min. The working fluid is water.
Results and discussion: analytical expressions are obtained that determine the pressure loss on the descending and ascending sections of the milk hose in pairwise and synchronous operating modes. Based on the results of theoretical
calculations, linear relationships between the pressure losses in the milk hose and the current water discharge intensity for the paired (R = 0,9933) and synchronous (R = 0,9891) modes were determined. Depending on the intensity of water discharge, the pressure loss on the descending section of the milk hose varies in the range of pairwise ApTpi2 = 0,66...1064,56 Pa and synchronous ApTpi2 = 0,70...3498,01 Pa modes. According to the absolute contribution to the total pressure loss in pairwise Ap1-3 = 5357,66.10321,46 Pa and synchronous Ap1-3 = 7447,33.14837,27 Pa modes of operation of the milking machine, the pressure loss on overcoming gravity on the ascending section of the milk hose has an overwhelming influence. The results of calculations of vacuum pressure losses in the milk hose fit into a confidence interval with a 5 % significance level.
Conclusion: milking machines operating in pairwise and synchronous modes are able to cope with a high intensity of milk production. The paired mode of the milking machine has a higher suction capacity, is less dangerous for the mammary gland in the sucking cycle, and transports the water-air environment with less pressure losses Keywords: vacuum pressure, two-phase medium, milking machine, milk production intensity, collector, mastitis, milk carrier-stuffy medium, milk line, milk hose, cork flow structure, pairwise operation mode, stratified flow structure, synchronous operation mode.
For citation: Rylov A. A., Savinykh P. A., Shulyatiev V. N. Results of research of paired and synchronous modes of operation of two-stroke milking machine // Bulletin NGIEI. 2020. № 10 (113). P. 17-32. (In Russ.). DOI: 10.24411/2227-9407-2020-10091
Введение
Удои на одну корову, ежегодно возрастающие [1, c. 38] в среднем по категориям хозяйств РФ на 0,2.5,7 % [2, с. 8], постоянно увеличивают нагрузку на используемые на фермах доильные аппараты. Эвакуация выдоенного молока из коллектора доильного аппарата в молокопровод осуществляется по молочному шлангу. Молокопровод, расположенный при привязном содержании выше коллектора, значительно меняет вакуумный режим функционирования доильного аппарата. Доение высокоудойных коров доильными аппаратами с низкой транспортирующей способностью увеличивает инерционность движения молока, амплитуду пульсаций вакуумметрического давления в молочной камере коллектора, вызывает воспаление молочной железы [3, с. 54; 4, с. 10]. Ухудшается качество молока, за время движения молока по молочному шлангу от коллектора до молокопровода дестабилизация жира в нем может достигать 18.29 % [3, с. 212]. В итоге снижаются экономические показатели молочного скотоводства [5; 6, с. 69; 7, с. 460; 8, с. 59; 9, с. 15; 10, с. 87]. На молочных фермах РФ наибольшее распространение получили двухтактные доильные аппараты, работающие как в попарном, так и в синхронном режимах. Доильные аппараты зарубежных производителей работают по попарному режиму [11, с. 13]. Они могут функционировать с соотношением тактов 50:50 или при соотношении 60:40. Отечественные доильные аппараты работают в двухтактном реже трехтактном синхронных режимах. Априори считается, что попарный режим доения наиболее совершенный, однако, по мнению И. В. Жорова [12, с. 4], безусловное его превосход-
ство на практике оказывается преувеличенным. Для объективного выявления преимуществ и недостатков попарного и синхронного режимов доения нужны результаты сравнительных исследований параметров функционирования доильного аппарата во время поступления рабочей жидкости в молочную камеру коллектора с высокой интенсивностью. Целью работы являлись теоретические и экспериментальные исследования функционирования двухтактного доильного аппарата при попарном и синхронном режимах с интенсивностью, адекватной молоковыведению высокоудойных коров.
Материалы и методы В основу теоретических исследований положены законы гидрогазодинамики двухфазных сред. Эксперименты выполнены в лаборатории на фрагменте стандартной доильной установки с молоко-проводом. В опытах дискретно имитирована на четырех уровнях восходящая ветвь кривой интенсивности молоковыведения высокоудойных коров в диапазоне Ql = 1,0 .6,0 л/мин. Интенсивность рабочей жидкости (воды), отсасываемой доильным аппаратом, устанавливали сменой диафрагм. В идентичных условиях осуществлены измерения вакуумного режима доильного аппарата вакуум-тестером «Тензор-7», посредством которого выполнены синхронный просмотр и запись диаграмм пульсаций вакуумметрического давления в молоко-проводе, подсосковой и межстенной камерах доильных стаканов, а также определены его статистические характеристики: максимальное (ртах), минимальное (ртг„) и среднее (рср) значения. В опытах доильный аппарат с электромагнитным пульсатором поочередно функционировал по двухтактному
циклу в попарном или синхронном режимах доения с соотношением тактов 50:50.
Результаты и обсуждение Молоковыводящий тракт доильного аппарата (рис. 1) содержит четыре доильных стакана 1, коллектор 2, молочный шланг 3, соединяющий коллектор с молокопроводом 4. На участке молоковыво-дящего тракта «доильный стакан-молочная трубка-коллектор» потерями давления можно пренебречь, поскольку, во-первых, в молочной трубке, расположенной практически вертикально, течение молока происходит за счет энергии положения (стакан расположен выше коллектора) и начальной скорости, приобретенной молоком при выходе из соска, и, во-вторых, этот участок тупиковый. Поэтому можно принять вакуумметрическое давление в подсоско-вой камере доильного стакана 1, равным вакуум-метрическому давлению в молочной камере коллектора 2. Величина вакуумметрического давления в молочной камере коллектора складывается из давления в молокопроводе за вычетом общих потерь давления в молочном шланге, необходимых для преодоления сил трения, обусловленных перемещением молока и воздуха по молочному шлангу, и обеспечения подъема молока от коллектора до мо-локопровода, тогда
pK = pм -4p:
13, (1)
где рк - вакуумметрическое давление в коллекторе, Па; рм - вакуумметрическое давление в молокопро-воде, Па; Лр13 - общие потери давления в молочном шланге, Па.
Перемещение двухфазной среды по молочному шлангу обеспечивается за счет превышения давления в коллекторе доильного аппарата над давлением в молокопроводе. Необходимое превышение давления технически достигается выполнением калиброванного отверстия, расположенного в верхней части молочной камеры коллектора [13, с. 126]. Массовый расход воздуха, подсасываемого в молочную камеру коллектора через калиброванное отверстие, равен [14, с. 65]:
G2 =М
ж d
"Т"
2 k PoPo
(k -1)
f л л Ä
V öo у
f \ Pl
V Po у
к+1
где G2 - массовый расход воздуха, поступающего в молочную камеру коллектора, кг/с; и = 0,62 - коэффициент расхода [15, с. 38]; d = 0,0008 м - диаметр отверстия; k = 1,4 - показатель адиабаты для воздуха [16, с. 32]; p0 - атмосферное давление, Па; p1 - давление в молочной камере коллектора, Па; р0 - плотность воздуха при атмосферном давлении, кг/м3.
Zl
P-dP
VP
dz
2\p2
Рис. 1. Схема молоковыводящего тракта доильного аппарата Fig. 1. Diagram of the milk-producing tract of the milking machine
Полагая процесс поступления воздуха в молочную камеру коллектора адиабатическим, с учетом его сжимаемости, после очевидных замен и преобразований объемный расход воздуха, поступающий в молочный шланг из коллектора, будет равен
02 =М
ж d2
2к Po
(к - l)Po
/
1 -
л
к-1
V Po у
По пути перемещения от коллектора до моло-копровода (рис. 1) молоковоздушная среда последовательно преодолевает нисходящий 1-2 и восходящий 2-3 участки молочного шланга. Во время течения молоковоздушной среды на нисходящем и восходящем участках молочного шланга при малых значениях числа Фруда неизбежно происходит смена структуры потока [17, с. 244]. На восходящем участке чаще всего поток приобретает пробковую структуру [3, с. 137; 17, с. 244; 18, с. 3; 19, с. 8], а на нисходящем, как правило, имеет место расслоенная
3
3
2
к
2
к
к
структура течения [17, с. 244]. При определенных условиях молоко на участке 1-2 может двигаться полностью за счет силы тяжести, напротив, на участке 2-3 требуется превышение давления в молочной камере коллектора для преодоления сил трения и обеспечения постоянного подъема моло-ковоздушной среды в молокопровод.
При расчете потерь давления во время перемещения молоковоздушной среды примем сплошную модель пробкового течения [17, с. 90], связывающую касательные напряжения на стенках молочного шланга с параметрами потока двухфазной среды
Л ТТ2 т = — pU
8 :
(2)
где т - касательное напряжение, Н/м2; X - коэффициент гидравлического сопротивления; р - плотность молоковоздушной среды, кг/м3; и - скорость молоковоздушной среды, м/с.
Рассмотрим на участке молочного шланга (рис. 1) перемещающийся элементарный объем молоковоздушной среды длиной Ш1. Помножив обе части уравнения (2) на смоченный периметр, элементарную длину и поделив на площадь живого сечения молочного шланга, получим
4 т ж в аг 4Хригж в аг
-5— = -5-, (3)
ж В2 8 ж В2
где В - диаметр молочного шланга, м; Ш1 - длина
элементарного объема молоковоздушной среды, м.
Длина (рис. 1) элементарного объема связана с величиной dz простым соотношением
dl=dz/sina,
где а - угол наклона шланга к горизонту, град; dz -длина вертикальной проекции элементарного объема, м.
Уравнение (3), идентифицирующее потери давления артр, обусловленные силами трения, после осуществления очевидных сокращений и преобразований с учетом, что Ш1 = dz/sina, , примет вид:
dPmv = Л
dz pU2
(4)
D sin а 2
Используя уравнение Бернулли для элементарного объема молоковоздушной среды (рис. 1), двигающегося со скоростью U, получим
p U2 p - dp J U2 , + z +-= --— + z + dz +-+ h .
Pg 2g Pg 2g
Определим из уравнения Бернулли величину dp, выражающую потери давления, возникающие в результате перемещения элементарного объема мо-локовоздушной среды со скоростью U по молочному шлангу,
Шр = Кр + рё dz. (5)
Первое слагаемое в уравнении (5) определяет потери давления, обусловленные трением, следовательно, его можно заменить эквивалентным выражением (4), тогда
dz ри2
dp = Л-
+ pg dz.
(6)
D sin а 2
Потери давления на участках 1-2 и 2-3 (рис. 1) при движении молоковоздушной среды по молочному шлангу определяются интегрированием уравнения (6) в пределах текущих величин высоты подъема z и угла а при осредненных значениях р, X, и U: zi+1 dz pU2 zi+1
dp = j Л-
2
■ +
jpg dz. (7)
D sin а
Структуру движения двухфазной среды в полной мере определяют объемное расходное содержание воздуха /, критерий Фруда Fr и скорость движения молоковоздушной среды, представленная обобщенной безразмерной величиной скорости W».
Объемное расходное содержание воздуха рассчитывается по выражению [17, с. 254]
3 = 02/(0,
где Q = Q1+Q2 - объемный расход молоковоздушной среды, м3/с; Q1 и Q2 - объемные расходы молока и воздуха, м3/с.
Число Фруда, соответствующее условиям течения молоковоздушной среды в молочном шланге, равно [17, с. 254]
F r =
4 Q л D2
1
g D
где Fr - критерий Фруда; В - диаметр молочного шланга, м.
Обобщенная безразмерная величина скорости молоковоздушной среды в молочном шланге описывается уравнением [17, с. 254]
W =
4 Q
(
л D2
Pi -Р2 g о
0.25
P1
Pi
где р1 и р2 - плотности молока и воздуха, кг/м ; а-коэффициент поверхностного натяжения молока, Н/м.
На нисходящем участке 1-2 молочного шланга границу смены структуры течения молоковоз-душной среды определяет граничное значение обобщенной безразмерной скорости Жгр12, вычисляемое по выражению [17, с. 256]
= (2,2 - 0,0017 Д-0'6) 10 (5,3+115Д)(1-^,
где Д = Д2/ д - относительная вязкость молоковоздушной среды; Д - динамическая вязкость воз-
2
0.5
духа, Па с; - динамическая вязкость молока, Пас.
При Ж* > Жгр12 присутствует кольцевая структура течения, а при Ж*<Жгр12 наблюдается пробковая или расслоенная структура движения молоко-воздушной среды.
Для конкретизации вероятности наблюдения пробковой или расслоенной структуры нужно вычислить граничную величину критерия Фруда по выражению [17, с. 64]
Fr* =
0,2 +
2Sina Ä
-2.5 ß
1
(1 -ß)2
где Fr - граничное значение критерия Фруда.
При соотношении критериев Фруда Fr > Fr* существует пробковая структура течения молоко-воздушной среды на нисходящем участке. При условии Fr < Fr наблюдается расслоенная структура течения молоковоздушной среды на нисходящем участке молочного шланга.
Угол наклона молочного шланга при ¡ > 0,2 однозначно определяет значение критерия Фруда Fr0, являющееся обязательным условием существования расслоенной структуры течения молока на нисходящем участке молочного шланга [17, с. 66]
2 Sin а
Fr =■ lr0
Л
где а - угол наклона молочного шланга, град; -коэффициент гидравлического сопротивления (коэффициент Дарси), величину которого определяет число Рейнольдса, соответствующее скорости расслоенного течения молока на нисходящем участке под действием силы тяжести.
Коэффициент гидравлического сопротивления рассчитывается по отношению Дг/Д! = 8та методом последовательного приближения по числу Яе^ Задаваясь скоростью и расслоенного течения молока на нисходящем участке под действием силы тяжести, по очереди находят эквивалентный диаметр живого сечения потока молока, число Рейнольдса и коэффициент Дарси в зависимости от величины числа Рейнольдса по выражениям:
и ц,
D = т; Reí =■
л U,
V
; Л = f (Reí),
где В1э - эквивалентный диаметр живого сечения потока молока, м; V - кинематическая вязкость молока, м2/с.
Расчеты нужно продолжать, пока располагаемый напор dz не сравняется по величине с потерями
напора на трение. Выполняя алгоритм последовательного приближения, необходимо добиться выполнения условия:
(
з А и2 Az„ -Л---
12 1 A, 2g
2'А
/ Az12 < 0,1,
где Дгп = г2 - - располагаемый напор (высота понижения молочного шланга), м; А! - длина нисходящего участка молочного шланга, м.
На нисходящем участке молочного шланга истинное содержание воздуха р является основным фактором, влияющим на величину потерь давления [17, с. 257; 20, с. 134]. Истинная величина содержания воздуха Р12 при расслоенной структуре движения молоковоздушной среды на нисходящем участке с объемным содержанием воздуха в интервале 0,16 < р< 1,0 и соотношением Fr ^г* рассчитывается в зависимости от величины % по выражениям [17, с. 257]:
Р,2 = 1 -10А при 0 <%< 0,18 ;
Р2 = 0,615(1 -%) при 0,18 <%< 1 , где % - коэффициент, вычисляемый по формуле
Х =
Л(1 -ß)2 Fr
2sin а
При расслоенной структуре течения молоко-воздушной среды движение потока молока на нисходящем участке молочного шланга осуществляется исключительно за счет потенциальной энергии располагаемого напора Azn . Следовательно, на нисходящем участке молочного шланга при расслоенной структуре течения молоковоздушной среды потери давления будут обусловлены только затратами на перемещение потока воздуха. В таком случае потери давления на нисходящем участке молочного шланга полностью определяются интегрированием первого члена уравнения (7).
z2 dz
Интеграл [- идентифицирует длину нис-
Z sin а
zi
ходящего участка 1-2 молочного шланга. С учетом местных сопротивлений (рис. 1), расположенных на нисходящем участке 1-2, после выполнения интегрирования уравнение (7) примет вид:
(
АРи =
Л
■ + ХС-1
V2U 2
2
(8)
'2э 1
где !12 - длина молочного шланга на нисходящем участке, м; 02э - эквивалентный диаметр для прохождения потока воздуха по молочному шлангу, м; £и2 - коэффициент местных сопротивлений; и2 -скорость воздуха при расслоенной структуре течения, м/с.
Эквивалентный диаметр рассчитывают по выражению
Скорость воздуха при расслоенной структуре течения молоковоздушной среды на нисходящем участке молочного шланга рассчитывается с учетом истинного содержания воздуха р12 по уравнению
4 Q Р2
U 2 =■
* Dl
Коэффициент сопротивления X2 определяется по числу Рейнольдса при движении воздуха со скоростью U2.
На восходящем участке 2-3 молочного шланга возможны пробковая или кольцевая структуры течения молоковоздушной среды. Пробковая структура наиболее часто наблюдается при движении двухфазной среды на восходящем участке [17, с. 255]. Граница перехода Wzp23 от кольцевой структуры течения двухфазной среды к пробковой на восходящем участке рассчитывается по уравнению
Wp23 = (о,82 - 0,0017 (д)-а6 ) 10 (5>3+115^).
При W„ < Wzp23 - структура течения молоковоздушной смеси пробковая, если W„ > Wzp23 - кольцевая.
На восходящем участке молочного шланга в общие потери давления в молочном шланге определяющее влияние оказывает сила тяжести. Поэтому истинное содержание воздуха при движении моло-ковоздушной смеси на восходящем участке молочного шланга является определяющим фактором, при расчете потерь давления в молочном шланге на восходящем участке. Истинное содержание воздуха является функцией многих параметров, формирующих течение двухфазной среды: р23 = f(ß, Fr, Re, р, д ...). Для пробковой структуры течения истинное содержание воздуха в молоковоз-душной среде определяется по формуле [17, с. 255]
Р23
к.
1 - exp
- 4,4
Fr
Fr
a J
ß ,
где кД и Frа - величины для данной среды постоянные, зависящие только от соотношения вязкостных свойств молока и воздуха.
Выражения, определяющие кД и Frа, равны [17, с. 255]
кд=(1 + 4,5Д)-(0,14Д015);
Fra = 1150 Д0 79 при Д < 0,001; Fra = 9,8Д01 при Д> 0,001.
Уравнения (9) справедливы при изменении относительной вязкости д в интервале: 0,02 < д < 0,0001 [17, с. 255]. Коэффициент гидравлического сопротивления X для пробковой структуры течения молоковоздушной среды с учетом поправочного коэффициента у [17, с. 255] определяется по формуле
Ä = ^zl(Re),
где
w =
1 - 0,78ß I 1 - exp (- 2,2yÎFr )|- 0,22 [ 1 - exp(- 15р)] ß
1 -ß
Re - критерий Рейнольдса молоковоздушной среды;
коэффициент гидравлического сопротивления, определяемый по числу Рейнольдса; р = Р—
Р
плотность воздуха;
Л ^ \ 64
; A(Re) =— при
относительная
Re =
4(Qi + рМ)
*D
ß + 1zÊ
"1 J
Re
0,3164
Re < 2320; l(Re) = 03164 при 2320 < ReCм > 20D/A;
A - эквивалентная шероховатость стенок молочного шланга, м; v1 и v2 - кинематическая вязкость соответственно молока и воздуха, м2/с.
Плотность молоковоздушной среды р23 при пробковой структуре течения с учетом истинного содержания воздуха следует рассчитывать по выражению
Р23 =(1 P23 )Р1 +Р23Р2.
При пробковой структуре течения потери давления на восходящем участке молочного шланга можно вычислить, интегрируя уравнение (7) в интервале от z2 до z3 (рис. 1). С учетом местных сопротивлений на участке 2-3 молочного шланга после интегрирования уравнение (7) примет вид:
АР 23 ='
^ + Î £ 2
4Q1 +P23Q)
+ р23
(10)
^ *D 24l J
где Ap23 - потери давления на восходящем участке молочного шланга, Па; l23 - длина восходящего участка молочного шланга, м; р23 - истинное содержание воздуха в молоковоздушной среде; ÇI23 -коэффициент местных сопротивлений; Z3 - расстояние от второго сечения до третьего, м.
Общие потери давления в молочном шланге будут равны
(
Api3 =
4
■+ZCi2
Л
+ ÏHD£
4p2Q jTD24i
4(Qi + P23QV2 TtD242
Р2 +
+ gz3 р23 .
(11)
2
2
12
2э
n
Подставив выражение (11) в уравнение (1), получим усредненную за цикл величину вакуум-метрического давления в молочной камере коллектора доильного аппарата
Рк = Р м
1 l12 Л ЪТ
+
^ С/12
V
2 э
4^120
2
Л
kD 2 42
Р2
— <
1 "
Л—+УС, D V '
23
401 + ^зб)" kD 2V2
+ gZ3 [Р23. (12)
Из уравнения (12) следует, во-первых, что усредненные значения вакуумметрических давлений в молочных камерах коллекторов доильных аппаратов, работающих в попарном ркп и синхронном ркс режимах доения с одинаковой отсасывающей интенсивностью за цикл, должны быть одинаковы: ркп = ркс и, во-вторых, при снижении расхода водо-воздушной среды в шланге (0 ^ 0) при синхронном и попарном режимах доения вакуумметрическое давление в коллекторе должно приближаться к давлению в молокопроводе (рк ^ рм).
Определим по выражению (12) вакуумметри-ческие давления в подсосковых камерах доильных стаканов во время такта сосания для доильного аппарата, работающего в попарном рпп и синхронном рпс режимах с одинаковой интенсивностью за цикл <2;.
При работе доильного аппарата в попарном режиме такт сосания осуществляется в одной паре доильных стаканов, в других двух доильных стаканах идет такт сжатия. Следовательно, интенсивность поступления и отсоса молоковоздушной среды в течение такта сосания при соотношении тактов 50:50 будет величиной постоянной и равной 0,5 Вакуумметрическое давление в молочной камере коллектора ркп и в подсосковых камерах рпп каждой пары доильных стаканов в такте сосания при попарном режиме будет равно
(
Л £+? С
4^12 [ Q + Q2
kD 24l
Р2
(13)
[ЛЪ+ ? С 2
41Q+^23 (Q+Q2
kD 24I
+ gz3
Р23
При синхронном режиме молоко в коллектор поступает из всех четырех доильных стаканов одновременно в такте сосания с интенсивностью Полагая неразрывное в течение цикла движение мо-локовоздушного потока от коллектора по молочному шлангу в молокопровод во время такта сосания,
вакуумметрическое давление в молочной камере коллектора ркс и в подсосковой камере доильного стакана рпс доильного стакана будет равно
( ! " ркс = рм -\ +
D,
К
4^12 (2Q1 + Q2)
kD 24l 4(2Q1 +^23 (2Q1 + Q2))'
Р2
. (14)
+ gZ2 ГР23
Из сопоставления выражений (13) и (14) следует, что в молочной камере коллектора при функционировании доильного аппарата в попарном режиме вакуумметрическое давление должно быть больше во время такта сосания, чем при работе в синхронном режиме при условии равной интенсивности молоковыведения за цикл т. е. рпп>рпс, так как в уравнении (14) из одинаковой величины ваку-умметрического давления в молокопроводе рм вычитаются два члена, оба большей величины по сравнению с аналогичными членами в выражении (13). Следовательно, по выражению (14) в такте сосания вакуумный режим при синхронном режиме должен быть более щадящий по сравнению с попарным режимом.
Результаты параметрических испытаний доильного аппарата, функционирующего при имитации интенсивности восходящего участка кривой молоко-выведения при поступлении в коллектор рабочей жидкости (воды) в попарном = 0,72.5,31 л/мин) и синхронном = 0,73.5,08 л/мин) режимах, приведены на рисунке 2. Вакуумметрическое давление 3 (рис. 2) в молокопроводе фактически не реагирует на изменение интенсивности водовыведения, а пульсации его в большей степени свидетельствуют о работе вакуумрегулятора. Диаграммы вакуумметрических давлений в межстенных камерах, идентичные как при попарном, так и при синхронном режимах, полностью соответствуют алгоритму функционирования двухкамерных доильных стаканов. Продолжительность переходного периода от такта сосания к такту сжатия при попарном (¿ссж = 0,26.0,36 с) и синхронном ^ссж = 0,24.0,29) режимах значительно превосходит рекомендуемые значения 1ссж = 0,12 с [20, с. 87; 21, с. 26], что не позволяет мгновенно сомкнуться сосковой резине и вызвать болевые ощущения в сосках вымени коровы во время смены такта сосания на такт сжатия. Длительность переходов от такта сжатия к такту сосания осуществляется достаточно быстро как во время попарного ({сжс = 0,05...0,07 с), так и во время синхронного ((сжс = 0,05.0,12 с) режимов, диапазон длительности в среднем отвечает рекомендуемому интервалу (сжс = 0,06 с [20, с. 87; 21, с. 27].
1
2
2
кп
м
2
— ■:
Диаграммы вакуумметрических давлений 1 в подсосковых камерах доильных стаканов значительно отличаются при попарном и синхронном режимах по траекториям и размаху Я пульсаций. Во всем диапазоне исследований размах пульсаций ва-куумметрических давлений 1 (рис. 2) в подсосковых камерах доильного аппарата, функционирующего в попарном режиме, значительно меньше по сравнению с синхронным режимом доения:
Япп = 9,5.18,4 < Япс = 16,2.30,0 кПа.
При попарном режиме (рис. 2, а) на протяжении такта сосания вакуумметрическое давление 1 в подсосковой камере доильного стакана меньше ваку-умметрического давления 3 в молокопроводе и расположено сначала несколько выше, а в конце немного ниже вакуумметрического давления 2 в межстенной камере. Соотношение вакуумметрических давлений 1 и 3 констатирует наличие движения водо-воздушной среды по молочному шлангу, а соотношение между вакуумметрическими давлениями 1 и 2 не способствует наползанию сосковой резины на соски вымени. Такт сжатия при попарном режиме происходит при плавно снижающемся вакуумметри-ческом давлении 1 в подсосковой камере, что констатирует возрастание затрат энергии на перемещение водовоздушной среды по молочному шлангу.
При синхронном режиме (рис. 2, б) такт сосания начинается при максимальном значении ваку-умметрического давления 1, совпадающем по величине с вакуумметрическим давлением 3 в молоко-проводе. Равенство вакуумметрических давлений 1 и 3 свидетельствует об отсутствии потерь удельной энергии на трение в молочном шланге. Из выражения (13) следует, что равенство вакуумметрических давлений 1 и 3 возможно при перемещении исключительно воздушного потока. Значит, в это время должна отсутствовать жидкая составляющая ^1 = 0) в текущем двухфазном течении ^ ^ 0). Следовательно, в первой половине такта сосания при синхронном режиме доения с данной интенсивностью происходит только накопление отсасываемой воды в молочном шланге. Понижение вакуумметрическо-го давления 1 с середины такта сосания до абсолютного минимума в такте сжатия свидетельствует, во-первых, о начале движения водовоздушной среды по молочному шлангу с середины такта сосания и, во-вторых, удаления ее с нарастающей интенсивностью в такте сжатия. Во второй половине такта сосания при синхронном режиме вакуумметриче-ское давление 2 в межстенной камере незначительно (до 6,0 кПа) превышает вакуумметрическое давление 1 в подсосковой камере. Превышение давле-
ния значительно меньше предельного значения 10,4 кПа [6, с. 106].
При увеличении интенсивности в синхронном режиме (рис. 2, г) абсолютный минимум вакууммет-рического давления 1 не изменил своего расположения в такте сжатия, он только уменьшился. В попарном режиме доения (рис. 2, в) абсолютный минимум вакуумметрического давления 1 переместился в начало такта сжатия и стал более четко выражен. Такт сосания при попарном режиме осуществляется при изменении вакуумметрического давления 1 в диапазоне 42,0.46,0 кПа. Превышение в такте сосания вакуумметрического давления 2 в межстенной камере над вакуумметрическим давлением 1 в под-сосковой камере не достигает критической величины 10,4 кПа [6, с. 106]. В такте сжатия вакуумметриче-ское давление 1 при попарном режиме значительно больше величины вакуумметрического давления 2 в межстенной камере, что гарантирует сжимающее усилие на сосок, необходимое для стимулирования интенсивности молоковыведения.
В начале такта сосания в подсосковой камере доильного стакана доильного аппарата, работающего в синхронном режиме (рис. 2, г), вакууммет-рическое давление 1 увеличивается. Возрастание вакуумметрического давления 1 длится до середины такта сосания, а затем, фактически сравнявшись с величиной вакуумметрического давления в молокопроводе 3, резко понижается до величины 44,0 кПа.
Кратковременное равенство вакуумметриче-ских давлений 1 и 3 свидетельствует об окончании перемещения очередного объема водовоздушной среды и начале движения следующего. Разница ва-куумметрических давлений в межстенной и в под-сосковой камерах в такте сосания не достигает критического значения.
Данные параметрических исследований доильных аппаратов при дальнейшем увеличении интенсивности поступления (рис. 2, д, е) отсасываемой жидкости свидетельствуют, что вакуумметри-ческие давления в подсосковых камерах 1 доильных стаканов в обоих режимах доения традиционно продолжили свое уменьшение, сохранив предыдущие тенденции пульсаций вакуумметрических давлений 1 и 2. Следует обратить внимание, что уменьшение усредненного значения вакуумметри-ческого давления 1 в попарном режиме сопровождается снижением размаха пульсаций по сравнению с размахом предыдущего этапа исследований: максимальный размах вакуумметрического давления RQl=4,29 = 16,1 < ЯQl=2,60 = 18.4 кПа.
Попарный режим / Pairwise mode
Синхронный режим / Synchronous mode
p, кПа 50 40 30 20 10 0
p, кПа 50 40 30 20 10 0
p, кПа 50 40 30 20 10 0
p, кПа 50 40 30 20 10 0
1
tц \
t с t™
tcжc \ t ссж „
0 0,4 0,8 1,2 1,6 t, с
а/а
1 2 3
V k/4
__' / \ vy _____ / lv L
1 L t „J
\
V t- tc \
\ r \
\ .1 4 t„ V
VJ J
0 0,4 0,8 1,2 1,6 t, с
в/c
1 2 3
/ \
—\ J
4
v
\ '- tc
-W tore
0,4
0,8 д/e
1,2
1,6
t, с
1 2
/ \
Лг // i ■ N_______1
V t ц I V x
\ tc \ tcж
V 1сс I tccж
0,4
0,8 ж/
1,2
1,6
t, с
p, кПа 50 40 30 20 10 0
p, кПа 50 40 30 20 10 0
p, кПа 50 40 30 20 10 0
p, кПа 50 40 30 20 10 0
0,4 0,8 1,2 1,6 t, с
б/Ь
123
1— (s. ¡4 s-
1 \ йц/ f VA J
\ f '
V 1
\ tcж \
' \ г
Д „ ./ 4 tcжc
' \
0,4
0,8
г/
1,2 1,6
t, с
0 0,4 0,8 1,2 1,6 t, с
e/f
123
/ \yt
\1
f — 1 tц \ \f t
tcж tc -V-«
tcжc 4 J
0,4
0,8 з/h
1,2
1,6
t, с
Рис. 2. Диаграммы вакуумметрического давления в молокопроводе, в подсосковой и межстенной камерах доильного стакана доильного аппарата, работающего в попарном и синхронном режимах при: Q1 = 0,72 л/мин (a); Qi = 0,73 л/мин (б); Qi = 2,60 л/мин (в); Qi = 2,33 л/мин (г); Qi = 4,29 л/мин (д); Qi = 3,87 л/мин (е); Q1 = 5,31 л/мин (ж); Q1 = 5,08 л/мин (з); 1 - вакуумметрическое давление в подсосковой камере; 2 - вакуумметрическое давление
в межстенной камере; 3 - вакуумметрическое давление в молокопроводе Fig. 2. Diagrams of vacuum pressure in the milk pipeline, in the suction and inter-wall chambers of the milking cup of the milking machine operating in pairwise and synchronous modes at: Q1 = 0.72 l / min (a); Q1 = 0.73 l / min (b); Q1 = 2.60 l / min (c); Q1 = 2.33 l / min (d); Q1 = 4.29 l / min (e); Q1 = 3.87 l / min (f); Q1 = 5.31 l / min (g); Q1 = 5.08 l / min (h); 1 - vacuum pressure in the suction chamber; 2 - vacuum pressure in the inter-wall chamber;
3 - vacuum pressure in the milk pipeline
0
0
0
0
При синхронном режиме (рис. 2, е), напротив, в подсосковой камере еще больше увеличился размах пульсаций вакуумметрического давления 1: максимальный размах составил Яд1=3,87 = 30,0 > Яд]=2,33 = = 26,3 кПа. При попарном режиме (рис. 2, д) на протяжении 75 % такта сосания превышение вакуум-метрического давления 2 в межстенной камере над вакуумметрическим давлением 1 в подсосковой камере составляет 10,9. 15,4 > 10,4 кПа [6, с. 106], это создает условия, облегчающие наползание доильных стаканов на соски вымени. Во время синхронного режима (рис. 2, е) превышение вакуумметри-ческого давления 2 над вакуумметрическим давлением 1 в подсосковой камере по-прежнему не достигает критической величины. Высокий уровень снижения вакуумметрического давления 1 при синхронном режиме в подсосковой камере коллектора, происходящий в такте сжатия, констатирует о перемещении по молочному шлангу основной массы водовоздушной среды.
При максимальных интенсивностях водовы-ведения вполне прогнозируемо (рис. 2, ж, з) понизились оценки минимальных, максимальных и средних величин вакуумметрического давления в подсосковых камерах доильных стаканов. Изменения диаграмм вакуумметрических давлений 1 и 2 при максимальной интенсивности отсасываемой водовоздушной среды при синхронном и попарном режимах принципиально не отличается от тенденций рассмотренных выше. Вакуумметрическое давление 1 при попарном режиме (рис. 2, ж) в период максимальной интенсивности характеризуется еще большей стабильностью, скачки пульсаций сохранились лишь во время смены тактов за счет сжатия и выпрямления сосковой резины. Во время такта сосания при синхронном режиме (рис. 2, з) превышение вакуумметрического давления 2 в межстенной камере над вакуумметрическим давлением в подсосковой камере 1 достигает 11,9 кПа и незначительно превышает предельную величину 10,4 кПа [6, с. 106]. Такое состояние вакуумного режима длится не более 20 % от продолжительности такта сосания, а превышение составляет максимум 1,5 кПа.
Исследования установили, что при функционировании доильного аппарата в синхронном режиме водовоздушная среда, поступающая из коллектора в молочный шланг, движется по молоко-проводу периодически: с разрывом и малой интенсивностью в такте сосания, а наиболее интенсивно в такте сжатия. Следовательно, усреднение за цикл вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана существенно занижает оценку
вакуумметрического давления непосредственно в такте сосания, так как основная масса воды выводится в такте сжатия. По этой причине результаты экспериментальных исследований синхронного режима не в полной мере соответствуют уравнению (12), которое выведено из условия неразрывности потока двухфазной среды в рабочем цикле, а выражение (14) определяет вакуумметрическое давление не в такте сосания, а усредненную его величину за период непосредственного удаления молоковоз-душной среды из молокопровода. Во всем интервале варьирования интенсивности поступления воды усредненные за цикл величины вакуумметрического давления в коллекторе доильного аппарата, работающего в попарном режиме, несколько больше аналогичных величин, достигнутых при его функционировании в синхронном режиме: ркп = 37,5.46,3 > > ркс = 35,7.45,5 кПа. При более высокой отсасывающей способности данное обстоятельство свидетельствует о менее энергозатратном функционировании молоковыводящего тракта доильного аппарата, работающего в попарном режиме.
Величина вакуумметрического давления, воздействующего на сосок вымени в такте сосания, является определяющим параметром, обеспечивающим безопасность молочной железы во время доения. При расчете вакуумметрического давления, объективно характеризующего условия функционирования такта сосания, необходимо при синхронном режиме доения усреднение вакуумметрического давления ограничить длительностью непосредственно такта сосания. В доильном аппарате, функционирующем по попарному режиму, усреднение за цикл вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана объективно характеризует параметры вакуумного режима в такте сосания, так как такт сосания в цикле последовательно осуществляется в двух доильных стаканах.
В таблице 1 приведены усредненные за такт сосания вакуумметрические давления в молочной камере коллектора и параметры, характеризующие структуру течения водовоздушной среды на нисходящем участке молочного шланга при работе доильного аппарата в попарном и синхронном режимах с дискретной интенсивностью поступления отсасываемой жидкости (воды). В расчетах приняты: длина нисходящего участка молочного шланга !;2 = 0,40 м, высота понижения молочного шланга МДгп = 0,09 м; диаметр молочного шланга В = 14 мм.
Из результатов расчетов (табл. 1) следует, что во всем диапазоне исследований при синхронном режиме такт сосания осуществляется при бо-
лее высоких величинах вакуумметрического давления по сравнению с попарным режимом; ркс = 47231.40238 > ркп = 47071. 37676 Па. Данное обстоятельство свидетельствует о более щадящих для молочной железы коровы условиях извлечения молока при реализации попарного режима.
Выполненные расчеты показывают (табл. 1), что на нисходящем участке при попарном и синхронном режимах может быть только расслоенная или пробковая структура течения, так как Ж„ < Жгр. При работе доильного аппарата в попарном режиме на нисходящем участке условие, необходимое для
существования расслоенной структуры течения, выполняется при Q1 = 1,20-10-5 м3/с и Q1 = 4,33• 10-5 м3/с, поскольку значения критериев Фруда для этих ин-тенсивностей поступления рабочей жидкости меньше критических значений: ¥г= 3,77 < ¥г = 40,65; ¥г = 5,78 < ¥/' = 9,76. При большей интенсивности водовыведения (табл. 1) это условие не выполняется: ¥г = 8,16 > ¥г = 7,40; ¥г = 9,36 > ¥г = 8,81. Следовательно, при интенсивностях Q1 = 7,15 10-5 м3/с и Q1 = 8,85 10-5 м3/с на нисходящем участке молочного шланга имеет место пробковая структура течения водовоздушной среды.
Таблица 1. Параметры молоковоздушной среды на нисходящем участке молочного шланга Table 1. Parameters water/air environment on the descending part of the milk pipe
Рк, Па Q1, м3/с Q2, м3/с ß Fr W Fr* (Pl2 W '' гр APi2, Па
Попарный режим доения / Pairwise mode
47 071 1,20' <10"5 9,8710-5 0,89 3,77 0,12 40,65 0,83 11,15 0,66
43 393 4,33' <10"5 9,3710-5 0,68 5,78 0,15 9,76 0,58 267,44 0,91
41 675 7,15' <10"5 9Д4-10"5 0,56 8,16 0,18 7,40 0,43 1 763,53 958,23
37 676 8,85' <10"5 8,6010-5 0,49 9,36 0,20 6,81 0,38 5 484,52 1064,56
Синхронный режим доения/ Synchronous mode
47 231 1,68' <10"5 9,8910-5 0,86 4,11 0,12 26,20 0,80 19,31 0,70
46 125 7,77' <10"5 9,74 10-5 0,56 9,42 0,19 7,45 0,43 1 772,88 2 280,05
42 846 1,29' < 10-4 9,3010-5 0,42 15,15 0,25 6,62 0,33 15 263,89 3 067,42
40 038 1,69' < 10-4 8,92 10-5 0,35 20,55 0,29 6,53 0,27 50 568,53 3 498,01
При функционировании доильного аппарата в синхронном режиме расслоенная структура течения наблюдается при интенсивности Q1 = 1,68 10-5 м3/с (¥г = 4,11 < ¥/' = 26,20). В остальных опытах с увеличенной интенсивностью осуществляется пробковая структура течения водовоздушной среды. Расчеты показывают (табл. 1), что при расслоенной структуре течения водовоздушной среды потери вакуумметрического давления на нисходящем участке молокопровода 1-2 при попарном и синхронном режимах ничтожно малы. При пробковой структуре течения потери давления существенно возрастают, но в значительно большей степени при синхронном режиме.
Истинное содержание воздуха в водовоздушной среде (р12 при попарном режиме работы доильного аппарата на всем интервале варьирования интенсивности молоковыведения на нисходящем участке молочного шланга больше чем при синхронном режиме: р12п = 0,83.0,38 > р12с = 0,80.0,27. С увеличением интенсивности водовыведения истинное содержание воздуха в обоих режимах уменьшается и, соответственно, плотность водовоздушной среды увеличивается. Во всем диапазоне варьирования интенсивности водовыведения потери давления,
обусловленные трением на нисходящих участках при попарном и синхронном режимах, возрастают с увеличением интенсивности поступления воды в коллектор. На нисходящем участке молочного шланга во всем диапазоне исследований при попарном режиме потери вакуумметрического давления, вполне сопоставимые при расслоенной структуре течения, значительно меньше при пробковой структуре по сравнению с синхронным режимом: АР12п, = 0,66.1064,55 < АР12с, = 0,70.3498,01 Па.
В таблице 2 приведены параметры, характеризующие структуру течения молоковоздушной среды на восходящем участке молочного шланга (123 = 2 м; гз = 1,9 м).
Результаты экспериментальных исследований подтвердили влияние интенсивности водовыведе-ния на величину фактических потерь давления в молочном шланге Ар13ф при работе доильного аппарата в обоих режимах. Величины коэффициентов детерминации для попарного (Я2 = 0,9945) и синхронного (Я2 = 0,9982) режимов указывают на весьма существенную линейную связь между фактическими потерями давления в молочном шланге и интенсивностью водовыведения.
Значение величины обобщенной безразмерной скорости Ж» (табл. 1) констатирует пробковую структуру течения водовоздушной смеси на восходящем участке 2-3 (табл. 2) во всем интервале варьирования интенсивности водовыведения при попарном (Ж = 0,12.0,20 <Ж23гр = 4,07.20006,46) и синхронном (Ж» = 0,12.0,29 < Ж23гр = 7,06.18493,94) режи-
мах. Истинное содержание воздуха в молоковоз-душной среде на восходящем участке молочного шланга при попарном режиме больше чем при синхронном: (р23п = 0,67.0,38 > (р23с = 0,64.0,27. При увеличении интенсивности водовыведения истинное содержание воздуха в транспортируемой среде снижается.
Таблица 2. Параметры молоковоздушной среды на восходящем участке молочного шланга Table 2. Parameters for air/water environment in the upstream area of the milk hose
W23zp Re ^см Fr а (Р23 Ар23тр, Па Аргр, Па Ар2з,, Па
Попарный режим / Pairwise mode
4,07 2786,58 0,11 6,23 0,67 833,82 4 523,17 5 356,99
97,76 5055,42 0,038 6,26 0,52 737,81 6 453,57 7 191,38
652,12 7265,32 0,024 6,28 0,43 877,64 7 662,67 8 540,31
2 006,46 8566,91 0,020 6,31 0,38 918,96 8 337,94 9 256,90
Синхронный режим / Synchronous mode
7,06 3135,34 0,29 6,23 0,64 2593,55 4853,08 7 446,63
647,77 7868,86 0,075 6,24 0,43 776,50 7 739,82 8 516,32
5 579,99 12032,18 0,052 6,27 0,33 1 106,24 9 135,13 10 241,37
18 493,94 15360,61 0,043 6,29 0,27 1 445,39 9 893,87 11 339,26
18200
2200
Интенсивность молоковыведения, л/мин Lactation intensity, l/min
Рис. 3. Влияние интенсивности молоковыведения на общие потери давления в молочном шланге доильного аппарата при попарном и синхронном режимах доения: 1 - линия тренда (синхронный режим); 2 - линия тренда (попарный режим) Fig. 3. Influence of lactation intensity on total pressure loss in the milk hose of the milking machine in pairwise and synchronous milking modes: 1 - trend line (synchronous mode); 2 - trend line (pairwise mode)
Необходимо отметить (табл. 2), что как потери давления на трение, так и гравитационные в молочном шланге на восходящем участке при работе доильного аппарата в попарном режиме значительно меньше, чем при синхронном: Артрп = = 633,82...912,81 < Артрс = 2 593,55.1 445,39 Па;
Аргрп = 4 523,17...8 337,94 < Аргрс = = 4 853,08.9 893,87 Па. Доля потерь вакуумметри-ческого давления в молочном шланге, обусловленная трением при синхронном режиме, от гравитационной составляющей потерь давления составляет ртрс/Аргрс = 53,46...39,46 %, тогда как при попарном
0
2
3
4
5
6
всего Артрп/Аргрп = 18,45.23,96 %. Такое соотношение подтверждает наиболее совершенную с энергетической точки зрения работу транспортирующего тракта доильного аппарата, функционирующего в попарном режиме. Графическая интерпретация изменения общих потерь давления в молочном шланге при попарном и синхронном режимах приведена на рисунке 3.
Из рисунка 3 видно, что результаты расчетов общих потерь давления надежно укладываются внутрь коридора, образованного доверительным интервалом с 5 % уровнем значимости, рассчитанным по результатам экспериментальных измерений общих потерь давления в молоковыводящем тракте доильного аппарата.
Общие потери вакуумметрического давления, рассчитанные аналитически, линейно возрастают при работе доильного аппарата как в попарном (Я2 = 0,9933), так и в синхронном (Я2 = 0,9891) режимах с увеличением интенсивности водовыведе-ния. С увеличением интенсивности водовыведения разница между общими потерями давления в молочном шланге при работе доильного аппарата в синхронном режиме доения увеличивается более чем в два раза по сравнению с попарным.
Заключение
1. Во всем интервале исследований доильные аппараты, функционирующие в попарном и синхронном режимах, в равной степени справляются с высокой интенсивностью водовыведения. Результаты расчетов общих потерь давления в молочном шланге, в исследуем интервале варьирования, укладываются в доверительный интервал с 5 % уровнем значимости.
2. Такт сосания в попарном режиме протекает в среднем при меньших на 160.2 360 Па значениях
вакуумметрического давления в подсосковой камере и значительно меньших амплитудах его пульсаций по сравнению с синхронным режимом. Следовательно, работа доильного аппарата в попарном режиме является наиболее производительной, щадящей и при доении более безопасной для молочной железы.
3. Превышение вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана при попарном режиме во время такта сосания над вакуум-метрическим давлением в межстенной камере, достигающее при увеличении интенсивности 15,4 кПа, способствует наползанию доильных стаканов на соски при доении высокоудойных коров. Доильный аппарат, функционирующий в синхронном режиме, фактически лишен этого недостатка: небольшое (1,5 кПа) превышение критического перепада давлений зафиксировано исключительно в конце такта сосания и только при максимальной интенсивности водовыведения (Qe = 5,08 л/мин).
4. Потери давления, обусловленные преодолением сил трения при расслоенном режиме течения на нисходящем участке молочного шланга, относительно малы и сопоставимы между собой при попарном и синхронном режимах. При наличии пробковой структуры течения потери давления возрастают, причем в большей степени при работе доильного аппарата в синхронном режиме. Общие потери вакуумметрического давления в молочном шланге при попарном режиме значительно меньше аналогичных потерь давления при синхронном режиме и только немного превышают гравитационную составляющую потерь синхронного режима: Арпс = 7 447,33.1 4837,27 Па > АрПп = = 5 357,65...10 321,46 > Аргрс = 4 853,08.9 893,87 Па.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скоркин В. К. Молочные фермы сегодня и завтра // Вестник ВНИИМЖ. 2019. № 2 (34). С. 37-42.
2. Федоренко В. Ф., Мишуров Н. П., Маринченко Т. Е., Тихомиров А. И. Анализ состояния и перспективы улучшения генетического потенциала крупного рогатого скота молочных пород: науч. аналит. обзор. М. : ФГБНУ «Росинформагротех», 2019. 108 с.
3. Цой Ю. А. Процессы и оборудование доильно-молочных отделений животноводческих ферм. М. : ГНУ ВИЭСХ, 2010. 424 с.
4. Ульянов В. М. Вопросы теории машинного доения. Рязань, 2006. 112 с.
5. Ужик В. Ф., Некипелов С. И., Китаёва О. В. Мобильный агрегат для доения коров и его пневмоци-линдр снятия доильного аппарата // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 12. С. 71-75.
6. Соловьев С. А., Карташов Л. П. Исполнительные механизмы системы «человек-машина-животное». Екатеринбург : УрОРАН, 2001. 179 с.
7. Экхорутовен О. Т., Медведев Г. Ф. Неконтагиозный мастит у коров // Актуальные проблемы ветеринарного акушерства и репродукции животных: матер. Междунар. науч.-практ. конф. Горки : БСХА, 2013. С. 458-464.
8. Кирсанов В. В., Милешина О. В. Способы и технические средства определения ранней диагностики мастита у коров и отделения аномального молока в потоке при доении на доильных установках // Вестник ВНИИМЖ. 2011. № 2 (2). С. 54-58.
9. Алиев А. Ю., Магометов А. С. Распространения мастита у коров в хозяйствах Хунзахского района Республики Дагестан // Проблемы ветеринарной науки и пути их решения: материалы региональной научно-практической конференции. Махачкала, 2019. С. 14-17.
10. Королев В. Ф. Доильные машины. Теория, конструкция и расчет. 2-изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1969. 279 с.
11. Карташов Л. П., Макаровская З. В., Фризен А. П., Куспаков Р. С. и др. Технические параметры некоторых современных доильных аппаратов // Техника в сельском хозяйстве, 2003. № 3. С. 11-14.
12. Жоров И. В. Техника для ферм // Алтайская правда. 2002. № 144. С. 3-4.
13. Кирсанов В. В. Структурно-технологическое обоснование эффективности построения и функционирования доильного оборудования. Княгинино : НГИЭИ, 2012. 396 с.
14. Ахметистов Е. В., Григорьев В. А., Емцов Б. Т. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник. М. : Энергоиздат, 1982. 512 с.
15. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М. О. Штейнберга. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1992. 672 с.
16. Фабрикант Е. Я. Аэродинамика. М. : Наука, 1964. 816 с.
17. Мамаев А. А., Одишария Г. Э., Клапчук О. В., Точилин А. А., Семенов Н. И. Движение газожидкостных смесей в трубах. М. : Недра, 1978. 270 с.
18. Цой Ю. А., Мамедова Р. А. Параметры пробкового режима течения жидкости в молокопроводе при промывке // Техника в сельском хозяйстве. 2007. № 2. С. 3-4.
19. Хефельмайр Т., Юн Я. М. Патент Российской Федерации № 2093982. Способ измерения расхода молока и устройство для его осуществления: № 5011377/02; заявл. 26.03.1992; опубл. 27.10.1997. Бюл. № 37. 11 с.
20. Карташов Л. П. Машинное доение коров. М. : Колос, 1982. 301 с.
21. Гринченко В. А., Никитенко Г.В., Мастепаненко М. А., Лысаков А. А. Обоснование длительности изменения давления в межстенной камере доильного стакана // Сельский механизатор, 2017. № 1. С. 26-27.
Дата поступления статьи в редакцию 16.07.2020, принята к публикации 17.08.2020.
Информация об авторах: РЫЛОВ АЛЕКСАНДР АРКАДЬЕВИЧ,
кандидат технических наук, доцент кафедры технологического и энергетического оборудования
Адрес: ФГБОУ ВО «Вятская ГСХА», 610017, Россия, г. Киров, Октябрьский пр-т, 133
E-mail: k-consultant@yandex.ru
Spin-код: 8186-0651
САВИНЫХ ПЕТР АЛЕКСЕЕВИЧ,
доктор технических наук, профессор кафедры технологического и энергетического оборудования Адрес: ФГБОУ ВО «Вятская ГСХА», 610017, Россия, г. Киров, Октябрьский пр-т, 133 E-mail: Peter.savinyh@mail.ru Spin-код: 5868-9317
ШУЛЯТЬЕВ ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ,
доктор технических наук, профессор кафедры технологического и энергетического оборудования Адрес: ФГБОУ ВО «Вятская ГСХА», 610017, Россия, г. Киров, Октябрьский пр-т, 133 E-mail: Shulyatev.Valeriy@mail.ru Spin-код: 9560-3187
Заявленный вклад авторов:
Рылов Александр Аркадьевич: сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста.
Савиных Петр Алексеевич: общее руководство проектом.
Шулятьев Валерий Николаевич: критический анализ и доработка текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
30
REFERENCES
1. Skorkin V. K. Molochnye fermy segodnya i zavtra [Dairy farms today and tomorrow], Vestnik VNIIMZH [Bulletin VNIIMZH], 2019, No. 2 (34), pp. 37-42.
2. Fedorenko V. F., Mishurov N. P., Marinchenko T. E., Tikhomirov A. I. Analiz sostoyaniya i perspektivy uluchsheniya geneticheskogo potenciala krupnogo rogatogo skota molochnyh porod: nauch. analit. obzor [Analysis of the state and prospects for improving the genetic potential of dairy cattle: scientific analysis. Review], Moscow: FGNU «Rosinformagrotech», 2019, 108 p.
3. Coj Yu. A. Processy i oborudovanie doil'no-molochnyh otdelenij zhivotnovodcheskih ferm [The processes and equipment milking and dairy departments of livestock farms], Moscow: GNU VIESKH, 2010. 424 p.
4. Ulyanov V. M. Voprosy teorii mashinnogo doeniya [Questions of the theory of machine milking], Ryazan, 2006, 112 p.
5. Uzhik V. F., Nekipelov S. I., Kitayova O. V. Mobil'nyj agregat dlya doeniya korov i ego pnevmocilindr snya-tiya doil'nogo apparata [Mobile unit for milking cows and its pneumatic cylinder for removing the milking machine],
Dostizheniya nauki i tekhniki APK [Achievements of science and technology in agriculture], 2018, Vol. 32, No. 12, pp.71-75.
6. Solovyev S. A., Kartashov L. P. Ispolnitel'nye mekhanizmy sistemy «chelovek-mashina-zhivotnoe» [Operating mechanism of the «person-car-animal» system], Yekaterinburg: Ural office of the Russian Academy of Sciences, 2001.179 p.
7. Ekkhorutomven O. T., Medvedev G .F. Nekontagioznyj mastit u korov [Non-contagious mastitis in cows], Aktual'nye problemy veteri-narnogo akusherstva i reprodukcii zhivotnyh: mater. Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. [Actual problems of veterinary obstetrics and animal reproduction: Mater. international. scientific-practical conf.], Gorki: BSSHA, 2013, pp. 458-464.
8. Kirsanov V. V., Mileshina O. V. Sposoby i tekhnicheskie sredstva opredeleniya rannej diagnostiki ma-stita u korov i otdeleniya anomal'nogo moloka v potoke pri doenii na doil'nyh ustanovkah [Basis of Methods and technical means of determining the early diagnosis of mastitis in cows and separation of abnormal milk flow during milking in milking installations], Vestnik VNIIMZH [Bulletin VNIIMI], No. 2 (2), 2011, pp. 54-58.
9. Aliev A. Yu., Magometov A. S. Rasprostraneniya mastita u korov v hozyajstvah Hunzahskogo rajona res-publiki Dagestan [Distribution of mastitis in cows in the farms of the hunzakh district of the Republic of Dagestan], Problemy veterinarnoj nauki i puti ih resheniya: materialy regional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii [Problems of veterinary science and ways to solve them: materials of the regional scientific and practical conference], Makhachkala, 2019, pp. 14-17.
10. Korolev V. F. Doil'nye mashiny. Teoriya, konstrukciya i raschet [Milking machines. Theory, construction and calculation], 2-ed., reprint. Moscow: Mashinostroenie, 1969, 279 p.
11. Kartashov L. P., Makarovskaya Z. V., frizen A. P., Kuspakov R. S. et al. Tekhnicheskie parametry neko-toryh sovremennyh doil'nyh apparatov [Technical parameters of some modern milking machines], Tekhnika v sel'skom hozyajstve [Technique in agriculture], 2003, No. 3, pp. 11-14.
12. Zhorov I. V. Tekhnika dlya ferm [Technique for farms], Altayskaya Pravda [Altai truth], 2002, No. 144, pp.3-4.
13. Kirsanov V. V. Strukturno-tekhnologicheskoe obosnovanie effektivnosti postroeniya i funkcioni-rovaniya doil'nogo oborudovaniya [Structural and technological justification of efficiency of construction and functioning of the milking equipment], Knyaginino: NGIEI, 2012. 396 p.
14. Ametistov E. V., Grigoriev V. A., Emtsev B. T. and others Teplo- i massoobmen. Teplotekhnicheskij ek-speriment [Heat and mass transfer. Thermal engineering experiment], Handbook, Moscow: Energoizdat, 1982, 512 p.
15. Idelchik I. E. Spravochnik po gidravlicheskim soprotivleniyam [Handbook of hydraulic resistances], In M. O. Steinberg (ed.). 3rd ed., Rev. and DOP. Mechanical engineering, 1992, 672 p.
16. Fabrikant E. Ya. Aerodinamika [Aerodynamics], Moscow: Science, 1964. 816 p.
17. Mamaev A. A., Odishariya G. E., Klapchuk O. V., Tochilin A. A., Semenov N. I. Dvizhenie gazozhidkost-nyh smesej v trubah [Movement of gas-liquid mixtures in pipes], Moscow: Nedra, 1978, 270 p.
18. Choi Yu. A., Mamedova R. A. Parametry probkovogo rezhima techeniya zhidkosti v molokoprovode pri promyvke [Parameters of cork flow regime of fluid in the milk line when flushing], Tekhnika v sel'skom hozyajstve [Equipment in agriculture], No. 2, 2007, pp. 3-4.
19. Hefelmayr T., Jun Ja. M. Sposob izmereniya raskhoda moloka i ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya [A way of measurement of an expense of milk and the device for its exercise] patent No. 2093982 Russian Federation, IPC A01J 7/00, No. 5011377/02; it is stated 26.03.1992; it is published 27.10.1997, Bulletin No. 37, 11 p.
20. Kartashov L. P. Mashinnoe doenie korov [Machinery milking of cows], Moscow: Kolos, 1982. 302 p.
21. Grinchenko V. A., Nikitenko G. V., Mostepanenko M. A., Lysakov A. A. Obosnovanie dlitel'nosti iz-meneniya davleniya v mezhstennoj kamere doil'nogo stakana [Substantiation of the duration of pressure change in the inter-wall chamber of the milking Cup], Sel'skij mekhanizator [Rural mechanizer], 2017, No. 1, pp. 26-27.
The article was submitted 16.07.2020, accept for publication 17.08.2020.
Information about the authors: RYLOV ALEXANDER ARKADIEVICH,
Ph. D. (Engineering), associate professor in cathedra of technological and energetic tools
Address: Vyatka State Agricultural Academy, 610017, Russia, Kirov, Oktyabrsky avenue, 133
E-mail: k-consultant@yandex.ru
Spin-code: 8186-0651
SAVINYKH PETER ALEXEEVICH,
Dr. Sci. (Engineering), professor in cathedra of technological and energetic tools Address: Vyatka State Agricultural Academy, 610017, Russia, Kirov, Oktyabrsky avenue, 133 E-mail: Peter.savinyh@mail.ru Spin-code: 5868-9317
SHULYATIEV VALERY NIKOLAEVICH,
Dr. Sci. (Engineering), professor in cathedra of technological and energetic tools Address: Vyatka State Agricultural Academy, 610017, Russia, Kirov, Oktyabrsky avenue, 133 E-mail: Shulyatev.Valeriy@mail.ru Spin-code: 9560-3187
Contribution of the authors: Alexander A. Rylov: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Peter A. Savinykh: managed the research project. Valeri N. Shulyatiev: critical analyzing and editing the text.
All authors have read and approved the final manuscript.
