CC BY
11НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ В АПК И ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 637.116:637.115.003.13
ВЛИЯНИЕ ОТКАЗОВ ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАШИННОГО ДОЕНИЯ
В.Ю. Матвеев, А.Е. Крупин, Е.В. Силантьев
Нижегородский государственный инженерно-экономический университет
Аннотация. Машинное доение занимает центральное место в механизации процессов молочного животноводства, как России, так и мира в целом. Доильная установка непосредственно контактирует с организмом животного, от ее технических параметров зависит не только эффективность эксплуатации, но и продуктивность животных, а также их здоровье.
Доильно-молочное оборудование в целом по стране, да и в области, в частности, сильно изношено и в основном устаревшее, не позволяющее реализовать в достаточной мере генетический потенциал даже тех животных, которые находятся в распоряжении хозяйства.
Более 70%о доильных аппаратов работают с нарушением режимов доения. Не проводится своевременное техническое обслуживание и ремонт доильных аппаратов.
Одной из причин такого низкого технического состояния является недоступность специального оборудования для диагностики, так как приборы, используемые зарубежными фирмами для обслуживания собственного оборудования, очень дороги и не адаптированы к условиям отечественного
сельхозтоваропроизводителя.
В работе приведен анализ отказов доильных установок. Представлена оценка влияния отказов доильных установок на эффективность машинного доения. Показано влияние величины вакуума и изменение вакуума на состояния здоровья коров.
Ключевые слова: доильная установка, отказ, работоспособность, надежность, износ, нарушение режимов работы, колебания вакуума, вакуум, сосковая резина, режим доения.
Введение. В качестве основного средства труда при производстве молока выступает живой организм, который требует постоянного контроля за техническими параметрами доильной установки, действующими на него в процессе машинного доения. Основными параметрами, от которых зависит эффективность взаимодействия животного и машин, являются:
- величина вакуума;
- частота пульсаций доильного аппарата;
- соотношение тактов доильного аппарата;
- натяжение сосковой резины в доильном стакане.
Отклонение приведенных параметров от оптимальных
характеризуется как отказ доильной установки.
Наряду с этим, следует выделить эксплуатационные отказы, возникающие из-за неудовлетворительной работы оператора (дояра). Характерными примерами таких отказов являются: неправильное надевание доильных стаканов, переполнение емкостей молоком, нарушение технологии машинного доения и т.д.
Эти отказы могут быть устранены в организационном порядке, поэтому в дальнейшем они не будут нами рассматриваться.
Исследованиями С.С. Соляника установлено, что для животного более опасны отказы вакуумной магистрали, чем доильного аппарата. Отказ одного и даже двух доильных аппаратов снижает только эффективность их использования, отказ же вакуумной линии приводит к остановке процесса машинного доения [1]. Нашими исследованиями установлено, что отказы доильных аппаратов влекут за собой отказы вакуумной магистрали.
При работе доильных аппаратов воздух, засасываемый через пульсатор, коллектор и доильные стаканы, поступает по вакуумной магистрали в вакуумный насос. При этом, за счет пульсатора и коллектора доильного аппарата, на выходе создается пульсирующий поток воздуха, который по вакуумному шлангу поступает в вакуумпровод. При наличии отказов доильного аппарата (выход за пределы допустимых значений частоты пульсаций и соотношения тактов) колебания вакуума в вакуумной магистрали значительно увеличиваются и выходят за пределы допустимых значений. Это, в конечном итоге нарушает режим работы доильной установки и отрицательно влияет на организм животного.
Опыты показали, что восстановление нормальных технических параметров работы доильной установки после кратковременного их нарушения (сбоя) не влечет за собой обязательное восстановление физического состояния животных. В этих случаях они часто получают травмы вымени.
Начало таких заболеваний происходит скрыто и выявляется только после того, как болезнь уже явно выражена. Поэтому, чтобы предупредить заболевания животных, очень важно не допускать даже кратковременное нарушение параметров, при которых должны работать доильные установки.
Исследованиями Мещерякова В.П. установлено, что работа на доильных установках с нарушенными параметрами приводит к торможению рефлекса молокоотдачи у животного, а это в конечном итоге приводит к тяжелому заболеванию вымени и к выбраковке коров
Имеется обширный материал о влиянии режима работы доильных установок на организм животного, его продуктивность, скорость доения и т.д, Из анализа материала определили отказы доильных установок и влияние их на организм животного.
Исследованиями Мещерякова В.П. установлено, что на изменение колебания вакуума и частоты пульсации при доении, коровы реагируют так же, как на смену доярки, т.е. временно пока не привыкнут к новому режиму, снижают удой. Кроме того, колебания вакуума в доильных установках оказывают патологическое воздействие на вымя коровы [3].
Зарубежные исследователи считают, что факторами отрицательного влияния на здоровье животных являются: колебания вакуумного режима в вакуумпроводе, частота пульсаций и соотношение тактов доильного аппарата, недостаточное натяжение сосковой резины в доильном стакане.
По наблюдениям наиболее безопасными для вымени коров являются отечественные доильные установки с доильными аппаратами АИД-2, при доении в переносные ведра с вакуумом 47...49 кПа.
Однако те же аппараты становятся опасными для здоровья животных; если они работают не в оптимальном режиме. При вакууме ниже определенного уровня сфинктер полностью не открывается, увеличивается время выведения молока из вымени животного, что приводит к снижению производительности доильной установки. Минимальный вакуум для слабодойных коров составляет 6..10кПа, а для тугодойных 26,6...33,3 кПа.
Недостаточный вакуум наиболее сильно скажется на доении тугодойных коров - они будут выдаиваться очень медленно. Установлено, что вакуум величиной 50,7 кПа является оптимальным, так как обеспечивает быстрое доение у большинства коров, не вызывая у них беспокойства и наползания стаканов на соски.
Повышение величины вакуума ограничивается патологическим воздействием его на соски коров. Дело в том, что во время доения,
[2].
когда из вымени вытекает молоко, вакуум действует лишь на кончик соска, не причиняя ему большого вреда. Но как только истечение молока из вымени прекращается, вакуум начинает распространяться внутрь вымени. По исследованиям Ульянова В.М. , при длительном воздействии вакуума нежные ткани внутренней полости вымени воспаляются, разрываются капилляры и мелкие кровеносные сосуды, что приводит к тяжелому заболеванию [4].
Возможность проникновения повышенного вакуума в цистерны соска и вымени коровы, обусловлена тем, что скорость выделения альвеолярного молока намного ниже скорости выведения цистернального молока, поэтому нецелесообразно излишнее повышение вакуума. Исследователи отмечают, что при повышении вакуума часто происходит наползание стаканов на вымя животного, это вызывает увеличение машинного додаивания и общего времени доения [5].
Оптимальной величиной рабочего вакуума для доильного аппарата, является 50,6...53,3 кПа. Увеличение вакуума выше 53,3 кПа вызывает гиперемию сосков, которая у некоторых коров не проходит до следующей дойки. Очень важно поддерживать в определенных пределах величину вакуума под соском, она должна быть 38,0...40,0 кПа/ Даже постоянное значение вакуума в вакуумпроводе (50,6 кПа) вызывает в межстенном пространстве в такт сжатий колебания вакуума в пределах 29,3...50,6 кПа [6]. Поэтому величину вакуума в вакуумпроводе следует поддерживать в установленных пределах.
Как видно из таблицы 1, для отдельных отечественных марок доильных аппаратов пределы оптимального вакуума (50,6...53,3 кПа) сходятся с показателями для зарубежных аппаратов, а допустимые колебания составляют не более 2,7 кПа. [7].
Колебания рабочего вакуума во время дойки приводят к нарушению стереотипа, что вызывает торможение рефлекса молокоотдачи, увеличение времени дойки, снижение продуктивности животных. Иными словами, вакуум в трубопроводах доильной установки должен быть не только определенной величины, но постоянным в течение всей дойки [8].
В практике колебания вакуума в вакуумпроводах существующих доильных установок в 2-3 раза превышают нормы, определенные физиологами. Как показали исследования , колебания вакуума широко распространенного доильного аппарата "Волга" в пределах 4,0...5,3 кПа вызывает его изменение в подсосковой камере в 3-4 раза при доении в ведро. Таким образом, даже незначительное изменение вакуумного режима в вакуумпроводе может вызвать существенные нарушения физиологического процесса машинного доения животных.
Таблица 1 - Величина оптимального вакуума и допустимые пределы его колебания для доильных аппаратов_
Марка доильного Предел Диапазон
аппарата оптимального колебаний вакуума,
вакуума, кПа кПа
АДУ-1 47,0.. .49,0 2
Волга 50,6...53,3 2,7
АИД-2 47,0.49,0 2
Майга 48,0...50,7 2,7
Duovac 300 49,0.51,0 2
Нурлат 49,0.51,0 2
Milk Master 48,0.50,0 2
Из анализа периодической литературы, следует, что доение должно проходить при установившемся вакуумном режиме (48,0... 50,7) + 2,7 кПа.
Выход величины рабочего вакуума за пределы 48,0...50,7 кПа и колебание его в вакуумпроводе свыще 2,7 кПа будет являться перемежающимся отказом доильной установки.
В процессе работы доильной установки частота пульсаций и соотношение тактов доильного аппарата должны быть стабильными. Работы Андреева Е.В., о влиянии основных параметров доильных аппаратов на показатели машинного доения, позволяют установить оптимальные пределы этих параметров в схеме трехтактного аппарата: для соотношения длительности тактов сосание - сжатие - отдых - (6010-30) и для частоты пульсаций 60 им/мин.[9].
Козлов А.Н., Мавлянов Г.М. отмечают, что нестабильность частоты пульсаций влияет на процесс доения отрицательно, т.к, изменение этого параметра влечет за собой уменьшение молокоотдачи[10].
Некоторые мастера машинного доения и зоотехники необоснованно считают, что увеличение частоты пульсаций в пределах 70...100 в минуту повышает производительность доильного аппарата и уменьшает время доения. Доказано, что с увеличением частоты пульсаций сравнительно много времени затрачивается на переходы от одного такта к другому. Время такта отдыха при 100 пульсаций в минуту занимает 15-20 вместо 30 при нормальной частоте (60 в минуту).В результате этого нарушается кровообращение в соске. [11].
Мещеряков В.П. проверкой влияния различной частоты пульсаций на продолжительность доения и удой установил, что увеличение ее в минуту с 60 до 90 не только не ускоряет процесс
доения, а наоборот, замедляет его на 11,8%, снижая молочную продуктивность в среднем на 9,2%[12].
Если нарушение частоты пульсаций доильного аппарата тормозит молокоотдачу из-за нарушения условно-рефлекторной деятельности центральной нервной системы животного, сбивая его с привычного ритма доения, то уменьшение величины соотношения тактов прямо снижает уровень безусловного рефлекса и ухудшает условия эвакуации молока. Увеличивать же величины соотношения тактов невозможно по причине обеспечения безопасности молочной железы животного.
Помимо частоты пульсаций и соотношения тактов доильного аппарата, на показатели доения существенно влияет характер переходных процессов в межстенных камерах доильных стаканов, зависящий от времени опорожнения и наполнения этих камер воздухом. Допустим, что при некоторой скорости изменения силового воздействия сосковой резины на сосок, так же как и для оптимума частоты пульсаций, создаются нормальные условия для поддержания рефлекса. Исследованиями отмечено, что при слишком резких изменениях этого воздействия, наступающих при быстром повышении давления воздуха в межстенных камерах, наступает торможение рефлекса у животного в связи с чем ухудшаются показатели доения [13]. При этом у коров повышается процент заболевания маститом.
Ученые установили, что при быстром (менее 0,1) изменении давления в межстенной камере в переходе от сосания к сжатию, в подсосковой камере стакана оно возрастает настолько, что становится выше внутрисоскового. Под действием возникающей разности этих давлений молоко из стакана нагнетается обратно в сосок. При резком сжатии самого соска молоко частично поднимется назад в цистерну вымени. Возрастающее при этом гидравлическое сопротивление и связанные с ним болевые ощущения у животного тормозят рефлекс молокоотдачи. Быстрое снижение давления в межстенных камерах безвредно и желательно, так как ведет к более раннему открытию сосковой резины, удлиняя тем самый такт сосания. Отступление от заданного режима в межстенных камерах может повлечь за собой недостаточное раскрытие сосковой резины в такте сосания, ухудшение условия эвакуации молока или неполное закрытие резины в такте сжатия, не обеспечивающее требуемой защиты соска от подсоскового вакуума. Кроме того, первое нарушение может вызвать "мокрое доение", когда кончик соска постоянно омывается молоком [14].
Специальные исследования, проведенные Андреевой Е.В.[15], по выяснению влияния скорости переходных процессов в межстенных камерах на технологические показатели машинного доения показали, что время переходного процесса от такта сосания к такту сжатия не
должно превышать 0,1 с. Более эффективно влияние времени переходных процессов на скорость доения проявляется при больших разовых удоях - 4-9 л. При удоях менее 4л, такое влияние почти неуловимо и разницы в повышении скорости доения при различном сроке переходных процессов не прослеживается.
Таким образом, доильный аппарат, непосредственно воздействуя на молочную железу, играет важную роль в регулировании рефлекса молоковыведения. Нарушение оптимальных параметров (таблица 2) доильного аппарата в процессе дойки классифицируются как постепенные отказы доильной установки,
Воздействие доильного аппарата на организм животного осуществляется через доильный стакан.
Таблица 2 - Оптимальные значения параметров отечественных доильных аппаратов в период дойки_
Марка аппарата Величина вакуума. кПа Частота пульсаций, им/мин Величина такта,%
Сосание Сжатие Отдых
АДУ-1 47,0.49,0 60 68+3 32+3 -
Волга 50,6...53,3 60 64 11 25
АИД-2 47,0.49,0 56.66 65 35 -
Майга 48,0...50,7 80.90 70 30 -
Duovac 300 49,0.51,0 60 60 40 -
Hyp лат 49,0.51,0 60 60 40 -
Milk Master 48,0.50,0 60-65 70 30 -
Важнейшей деталью двухкамерного доильного стакана является сосковая резина. Она соприкасается с выменем животного и от ее технического состояния зависит соблюдение правильной эксплуатации доильной установки» продуктивность животных, а часто и их здоровье.
Современные исследователи считают, что наиболее отрицательные последствия на организм животных оказывают повышенная жесткость сосковой резины и недостаточное натяжение ее в доильном стакане.
Сосковая резина, поставляемая промышленностью, при одной и той же длине имеет разную жесткость. Проверка опытной партии ее показала, что под действием силы 58,8 Н величина удлинения колеблется от 29 до 44 мм. Стакан имеет постоянную длину. Отсюда очевидно, что сосковая резина с разной жесткостью в стаканах будет иметь разное натяжение, поэтому отдельные доли вымени будут
выдаиваться с разной скоростью. Те доли, которые выдаиваются раньше, окажутся под действием недопустимо высокого вакуума, другие же в это время будут еще в стадии обильной молокоотдачи.
Такое неравномерное воздействие в конечном итоге приведет к снижения продуктивности и заболеванию животных маститом.
Поэтому перед сборкой стаканов вся сосковая резина должна пройти контроль на жесткость, после чего ее разбивают по этому признаку на группы, в которых разница по длине при усилии 58,8 Н была бы не более 5 мм. Изменение технического состояния сосковой резины с отклонением от оптимально допустимых значений будет являться постепенным отказом доильной установки.
Выводы. Анализируя отказы, возникающие в процессе эксплуатации доильных установок, мы установили, что постепенные действуют на организм животного более длительное время, чем внезапные. Без специальных приборов оператор машинного доения не в состоянии своевременно обнаружить их. Внезапные же отказы, как правило, своевременно выявляются и устраняются.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать заключение, что наиболее опасными являются постепенные и перемежающиеся отказы в связи с невозможностью их оперативного обнаружения и устранения.
Список используемой литературы
1. Соляник С.С. Вакуумный режим доильных установок Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 5. С. 1516.
2. Мещеряков В.П. Кровоснабжение вымени и показатели молоковыведения при торможении рефлекса молокоотдачи у коров Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2010. № 6. С. 125-130.
3. Мещеряков В.П., Макар З.Н. Влияние вибростимуляции сосков в процессе доения на молоковыведение и кровоснабжение вымени у коров Проблемы биологии продуктивных животных. 2014. № 2. С. 41-49.
4. Ульянов В.М., Костенко М.Ю., Хрипин В.А., Карпов Ю.Н., Набатчиков A.B. Теоретические исследования устройства доильного аппарата для защиты вымени от вредного воздействия вакуума Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2015. № 1 (25). С. 80-85.
5. Хрипин В.А., Ульянов В.М., Набатчиков A.B., Хрипин A.A. Влияние параметров доильного аппарата на наползание при машинном ДОЕНИИ Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. 2017. № 1 (33). С. 85-89.
6. Махалек А., Вегрихт Дж, Амброз П. Анализ стабильности
вакуума в доильном стакане в процессе доения автоматическими системами В сборнике: Экология и сельскохозяйственная техника российская академия сельскохозяйственных наук. 2009. С. 48-55.
7.Иванов Ю.Г., Кирсанов В.В., Кравченко В.Н., Филонов Р.Ф. Доильные аппараты. 2016. С.73
8. Андреева Е.В. Анализ стабильности вакуума в доильных аппаратах, работающих в системе одновременной и переменной пульсации Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2005. № 4. С. 1113.
9. Андреева Е.В. Повышение стабильности вакуумного режима в молокопроводе Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2007. № 1. С. 272.
10. Козлов А.Н., Мавлянов Г.М. Стабилизация режима работы клапанно-мембранного пульсатора доильного аппарата В сборнике: Достижения науки - агропромышленному производству материалы ЬШ международной научно-технической конференции. 2014. С. 129-
11. Цой Ю.А., Кирсанов В.В., Павкин ДЮ. Разработка автоматизированного доильного аппарата с почетвертным управлением процессом доения Техника и оборудование для села. 2016. № 7. С. 22-24.
12. Мещеряков В.П., Макар З.Н. Влияние вибростимуляции сосков в процессе доения на молоковыведение и кровоснабжение вымени у коров Проблемы биологии продуктивных животных. 2014. № 2. С. 41-49.
13. Доровских В.И., Дейнега А.П. Исследование процесса воздействия сосковой резины на сосок животного Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. 2011. Т. 22. № 2. С. 114-121.
14. Кирсанов В.В., Матвеев В.Ю. Результаты исследований гидравлических характеристик доильных аппаратов с коллекторами различной вместимости. Вестник НГИЭИ. 2016. № 8 (63). С. 117-124.
15. Андреева Е.В. Результаты лабораторных и производственных испытаний доильного аппарата для фермерских хозяйств Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2007. № 3. С. 46.
Владимир Юрьевич Матвеев, кандидат технических наук, доцент, Александр Евгеньевич Крупин, кандидат технических наук, доцент, Евгений Вячеславович Силантьев, магистрант, matveev_ngiei@mail.ru, Россия, Нижегородская область, Княгинино, Нижегородский государственный инженерно-
135.
экономический университет
INFLUENCE OF FAILURES OF MILKING INSTALLATIONS ON THE EFFICIENCY OF MACHINE MILKING
V.Yu. Matveev, A.E. Krupin, E.V. Silantiev Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics
Abstract. Machine milking is central to the mechanization of dairy farming, both in Russia and the world as a whole. The milking installation directly contacts the animal's organism, not only its operational efficiency but also the productivity of animals, as well as their health, depend on its technical parameters.
Milking equipment in the country as a whole and in the region in particular, is very worn out and mostly obsolete, which does not allow to realize sufficiently the genetic potential of even those animals that are at the disposal of the farm.
More than 70% of milking machines work with violation of milking regimes. There is no timely maintenance and repair of milking machines.
One of the reasons for this low technical condition is the inaccessibility of special equipment for diagnostics, since devices used by foreign firms to service their own equipment are very expensive and not adapted to the conditions of the domestic agricultural producer.
The analysis of failures of milking installations is given in this paper. An assessment is given of the impact of milking machine failures on the efficiency of machine milking. The influence of the magnitude of the vacuum and the change in the vacuum on the health status of cows are shown.
Key words: milking installation, failure, working capacity, reliability, wear, violation of operating modes, vacuum fluctuations, vacuum, teatcorn rubber, milking regime.
Vladimir Yuryevich Matveev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Alexander Krupin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Evgeny Vyacheslavovich Silantyev, Master of Arts, matveev_ngiei@mail.ru, Nizhny Novgorod Region, Knyaginino, Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics
