CC BY
8possible validation of design, materials and operation modes of devices for vytopna wax and installation for applying a protective coating on a dough feeding to bees.
Key words: wax, temperature, rheological properties, adhesion properties, plastic properties.
1. Nekrashevich V.F., Torzhenova T.V., Luzgin N.E., Nagaev N.B., Grunin N.A. Issledovanie processa vytopki voska // Pchelovodstvo. 2014. № 3. S. 50-51.
2. Luzgin N.E. Tehnologija i agregat dlja kapsulirovanija podkormok pchelam: avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tehnicheskih nauk. Rjazan', 2004.
3. Patent na izobretenie RUS 2174748 S1. Sposob nanesenija zashhitnogo pokrytija na podkormku dlja pchel i ustrojstvo dlja ego osushhestvlenija / Nekrashevich V.F., Bronnikov V.I., Luzgin N.E., Kornilov S.V // 20.10.2001.
4. Patent na izobretenie RUS 2265327 S2. Linija prigotovlenija podkormki dlja pchel/Nekrashevich V.F., Luzgin N.E., Panfilov I.A. //Bjul. №34, 10.12.2005.
5. Nekrashevich V.F., Luzgin N.E., Troickij E.I., Grunin N.A., Nagaev N.B.
Teoreticheskoe obosnovanie vremeni narastanija zashhitnogo sloja iz voska na granuly podkormki dlja pchel // Vestnik Rjazanskogo gosudarstvennogo agrotehnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. 2015. № 3 (27). S. 118-123.
6. Chudakov V.G. Tehnologija produktov pchelovodstva. M.: Kolos, 1979.
7. GOST 21179-2000 - Vosk pchelinyj. Tehnicheskie uslovija [Tekst]/M., Standartinform. 2011g.
8. Rogov A.A. Tehnologija i agregat dlja vytopki voska: dissertacija na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tehnicheskih nauk. Rjazan', 2009.
УДК 001.57:(631.3-18:637.125)
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА НА НАПОЛЗАНИЕ ПРИ МАШИННОМ ДОЕНИИ
ХРИПИН Владимир Александрович, канд. техн. наук, соискатель кафедры «Технические системы в АПК», E-mail: khripin@mail.ru
УЛЬЯНОВ Вячеслав Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Технические системы в АПК», E-mail: ulyanov-v@list.ru
НАБАТЧИКОВ Алексей Викторович, аспирант кафедры «Технические системы в АПК», E-mail: MCX-RGATU@yandex.ru
ХРИПИН Александр Александрович, аспирант кафедры «Технические системы в АПК», E-mail: khripin62@yandex.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
Двухтактные доильные аппараты отсасывающего типа, в которых молоковыведение происходит при такте сосания за счет создания вакуума в подсосковой камере стакана, получили наибольшее распространение как за рубежом, так и в нашей стране. Однако под воздействием вакуума подвесная часть доильного аппарата наползает на соски вымени коровы, отчего доение прерывается преждевременно. Нами предложен доильный аппарат, который при доении автоматически перераспределяет оттягивающее усилие на сосках в зависимости от такта работы аппарата за счет изменения центра масс подвесной части. При работе предложенного аппарата обеспечивается полное выдаивание молока, щадящее обращение с выменем, и исключается как наползание, так и спадание с вымени подвесной части доильного аппарата. Целью исследований является получение с помощью методов планирования эксперимента математической модели зависимости наползания стаканов на соски от величин вакуума и массы подвесной части. Полученные математические модели показывают, что наибольшее влияние на наползание доильных стаканов на соски вымени оказывают масса подвижного поршня и величина вакуума; модели позволяют подобрать оптимальные значения массы подвесной части доильного аппарата при заданном значении вакуума, оптимизируя процесс машинного доения и предотвращая чрезмерное наползание стаканов на вымя животного.
Ключевые слова: доильный аппарат, коллектор, машинное доение, многофакторный эксперимент, подвижный поршень, экспериментальные исследования.
Literatura
© Хрипин В.А., Ульянов В. М., Набатчиков А.В., Хрипин А. А., 2017 г.
ф
Вестник РГАТУ, № 1 (33), 2017
Введение
В настоящее время, несмотря на большое многообразие доильных аппаратов, их конструкция далека от совершенства. Особое внимание уделяется подвесной части, которая является основным узлом доильного аппарата, так как вступает в непосредственное взаимодействие с организмом коровы. Поэтому конструкция, техническое и санитарное состояние этого изделия во многом определяют полноту выдаивания, качество молока, сохранение здоровья молочной железы животного и затраты ручного труда оператора.
Перспективным направлением в создании доильных аппаратов является разработка многофункциональных их конструкций, обеспечивающих полное выведение молока без проведения машинного додаивания и нарушения физиологических требований. Применение доильных аппаратов, не требующих проведения машинного додаивания, позволит не только сократить время выдаивания животного, но и обеспечить снижение затрат ручного труда оператора [1].
В нашей стране и за рубежом наибольшее распространение получили двухтактные доильные аппараты отсасывающего типа, в которых молоко-выведение происходит при такте сосания за счет создания вакуума в подсосковой камере стакана. От воздействия вакуума соски значительно удлиняются, и доильные стаканы наползают на соски и вымя коровы. При этом сообщение соска с выменем может нарушаться и доение может прерываться преждевременно, что обуславливает неполное выдаивание коров. В связи с этим наиболее трудная и важная практическая задача заключается в устранении наползания доильных стаканов или сведения к минимуму этого явления.
На кафедре «Технические системы в АПК» разработан и изготовлен доильный аппарат, который при доении автоматически перераспределяет оттягивающее усилие на сосках в зависимости от такта работы аппарата за счет изменения центра масс подвесной части. Благодаря этому обеспечивается выдаивание молока при щадящем обращении с выменем и исключается как наползание, так и спадание с вымени подвесной части доильного аппарата [2,3].
Объекты и методы исследований
Конструктивно-технологические параметры, при которых реализуется работоспособность доильного аппарата и выполняется условие безопасного для здоровья коровы извлечение молока, зависят от рабочего вакуумметрического давления и массы подвесной части доильного аппара-
та [4,5,6]. Важнейшим показателем, влияющим на чистоту выдаивания коровы, является наползание доильных стаканов на соски вымени животного. Поэтому в качестве критерия оптимизации использовался этот показатель.
В качестве функции, аппроксимирующей экспериментальные данные по изучению влияния перечисленных выше факторов на процесс наползания, достаточно применения полинома второго порядка следующего вида [7]:
у=ь
у Х1 ' Х] +
а
(1)
где у среднее значение отклика (критерий оптимизации); Ь0,Ъ1,Ь1 ,Ьи коэффициенты уравнения регрессии; х., х - независимые переменные (факторы); к - число независимых переменных.
Для получения математической модели наползания доильного стакана на сосок был использован трехфакторный трехуровневый план Бок-са-Бенкина. Факторы и интервалы варьирования уровней приведены в таблице 1. Расчет коэффициентов регрессии производили по формулам [7]:
Ьо = У 0
(2)
] 11=1 р
где у0 - среднее значение отклика в нулевых
К
точках плана; суммирование для столбцов
плана, }
соответствующих элементам; коэффициенты, А,В,С1,Др- коэффициенты,
А=--В = --С1=~--0 = --р = 2. 8 4 16 4 Матрица планирования эксперимента и результаты опытов приведены в таблице 2.
Таблица 1 - Факторы и интервалы варьирования уровней
Уровень и интервал варьирования Факто ры
Масса поршня,г Масса подвесной части,г Вакуум, кПа Наползание, мм
Х1 Х2 Х3 Y
Верхний уровень (+1) 1000 610 54 -
Основной уровень (0) 750 480 48 -
Нижний уровень (-1) 500 350 42 -
Интервал варьирования 250 130 6 -
Зачимость коэффициентов регрессии определяли по формуле
А 6. =±Г-5а. (3)
г 01
где / -табличное значение критерия Стьюдента при заданном уровне значимости (доверия) а и степени свободы/(/=4,303 при а=0,05 и f=2 ); - ошибка определения коэффициентов Ь . Коэффициент значим, если абсолютная величина коэффициента больше доверительного) интервала ЛЬ.
Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента. План Бокса-Бенкина для трех факторов
№ оп. х1 Х2 Х3 Х1Х2 Х1Х3 Х2Х3 Х12 Х22 Х23 У у |у - у1 (у - У )2
1 + + 0 + 0 0 + + 0 4 4,1 0,1 0,01
2 - - 0 + 0 0 + + 0 11 10,9 0,1 0,01
3 + - 0 - 0 0 + + 0 5,8 5,8 0 0
4 - + 0 - 0 0 + + 0 8,8 8,8 0 0
5 + 0 + 0 + 0 + 0 + 11,4 11,3 0,1 0,01
6 - 0 - 0 + 0 + 0 + 4 4,1 0,1 0,01
7 + 0 - 0 - 0 + 0 + 1 1 0 0
8 - 0 + 0 - 0 + 0 + 17,8 17,9 0,1 0,01
9 0 + + 0 0 + 0 + + 13,2 13,2 0 0
10 0 - - 0 0 + 0 + + 3 3 0 0
11 0 + - 0 0 - 0 + + 2 1,9 0,1 0,01
12 0 - + 0 0 - 0 + + 15,8 15,9 0,1 0,01
13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 7 0 0
14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7,2 7 0,2 0,04
15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6,8 7 0,2 0,04
I -19,4 -7,6 48,2 0,4 -3,4 -1,6 63,8 63,6 68,2 - - - 0,15
Дисперсии коэффициентов вычисляли по формулам [7]:
1
N.
•Я2',
(4)
=
¿Ьп -
В +
Р1 • N
• Я 2
- дисперсия воспроизводи-
мости. ^ ^еоспр
Значение дисперсии воспроизводимости $еоспР определяли по нулевым точкам плана эксперимента по следующей формуле [7]:
г \
г*2 _ о2 _
еоспр ~ у ~
(5)
К0-1
где Ы0 - число нулевых точек (N=3 ); у0и - значение отклика в нулевых точках.
Проверку адекватности полученной математической модели экспериментальным данным осуществляли по критерию Фишера [7,8]:
Р
3
ад
еоспр
(6)
ас1 - дисперсия адекватности.
где 52а
Дисперсию адекватности определяли из соотношения [8]:
(7)
где S2 - остаточная дисперсия; f / -
"ост г-1 Г ' J ост" воспрЧ ад
число степеней свободы соответственно для остаточной дисперсии, дисперсии воспроизводимости и дисперсии адекватности.
Остаточную дисперсию определяли по следующей формуле [8]:
Т.\у,
Уг
! =N-1
^ ост
(8)
N-1
где / -число коэффициентов уравнения регрессии, /=10 .
Результаты
Подставляя числовые значения в формулы (2), получим следующие значения коэффициентов регрессии
Ъх = -2,425; Ь2 = -0,950; К = 6,025;
Ьи =0,100; Ьи = -0,850; ¿23 = -0,400;
Ьи = 0,225; Ь22 = 0,175; ¿зз = 1,325
1
ф
Вестник РГАТУ, № 1 (33), 2017
Модель регрессии примет следующий вид:
у = 7- 2,425 • jq - 0,950 • х2 + + 6,025 • х, + 0,100 • х, • х2 - 0,850 • х, • х3 -- 0,400 • х, • х, + 0,225 • хг + 0,175 • х; +
(9)
3 5
-1,86616Р + 3,19088 х 10 6Mm — 0,000564198»iP-0,000508072МР + + 3,67407 х 10-6т2 + 0,000010629М1
(10)
Обозначеие коэффициента Значение коэффициента Доверительный интервал
Ь0 7 ± 0,4969
+1,325-х
Подставляя числовые значения параметров в формулу (5), получим S2 =S2 = 0,040.
II J J \ / ' J y воспр '
Сведем в одну таблицу численные значения коэффициентов регрессии и их доверительные интервалы, вычисленные по вышеприведенным формулам (табл. 3). В соответствии с полученными данными незначимыми оказались коэффициенты b12, b23, bn, b22 , так как их числовые значения меньше дов ери тельных интервалов. Однако, если окажется, что какой-либо коэффициент регрессии статически незначим, то его вовсе не следует удалять из математической модели, так как модель может оказаться неадекватной. Поэтому с целью исключения пересчета всех коэффициентов уравнения, включим в модель все коэффициенты [7].
Значение критерия Фишера, рассчитанное по формуле (6), составляет 0,575, а табличное значение критерия Фишера при уровне значимости 0,05 и числе степеней свободы f=f == 3 и f=f = 2
п j 1 j ad J 2 J воспр
составляет 19,2. Так как F <F й (0,575 < 19,2), то
on табл 4 ' ' f '
можно сделать заключение об адекватности полученной математической модели экспериментальным данным.
Для использования уравнения (9) в качестве расчетной формулы и интерпретации результатов опытов оно было преобразовано к именованным величинам на ПЭВМ в компьютерной программе «Mathematika». Обработка результатов экспериментальных данных используемой программой осуществляется с помощью оператора Fit [data, {базисные функции}, {переменные}]. Данный оператор осуществляет приближение методом наименьших квадратов функций, заданных таблично.
В результате обработки на ПЭВМ получена следующая математическая модель Н = 27,5842 + 0,0105387w + 0,0048674 \М -
Продолжение таблицы 3
bi Ь2 Ь3 -2,425 -0,950 6.025 ± 0,3043
Ь12 Ь13 Ь23 0,100 -0,850 -0,400 ±0,4303
Ь11 Ь22 Ь33 0,225 0,175 1,325 ±0,4969
+ 0,0369342Р~
где Н - значение наползания доильного стакана на сосок, х10-3 м; т - масса поршня, х10-3 кг; М - масса доильного стакана (с учетом постоянной массы корпуса коллектора, приходящейся на стакан), х10-3 кг; Р - значение вакуума, кПа;
Таблица 3 - Значения коэффициентов модели и их доверительные интервалы
расчетным путем найти численные значения величины наползания доильного аппарата на соски вымени коровы в пределах варьирования уровней факторов эксперимента.
Выводы
Анализ адекватной математической модели в кодированном виде (9) показывает, что на процесс наползания доильных стаканов на соски вымени оказывают наибольшее влияние величина вакуума и масса подвижного поршня. Математическая модель (10) позволяет стабилизировать процесс машинного доения путем подбора оптимальных значений массы подвесной части доильного аппарата при заданном значении вакуума, предотвратив тем самым чрезмерное наползание доильных стаканов на соски.
Приведенная методика планирования многофакторного эксперимента позволяет получить адекватные математические модели и сократить трудоемкость проведения эксперимента за счет сокращения числа наблюдений опытов.
Список литературы
1. В.М. Ульянов, Хрипин В.А. Совершенствование технологии и средств механизации доения коров // Научно-технический прогресс в животноводстве - машинно-технологическая модернизация отрасли: сб. науч. трудов / ГНУ ВНИИМЖ, т. 17, ч. 2. - Подольск, 2007. - с. 23-30. - 276 с.
2. Пат. Российская федерация № 2298916 С1 Доильный аппарат [Текст] / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева; за-явл. 24.11.2005; опубл. 20.05.2007 Бюл. № 14
3. Пат. Российская федерация № 2410871 С2 Доильный аппарат [Текст] / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин, М.Н. Мяснянкина; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева; заявл. 14.04.2009; опубл. 10.02.2011 Бюл. № 4
4. В. М. Ульянов, Хрипин В. А. Физиологически адаптированный доильный аппарат / Сельский механизатор, 2007, № 2, с. 34-35
5. Ульянов В.М., Хрипин В.А., Мяснянкина М.Н. Доильный аппарат с изменяющимся центром масс / Сельский механизатор 2011, №5, с. 28-29
6. Карташов Л. П., Соловьев С. А. Повышение надежности системы человек - машина - животное. - Екатеринбург: УрО РАН, 2000, 275 с.
7. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследовании
сельскохозяйственных процессов. - Л.: Колос, 1980, с. 127.
8. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Оптимиза-
ция эксперимента в химии и химическои технологии. - М.: Высшая школа, 1978, 319 с.
INFLUENCE OF PARAMETERS OF THE MILKING MACHINE ON COVERING DURING MACHINE
MILKING
Khripin Vladimir A., candidate of technical sciences, the competitor of department of «Technical systems in the agricultural sector», E-mail: khripin@mail.ru
Ulyanov VyacheslavM. doctor of technical sciences, professor, the head of the department of «Technical systems in the agricultural sector», E-mail: ulyanov-v@list.ru
Nabatchikov Alexey V., postgraduate student of the department of «Technical systems in the agricultural sector», E-mail: MCX-RGATU@yandex.ru
Khripin Aleksandr A., postgraduate student of the department of «Technical systems in the agricultural sector», E-mail: khripin62@yandex.ru
Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Two-stroke milking machines suction type in which lactation occurs during the cycle of sucking, by creating a vacuum in the chamber podroskovoe Cup, was the most common both abroad and in our country. However, under the influence of vacuum, the suspended part of the milking machine creeps on the teats of the cow, making the milking is interrupted prematurely. We have proposed the milking apparatus during milking automatically redistributes the dilatory force on the nipple, depending on the cycle of operation of the apparatus due to the change of the center of mass of the suspended part. In the proposed apparatus ensures complete milking of milk, gentle treatment of the udder and is removed as the covering of and decay from the udder of the suspended part of the milking machine. The purpose of research is using methods of experiment planning to the mathematical model of napoletane cups on the nipples from the values of the vacuum and of the mass of the suspended part. Mathematical models show that the greatest influence on the covering of the milking cups on the teats have a mass of the movable piston and the vacuum level, and allow you to choose the optimal value of the mass of the suspended part of the milking apparatus at a predetermined vacuum value, optimizing the process of machine milking and preventing excessive covering of the cups on the udder of the animal.
Key words: machine milking, collector, milking machine, multivariate experiment, a movable piston, experimental studies.
1. V.M. Ul'janov, Hripin V.A. Sovershenstvovanie tehnologii i sredstvmehanizacii doenija korov//Nauchno-tehnicheskij progress v zhivotnovodstve - mashinno-tehnologicheskaja modernizacija otrasli: sb. nauch. trudov / GNU VNIIMZh, t. 17, ch. 2. - Podol'sk, 2007. - s. 23-30. - 276 s.
2. Pat. Rossijskaja federacija № 2298916 S1 Doil'nyj apparat [Tekst] /V.M. Ul'janov, V.A. Hripin; zajavitel' i patentoobladatel' FGOU VPO Rjazanskaja gosudarstvennaja sel'skohozjajstvennaja akademija imeni professora P.A. Kostycheva; zajavl. 24.11.2005; opubl. 20.05.2007 Bjul. № 14
3. Pat. Rossijskaja federacija № 2410871 S2 Doil'nyj apparat [Tekst] / V.M. Ul'janov, V.A. Hripin, M.N. Mjasnjankina; zajavitel' i patentoobladatel' FGOU VPO Rjazanskaja gosudarstvennaja sel'skohozjajstvennaja akademija imeni professora P.A. Kostycheva; zajavl. 14.04.2009; opubl. 10.02.2011 Bjul. № 4
4. V. M. Ul'janov, Hripin V. A. Fiziologicheski adaptirovannyj doil'nyj apparat / Sel'skij mehanizator, 2007, № 2, s. 34-35
5. Ul'janov V.M., Hripin V.A., Mjasnjankina M.N. Doil'nyj apparat s izmenjajushhimsja centrom mass / Sel'skij mehanizator 2011, №5, s. 28-29
6. Kartashov L. P., Solov'ev S. A. Povyshenie nadezhnosti sistemy chelovek - mashina - zhivotnoe. -Ekaterinburg: UrO RAN, 2000, 275 s.
7. Mel'nikovS.V.,Aleshkin V.R., RoshhinP.M. Planirovanie jeksperimenta vissledovaniisel'skohozjajstvennyh processov. - L.: Kolos, 1980, s. 127.
8. Ahnazarova S. L., Kafarov V. V. Optimizacija jeksperimenta vhimiiihimicheskoj tehnologii. - M.: Vysshaja shkola, 1978, 319 s.
Literatura
