Исследование и разработка доильного аппарата с автоматическим изменением вакуумметрического давления

Молочное животноводство является одним из важных и наиболее ф) сложных участков сельского хозяйства. Россия традиционно относилась к числу стран с высоким уровнем потребления молочных продуктов. В 1990 году этот показатель был равен 386 килограмм, что соответствовало меди- -цинским нормам. Последовавший спад потребления в годы реформ сменился, начиная с 1999 года, стабильным ростом и достиг в 2003 году значения около 230 килограмм молока на человека. Устойчивый спрос населения на качественные молочные продукты делает молочное производство весьма привлекательным с точки зрения возможности получать стабильный доход в течение всего года. Решить задачу увеличения объемов производства молока невозможно без решения вопроса о создании и внедрении современного доильного оборудования.

Основной проблемой реализации процесса извлечения молока из вымени при машинном доении является отрицательное воздействие доильных аппаратов на молочную железу животного. Качество работы современных доильных аппаратов определяется, в основном, интенсивностью стимуляции, воспроизводящей нейрогормональный рефлекс молоко-отдачи, и безопасностью доения. Существуют разнообразные конструкции ^ доильных аппаратов, наибольшее распространение получили аппараты, создающие вакуумметрическое давление для извлечения молока, однако, при неумелом обращении, они дают отрицательные результаты: возникают массовые заболевания коров маститом, снижается удой, загрязняется молоко, животные преждевременно уходят в запуск. Многолетняя практика показала, что для внедрения действительно эффективного машинного доения оказалось недостаточным механическое копирование основных парафа метров акта сосания и ручного доения.

Неадекватность действия исполнительной системы, технологических и технических параметров с физиологическими требованиями наносит ущерб животноводческим хозяйствам, при заболевании маститом происходит существенное снижение продуктивности.

X Международный симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных (Переславль-Залесский, 2000 г.) обратил внимание на необходимость продолжения комплексных исследований в данной области с участием физиологов, инженеров, конструкторов, а также других специалистов и указал, что современные устройства недостаточно совершенны в техническом и конструктивном отношениях, мало приспособлены под характерные биологические особенности животных.

Дальнейшему повышению производительности труда, увеличению производства молока, снижению его себестоимости и повышению рентабельности может способствовать внедрение в практику принципиально нового способа машинного доения, при котором за счет регулирования ва-куумметрического давления под соском вымени животного добиваются повышения физиологичности процесса машинного доения.

Работа выполнена в соответствии с программой научных исследований ФГОУВПООГАУ, государственная регистрация № 1 200 105 545 «Разработка и совершенствование средств механизации и автоматизации технологических процессов и методов их использования».

Нами была определена цель работы: разработать и обосновать конструктивные параметры регулятора вакуума доильного аппарата при доении в молокопровод, обеспечивающего изменение величины вакууммет-рического давления в подсосковых пространствах доильных стаканов в зависимости от интенсивности молокоотдачи животного. В ходе выполнения работы были поставлены следующие задачи исследования:

— выполнить анализ изучаемого вопроса;

— дать классификацию существующих регуляторов вакуумметриче-ского давления доильных аппаратов и обосновать рациональную конструкцию технического устройства;

— провести лабораторные исследования разработанных вариантов регулятора вакуумметрического давления доильного аппарата для доения в молокопровод с целью оптимизации его конструктивно-технологических параметров;

— исследовать предлагаемый вариант регулятора вакуумметрического давления в производственных условиях и определить его эксплуатационные показатели;

— дать технико-экономическую оценку предлагаемого регулятора вакуумметрического давления доильного аппарата для доения в молокопровод.

Для решения этих задач были предложены теоретические методы проведения диссертационных исследований, а так же возможные пути их реализации.

Объект исследования. Процесс машинного доения коров.

Предмет исследования. Доильный аппарат с автоматическим регулятором вакуумметрического давления при доении в молокопровод.

Научная новизна. В результате теоретических, экспериментальных и производственных исследований установлена аналитическая зависимость между величиной перепада вакуумметрического давления, размеров сосков вымени животного, конструктивных и технологических параметров сосковой резины на величину её прогиба при доении в молокопровод.

Предложена выведенная зависимость влияния прогиба сосковой резины на величину наползания доильного стакана и на степень молокоотда-чи коровы при доении в молокопровод.

Предложен принципиально новый способ доения в соответствии с уровнем молокоотдачи животного при доении в молокопровод и структурная схема устройства, реализующая данный способ.

Разработана оригинальная методика проведения производственных сравнительных испытаний доильных аппаратов.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований разработан и изготовлен доильный аппарат (положительное решение от 05.01.2004 г. по заявке № 2 002 118 756/12 (20 178) от 16.07.2002 г.) с автоматическим регулированием величины вакуумметрического давления в подсосковом пространстве доильных стаканов, в строгом соответствии с уровнем молокоотдачи коровы, что позволяет существенно уменьшить вероятность травмирования сосков вымени животных в начале и конце доения, тем самым снизить вероятность заболевания коров маститом.

Реализация результатов исследований. Опытные образцы доильного аппарата с автоматическим регулированием величины вакуумметрического давления в подсосковых пространствах доильных стаканов при доении в молокопровод прошли проверку и внедрены в ряде хозяйств Дзержинского района г. Оренбурга и Оренбургского района Оренбургской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников ОГАУ в 2002.2004 г.- на региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов сельского хозяйства (г. Оренбург 2002.2004 г.) — на международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы увеличения производства продукции животноводства и птицеводства» (г. Оренбург — 2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, получено 1 положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Определение возможного пути улучшения качественных показателей процесса молоковыведения при реализации различных способов выведения молока из вымени коровы.

2. Выбор перспективного направления технического совершенствования конструкций доильных аппаратов.

3. Совокупность теоретических и практических положений, обосновывающих возможность применения нового способа машинного доения.

4. Функционально-структурная схема технического устройства, обеспечивающего возможность реализации предлагаемого способа машинного доения.

5. Методика производственных испытаний доильных аппаратов.

6. Результаты лабораторных и производственных исследований.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 180 наименований и приложения. Работа изложена на 168 страницах машинописного листа, содержит 29 рисунков и 8 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. В результате теоретического исследования проблем, связанных с щ машинным доением коров, определены пути улучшения процесса молоковыведения. Одним из значимых факторов, влияющих на полноту и скорость выдаивания животного, является переменное вакуумметрическое давление, варьированием которого, в соответствии с интенсивностью мо-локоотдачи животного, в интервале от 28 до 52 кПа, достигается максимальный положительный эффект, посредством улучшения качественных показателей машинного доения. 0 2. В ходе проведенного анализа существующих способов доения и используемых конструкций была выявлена возможность создания доильного аппарата для доения в молокопровод, в котором величина вакууммет-рического давления в подсосковых камерах доильных стаканов изменяется автоматически с учетом интенсивности молокоотдачи животного.

3. Получен ряд аналитических выражений.

У — /(хг"Х1+1"Х1+2"х1+3"хг+4)' которые позволяют уточнить зависимости величины наползания доильного стакана на сосок вымени коровы при работе по предлагаемому режиму как от величины прогиба сос-0 ковой резины, так и от величины вакуумметрического давления в подсосковых пространствах, размеров соска вымени животного и конструктивных особенностей регулятора.

4. С целью технической реализации предлагаемого способа машинного доения разработана конструкция автономного регулятора для автоматического изменения величины вакуумметрического давления в подсосковых камерах доильных стаканов в строгом соответствии с интенсивностью молокоотдачи коровы. В ходе экспериментальных исследований были.

• подтверждены основные рабочие параметры: ход клапана (совместно с &bdquo-олоколовушкой) — 7 ммвеличина калиброванного отверстия в молоколовушке — 6 ммобъем молоколовушки 1,9 см3- получены пределы изменения вакуумметрического давления в подсосковых камерах доильных стаканов: в начале и конце доения — 30 кПа, в период интенсивной молокоот-• дачи животного — 50 кПа.

5. Время запаздывания изменения величины вакуумметрического давления в подсосковых камерах доильных стаканов по отношению к изменению количества молока в молоколовушке составляет менее 21 сек.

6. Анализ результатов производственных испытаний показал целесообразность изменения вакуумметрического давления в подсосковых камерах доильных стаканов, поскольку процесс доения происходит без машинф ного додаивания и заключительного массажа. Разовые удои увеличились на 8%, величина контрольного ручного додаивания снизилась на 33%, при этом общее время доения увеличилось на 3,1%.

7. Реализована методика производственных испытаний, основанная на совмещении положительных сторон методики раздельного выдаивания половин вымени животного по сбалансированному латинскому квадрату с методикой экстра-периода Лукаса.

8. Экономическая эффективность реализации предлагаемого способа доения составила 3542 рублей на один экспериментальный аппарат за период лактации 300 дней. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений 0,18 года.