Разработка методики и определение конструктивно-режимных параметров испытательного стенда для доильных аппаратов

За последние годы в России в значительной степени разрушена машинотехнологическая база агропромышленного комплекса (АПК), неудовлетворительно работает созданная еще в СССР довольно основательная система производства техники для сельского хозяйства. Одной из наиболее актуальных проблем современного АПК является разработка и эффективная эксплуатация биотехнических систем, и разработка для них адаптивной техники. В настоящее время сельское хозяйство России имеет самые низкие, по сравнению с развитыми странами, показатели производительности труда. Чтобы сократить отставание, необходима серьезная работа по внедрению современных технологий в процессе обучения и новых путей решения проблемы создания эффективно работающей техники. Поэтому в 2005 году впервые1 объявили о национальном проекте «Развитие АПК» где главным является животноводство. До 2008 года агросектору к бюджетным средствам на его развитие добавлено более 30 млрд. рублей. На эти деньги планируется увеличение производства молока и мяса на 4,5−7%. Одним из путей решения проблемы повышения квалификации кадров может стать широкое применение тренажеров, стендов и муляжей для биотехнической системы. Немаловажным фактором, влияющим на продуктивность коров, является эффективность работы доильных машин. При создании новой техники для животноводства необходима отработка конструкций, потому что эта техника, обслуживая животных, оказывает на них мощное воздействие. Такую отработку лучше всего проводить на специальных стендах, применяя разнообразные конструктивные или технологические варианты и стремясь к тому, чтобы воздействие на животное было только положительным. связи с этим возникает необходимость разработки совершенствования-методик и оборудования, для испытаний доильных аппаратов. Подобные методики должны включать лабораторные и производственные исследования. Цель работы: Разработка методики и стенда для испытания доильных аппаратов. В ходе выполнения работы были поставлены следующие задачи исследования: 1. обосновать необходимость применения стендов для испытания доильных аппаратов. 2. исследовать процесс выведения молока из вымени животного. 3. обосновать конструктивные и режимные параметры имитационных блоков испытательного стенда для доильных аппаратов. 4. предложить методику лабораторных исследований доильных аппаратов. 5. сравнить режимные характеристики различных типов доильных аппаратов на стенде по, эффективности их работы. 6. оценить экономическую эффективность проведения стендовых и производственных испытаний доильных аппаратов: Объект Предмет исследований. Изучение исследования. особенностей машинного стенд для доения коров для адекватной имитации на испытательном стенде. Многофункциональный испытания доильных аппаратов. На защиту выносятся: по специальности 05.20.01 >теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров стенда для испытания доильных аппаратовметодика подбора доильных аппаратов для группы корованалогов на основе испытанийконструкция стенда для испытания доильных аппаратов. по специальности 05.20.03 технология испытания доильных аппаратовметодика лабораторных и производственных испытаний доильных аппаратов. Научная новизна. В результате многочисленных исследований можно выделить следующее: методика структурно логического построения стенда для испытания доильных аппаратованалитические зависимости для определения оптимальных параметров стенда для испытания доильных аппаратовметодика испытания доильных аппаратов. Новизна предложенных технических решений защищена тремя патентами. на изобретение РФ, и одним патентом на полезную модель. Практическая ценность. На основании проведенных исследований изготовлен стенд для испытания доильных аппаратов, обеспечивающий уменьшение времени на проведение лабораторных испытаний доильных аппаратов, подбор аппаратов к определенной группе животных и выбор из нескольких конструкций доильных аппаратов лучшей. Реализация результатов исследований: Опытный образец стенда и предложенная методика испытаний доильных аппаратов проходили проверку и были внедрены в СПК «Колхоз Барабановское» Новосергиевского района и в СПК «Колхоз им. Ворошилова» Акбулакского района, Оренбургской области. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и одобрены на региональных конференциях молодых ученых и специалистов /Оренбург, 2005 2007/, на международных научно технических конференциях /Оренбург, 2005 2007/, на научных конференциях Оренбургского государственного аграрного университета /2003 2007/, на научной конференции Саратовского госагроуниверситета им. Вавилова /2005/, на конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем современной науки» ФГОУ ВПО «Чувашская Государственная Сельскохозяйственная Академия» /Чебоксары 2006/, на Х-ой международной научно практической конференции «Энтузиазм и творчество молодых ученых в развитии „Уральская фундаментальной Государственная и прикладной науки“ ФГОУ ВПО Академия Ветеринарной Медицины» /Троицк 2006/ на XVII Международной специализированной выставке «Агрокомплекс 2007» ФГОУ ВПО «Башкирский Государственный Аграрный Университет» /Уфа 2007/. Научный уровень реализации исследовательских программ подтвержден дипломом лауреата конкурса научных работ молодых ученых и специалистов Оренбуржья /Оренбург, 2005 г./. Образец стенда демонстрировался на Российской Агропромышленной Выставке, где был отмечен нагрудным знаком «Участник ВВЦ» и серебряной медалью /Москва, 2005 2006 г./. Результаты научных исследований отмечены премией, учрежденной УказомПрезидента Российской Федерации «О* мерах государственной поддержки талантливой молодёжи от 6 апреля 2006 г. 325» /Москва, 2006 г./. За активное участие в областном конкурсе молодых ученых «Наука технологии производство рынок» награжден дипломом /Оренбург, 2007 г./. Публикации. на полезную модель.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 129 наименований и приложений. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, в том числе 28 рисунков, 7 таблиц и 5 приложений. По материалам диссертации опубликовано одиннадцать статей, получено три патента на изобретение и один патент.

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ 1.1. Анализ существующих методов испытания доильных аппаратов Эффективность работ, связанных с созданием физиологической конструкции доильного аппарата практически полностью зависит от результатов исследований влияния параметров аппарата на организм животного, кроме того, чтобы обеспечить универсальность доильной машины, необходимо рассматривать животное не как усредненный биологический объект определенного вида, а как индивид [26, 32, 36, 119]. Выбор оптимальной конструкции доильногоаппарата является задачей трудноразрешимой, если пользоваться простым апробированием различных аппаратов в производственных условиях [1,4]. Для решения этой проблемы необходимо создавать и использовать специальные методики и оборудование для испытания доильных машин, с помощью которых возможна имитация необходимых параметров организмал актирующего животного. Испытания доильных аппаратов начинаются в экспериментальных лабораториях, где создаются и изучаются опытные образцы нового оборудования. Такие испытания называются функциональными и проводятся для проверки работоспособности доильного аппарата. Для таких испытаний исследователи создают и применяют специальные методики и оборудование, с помощью которого осуществляется имитация необходимых форм тела и определенных функций животных [102, 122]. При серийных испытаниях и производстве проводят заводские испытания всех частей доильной машины для проверки соответствия их чертежам и техническим условиям. Необходимо также периодически проводить контрольные испытания доильных аппаратов на молочных фермах с целью определения их пригодности к эксплуатации и для выявления тех недостатков, которые нельзя обнаружить при заводских испытаниях [1, 72]. Проводят и сравнительные испытания различных доильных аппаратов, чтобы установить разницу между ними и выявить конструкцию, наиболее приемлемую для машинного доения, эти испытания более трудоемки и обходятся дорого. Эффективность работы доильного аппарата можно оценить при помощи самых разнообразных показателей. Это время доения, средняя скорость доения, молочная и жировая продуктивность, изменение внутривыменного давления, величина ручного додоя и др. Причем, одни изних можно получить производственных. Лабораторные испытания проводятся с целью определения основных технико эксплуатационных параметров: количества пульсов в минуту, соотношение тактов, расходных характеристик. Для решения этих вопросов известных различные устройства. Для определения количества выталкиваемого в вымя молока (обратного тока молока) в Оренбургском СХИ используется искусственный сосок, имеющий специальное клапанное устройство для перепуска выдаиваемого из соска молока в мерную емкость. По объему вытесненного молока можно судить о степени совершенства доильного стакана [8]. В КазНИИ МЭСХе разработано устройство конструкцию искусственного вымени, для имитации клапана, процесса молокоотдачи. Имитация достигается за счет включения в управляемого регулирующего расход заменителя молока. При этом используются специальные шаблоны для привода в действие регулятора расхода. Устройство позволяет проводить сравнительные испытания доильных аппаратов в лабораторных условиях. в лабораторных условиях, другие в Каждый из видов испытаний имеет свою методологию теоретическое обоснование, определяющее направление проводимых исследований и соответствующие этому направлению методики, связанные с физиологической оценкой доильного оборудования. Так В. Ф. Королев предлагает в первую очередь проводить сравнительные испытания доильных машин двухтактного и трехтактного способов доения [72, 73]. При этих испытаниях решается вопрос о продолжительности доения каждой коровы и о влиянии различных способов доения на продуктивность коров. Влияние способов машинного доения на продуктивность животных имеет большое значение. Необходимо иметь такую доильную машину, которая в наибольшей степени способствовала бы повышению производительности труда, раздаиванию коров и не вызывала бы заболеваний вымени. Доктор Петерсен (США) утверждает, что только скоростное доение увеличивает продуктивность животных и что доение продолжительностью более 7 мин снижает продуктивность коров [129]. Скорость доения коров машиной зависит, прежде всего, от их способности быстро или медленно отдавать молоко и от степени открывания сфинктера соска под действием вакуума. К. И. Кавешникова и Л. Г. Красноперова предложили для сравнения доильных аппаратов проводить анализ лактационных кривых коров аналогов по возрасту, сроку отела, продуктивности, типу эффект стрессоустойчивости регистрировали [53]. Молоковыведение в своих опытах они графически ежемесячно. Стимулирующий доильного аппарата по данной методике связан с повышением длительности молоковыведения при максимальном внутривыменном давлении. Мокри, Холл и др. утверждают, что передержки доильного аппарата на вымени при продолжительности доения, вдвое превышающей нормальную, увеличивают количество молока приведенной жирности (450 г на корову в сутки) и уменьшают продолжительность додаивания [127]. Это позволяет предложить проведение сравнительных испытаний машин трехтактного и двухтактного способов доения на двух группах коров: в одной группе доение производить нормально за 3 6 мин, а в другой с передержкой, при которой продолжительность доения превышает нормальную в 2 раза. Каждую группу коров делят на подгруппы для двухтактного и трехтактного способов доения. Для определения оптимальных параметров усовершенствованных доильных машин, К. И. Кавешникова предлагает методику, сущность которой состоит в следующем [54]. Только три соска коровы выдаивают машиной, а в четвертый вставляют катетер и вытекающее из него молоко учитывают отдельно для каждой фазы доения. Оценку машины производят по длительности латентного периода, относительному количеству и качеству альвеолярной порции молока, величине додоя и скорости доения. По этой методике можно значительно быстрее определить оптимальные параметры доильных машин и дать оценку тому или иному усовершенствованию доильной машины. Ли В. Д X для оценки эффективности работы доильного оборудования предлагает.применять.динамику молоковыведения [79]. Для этого отбирают группу коров в количестве 11 голов на 3 5 месяце лактации. Показатели динамики молоковыведения определяют с помощью прибора Н 321 в течение двух смежных суток сначала на одном оборудовании, затем на другом и через пять дней учитывают показатели молоковыведения так же, как и в первом случае. Кормление и условия содержания животных в оба периода одинаковы. А. Н. Козлов. Н. Н. Викторова. Э. П. Кокорина для объективной оценки доильных аппаратов предлагают методику с учетом стрессоустойчивости животных [70]. Для этого коров.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Анализ литературных источников показал, что перспективным направлением испытания доильных аппаратов является их исследование в лабораторных условиях на специальном оборудовании. Классификация технических средств для испытания доильной техники в лабораторных условиях позволила выявить перспективное направление — создание испытательных стендов, на которых можно наиболее полно имитировать анатомические и физиологические свойства животных.

2. Разработана методика структурно — логического построения стенда для испытания доильных аппаратов на основе анализа моделей выведения молока из вымени животного и обоснования конструктивнорежимных параметров имитационных блоков, позволяющих имитировать анатомические свойства сосков вымени и физиологические особенности молокоотдачи коров. Проведено обоснование конструктивных и режимных параметров имитационных блоков, на основе которого разработана конструкция стенда для испытания доильных аппаратов, позволяющая имитировать анатомические свойства сосков вымени и физиологические особенности молокоотдачи коров.

Конструкция стенда обеспечивает:

— имитацию внутривыменного давления 0. 7 кПа;

5 3.

— имитацию интенсивности молокоотдачи (0,02. 5)-10″ м/с;

— регистрацию параметров молокоотдачи и молоковыведения в с о интервале (0.5)-10″ м/с;

— имитацию диаметра сосков 25.30 мм;

3. Учитывая характерные анатомические особенности сосков вымени и их поперечные колебания по периметру сосковой резины при молоковыведении доильным аппаратом, получили закономерность, характеризующую величину давления сосковой резины на сосок в период молокоотдачи Рд от 0 до 30 кПа.

4. Принимая во внимание атрофические изменения и естественное старение кожи соска, установили закономерность для нахождения величины прогиба / (0.0,011 м) стенок соска, с целью адаптивной имитации на испытательном стенде за счет специальных упругих вставок в имитатор соска испытательного стенда.

5. На основании исследований процесса молокоотдачи для групп коров — аналогов, построены кривые функции изменения внутривыменного давления в процессе доения и определены величины внутривыменного давления Р (0.7 кПа) и времени t (0.272 с) с целью создания блока, имитации внутривыменного давления испытательного стенда.

6. Предложена новая методика испытания доильных аппаратов, полученная на основе сравнительного анализа разности величин молокоотдачи и молоковыведения на одинаковых интервалах времени. Такой подход снижает на 7.9% количество коров, больных маститом, так как позволяет с большей’точностью (до 95%) подобрать доильные аппараты для группы коров — аналогов, у которых скорость молоковыведения соответствует скорости молокоотдачи.

7. Результаты лабораторных испытаний по определению эффективности работы доильных аппаратов «Нурлат», АДУ-1 и «Волга» показали, что при прочих равных условиях доильный аппарат «Нурлат» имеет максимальную интенсивность молоковыведения, а наиболее значимым фактором, влияющим на неё, является тугодойность.

8. Производственные испытания доильных аппаратов, прошедших испытания на стенде, проведены на коровах-аналогах и показали, что индивидуально подобранный аппарат позволяет снизить заболевание коров маститом, повысить надой за лактацию на 110. 140 кг, улучшить извлечение жира и оптимизировать время доения без вреда для животного.

9. Годовой экономический эффект от внедрения испытательного стенда составил 1102 рублей в расчете на один доильный аппарат. При этом время испытания доильного аппарата сократилось в 1,25 раза в сравнении с прибором «Экситест».