Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ основных методов и устройств, применяеемых при проведения сравнительных.испытаний доильных аппаратов 7
1. методы испытаний доильных аппаратов. 9
2. Основные технические средства испытаний доильных аппаратов, их классификация и сравнительная оценка 25
3. Особенности проведения сравнительных испытаний доильных аппаратов. 36
4. Пути развития и совершенствование методов получения объективной информации о влиянии доильного аппарата на молочную железу коров. 38
5. Разработка и постановка задач исследования. 42
Глава 2. Изучение процесса накопления и выведения молока по электрическим характеристикам вымени коровы .
1. Теоретическое обоснование метода изучения секреции и доения ?кивотных по изменению полного электрического сопротивления вымени. 50
2. Изыскание способа регистрации и определение рабочих параметров изменения импеданса вымени коров 66
3. Разработка и исследование прибора для контроля за состоянием молочной железы в процессе доения и молокообразования. 78
4. Экспериментальные исследования динамики молокоотдачи и секреции по изменению полного электрического сопротивления вымени 95
Глаза 3. Исследование метода и устройств для регистрации ответной реакции коров на воздействие доильного аппарата в процессе доения .
1. Теоретическое обоснование выбора метода регистрации кожно-гальваническоё реакции при оценке ответной реакции животного на процесс доения 111
2 Экспериментальные исследования кокно-гальванической реакции коров 126
3 Разработка и исследование прибора для регистрации КГР 135
4 Исследование взаимосвязи КГР животных в процессе доения с интенсивностью молоковы-ведения. .147
Глава 4. Исследование способов и устройств для измерения частоты и стабильности пульсаций доильных аппаратов.
1. Оценка методов измерения частоты пульсации доильных аппаратов. » 163
2. Разработка и испытание быстродействующего емкостного частотомера 167
3. Изучение стабильности частоты пульсаций-доильных аппаратов в процессе доения. 174
Глаза 5. Хозяйственные испытания физиологичности доильных аппаратов с использованием метода регистрации КГР . 178
Глава 6. Разработка технического задания на конструкторскую работу и изготовление опытного образца прибора " Лактографа" 191
Глава 7. Экономическое обоснование устройства для ускоренной оценки физиологичности доильных аппаратов 197
Выводы и заключение 203
Список литературы 205
Приложения 225
- Основные технические средства испытаний доильных аппаратов, их классификация и сравнительная оценка
- Изыскание способа регистрации и определение рабочих параметров изменения импеданса вымени коров
- Экспериментальные исследования кокно-гальванической реакции коров
- Изучение стабильности частоты пульсаций-доильных аппаратов в процессе доения.
Введение к работе
Комплексная механизация животноводческих процессов и полная замена ручного доения машиннш остается одной из важнейших задач, особенно в наше время, когда осуществляется дальнейшее развитие интенсивного молочного животноводства на промышленной основе.
Машинное доение коров значительно увеличивает производительность труда в молочном животноводстве. Поэтому конструктори, начиная с 1836 года СБлартон), в своих разработках увеличивали производительность доильных аппаратов путем интенсификации их рабочих параметров. Однако такой подход к разработке новых доильных машин был необходим, когда скорость доения отставала от фактической скорости молокоотдачи и каждое новое увеличение скорости доения обуславливало более полное выдаивание.
В последнее время создаются такие доильные аппараты, отсасывающая способность которых может превышать уровень физиологической возможности выведения молока из молочной железы. Отсюда возникает угроза патологического воздействия доильного аппарата на молочі ную железу. По этому поводу Барышников И.А. в 196S г. писал: "Практика животноводства в настоящее время выдвигает новые насущные задачи, которые нуждаются в срочном решении. Одной иэ самой актуальных проблем сегодняшнего дня является разработка физиологических основ машинного доения".
Сейчас за рубежом и в нашей стране в эксплуатации находится много различных марок доильных машин, которые постоянно совершенствуются и заменяются новыми конструкциями. Для выбора лучшей доильной машины проводятся Государственные и ведомственные сравнительные испытания, на которых по целому ряду показателей (Л. 71) (зооветеринарный, технический, эргономический, экономический) определяется степень пригодности доильного аппарата.
Для достижения статистической достоверности полученных результатов по методике ВНЙИВС испытания доильных машин должны проводиться на больших группах животных в течение лактации, что удлиняет время испытаний и приводит к значительным материальным затратам.
По существующим методикам отрицательный результат воздействия доильного аппарата на организм лактирующих животных можно оценить только тогда, когда начинают проявляться симптомы скрытых или клинических форм мастита,яловости снижения продуктивности и т.п.
Проведение испытаний в "однотипных условиях" без учета физиологического состояния животного, игнорирование влияния комплекса неучитываемых факторов приводит к получению противоречивых результатов, что затрудняет возможность их сравнения и обобщения В настоящее время в нашей стране проводятея работы по совершенствованию методов исследования состояния организма коров в процессе доения и сокращению времени испытания доильных машин СВальдман Э.К., Веприцкий А.С, Голиков А.Н., Городецкая Т.К , Звиняцковский В.Г., Карташов Л.П., Келпис Э.А., Кокорина Э.П., Королев В.Ф., Любимов Е.И., Скромание А.А. и мн.др.}.
Советско-шведский симпозиум, проходивший в Москве в конце 1971 года, показал, что вопросы, связанные с работами по улучшению методов оценки доильных машин, актуальны и им уделяется большое внимание ведущими специалистами всего мира.
Однако до сих пор вопрос влияния доильной машины на физиологию молочной железы и повышение продуктивности остается открытым.
Все это объясняется тем, что до последнего времени, с одной стороны, не были разработаны методы, позволяющие контролировать в динамике функциональную деятельность молочной железы в её связи с организмом, а с другой стороны, не бнло такого устройства, которое позволяло бы в процессе реализации рефлекса молокоотдачи одновре - 6 менно регистрировать параметры системы "доильная машина - лактирующее животное" в их взаимодействии.
Возможность наблюдения ответной реакции лактирующего животного на воздействие доильного аппарата непосредственно в процессе доения имеет решающее значение для правильной оценки физнелогичности доильной машины и её совершенствования в этом направлении.
Данная диссертационная работа посвящена исследованию и совершенствованию методов испытания доильных машин, предназначенных для оценки степени воздействия технических устройств на организм животного по его ответной реакции на эти воздействия в процессе доения.
Основные технические средства испытаний доильных аппаратов, их классификация и сравнительная оценка
К наиболее важным устройствам для испытания доильных аппаратов в первую очередь следует отнести молокомеры, измеряющие количество надоенного молока и скорость молоковнведения. В большинстве Случаев ( W.G.Whittlestone,D.S.Phillips, 1953, J.Labussiere, J.Martinet, 1963» U.Andreae,1954, C.O.Claesson, 1963) по кривой молокоотдачи можно судить не только о способностях доильного аппарата быстро выдаивать корову, но и определять момент отключения доильного аппарата (Л. 153, стр. 42). 6 практике машинного доения имеется очень много разновидностей устройств для регистрации процесса доения. К самому старому и распространенному методу определения интенсивности выведения молока из вымени следует отнести метод считывания черев равные промежутки времени вееа молока, находящегося в ЦИЛИНДре, КОТОРЫЙ ПОДВешеН К динамометру ( Matthews, Weaver, Shaw, 1928; Foot,1935; Dodd F.H., 1950; Gregorie,1956; Holthoff, 1956; Stewart, Schultz, 1956; Sandvik, 1957;Griffin, Dodd F.H., 1962 (Л.201, стр. 130). Другой метод предусматривает считывание на градуированной шкале количества молока, поступающего в сборный сосуд через небольшие промежутки времени. Если сосуд разделить на четыре отдельные камеры, можно определить количество молока, поступающего из каждой четверти вымени ( Matthews, Swett И Graves, 1941 г.; Baxter и др. 1950 Г. U.Andreae, 1954;R.D.Politiekl962 Г. J.Martinet, 19$3 p. Упомянутые выше методы определения количества надаиваемого молока требовали от экспериментатора дополнительной затраты труда, для повшения точности регистрации надаиваемого молока в дальнейшем были разработаны механические устройства, основанные на регистрации движения пружины динамометра, которые продолжают совершенствоваться по сегодняшний день. Так, j.Labussiere и J.Martinet, 1963 г. была разработана установка (Л« 187, стр. 132), включающая в себя динамометрическое кольцо, к которому подвешивается доильный сосуд. На кольце установлены 4 проволочных сопротивления в виде моста, с которого снимаются показания о весе доильного аппарата и его содержимого.
Выходное напряжение, которое пропорционально весу молока в сосуде, подается на ленточный самописец. P.B.oisson в 1964 г. (Л. 195) разработал прибор, позволяющий производить автоматическую регистрацию интенсивности мохоковыведе-ния на бумажной ленте путем подвешивания ведра к измерительному устройству. В настоящее время разработано и находится в эксплуатации очень много различных по своей конструкции и по своему принципу действия устройств для индивидуального учета надоенного молока. Все они могут быть разделены на три группы (Астахов А.С, Л. 14), весовые, объемные и скоростные. Табл. 1. Большой раздел составляют устройства для измерения интенсивности молоковыведения (потока молока), так как этот показатель (Л 85) является одним из тестов физиологической оценки доильного аппарата. Кроме специфических устройств, применяемой в молочной промышленности, для измерения потоков жидкостей в технике известен целый ряд устройств, основанных на бесконтактном измерении расходов.
При этом наибольшее распространение подучило измерение скоростей и расходов методом меток потока Под методом меток потока в настоящее время понимают создание иди использование определенных образований в потоке с физическими свойствами, отличными от потока, по скорости перемещения которых вместе с потоком судят о расходе. Возможно разделение расходомеров, использующих этот метод, иа приборы с периодическим образованием меток, приборы, измеряющие скорость нерегулярно существующих меток потока, а также расходомеры с равномерно распределенными метками в измеряемой жидкости Применение меток потока является одним из перспективных направлений развития техники измерения скоростей потоков и расходов жидкостей. Обеспечивая полную бесконтактность измерения при отсутствии вращающихся и изнашиваемых элементов в потоке, зтот метод применим для измерения скоростей практически любых потоков, независимо от температуры, давления и их загрязненности. Классификация измерительных устройств скоростей и расходов жидкостей, основанных на использовании метода меток потока, по меткам и их индикаторам представлена в таблице Z На основании анализа измерительных устройств для учета скорости молоковыв едения доильным аппаратом и количества выдоенного молока можно сделать следующие выводы: 1» Устройства для измерения потока и уровня жидкости в технике разработаны достаточно основательно Однако специфика учета молока на фермах требует разработки особых измерительных устройств, приспособленных для замера пульсирующего потока газожидкостной смеси молока с воздухом под вакуумом при её относительно небольшом и переменном расходе.
Изыскание способа регистрации и определение рабочих параметров изменения импеданса вымени коров
Приведенные выше рассуждения показывают возможность применения этого метода для изучения степени накопления молока в вымени и выведения его в процессе доения. Хотя выполненные нами вычисления не дают полного количественного определения объема молока, находящегося в вымени, так как они велись по отношению модели, схематически отражающей объект исследования, однако с их помощью представляется возмож 1! ным судить о некоторых относительных изменениях количества молока / в вымени коровы. Для проверки этой гипотевы были проведены эксперименты по определению границ изменения импеданса вымени коров до и после доения.
Измерение проводили с помощью установки, блок-схема которой показана на рис. 11. К молочной железе установка подключается с помощью специального датчика (рис. 12, 13), который имеет два электрода. Первый электрод выполнен из двух полосок алюминиевой фольги, соединенных между собой электрически. Фольга закрепляется на резиновых растяжках, которые обхватывают основание вымени и крепятся на специальна ном поясе Второй электрод выполнен также из алюминиевой фольги и надевается на основание соска. Для образования лучшего контакта между датчиком и выменем фольга обернута материей, которая смачивается специальным раствором. В состав раствора входят: вода -89#, Naci - 1%, глицерин - 9%; спирт - 1%. Ёмкость кабеля, соединяющего электроды, равна 280 пф. Поскольку величина импеданса биологических тканей меняется от частоты (Л 118, 143, 152), величину импеданса измеряли на частотах от 2.102 до 2.105 Гц. При выборе оптимальной величины тока, проходящего через электроды, исходили из того, что его предельная допустимая величина, не вызывающая раздражения живой ткани, равна 0,5 мА при частоте 100 Гц (Тукшамтов Р.Х»» 1971)» С ростом частоты тока, согласно закону Нернста, раздражающее действие тока падает пропорционально квадратному корню частоты.
Импеданс вымени определяли по величине сопротивления потенциометра при падении напряжения на вымени равному половине ыапря-жения генератора, т.к. IZ1 - ln п И Данные ивменения импеданса вымени представлены в таблице 3 Проведенные исследования показали, что с увеличением частоты тока генератора от 200 Гц до 210 кГц полное электрическое сопротивление вымени падает от 10 до кОм до 100 Ом, при этом изменение сопротивления вымени представляет собой кривую (рис 14) гиперболического вида, что полностью согласуется с литературными данными (Арнаутов А .Л., Большов В.М., І укшаитов Р.Х., Москаленко Ю.Е,). Влиянием емкости соединительных проводов (280 пФ), шунтирующей измеряемое полное сопротивление вымени, можно пренебречь, так как даже при частоте измерения 210 кГц, величина реактивного сопротивления будет составлять: что внесет ошибку менее чем 7$. Установлено также (рис. 15), что величина импеданса после выведения молока из вымени возрастает на 10-50$, что по абсолютной величине на низких частотах достигает 1000 Ом, а при частоте тока 105 Гц изменяется от 10 до ZO%t что близко к теоретическим выкладкам, полученным нами при рассмотрении электрической модели. Некоторое снижение величины приращения Внодн . 100% 2впуст. можно объяснить тем, что с увеличением частоты измерения происходит сглаживание разницы в электропроводкостях жидкостных и клеточных фаз вымени. Так, например, Москаленко Ю.Е., 1962 г. установлено, что отношение електропроводностей крови и мышцы на частоте 1 кГц равно 6,0 на 10 кГц - 4,0 на 100 кГц - 3,0; отношение електропроводностей молока и паренхиматозных органов на частоте 1 кГц равно 5,0; на 10 кГц - 3,5; на 100 кГц - 2,0. Небольшие изменения в приращении импеданса вымени с увеличением частоты
Экспериментальные исследования кокно-гальванической реакции коров
Как видно из вышеизложенного материала, кожно-гальваническая реакция регистрируется по двум составляющим: по базовому уровню (тоническая составляющая) и по суммарной величине отклонений от базового уровня (фазическая составляющая). Для определения оптимального способа регистрации КГР у коров нами была проведена регистрация КГР по двум её составляющим. Изменение тонической составляющей регистрировали с помощью измерительного усилителя постоянного тока Ф-359 с входным сопротивлением в диапазоне измерения от 15 до 150 мВ более 1,5 МОм. Погрешность измерения не превышает 1%. Для регистрации фазической составляющей КГР был изготовлен макет прибора по схеме, предложенной Акулиничевым И.Т. (Л. 9, рис. 38). Внешний вид макета представлен на рис. 39.
В цепи эмиттера первого транзистора включено исследуемое сопротивление (междуэлектродное сопротивление). Этот транзистор выполняет функцию автоподстроечного каскада, часть выходного напряжения подается на базу транзистора, изменяя его сопротивление. Поскольку в цепи обратной связи включена большая величина блокирующей емкости, стабилизация режима совершается медленно и потому прибор обеспечивает постоянную времени не менее 10 с. Реализованный в приборе принцип автоматической подстройки режима обеспечивает не только подстройку чувствительности, но и сохранение его работоспособности при воздействии различных дестабилизирующих факторов.
На первом этапе своей работы определили активные точки проявления кожно-гальванической реакции на теле коров, наиболее удобные для её регистрации. Опыты проводились на 15 коровах, принадлежащих Истринскому опытному хозяйеіву ВИЭСХ и учхозу ВСХЙЗО (Л. 100, стр. 75-78).
Для регистрации КГР применяли платиновые овальные электроды о площадью 2 см , которые накладывали на выстриженные и смоченные физиологическим раствором участки кожи на расстоянии 10-15 см один от другого. Электроды для хорошего контакта прижимали к коже с помощью пластинчатого резинового ремня. (Рис. 40). При этом межэлектродное сопротивление составляло 10-12 KQM.
Нашими исследованиями установлено, что наиболее активные области проявления кожно-гальванической реакции у коров расположены на пояснице и за лопатками. Сдвиги в вегетативной иннервации на безусловные и условно-рефлекторные раздражители проявлялись в виде изменений электрического сопротивления кожи. Это отражалось графически появлением характерного двухфазного потенциала. Длительность потенциала действия 0,2-5 с. Латентный период после нанесения раздражения в среднем составлял 0,75 с.
Следует отметить, что амплитуда КГР зависит от характера раздражения (рис. 41). Так, легкое тактильное раздражение вызывает небольшое отклонение от базового уровня, в то время как болевой фактор вызывает значительное отклонение от базового уровня, которое зависит от степени болевого раздражения.
Повторное применение болевых раздражений или имитирование ах условно-рефлекторно каждый раз вызывало ответную реакцию в виде одного или нескольких следующих друг за другом двухфазных потенциалов. Причем, если безусловные раздражения всегда вызывали ответ, то условно-рефлекторные раздражения без их подкрепления постепенно затухали.
Длительное раздражение тех или иннх нервных окончаний вызывает функциональное изменение вегетативной нервной системы. С этой точки зрения большой интерес представляет исследование влияния передержки доильных машин на рецепторные механизмы вымени и на сдвиги в вегетативной иннервации функции молокоотдачи.
При параллельной регистрации показателей моторики молочной железы, энцефалограммы и КГР во время машинного доения заметили, что передержка доильного аппарата на "опорожненном" вымени вызывает реакцию активации в центральной нервной системе и одновременно приводит к появлению кожно-гальванической реакции, свидетельствующей о сдвиге симпатической иннервации молочной железы. Это дает основание использовать КГР в комплексе с другими показателями при испытании влияния доильных машин на организм животных.
Регистрация тонической составляющей КГР по методу Тарханова с помощью измерительного усилителя постоянного тока Ф-359 оказалась наиболее сложной, поскольку прибор очень чувствителен к малейшим перемещениям, а расшифровка полученных результатов стада затруднительной, поскольку базовый уровень КГР у одних и тех же коров при доении одним и тем же доильным аппаратом смещался в разные стороны. На рис. 42 представлены характерные изменения базового уровня КГР в процессе доения для коровы по кличке "Задира", снятые в утреннюю и вечернюю дойки. Объяснение такому явлению, очевидно, можно было найти в суточных изменениях кожных потенциалов. С этой целью нами были проведены исследования кожных потенциалов в обозначенных выше местах отведения между двумя смежными дойками.
Изучение стабильности частоты пульсаций-доильных аппаратов в процессе доения.
С помощью разработанных частотомеров были проведены исследования стабильности частоты пульсаций доильных аппаратов с совмещенными пульсатором и коллектором на одном ив этапов его разработки лабораторией машинного доения и первичной обработки молока (ВЙЭСХ), а также серийных аппаратов ДА-2 и ДА-3. Для этого в процессе доения проводилась регистрация частоты пульсаций на бумажную ленту (рис. 57) В таблицах с 31 по 33 "Приложений" представлены процентные значения максимальных отклонений частоты пульсаций доильных аппаратов от своих оптимальных величин в процессе доения. Анализ подученных материалов показал, что наиболее значительными отклонениями от средней частоты пульсаций обладал образец разрабатываемого аппарата с совмещенными пульсатором и коллектором (+14,49 + 1,38), который в дальнейшем был усовершенствован. (- 6,42 + 1,7 ) Для ДА-2 эти отклонения составляли +7,78 + 0,80 , а для Несмотря на то, что средние величины отклонения частоты пульсации в процессе доения невелики для серийно-внпускаемых аппаратов, необходимо отметить тот факт, что отдельно взятые отклонения частоты пульсаций от своей средней могут превышать 20-25$, что в пересчете для такого аппарата, как ДА-2, составляет 20 пульсаций в минуту. Такие изменения частоты пульсаций в процессе доения могут вызвать отрицательные реакции животного, что в свою очередь может стать причиной некоторого ивменения скорости ьюлоковыведения.
Проведенные исследования технических характеристик частотомеров, а также их предварительнае хозяйственные испытания показали, что ати приборы могут измерять как среднюю частоту пульсаций доильных аппаратов, так и ее отклонение в процессе доения. Достаточно высокая точность измерения, высокое быстродействие позволит 8ТИМ приборам найти широкое применение не только в практике машинного доения для настройки доильных аппаратов, но и для исследовательских1 целей и в частности для изучения влияния как частоты пульсаций доильных аппаратов, так и её нестабильности на скорость молоко-выведения, с одной стороны, и на ответную реакцию животного на эти параметры доильного аппарата - с другой стороны. Кроме того, эти частотомеры в комплексе оборудования для физиологической оценки доильных аппаратов могут быть использованы не только для снятия технических характеристик доильных аппаратов, но и для физиологической оценки самого животного в процессе доения, например, для измерения частоты пульса, дыхания, изучения распределения R - R интервалов электрокардиограммы, по которым можно оценить ответную реакцию животного на воздействие доильного аппарата. Литературный анализ методов оценки доильных аппаратов показал, что их сравнительные испытания проводятся в течение длительного времени, поскольку принятые тесты оценки фИЗИОЛОГМЧНОСТИ доильных машин sa короткие сроки не обладает статистической достоверностью, так как между этими показателями и ответной реакцией лактирувдего животного на тип доильного аппарата и способ доения существует недостаточно сильная коррелятивная связь, и поэтому с их помощью трудно уловить различие между современными доильными машинами, разработанныни с учетом последних достижений физиологии лактирующих животных Разработанные нами методы оценки ответной реакции коров на воздействие доильного аппарата дают основание полагать, что регистрация КГР во время доения даст возможность в короткий срок установить степень фиэиологичности доильных аппаратов. С целью определения действенности этой методики были проведены хозяйственные испытания физиологичноети доильных аппаратов в конкретных хозяйственных условиях Сравнительные испытания проводились на молочно-товарных фермах совхоза "Раменское" Московской области. На фермах смонтированы доильные установки "Даугава-ЮО". Коровники оборудованы Р автопоилками. Уборка навоза механизирована. Доение и кошение коров - двухразовые. Исследования проводились на восьми клинически здоровых коровах черно-пестрой породы на 2он-Зим месяце лактации с суточным удоем от 9 литров до 30 литров. В качестве испытуемых аппаратов были использованы ДА-2, ДА-3, "Волга-З", "Волга-3 с механическим стимулятором и разрабатываемый ВИЭСХом, доильный аппарат с совмещенными пульсатором и коллектором (Ц/К). Опыты проводились методом периодов. Каждый опытный период продолжался 10+15 дней. Для адаптации животных к новым приборам перед опытнши периодами проводился фоновый период доения в течение 10 дней, при этой коров доили двухтактными аппаратами. Сравнительною оценку доильных машин производили по следующим показателям: 1 - Интенсивность молоковыведения - с помощью чашечного молокомера, позволяющего производить отметку порции молока в 100 гр. на бумажной ленте самописца, по которой в дальнейшем строилась кривая молоковыведения. Z - Суммарное количество выдоенного молока - по количеству импульсов, регистрируемых счетчиком надоя молока, в качестве которого был применен счетчик СБ-1М. 3 - Время доения - по отметчику времени, установленному на самописце. 4 - Величина вакуума в вакуумпроводе - с помощью вакуумметра, согласно инструкции Д.У."Молокопровод - 1Ю". 5 - Стабильность частоты пульсаций - с помощью специально разработанного нами прибора, который позволяет измерять время между двумя последующими пульсами.
