Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
1 Состояние вопроса машинного доения коров и обзор
научных исследований 9
Способы машинного доения и основные требования, предъявляемые к доильному аппарату 9
Анализ существующих конструкций доильных аппаратов.... 12
Обзор существующих конструкций доильных стаканов 27
Анализ преимуществ и недостатков манипулятора МД-Ф-1.. 40
Конструктивные особенности доильных роботов ведущих западных фирм 42
2 Теоретические исследования процесса машинного доения
коров и обоснование параметров экспериментального
доильного аппарата попарного
действия 54
Теоретический анализ методов расчета воздействия сосковой резины на ткани вымени животных 54
Теоретические исследования по обоснованию режимов работы экспериментального доильного аппарата попарного действия 57
Математическое моделирование процесса выведения молока доильным аппаратом попарного действия 59
3 Лабораторные исследования процесса работы аппарата 70
попарного действия
Программа и задачи экспериментальных исследований 70
Методика экспериментальных исследований 71
3.2.1 Описание экспериментальной установки, используемого
у» оборудования и ее работы. Принцип действия доильного
аппарата попарного действия 71
Методика определения отсасывающей (пропускной) способности серийных доильных аппаратов 82
Методика определения жесткости сосковой резины 85
Методика исследования вакуумных характеристик серийных и экспериментальных аппаратов попарного действия 87
Методика расшифровки осциллограмм машинного доения
4>, коров 92
3.3 Результаты лабораторных исследований 95
4 Производственные испытания экспериментального
доильного аппарата 102
Программа и методика производственных испытаний 102
Оптимизация рабочего процесса экспериментального доильного аппарата попарного действия планирования первого порядка 104
^ 4.2.1 Проверка адекватности и воспроизводимости
математической модели 108
Ф 4.2.2 Математическая модель факторной зависимости выведенной
массы молока за один отдельный цикл
пульсаций 109
4.3 Результаты сравнительных производственных испытаний.... 118
v>
Экономическая оценка результатов исследования 128
Общие выводы 134
Список литературы 136
Приложение 147
Введение к работе
Молочное скотоводство является одной из ведущих отраслей сельского хозяйства страны. Вклад молочного скотоводства в валовое производство продукции животноводства в 2004 году составил 33%.
За последнее десятилетие условия ведения отрасли молочного скотоводства в России претерпели значительные изменения. Допущено снижение поголовья скота и производство молочной продукции. Несмотря на предпринимаемые меры поголовье скота уменьшается, только в 2004 году оно сократилось на 709 тыс. голов.
Снижение объема производства молока резко отразилось на уровне потребления молочных продуктов питания. Годовое потребление молока на душу населения составляет всего лишь 58 % от медицинской нормы (227 кг против 390 кг). Помимо этого животноводческая отрасль стала работать в условиях жесткой конкуренции со стороны резко возросшего импорта /113,56/.
В целом по стране рентабельность молока очень низкая и составляет всего лишь 6,6 %. На современном этапе экономического развития страны, чтобы отечественное молочное животноводство было рентабельным, конкурентоспособным и обеспечивало продовольственную независимость, оно должно быть высокопродуктивным. Для этого необходимо ускорить внедрение в молочное животноводство прогрессивных технологий производства молока на базе -создания и использования конкурентоспособной отечественной техники. В этой связи направление работ по совершенствованию доильных установок носит достаточно многоплановый характер. Это, прежде всего, повышение пропускной способности доильных установок и физиологичности используемых на них доильных аппаратов /130 /.
Несмотря на множество известных решений доильного аппарата, актуальной остается задача создания конструкции, сочетающей высокую производительность и стимулирование рефлекса. Конструкции доильных аппаратов сейчас совершенствуются в основном в двух направлениях:
1) разработка доильных аппаратов, позволяющих регулировать рабочие
параметры в зависимости от уровня молокоотдачи;
2) разработка конструкций исполнительных механизмов доильных
аппаратов, дающих возможность стимулировать рефлекс молокоотдачи, при
этом не нанося животному отрицательных воздействий.
Доильный стакан является единственной частью доильного аппарата, которая при доении непосредственно взаимодействует с выменем. Поэтому именно от этого взаимодействия зависит и здоровье, и продуктивность животного. Второе направление совершенствования доильных аппаратов предпочтительнее вследствие меньшей сложности и дороговизны. Недостаток современного машинного доения заключается в том, что раздражения от доильного стакана направлены главным образом рецепторам нижней и средней частей соска. Основная же рефлексогенная зона, расположенная у основания соска, раздражается недостаточно. При ручном доении и сосании коровы теленком энергично массажируется сосок вымени, так как при машинном это часто отсутствует.
90 % доильных аппаратов отечественного производства по работе доильных стаканов являются одновременно работающими, хотя известно, что попарно работающие доильные стаканы более полно выдаивают животное, при этом разовый удой на 8-12% выше. (Первые отечественные серийный доильный аппарат попарного действия появился в 2000 году ПАД-00.000 «Нурлат», в 2002 году - «Кубань»).
Исходя из анализа известных конструкций доильных стаканов, а также основываясь на научных работах физиологов, нами в данной работе было выбрано направление с разработкой конструкций исполнительных
механизмов для аппарата попарного действия, отвечающего зоотехническим требованиям и устраняющего некоторые недостатки в работе серийного доильного стакана.
Цель исследования. Обоснование и экспериментальная проверка конструктивно-режимных параметров исполнительных механизмов доильного аппарата попарного действия.
Объект исследования. Биотехнический процесс машинного доения коров с доильным аппаратом попарного действия.
Предмет исследования. Процесс выведения молока из вымени коров исполнительными механизмами доильного аппарата попарного действия.
Общая методика исследования. Экспериментальные исследования выполнялись на основе разработанных частных и соответствующих стандартных методик и ГОСТов.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
В результате теоретических и экспериментальных исследований разработан новый исполнительный механизм доильного аппарата попарного действия, который позволяет: уменьшить вакуумную нагрузку на вымя; ударное воздействие на сфинктер соска и предотвратить «аэрозольный» эффект в процессе машинного доения коров.
Получены аналитические выражения, устанавливающие влияние параметров режима работы исполнительных механизмов доильного аппарата попарного действия на динамику молокоотдачи при машинном доении коров.
Предложена методика оптимизации процесса выведения молока из вымени коров экспериментальным доильным аппаратом попарного действия на основе теории подобия и анализа размерностей в сочетании с методами планирования эксперимента. Получены математические модели процесса выведения молока из вымени коров экспериментальным доильным аппаратом попарного действия, установлены оптимальные параметры
режима его работы.
Новизна предложенных технических решений подтверждена двумя
патентами РФ и положительным решением о выдаче патента РФ.
^ Практическую значимость представляют:
- конструкция доильного аппарата попарного действия с различными
исполнительными механизмами, обладающая новизной:
1. Патент РФ 2230452 (SU) С2 МПК А 01 5/06. Сосковая трубка
доильного стакана; 2. Патент РФ 2241329 (SU) С2 МПК А 01 7/00.
Искусственный сосок вымени;3. Положительное решение от 05.09.2005 по
заявке № 2004121193. Сосковая трубка доильного стакана.
U - результаты исследований, полученные при изучении процесса
выведения молока из вымени коров при машинном доении, являются
основой при разработке новых и совершенствовании существующих
конструкций исполнительных механизмов доильных аппаратов,
обеспечивающих повышение эффективности доения коров и снижение
затрат ручного труда;
- результаты экспериментальных исследований и техническая
документация могут быть использованы в конструкторских бюро и на
заводах-изготовителях при разработке доильных машин.
Реализация результатов исследования. На основании результатов
ф проведенных исследований изготовлены опытные образцы исполнительных
механизмов к аппарату попарного действия. Опытные образцы внедрены в учебно-опытном хозяйстве «Сахарово» Тверской области. Основные положения, выносимые на защиту:
- разработанные конструкции исполнительных механизмов доильного
аппарата попарного действия (патент РФ 2230452 (SU) С2 МПК А 01
5/06; выдан 27.02.2004 г., Бюл. № 17; положительное решение от
г* 05.09.2005 по заявке № 2004121193, заявлено 13.07.2004 г.);
математические модели определения показателей работы доильного аппарата попарного действия от конструктивно-режимных параметров исполнительных механизмов;
расчет оптимальных рабочих параметров доильного аппарата попарного действия;
результаты лабораторных и производственных испытаний;
оценка экономической эффективности результатов исследований. Апробация работы. Основные положения диссертации были
доложены и одобрены на международных конференциях ГНУ ВНИИМЖ (Подольск, 2003-2004 гг.), на 19-ой межвузовской научно-методической конференции (Тверь, 2004 г.), на международной научно-практической конференции (Тверь, 2004 г.), на международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П.Горячкина» (Москва, 2005 г.) и на международной научно-практической конференции (Тверь, 2005 г.). Исполнительные механизмы для доильного аппарата попарного действия и искусственное вымя для испытательного стенда доильных аппаратов отмечены дипломом лауреата областной выставки лучших работ изобретателей и рационализаторов «Ярмарка научно-технических идей и разработок» (14-16 октября 2004 г., г. Тверь).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 9 работах, в том числе 2 патентах и 1 положительном решении на выдачу патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 146 страниц машинописного текста и включает список литературы из 140 наименований, 34 рисунка, 20 таблиц и приложение.
