Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ способов, средств и выполненных научных исследовании в области машинного доения коров ...
1.1.Технология и основные физиологические требования, предъявляемые к машинному доению коров 14
1.2.Анализ конструкции применяемых доильных аппаратов
1.3 . Анализ устройств, предназначенных для контроля за процессом доения 28
1.4.Анализ конструкций манипуляторов доения
1.5.Анализ теоретических исследований по обоснованию процесса молоковыведения и параметров доильного оборудования 49
1.6. Постановка проблемы, цель работы и задачи исследований
2. Теоретические предпосылки к обоснованию параметров и режимов работы переносного доильного аппарата с манипулятором
2.1 .Разработка компоновочной схемы переносного доильного аппарата с манипулятором для линейных доильных установок 59
2.2. Расчет рычажной системы коллектора.
2.3. Вывод уравнения движения подвесной части доильного аппарата 71
2.4. Определение величины расхода воздуха и мощности пневмодвигателя 86
Выводы 93
3. Экспериментальные исследования доильного аппарата с манипулятором для линейных доильных установок 95
3.1. Программа исследований 96
3.2. Методика лабораторных исследований
3.2.1. Экспериментальная установка 96
3.2.2. Методика определения пропускной способности при переходе поплавкового пневмодатчика в автоматический режим и режим снятия доильного аппарата от интенсивности потока молока 107
3.2.3. Выбор факторов влияющих на мощность и расход воздуха пневмодвигателя 108
3.2.4. Методика определения влияния сечения выпускного и впускного окон на развиваемую мощность и расход воздуха пневмодвигателем 109
3.2.5. Методика определения влияния величины вакуума на частоту вращения барабана пневмодвигателя, развиваемую мощность и расход воздуха 112
3.2.6. Методика определения необходимой скорости перемещения гибкой нити с подвесной частью доильного аппарата 113
3.2.7. Методика определения необходимой жесткости пружины для выполнения условия безударного снятия подвесной части доильного аппарата 115
3.2.8. Планирование многофакторного эксперимента 117
3.3. Результаты исследований 122
3.3.1. Результаты сравнения теоретических и экспериментальных исследований 141
Выводы 144
4. Производственные испытания доильного аппарата с манипулятором 145
4.1. Программа и методика производственных испытаний 145
4.2. Результаты сравнительных производственных испытаний 148
Выводы 151
5. Внедрение результатов исследования и экономическая эффективность применения переносногодоильного аппарата с манипулятором ... 153
5.1.Внедрение результатов исследований 153
5.2. Экономическая эффективность применения переносного доильного аппарата с манипулятором 154
Выводы 165
Общие выводы и рекомендации производству 166
Список использованных источников 169
Приложения 180
- Анализ устройств, предназначенных для контроля за процессом доения
- Вывод уравнения движения подвесной части доильного аппарата
- Методика определения влияния сечения выпускного и впускного окон на развиваемую мощность и расход воздуха пневмодвигателем
- Экономическая эффективность применения переносного доильного аппарата с манипулятором
Введение к работе
На современном этапе развития сельского хозяйства перед отраслью молочного скотоводства стоит задача по наращиванию темпов роста производства молока, путем увеличения продуктивности животных и совершенствования технологии машинного доения, а также снижения доли ручного труда операторов, за счет механизации и автоматизации процесса доения. На долю машинного доения коров приходится 40...65% всех трудовых затрат по обслуживанию и уходу за животными [ 1 ].
fa Исследования отечественных и зарубежных ученых [ 2,3,4,5,6,7,8,9,10 ]
показывают, что производительность труда оператора доильных установок пропорциональна объему ручных затрат труда. Исключение или сокращение некоторых ручных операций позволяет улучшить организацию и повысить производительность труда при машинном доении [11].
Применяемая на практике технология машинного доения требует больших затрат труда, так как операции по подготовке вымени животного к доению, контроль за доением, а также заключительные операции включающие в себя машинное додаивание и снятие доильного аппарата выполняются
''# вручную. Кроме того, качество проведения ручных операций во многом за-
висит от квалификации оператора и его отношению к труду. Не соблюдение технологии доения, а также не качественное выполнение подготовительных и заключительных операций приводит к снижению продуктивности животных, а также возникновению заболеваний вымени у коров.
В настоящее время в большинстве хозяйств страны используется технология привязного содержания коров и доения их в стойлах с использованием линейных доильных установок типа АД-100Б, ДАС-2В, обеспечивающих сбор молока в доильные ведра. К существенным недостаткам данного метода относится: необходимость переноса доильного ведра на значительное
расстояние для сдачи молока после выдаивания двух, трех животных. Наря-
ду с доильными агрегатами со сбором молока в ведра, применяются и более совершенные установки со сбором молока в молокопровод типа АДМ-8, лишенные данного недостатка. Но на тех и на других установках имеет место субъективная оценка степени выдоенности вымени животного на момент проведения машинного додаивания и снятия доильного аппарата, контролируемая визуально по интенсивности молокоотдачи. Кроме того, применяемые на данных установках двухтактные доильные аппараты АДУ-1, ДА-2 «Майга» не позволяют получать чистое выдаивание коров без проведения машинного додаивания. Не эффективное же проведение машинного додаивания может привести к самозапуску и как следствие сокращению срока лактации у животного.
Наиболее прогрессивной является технология доения коров в доильных залах на стационарных автоматизированных доильных установках типа «Тандем», «Елочка» или «Карусель», о чем свидетельствуют многие исследователи [ 12,13,14,15 ]. Но, в связи с экономической ситуацией сложившейся в настоящее время в стране в целом и в отрасли сельского хозяйства в частности, применение данной технологии крайне затруднительно, так как требует больших капиталовложений.
На наш взгляд, наиболее рациональным направлением совершенствования механизации молочного скотоводства является применение привязного содержания животных, с доением их на наиболее распространенных линейных установках типа АДМ-8, комплектуемых переносными доильными аппаратами, содержащими в своей конструкции устройства для контроля за процессом доения и своевременного снятия доильного аппарата, с вымени животного по завершению процесса молокоотдачи.
Однако известные конструкции переносных доильных аппаратов не обеспечивают выполнение таких операций как машинное додаивание и автоматическое снятие доильного аппарата при снижении интенсивности молокоотдачи ниже 120 г/мин, что в большинстве случаев приводит к развитию такого опасного заболевания, как мастит вымени у коров.
В связи с изложенным выше, целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности машинного доения коров путем разработки переносного доильного аппарата с устройствами для контроля за процессом доения и автоматического снятия доильного аппарата в конце доения, а также обоснование параметров и режимов его работы.
Народнохозяйственное значение разработанного переносного доильного аппарата заключается в снижении затрат ручного труда операторов доения, повышении полноты выдаивания коров и сокращении времени доения.
В данной работе проанализированы существующие конструкции доильных аппаратов с манипуляторами доения, отмечены их преимущества и недостатки.
Предложен модернизированный переносной доильный аппарат с манипулятором.
Приведены результаты теоретических исследований переносного доильного аппарата с манипулятором.
Приведены результаты лабораторных и производственных сравнительных испытаний модернизированного переносного доильного аппарата с манипулятором с серийным аппаратом АДУ-1.
На защиту выносится: ,
конструктивно-технологическая схема разработанного переносного доильного аппарата с манипулятором доения; - теоретические положения по обоснование конструктивно-кинематических параметров переносного доильного аппарата с манипулятором доения коров;
математическая модель, обосновывающая конструктивные параметры разработанного переносного доильного аппарата с манипулятором;
оптимальные режимы работы разработанного переносного доильного аппарата с манипулятором;
результаты проверки работы переносного доильного аппарата с манипулятором в экспериментальных и производственных условиях и его экономические показатели;
Автор выражает благодарность и глубокую признательность научному руководителю к.т.н., доценту В.М. Ульянову, заведующему кафедрой, доктору технических наук, профессору В.Ф. Некрашевичу, сотруднику кафедры «Высшей математики» к.ф.-м.н., доценту A.M. Лаврову, а также сотрудникам кафедры «Механизация животноводства» за помощь, оказанную при выполнении данной диссертационной работы.
1. Анализ способов, средств и выполненных научных исследований в области машинного доения коров.
1.1 Технология и основные физиологические требования, предъявляемые к машинному доению коров.
Технология машинного доения коров включает в себя следующие операции: подмывание вымени; обтирание и массаж; сдаивание первых струек молока; подключение аппарата; процесс доения; машинное додаивание с за-ключительным массажем; отключение и снятие доильного аппарата.
Совершенствование технологии и средств механизации доения коров должно вытекать из правил машинного доения, разработанных с учетом физиологических особенностей животных. При разработке новых средств механизации машинного доения коров основным критерием является соответствие разрабатываемого оборудования физиологии животного, в данном случае этим критерием является полноценный рефлекс молокоотдачи животного. Молоковыведение у коров осуществляется рефлекторным путем и представляет собой сложный нейрогуморальный рефлекс [16,17].
В молочной железе возможно выделить две области из которых проис
ходит выделение молока: цистеральное и альвеолярное. Процессы выведе
ния цистерального и альвеолярного молока существенно отличаются. Для
того, чтобы вывести цистеральное молоко, необходимо преодолеть сопро
тивление сфинктера соска, а альвеолярное молоко, возможно, вывести толь
ко путем возбуждения рефлекса молокоотдачи у животного. Данный реф
лекс можно вызвать при раздражении рецепторных зон молочной железы.
Рефлекс молокоотдачи представляет собой сложный акт [ 18 ]. Он включает
^ в себя безусловнорефлекторную молокоотдачу, возникающую в результате
непосредственного раздражения рефлекторных зон соска и вымени и услов-
норефлекторную, возникающую в результате воздействия внешних раздражителей через анализаторы обоняния и осязания животного [ 19 ]. По мнению Э.П. Кокориной, молокоотдача - это сложная двигательная реакция молочной железы, в результате которой происходит расслабление сфинктера соска и изменение гладкой мускулатуры протоков и цистерны молочной железы, затем изменение тонуса кровеносных сосудов и, наконец, сокращение секреторных клеток образующих альвеолы. Важным показателем процесса молокоотдачи является его латентный период. Он характеризует степень готовности коровы к отдаче молока. Латентным периодом называется промежуток времени от начала подготовительных операций при доении, до появления ответной реакции. Латентный период по мнению многих ученых [ 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 ] является необходимым промежутком времени от начала стимуляции до начала доения.
Во время латентного периода происходит выделение гипофизом головного мозга особого гормона - окситоцина, который по системе кровообращения доходит до вымени, вызывая сокращения звездчатых мышечных клеток, в результате этого происходит вытеснение альвеолярного молока в цистерну.
При машинном доении очень важно качественно проводить подготовительные операции, целью которых является вызов полноценного рефлекса молокоотдачи. Большое значение оказывает величина разряжения в подсос-ковых камерах доильных стаканов. По этому вопросу мнения большинства ученых совпадают. Так, например, немецкие физиологи Н. Mielke и I. Schulz считают, что величина используемого при доении коров вакуума аргументируется двумя основными требованиями: достаточно высокой отсасывающей способностью доильного аппарата и возможностью надежного удержания доильных стаканов на сосках вымени животного. По их мнению, низкий вакуум не позволяет быстро выдаивать животное, что в конечном
итоге приводит к торможению рефлекса молокоотдачи [ 30 ]. Достаточно быстрое выдаивание животного обеспечивается соответствующей выводящей системой соска, основную роль в которой играет запирающая мышца -сфинктер [ 31, 32, 33].
По данным Т.К. Городецкой, тонус сфинктера большинства коров в период между очередными выдаиваниями составляет около 40 кПа. При подмывании вымени теплой водой он уменьшается примерно в 2 раза, а в процессе доения животного - в 3...4 раза [ 34 ]. На основании этих данных В.Ф. Королев делает вывод о том, что для доения почти всех животных достаточной величиной вакуума следует считать 33... 40 кПа [ 10 ]. Имеются данные о том, что высокий вакуум при работе доильного аппарата не оказывает существенного отрицательного воздействия на секрецию молока животными [34]. Н. Н. Mielke и I. Schulz [ 35 ], ссылаясь на исследования других ученых, описывают попытку доения коров с вакуумом в подсосковои камере доильных стаканов, равным 66 кПа. При такой величине вакуума интенсивность молокоотдачи была наибольшая, однако, после доения на сосках вымени коров были обнаружены мелкие язвочки и раны, которые явились причиной заболевания молочной железы животных.
Американский ученый О. Noorlander [ 35 ] считает, что высокий вакуум при работе доильного аппарата вреден по двум причинам: во-первых, при большом перепаде давлений в межстенной и подсосковои камерах доильного стакана в такте сжатия сосковая резина создает эффект "хлопка", что приводит к повреждению как внешней поверхности соска, так и его выводной системы; во-вторых, это способствует наползанию доильных стаканов на соски и нарушению сообщения полости соска с выменем, что приводит к преждевременному сокращению молокоотдачи еще не выдоенного животного.
u Вакуум доильных аппаратов, который в результате их неисправностей
превышает 50 кПа, травмирует ткани сосков коровы и приводит к повышенному образованию лейкоцитов в крови животного, что свидетельствует об их заболевании маститом [36].
На основании многочисленных данных специалистов, работающих в области механизации доения коров, можно сделать вывод о том, что рабочий вакуум доильных аппаратов должен находиться в пределах 46... 50 кПа [37, 38, 39, 40, 41]. Что касается вопроса о допустимой величине колебаний вакуума в процессе доения коров, то здесь мнения ученых и практиков бо-
^ лее противоречивы. Обычно изменение вакуума в подсосковых камерах до-
ильных стаканов представляет большую опасность здоровью животных, чем тоже явление в межстенных камерах. Изучая причины этого противоречия, ученые пришли к выводу, что колебания могут быть циклическими и связанными с работой пульсатора и случайными. Последние имеют целый ряд причин и порой не только трудноустраняемых, но и труднопрогнозируемых. Исследования, проведенные Н. Wonstonffom и Н. Stanzeiem [ 42 ] показывают, что падение вакуума в подсосковой камере доильного стакана су-
(^ щественно зависит от скорости молокоотдачи коровы и в момент ее макси-
мального значения может превышать номинальный уровень в 1,5...2 раза. Наряду с этим вакуум в доильном аппарате резко меняется в том случае, если у соседнего с выдаиваемым животным производится снятие или надевание доильных аппаратов. Недостаточный запас производительности вакуумного насоса или неисправности вакуумного регулятора в этом случае существенно ухудшает вакуумный режим доильного аппарата [ 43 ].
Анализ устройств, предназначенных для контроля за процессом доения
Вопросом изучения и разработки устройств предназначенных для контроля за процессом доения занимались многие исследователи. Так, например, доильная установка рассмотренная в работе Farnswort Т. содержит электронное устройство для регистрации скорости потока молока от каждой коровы в процессе доения [ 66 ]. Контрольное устройство имеет сенсор с десятью вертикально расположенными световодами, которые горят при максимальном потоке молока и по мере его уменьшения последовательно отключаются. Как только поток молока прекращается, подается сигнал для отключения вакуума в подсосковых камерах доильных стаканов и снятия доильного аппарата с вымени животного. Однако, как отмечают некоторые исследователи не исключается опасность передержки доильных стаканов на сосках вымени [67,68, 69 ].
Болотиным В.М. в соавторстве с Грачевой Л.И., Золотуским Ю.Л. и Зо лотуской Т.П. предложена схема устройства с регулировкой вакуума в зави симости от стадии доения животного [ 70 ]. Данное устройство представля ет собой пружинный регулятор вакуума, работа которого основана на сле дующем: после надевания доильных стаканов на соски вымени происходит автоматическое стимулирование доения при вакууме 125 ... 160 мм рт. ст. и частоте пульсаций - 20 пульс/мин. После достижения интенсивности потока молока 200 г/мин., вакуум повышается до 220 ... 400 мм рт. ст., а частота пульсаций - до 60 ... 80 пульс/мин и начинается рабочий режим доения. По - еле снижения интенсивности молокоотдачи идет режим машинного додаи вания - понижается вакуум и снижается частота пульсаций. Через 20 ... 30с. после прекращения молокоотдачи подается команда на снятие доильных стаканов. В работе Patenorte В. рассматривается доильная установка "Атлас 400" фирмы "Альфа-Лаваль" [71 ]. В этой установке доильный аппарат снабжен блоком автоматического управления обеспечивающим выполнение четырех операций: при скорости молокоотдачи до 0,2 л/мин осуществляется стиму ляция доения: уровень вакуума 33 кПа, число пульсаций - 48, соотношение тактов по времени 2,5:1; при интенсивности молока выше 0,2 л/мин anna ls рат переключается на нормальный режим работы: 51 кПа, 60 пульс/мин. 2,5 : 1. Одновременно происходит подключение пневмореле устройства для сня зо тия доильных стаканов; при падении интенсивности молока до 0,2 л/мин., параметры нормального режима доения сохраняются - 20с. - вплоть до прекращения молокоотдачи. После этого пневмореле замедленного действия создает предшествующую снятию доильных стаканов временную задержку и на период, регулируемый в пределах от 5 до 180 с. (в зависимости от продуктивности животного и его физиологических особенностей) вновь включается рабочий режим с низким вакуумом (33 кПа, 48 пульс/мин., 2,5 : 1). Явление наползания доильных стаканов при таком режиме отсутствуют, раскрытое состояние сосковых каналов благоприятствует выдаиванию; процесс снятия доильных стаканов протекает при низком вакууме. К недостаткам системы доильной установки следует отнести : - непригодность доения в стойлах; - шум производимый пневмоцилиндрами. С 1980 г заводом "Кургансельмаш" серийно выпускались автоматизированные доильные установки УДА-8 и УДА-16 оборудованные пневматической системой автоматического управления процессом доения - доильным автоматом [ 19 ]. Он обеспечивает выполнение всех операций машинного доения коров, включая автоматическое снятие доильных стаканов с вымени и вывода их из под животного. Доильный автомат состоит из пневмодатчика управляющего работой манипулятора. Пневмодатчик включен в молочную линию между коллектором и молокопроводом доильной установки. Он состоит из корпуса в котором находится поплавок и плунжерного переключателя команд управления. В дне корпуса находится калиброванное отверстие, перекрываемое иглой поплавка переменного сечения. В процессе доения в зависимости от интенсивности молокоотдачи поплавок перемещает иглу в калиброванном отверстии, изменяя его эффективное сечение. Это в свою очередь вызывает перемещение плунжера пневматического переключателя, изменяющего величину разряжения в силовых цилиндрах манипулятора. До начала доения пневмодатчик устанавливают в стартовое положение, при котором головка поплавка упирается в скобу. Молоко по соединительному шлангу от доильных стаканов поступает в камеру пневмодатчика, причем часть молока через калиброванное отверстие вытесняется в молокопровод доильной установки. Когда молокоотдача становится интенсивной, поплавок пневмодатчика всплывает. После этого скоба под действием силы тяжести освобождается от головки и автомат начинает контролировать режим работы. Большая часть молока через выходной патрубок в крышке пневмодатчика поступает непосредственно в молокопровод доильной установки. При этом игла поплавка полностью открывает калиброванное отверстие. При снижении интенсивности молокоотдачи выход молока через выходной патрубок в крышке пневмодатчика прекращается и молоко вытесняется только через калиброванное отверстие. Поплавок опускается вниз и в полости пневмоцилиндра образуется разряжение. При этом подвесная часть доильного аппарата при помощи пневмоцилиндра оттягивается вниз, что способствует выдаиванию из вымени остатков молока. Опускание поплавка прекращается в тот момент, когда утолщеная часть иглы войдет в калиброванное отверстие. Если молокоотдача не возобновляется, то подается команда на снятие доильного аппарата.
Вывод уравнения движения подвесной части доильного аппарата
Переносной доильный аппарат с манипулятором доения (рисунок 2.1) применяемый на линейной доильной установке типа АДМ-8 работает следующим образом. Перед началом доения пневмодвигатель при помощи кронштейна 9 закрепляют на вакуумпроводе 8 доильной установки (на рисунке 2.1 не показана). Посредством переходника молочно вакуумного крана 5 доильный аппарат соединяют с молокопроводом 10 и вакуумпроводом 8 доильной установки. При этом вакуум из вакуумпровода по патрубку 11 распространяется в пульсатор 6 и далее по шлангу 12 в распределительную камеру коллектора 2 и в межстенные камеры доильных стаканов 1 и одновременно с этим через патрубок 11 по шлангам 13 и 14 к патрубку 15 поплавкового пневмодатчика Зик патрубку 16 клапана включения пневмодвигатель 4, соответственно. Вакуум из молокопровода по шлангу 17 соединяющему переходник молочновакуумного крана с патрубками 20 и 21 проникает в поплавковую камеру пневмодатчика 3.
После установки основных элементов манипулятора на доильной уста новке, оператор машинного доения приступает к выполнению подготови тельных операций обоснованных правилами машинного доения. После вы полнения которых оператор приводит головку 1 пневмодатчика в стартовое положение (рисунок 2.3), затем, удерживая в руках доильный аппарат, про изводит разматывание нити 24 (рисунок 2.1) с барабана пневмодвигателя преодолевая при этом сопротивление вращению вала ротора 2 (рисунок 2.2) и планетарного редуктора 3. Сопротивление вращению вала ротора 2 при этом будет минимальным, так как в полостях 4 и 5 будет находиться атмо сферное давление, и усилие оператора будет направлено лишь на преодоле ние силы трения лопаток 6 о поверхность роторной камеры 7. Далее опера тор производит установку подвесной части доильного аппарата на вымя жи v ty вотного, для чего поднимает на величину свободного хода h (рисунок 2.5) клапан 23 (рисунок 2.1) коллектора 2 в верхнее положение и производит надевание доильных стаканов 1 на вымя коровы (не обозначено). При этом вакуум по шлангу 19 проникает в молокосборную камеру коллектора 2 , а из нее в подсосковые камеры доильных стаканов 1. Осуществляется процесс доения. Молоко из молокосборной камеры коллектора 2 под действием рабочего вакуума и за счет подсоса воздуха через клапан 23 транспортируется по шлангу 19 к патрубку 10 пневмодатчика (рисунок 2.3) и далее в поплавковую камеру 8. Движение молока из поплавковой камеры 8 в молокопро-вод осуществляется через два патрубка, при низкой интенсивности молоко-отдачи - через калиброванное отверстие 6 патрубка 11, а при заполнении объема поплавковой камеры с увеличением интенсивности потока молока -через патрубок 9. При этом переход на автоматическое слежение за процессом доения происходит при увеличении интенсивности молокоотдачи выше 330 г/мин, при падении фиксирующей скобы 4 и всплытии поплавка 2.
Далее процесс доения и последующего снятия доильного аппарата с вымени животного осуществляется автоматически и не требует участия со стороны оператора машинного доения. При уменьшении интенсивности молокоотдачи ниже значения 120 г/мин, в конце доения происходит опускание поплавка 2 и жестко связанного с ним полого штока 3. При совмещении канала 12 с патрубком 11, который в свою очередь постоянно сообщен с вакуумом, вакуум по шлангу 25 (рисунок 2.1) проникает в управляющую камеру 9 (рисунок 2.4) клапана включения пневмодвигателя. При этом под действием разности вакууметрического и атмосферного давлений в полостях 9 и 10 мембрана 2 прогнется вверх, поднимая связанный с ней шток 3 с резиновым клапаном 4. Таким образом, патрубок 7 постоянно сообщенный с вакуумпроводом становится связанным с соединительной полостью 6, а следовательно и патрубком 8. Далее вакуум через патрубок 8 по шлангу 26 (рисунок 2.1) распространяется в роторную камеру 7 (рисунок 2.2) через патрубок 10. Так как полость 4 роторной камеры 7 постоянно сообщена с атмосферой, а полость 5 становится связанной с вакуумом, то на лопатку 6 герметично разделяющую полости 4 и 5 будет действовать перепад давле .67
ний, что приведет к вращению вала ротора 2. При этом лопатки 6 прижимаются к стенкам роторной камеры 7 под действием центробежной силы. Возникающий крутящий момент от вала ротора 2 преобразуется планетарным редуктором 3 и передается на барабан 1. При вращения барабана 1 происходит наматывание на его поверхность гибкой нити 24 (рисунок 2.1). От чего постепенно выбирается свободное провисание нити, необходимое для перемещения животного в пределах стойла во время доения. Далее натяжение нити передается связанному с ней через карабин тросику 7 (рисунок 2.5) коллектора. Благодаря усилию пружины 5 в начальный момент натяжения тросика 7 подвесная часть доильного аппарата, перемещаемая нитью выводится из под животного. Затем, когда усилие передаваемое тросику 7 от гибкой нити превысит усилие сжатия пружины 5 произойдет закрытие клапана 3 и отключения вакуума посредством рычажного механизма 4. Усилие сжатия пружины 5 регулируется винтом 6 таким образом, чтобы закрытие клапана 3 происходило при выведении подвесной части доильного аппарата из под животного, что обеспечивает в дальнейшем безударное снятие доильного аппарата. После закрытия клапана 3 в подсосковых камерах доильных стаканов вакууметрическое давление сменяется на атмосферное, за счет подсоса воздуха через клапан 3. Подвесная часть доильного аппарата спадает с сосков вымени животного и увлекается по траектории заданной натяжением гибкой нити 9 (рисунок 2.2) наматываемой на барабан 1 пнев-модвигателя. Происходит подъем доильного аппарата и его фиксация в исходном положении. Удержание подвесной части доильного аппарата в верхнем (снятом) положении осуществляется за счет перепада давлений в полостях 4 и 5 действующего на лопатку .
Далее оператор приступает к доению смежного животного для чего повторяет заново описанный выше цикл операций либо, разъединяя переходник 5 от молочновакуумного крана (рисунок 2.1) снимает манипулятор и переносит доильный аппарат с манипулятором к месту последующего доения, и так далее до выдаивания всех животных.
Методика определения влияния сечения выпускного и впускного окон на развиваемую мощность и расход воздуха пневмодвигателем
Согласно этим исследованиям, а также зоотехническим требованиям предъявляемым к доению, пневмодатчик должен обеспечивать переход на автоматический режим слежения за доением при достижении определенного значения (350-500 г/мин ) интенсивности потока в начальный момент доения, а также прекращение доения при падении интенсивности молокоот-дачи ниже значения (50-200 г/мин).
С целью определения пригодности использования модернизированного пневмодатчика МД-Ф-1, была собрана лабораторная установка (рисунок 3.1)[100].
Интенсивность потока изменялась при помощи расходного вентиля 1, а ее значение определялось при помощи ковшового потокомера 6 и регистрировалось на ленте самописца Н 338-1П 7. При этом потокомер 6 был подключен к доильному ведру 8, соединенному с вакуумпроводом доильной установки. Значения интенсивности потока, при которых происходил переход на автоматический режим и режим отключения доильного аппарата, фиксировались визуально по положению штока поплавкового пневмодатчика и отмечались на ленте самописца. Данные, полученные при расшифровке ленты самописца, представлены в приложении А. Каждая серия опытов была проведена с пятикратной последовательностью.
Мощность, развиваемая пневмодвигателем, зависит от следующих параметров: величины вакуума создаваемой в вакуумпроводе, площади сечения впускного и выпускного окон пневмодвигателя, диаметра барабана, площади поверхности лопаток, на которую воздействует перепад давлений. Изменение габаритных и конструктивных параметров пневмодвигателя весьма проблематично, так как требует значительных материальных затрат, в качестве изменяемых факторов нами были приняты: величина вакуума в вакуумпроводе, внутренний диаметр отверстия патрубка выпускного окна пневмодвигателя и рабочий диаметр барабана. Принятые геометрические размеры пневмодвигателя: длина ротора 0,09 м, радиус ротора 0,05 м, внутренний диаметр роторной камеры 0,075 м.
Форма и сечение впускных и выпускных окон, а также их расположение в корпусе, оказывают существенное влияние на технико-энергетическую характеристику пневмодвигателя.
В виду того, что изготовление образцов корпусов пневмодвигателей с различной формой окон требует значительных материальных затрат. Был изготовлен лабораторный образец пневмодвигателя с округлой формой впускных и выпускных окон. При изготовление корпусов с различной формой окон, предпочтение в выборе той или иной формы окна будет обусловлено выгодностью с точки зрения технологии его изготовления, а не преимуществ рабочего процесса. Окна в корпусе при изготовлении размещены таким образом, чтобы на вращающуюся лопатку постоянно действовал перепад давлений. С одной стороны лопатки — вакуум, с другой - атмосферное давление. При этом воздухораспределение осуществляется таким образом, что на каждую из четырех вращающихся лопаток пневмодвигателя действует данный перепад давлений поочередно, по мере вращения вала.
Для определения влияния площади сечения выпускных и впускных окон, в соответствующие патрубки окон были установлены специальные вставки с различной площадью проходного сечения (рисунок 3.22). На наш взгляд существенное влияние будет оказывать, при достаточной площади захода воздуха в пневмодвигатель, площадь выпускных окон. В опытах использовались вставки с диаметром отверстий 3, 6 и 9 мм. Расход воздуха в опытах определялся при помощи газового счетчика СГК-20, частоту оборотов барабана пневмодвигателя замеряли при помощи тахометра. Развиваемую мощность пневмодвигателя определяли при помощи специальной установки (рисунок 3.23, 3.24), состоящей из: 1- вакуумпровода, 2 -вакуумного крана, 3- газового счетчика СГК-20, 4 - пневмодвигателя, 5 -соединительных шлангов, 6 - вставки, 7 - тахометра, 8 - емкости с жидко Опыты проводились следующим образом. Вставки с различными диаметрами отверстий поочередно вставлялись в разрыв шланга соединяющего газовый счетчик и выпускной патрубок пневмодвигателя. Затем подключали газовый счетчик в вакуумной системе с разряжением 49 кПа. К гибкой нити подвешивали емкость с водой, которая соответственно при наматывании нити на барабан поднималась вверх. В ходе эксперимента использовался барабана с рабочим диаметром 16 мм. Во время опыта уровень воды в емкости постепенно увеличивали до тех пор, пока барабан пневмодвигателя не останавливался, делали несколько пробных запусков. Затем открывали кран установленный в нижней части емкости и уменьшали уровень находящейся в ней воды до момента начала вращения барабана пневмодвигателя, после чего кран закрывали и измеряли частоту вращения барабана и расход воздуха. После остановки пневмодвигателя производили взвешивание емкости на весах с точностью до грамма.
Экономическая эффективность применения переносного доильного аппарата с манипулятором
По результатам теоретических и экспериментальных исследований переносного доильного аппарата с манипулятором опубликовано 8 научных трудов, в том числе два патента РФ на изобретение. На основании конструктивно-технологической схемы, описанной в разделе 2.1 по патентам РФ № 2203535 и № 2215408 (приложения О, П), на кафедре «Механизация животноводства» Рязанской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора П.А. Костычева был разработан и изготовлен лаборатор-но-производственный образец переносного доильного аппарата с манипулятором.
Испытания доильного аппарата с манипулятором проведенные в лабораторных условиях с использованием установки «искусственное вымя» подтвердили его работоспособность. Переносной доильный аппарат с манипулятором позволяет автоматически контролировать процесс доения в зависимости от интенсивности молокоотдачи у животного, а также производить автоматическое снятие подвесной части доильного аппарата по завершению процесса доения без участия оператора.
Лабораторно-производственный образец доильного аппарата с манипулятором был испытан в производственных условиях на молочной ферме учхоза «Стенькино», Рязанской ГСХА на коровах черно-пестрой породы с удоем 4820 кг в год. В результате проведенных опытно-производственных испытаний было установлено, что при применении переносного доильного аппарата с манипулятором увеличилась средняя интенсивность молоковыведения, сократилось время доения, а также время, затрачиваемое оператором на обслуживание одного животного. По результатам испытаний был составлен акт, представленный в приложении И. Производственные испытания переносного доильного аппарата с манипулятором проводились в течении 30 дней. За время испытаний заболеваний вымени коров не наблюдалось. Технология процесса доения практически не отличается от существующей, за исключением операций связанных с конструктивными особенностями манипулятора, при этом в используемой технологии доения заключительные операции, выполняемые вручную, заменены на машинные. В целом обслуживание оператором доильного аппарата с манипулятором практически не усложнилось как при доении коров, так и при промывке доильного аппарата. 5.2.Экономическая эффективность применения переносного доильного аппарата с манипулятором. Расчет экономической эффективности применения переносного доильного аппарата с манипулятором для доения коров на линейных доильных установках типа АДМ-8 проводился на основании результатов испытаний полученных в производственных условиях в учхозе «Стенькино» Рязанской ГСХА. Переносной доильный аппарат с манипулятором отличается от доильного аппарата АДУ-1, наличием в его конструкции поплавкового пневмодат-чика и силового пневмодвигателя. Цена доильного аппарата АДУ-1 на начало 2003 года составила 2500 рублей, цена экспериментального доильного аппарата с манипулятором составила 3700 рублей с учетом стоимости поплавкового пневмодатчика и пневмодвигателя. Исходные данные, необходимые для определения экономической эффективности, использованы из раздела 4.2, а также из справочных данных. Экономический эффект применения предложенного переносного доильного аппарата с манипулятором наблюдается за счет снижения себестоимости молока [ПО, 111, 112, 113,114, 115]. 1. На основании исследования процесса и режимов работы доильного аппарата АДУ-1 установлено, что он не обеспечивает требуемую полноту выдаивания коров без проведения машинного додаивания. Возможны передержки доильных стаканов на сосках вымени коров, являющиеся причиной заболевания вымени. 2. Предлагаемый переносной доильный аппарат с манипулятором должен содержать доильные стаканы, пульсатор, коллектор, пневмодатчик, устройство автоматического снятия и клапан его включения. При надевании до ильного аппарата на вымя коровы пневмодатчик устанавливается в стартовое положение. С увеличением интенсивности молокоотдачи выше 330 г/мин пневмодатчик переходит в режим автоматического слежения за мо-локовыведением, а в конце доения, при снижении интенсивности молокоотдачи ниже 120 г/мин происходит автоматическое снятие доильного аппарата пневмодвигателем, включенным в работу посредством клапана.
Устройство автоматического снятия доильного аппарата содержит пневмодвигатель с барабаном, на который наматывается нить, соединенная через рычажно-пружинную систему коллектора с клапаном отключения вакуума. Пневмодвигатель состоит из корпуса с эксцентрично установленным в нем ротором. На валу ротора шарнирно одним концом закреплены лопатки криволинейной формы. При подключении вакуума к роторной камере пневмодвигателя перепад давлений, действующий на лопатки, вызовет вращение вала ротора, связанного с барабаном через редуктор.
Теоретическими исследованиями установлены требуемые мощность на барабане пневмодвигателя и его частота вращения для реализации безударного снятия доильного аппарата с вымени, зависящие от диаметра барабана, высоты установки пневмодвигателя, массы подвесной части и начального угла отклонения доильного аппарата от вертикали. Требуемая мощность на барабане пневмодвигателя возрастает с увеличением массы подвесной части, ее начального угла отклонения от вертикали и высоты подвеса пневмодвигателя. С увеличением диаметра барабана частота его вращения уменьшается, а мощность на барабане возрастает. Расход воздуха пневмодвигателя зависит от его геометрических размеров, частоты вращения ротора, числа установленных лопаток и величины.вакуума доильной установки. С увеличением приведенных параметров расход воздуха возрастает.
