CC BY
77
ДОИЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПОЧЕТВЕРТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ РЕЖИМОМ ДОЕНИЯ
И.Я. Пигорев, О.В. Ужик
Аннотация. Приведена схема конструкции доильного аппарата с почетвертным управлением режимом доения. Выполнено математическое моделирование рабочего процесса регулятора вакуумметрического давления. Приведены результаты лабораторных и производственных испытаний доильного аппарата.
Ключевые слова: доильный аппарат, регулятор, трубка, патрубок, щель, камера, корова, вымя.
Для предотвращения вредного воздействия на молочную железу коровы как в начальный момент после установки доильных стаканов на вымя, так и по завершению доения, доильные установки большинства ком-паний-производителей доильного оборудования (DeLaval, Westfalia Serdg, SAC и др.) снабжены многорежимными доильными аппаратами, обеспечивающими изменение вакуумного режима доения, частоты и соотношения тактов в зависимости от интенсивности потока молока, или автоматами снятия доильных аппаратов по завершению доения [1, 2]. Но так как вымя коров в большинстве случаев имеет ярко выраженную неравномерность развития, то даже наличие элементов автоматики управления режимом доения не предотвращает возможность вредного воздействия на отдельные доли вымени и заболеваемость их маститом. В связи с этим создание доильного аппарата с возможностью почетвертной адаптации режима доения к функциональным особенностям вымени коров - один из путей обеспечения безвредного воздействия на молочную железу в процессе доения.
Для обеспечения щадящего режима доения нами предложен доильный аппарат с почетвертным управляемым вакуумным режимом доения [3]. Он состоит из двухкамерных доильных стаканов 4 (рисунок 1), регуляторов вакуумметрического давления 2 и 6 в подсос-ковых камерах 3 и межстенных камерах 5 каждого доильного стакана 1 и четырехкамерного коллектора 1. Доильный аппарат обеспечивает в процессе доения изменение вакуумного режима как в подсосковой, так и межстенной камере доильного стакана, в зависимости от интенсивности потока молока, регистрируемого поплавковым датчиком.
Математическим моделированием установлена зависимость вакуумметрического давления Рупр в камере управления регулятора 2 от его конструктивных параметров и заданного давления доения Рд:
Ah
(dl - dy) (AB - AB’)' Г Ah (dl - dy) (AB - A'B')
Р..и„ =Р п +Е--------------ьц-т----------y - ц-------------------------- + Ц
упр Д h (d1 - h) AB
(dl - dy ) | (AB - A'B')
цт
цЕ(ц + 1
Ah ч l ,, .
------b Ц-7----------^ + -
h (dl - h)
(1-ц2)
' , Ah (dl - dy ) з (AB - A'B') Ц h (d1 - h) Ц AB
AB
(l-)
1 - четырехкамерный коллектор; 2, 6 - регулятор вакуумметрического давления; 3 - подсосковая камера; 4 -доильный стакан; 5 - межстенная камера; 7 - трубка; 8 - щель; 9 - патрубок.
Рисунок 1 - Схема адаптивного доильного аппарата
Очевидно, что перемещение V трубки 7 обусловлено интенсивностью истечения потока молока из под-сосковой камеры доильного стакана в трубку 7, интенсивностью откачивания воздуха по этому же пути, а также размером щели 8 между отверстиями патрубка 9 и внутренней стенкой трубки 7:
V = А^-(аі + а2) . (2)
где А5 - размер щели между отверстиями патрубка и внутренней стенкой трубки, м; аі - перемещение трубки, зависящее от интенсивности потока молока, м; а2 - перемещение трубки, зависящее от интенсивности потока воздуха, м.
В развернутом виде перемещение трубки будет равно:
w = As--
Q
2цА, 2g
(Fo - Fa)'
r
Цв^кЄв
4D (Po - Pa )’
(3)
(l)
где А/В - длина трубки, м; АВ - длина трубки в деформированном состоянии, м; ё1 - наружный диаметр трубки, м; йу - диаметр трубки для точки с ординатой у, м; ц - коэффициент поперечной деформации; АН - деформация стенки трубки, м; Н - толщина стенки трубки, м; Е - модуль упругости, Н/м2.
где Qe - расход молока через трубку, м /с; Qe - расход воздуха через трубку, м3/с; ці - коэффициент расхода жидкости через прямоугольное отверстие; £ - площадь поперечного сечения отверстия истечения жидкости, м2; Н0 - напор истечения, м; е - коэффициент вертикального сжатия струи, определяемый соотношением а/Но; к - высота щели истечения жидкости, м; g - ускорение свободного падения, g = 9.81 м/с3, Бт - диаметр отверстий камеры 4 патрубка 5, м, Н0 - напор истечения молока, м., у - удельный вес молока, Н/м3, йп - приведенный диаметр отверстия для расхода воздуха, м; гв -динамическая вязкость воздуха, м с; 8К - толщина стенки отверстия, м.
Отсюда, с учетом полученного уравнения для расчета полного перемещения трубки, мы можем определить внешнее управляющее давление Рупр для обеспечения необходимого вакуумметрического давления доения коровы в зависимости от интенсивности потока молока.
Для исследований регулятора вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана нами был разработан тензометрический стенд (рисунок 2), включающий блок питания 1 «Агат», связанный с тен-зоусилителем 2 «Топаз-4», осциллограф 3 Р-500А, компьютер 4, а также исследуемый регулятор вакууммет-рического давления, выполненный в виде межстенной камеры 5, образуемой жестким корпусом 6 и эластич-
- 3
+
AB
AB
+
ной трубкой 7, и камеры 8 переменного вакуумметри-ческого давления внутри трубки.
Рисунок 2 - Схема стенда для исследований рабочего процесса регулятора вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана
Для проверки адекватности математической и эмпирической моделей зависимости вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана в качестве факторов, влияющих на этот параметр, выбирали вакуумметрическое давление в камере управления, а также длину и диаметр трубки регулятора вакуума. Как показывают расчеты, при диаметре отверстия патрубка, дросселируемого внутренней поверхностью трубки, равном 0,005 м, с ростом потока молока через регулятор от 0 до 2000 мл/мин наблюдается уменьшение прогиба трубки немногим менее, чем на 0,5 мм, в то время как для диаметра отверстия 0,011 перемещение стенки трубки уменьшается на 0,2 мм.
В результате обработки результатов измерений установлено, что экспериментальные данные достаточно точно могут быть представлены в виде математических моделей. Близкий к единице коэффициент детерминации для данных уравнений (R =0,99961...0,99998), очень большое расчетное значение статистики F (f=29656,2...67396,2) и ничтожно малая значимость F=2,8310-7...8,410-7, свидетельствуют о высокой адекватности моделей.
Рассматривая по результатам исследований ваку-умметрическое давление в межстенной камере регулятора при давлении доения 33 кПа и 48 кПа как функцию от длины и диаметра трубки, мы также получили эмпирические модели. Так, в регуляторе вакуумметри-ческого давления с трубкой длиной 45 мм и толщиной стенки 2 мм, модуле упругости материала трубки 2 МПа, диаметре отверстий Т-образного патрубка 0,005м, кинематической вязкости воздуха 0,000017 Пас, щели между отверстиями Т-образного патрубка и внутренней стенкой трубки 0,01м, и давлении в магистрали доильного аппарата 50 кПа, при необходимости доения давлением 33 кПа, в межстенной камере должно быть давление 29,4 кПа, а при доении с давлением 48 кПа - 44,6 кПа. В регуляторе с длиной трубки 55 мм возрастание давления доения с 33 кПа до 48 кПа обеспечивается изменением давления в межстенной камере регулятора с 30,4 до 45,5 кПа.
Для проведения производственных испытаний был изготовлен опытный образец доильного аппарата с регуляторами вакуумметрического давления в подсоско-вых камерах, выполненными в молочных трубках доильных стаканов. Установлено, что разработанный доильный аппарат работоспособен и эффективен на всех режимах доения коров. Как показывают результаты исследований, экспериментальный доильный аппарат способствует более полной реализации рефлекса моло-коотдачи по сравнению с доильным аппаратом «Гас-
конье Мелотт». Годовой экономический эффект от использования доильного аппарата, с учетом приведенных затрат и полноты выдаивания, в расчете на 212 коров, составляет 642201,81 рубля, а на одну голову -3029,25 рубля.
Список использованных источников
1 Еремин А.Г. Зоотехническое обоснование выбора доильных машин. - М.: Россельхозиздат, 1973. - 111 с.
2 Кормановский Л.П. Новый этап технического прогресса в машинном доении // Техника в сельском хозяйстве. -1995. - №4. - С. 2-3.
3 Патент №2367147 RU, С1 МПК А 01 J 5/04 Адаптивный доильный аппарат/Ужик О.В., Ужик Я.В. (RU). -№2008128329/12; Заявлено 11.07.2008; Опубл. 20.09.2009, Бюл. №26.
Информация об авторах
Пигорев Игорь Яковлевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, проректор по научной работе и инновациям ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Ужик Оксана Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры электрооборудования и электротехнологий в АПК ФГБОУ ВпО «Белгородская ГСХА», e-mail: [email protected] ; 8(4722) 39-12-80; 8(910) 737-84-39.
