Общие принципы количественной оценки качества процесса доения животных Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 637.116.2:636.2

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА ДОЕНИЯ ЖИВОТНЫХ

В.И. Доровских, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Д.В. Доровских, кандидат технических наук, научный сотрудник Всероссийский НИИ использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве E-mail: [email protected]

Аннотация. Рассмотрено энергетическое обеспечение процесса молоковыведения на современных доильных установках, теоретически определены зависимости технологических последствий от значений режимных параметров доильного аппарата и функциональных характеристик вымени животных. На основе анализа результатов исследований формализована функция молоковыведения в зависимости от разового удоя и периода молокоотдачи. Определены количественные характеристики, определяющие качество процесса доения: отсасывающая способность доильного аппарата; параметр молокоотдачи и параметр тугодойности животного. Установлены граничные условия соответствия отсасывающей способности доильного аппарата и параметра молокоотдачи, при которых доение происходит в оптимальном режиме, имеет место недодой или травмирование молочной железы. Определены границы эффективности использования доильных аппаратов по критерию соответствия параметра молокоотдачи номинальному режиму работы доильного аппарата. Установлена функциональная зависимость потерь продукции от недодоя при несоответствии отсасывающей способности доильного аппарата параметрам молокоотдачи.

Ключевые слова: доильный аппарат, выведение молока, функция молоковыведения, отсасывающая способность, метод измерения.

Введение. Известно, что энергетическое обеспечение процесса выведения молока на современных доильных установках [1-8] не в полной мере соответствует физиологии животных, в результате чего при недостатке энергии подводимого вакуума молоко не полностью выводится из организма животного, а при избытке энергии происходит травмирование молочной железы.

Результаты и обсуждение. Энергия подводимого вакуума, приведенная к единице массы молока, равна И/р, где Н - величина вакуума в подсосковой камере доильного аппарата, Па; р - плотность молока, кг/м3; кинетическая энергия потока молока - V 2/2, где V - скорость истечения молока из выводного канала соска, м/с. Уравнение Бернулли в этом случае имеет вид:

> (1)

Pb + H =

PV2

2

Как показали исследования, внутривы-менное давление, изменяющееся в пределах 3-5 кПа, не оказывает существенного влияния на процесс выведения молока и в дальнейшем не учитывается.

Теоретическая скорость истечения молока при постоянном отсосе определяется уравнением:

V =

2H

Р

(2)

Для доильных аппаратов, работающих в режиме «отсасывание-разгрузка» средняя скорость определяется уравнением:

V,

1

2 H

Р

(3)

где Рь - величина внутривыменного давления, Па; Н - величина вакуума в подсоско-вой камере доильного аппарата, Па.

где т - относительная длительность такта «сосание», равная отношению периода сосания к периоду пульсации.

Фактическая скорость истечения ниже теоретической, это обусловлено конструктивными особенностями доильного аппарата. Поэтому максимальное количество моло-

ка, выводимого доильным аппаратом из организма животного в единицу времени, будет:

О = тFц

2Н

(4)

где О - средний расход молока из выводного канала соска, м3/с; Г - эквивалентная площадь сечений выводных каналов сосков, м2; д - коэффициент расхода.

Значение коэффициента расхода определяется по результатам стендовых испытаний доильного аппарата.

На основе анализа результатов исследований молоковыведения коров функцию мо-локоотдачи, определяющую режим истечения молока из альвеолярного отдела в цистерну вымени, можно представить в следующем виде:

V = к (г2 + СИ + ь), (5)

где V - количество молока, выделяемое организмом животного в единицу времени, м3/с; г - текущее время, с.

Исходя из условия, что при I = 0 и I = T интенсивность молоковыведения Vм = 0, где Т - период молокоотдачи, с. Тогда имеем Ь = 0; с = -Т и

V = к (г2 + Т1). (6)

Разовый удой определяется из выраже-

ния:

0 = | V(t)dt = | (г2 - Т)сЬ = -

кТ3

О О 6

где 0 - разовый удой, м3; откуда 60

(7)

к = -

Т3

Тогда уравнение (5) примет вид:

(т - г2 ). (8)

V = Щ Т - г2

Т3

В зависимости от значения параметра О и характера изменения функции молокоотдачи V процесс доения может быть реализован по трем вариантам:

1) энергии подводимого вакуума недостаточно для полного выведения молока из организма животного, поэтому на интервале времени г1..Л2 наступает торможение реак-

ции молокоотдачи и определенная порция молока не выводится и остается в альвеолярном отделе вымени;

2) значение параметра О доильного аппарата равно максимальной интенсивности мо-локоотдачи Vmcx, такой режим следует считать оптимальным, так как молоко полностью выводится из организма животного, а величина избыточного вакуума минимальная;

3) имеет место избыток подводимой энергии, в результате чего при достижении величины избыточного вакуума, превышающей допустимое значение, происходит травмирование молочной железы животного.

В случае, когда энергии подводимого вакуума недостаточно для полного выведения молока, величина потерь определяется разницей между количеством молока, которое может выделить организм животного за интервал времени 1.2, и количеством молока, которое способен вывести доильный аппарат. Количество молока, которое может выделить организм животного:

0' = 60 - г2С.

(9)

Значения ^ и г2 определяются из условия V = О или

60

Т3

(т - г2 )= Т^

2Н

(10)

После преобразования и решения этого уравнения относительно Х получим:

и

Т 2

" 2

1 -

1 +

2тTF^ 1 2Н

30 V Р

2тTF^ 1 2Н

30 V Р

(11)

(12)

Количество молока, которое способен вывести доильный аппарат за интервал времени

0" = тРЦ

2 Н

Р

(г2 - К)

(13)

Величина потерь продукции 0п = 0'— 0". С учетом выражений (9-13) получим:

г

Лоигпа! оГ УШТ^Н №3(23)-2016

139

Qni = Q

1-

2tTF/ 3Q \

2H

Р

(14)

V = 3Q

max r^rji '

Следовательно:

—Q = tFU 2T

2H

Р

(15)

(16)

2TF

= т/

2H

(17)

Е = т/

2H

Р

ность доильного аппарата, м/с;

J =

Q

- параметр молокоотдачи, м/с.

Из анализа уравнения (14) видно, что Qn = 0 при Vmax = О. Принимая во внимание уравнение (8), будем иметь:

Правая часть уравнения (16), определяемая значениями параметров доильного аппарата Н и т, а также сечением выводного соска ¥, характеризует функционирование системы "доильный аппарат - вымя животного" и является величиной случайной, определяемой анатомо-физиологическими особенностями организма животного.

Количественно отсасывающую способность доильного аппарата можно определить только по отношению к конкретному животному. Однако существующая система измерений не позволяет этого сделать, т.к. правая и левая части уравнения (16) - величины случайные. Перенеся параметр ¥ из правой части уравнения (16) в левую, получим:

3Q

T ■ F

Параметр молокоотдачи J - это средняя скорость истечения молока через выводной канал соска, при которой за период молокоотдачи происходит полное выведение молока из организма животного.

Отсасыв аю щ ая способность Е - это средняя скорость истечения молока, которую способен обеспечить доильный аппарат при заданных режимах его работы.

Ур авнение ( 17) примет вид:

3 2

-J = E или J = — E. (18)

2 3

Учитывая, что уравнение (16) справедливо только при Vmax = G, а в большинстве случаев реального процесса доения левая часть уравнения не равна правой, проанализируем последствия (технологические потери) при различных соотношениях параметров J и Е.

Оптимальному режиму доения соответствует условие J = — E. Если j > 2 e , мо-

3 4 з

локо не полностью выводится из организма животного, а величина недодоя с учетом выражения (14) равна:

^^n Q

1

2 E

3J

(19)

2

Теперь правая часть, имеющая размерность скорости, однозначно характеризует способность конкретного доильного аппарата выводить молоко из организма животного и может служить оценкой процесса молоко-выведения. Левая часть уравнения, имеющая также размерность скорости, представляет собой комплекс случайных величин, характеризующих совокупность анатомо-физиоло-гических особенностей организма конкретного животного. Для упрощения преобразований введем следующие обозначения: F - параметр тугодойности, м2;

Если ^ < — Е, на вымя воздействует избыточный вакуум, величина которого при V = Vmax равна:

Hu = H -

PV2

г ' max 2

(20)

- отсасывающая способ-

Если величина избыточного вакуума превышает некоторое допустимое значение Hg, происходит травмирование молочной железы животного. По данным Галаова К.К. [9], патологические изменения в вымени возникают в том случае, когда механические нагрузки на соски коровы достигают болевого порога. Установлено, что предельно допустимое давление на соски коров находится в пределах 20-22 кПа. Этому условию соответствует значение параметра молокоотдачи

3

2

3

2

J.

h

2zju

2(H - Hg)

Р

(21)

где Н& - допустимое давление на сосок. Значения Jь и Jh определяют границы эффективности использования доильных аппаратов. При значении параметра молокоотда-чи J > Jь имеют место потери продукции в результате недодоя. Если выполняется условие Jh < J < Jь, молоко полностью выводится из организма животного, а величина избыточного вакуума не достигает предельного значения. При J < Jh в организме животного возникают патологические изменения, приводящие к заболеванию маститом.

Выводы. Выявлено, что объективные закономерности процессов молоковыведения должны служить основой количественной оценки качества и эффективности использования доильных установок.

Сопоставление отсасывающей способности доильных аппаратов с показателями мо-локоотдачи позволяет результативно управлять процессом доения, осуществлять рациональный подбор стада и целенаправленную селекцию животных, оценивать перспективы совершенствования доильных установок.

Литература:

1. Физиологическая оценка доильного оборудования / О.Б. Филиппова и др. // Вестник ВИЭСХ. 2014. №3.

2. Филиппова О.Б. Предпосылки для создания алгоритма управления доильным процессом // Международный научно-исследовательский журнал. 2014. №4.

3. К методике физиологической оценки доильного оборудования // Наука в ЦР. 2014. №6. С. 53-60.

4. Доровских В.И. Измерение отсасывающей способности доильных аппаратов // Наука в ЦР. 2013. №6.

5. Пути повышения эффективности функционирования средств механизации на молочных фермах / Доровских В.И. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №2.

6. Доровских В.И., Дейнега А.П. Оптимизация процесса молоковыведения при доении коров в стойлах // Вестник ВНИИМЖ. 2008. Т. 18. С. 123-128.

7. Доровских В.И. Повышение эффективности использования молокопроводных доильных установок путем их модернизации // Вестник ВНИИМЖ. 2008. Т. 18.

8. Доровских В.И. Повышение эффективности использования доильных установок. Саратов, 1996.

9. Галаов К.К. Исследование гидроаэродинамических и конструкторских параметров двухкамерных доильных стаканов с целью исключения патологических изменений вымени у коров. Орджоникидзе, 1957.

Literatura:

1. Fiziologicheskaya ocenka doil'nogo oborudovaniya / O.B. Filippova i dr. // Vestnik VIEHSKH. 2014. №3.

2. Filippova O.B. Predposylki dlya sozdaniya algoritma upravleniya doil'nym processom // Mezhdunarodnyj nau-chno-issledovatel'skij zhurnal. 2014. №4.

3. K metodike fiziologicheskoj ocenki doil'nogo oborudovaniya // Nauka v CR. 2014. №6. S. 53-60.

4. Dorovskih V.I. Izmerenie otsasyvayushchej sposobno-sti doil'nyh apparatov // Nauka v CR. 2013. №6.

5. Puti povysheniya ehffektivnosti funkcionirovaniya sredstv mekhanizacii na molochnyh fermah / Dorovskih V.I. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2012. №2.

6. Dorovskih V.I., Dejnega A.P. Optimizaciya processa molokovyvedeniya pri doenii korov v stojlah // Vestnik VNIIMZH. 2008. T. 18. S. 123-128.

7. Dorovskih V.I. Povyshenie ehffektivnosti ispol'zovani-ya molokoprovodnyh doil'nyh ustanovok putem ih moder-nizacii // Vestnik VNIIMZH. 2008. T. 18.

8. Dorovskih V.I. Povyshenie ehffektivnosti ispol'zova-niya doil'nyh ustanovok. Saratov, 1996.

9. Galaov K.K. Issledovanie gidroaehrodinamicheskih i konstruktorskih parametrov dvuhkamernyh doil'nyh sta-kanov s cel'yu isklyucheniya patologicheskih izmenenij vymeni u korov. Ordzhonikidze, 1957.

THE ANIMALS MILKING PROCESS QUANTITATIVE ASSESSMENT COMMON PRINCIPLES V.I. Dorovskiky, candidate of technical sciences, leading research worker D.V. Dorovskiky, candidate of technical sciences, research worker All-Russian research institute of machinery and oil products in agriculture using

Abstract. The modern installations milk flow process energy support is considered, the technological implications dependences from the milking machine values and animals udder functional characteristics operating parameters are theoretically defined. Based on the research results analysis of the milk flow depending on single milk yield and period of milking's function is formalized. The quantitative characteristics determined the milking process quality are defined: the milking machine suction ability; animal's milk flow and the tightly yield parameters are established. The matching conditions of milking machine suction ability boundary and milk yield parameter of optimal milking, not udder full empting or milk gland injury are set. The milking machines using efficiency limits according to the milk flow parameter criteria due to the milking machine operation nominal mode. The functional dependence on product losses from not udder full empting in the case of the milking machine suction ability discrepancy of the milk flow parameters.

Keywords: milking machine, milk excretion, milk flow function, suction ability, method of measurement.

Journal of VNIIMZH №3(23)-2016

141