CC BY
15
УДК 637.116.2:636.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТСАСЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДОИЛЬНЫХ АППАРАТОВ
В.И. Доровских, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник Д.В. Доровских, кандидат технических наук, научный сотрудник О.А. Аткешов, аспирант
Всероссийский НИИ использования техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрен характер взаимодействия элементов биотехнической системы машина-животное при доении коров. Учитывая, что результат этого взаимодействия определяется их параметрами системы: с одной стороны отсасывающей способностью доильного аппарата, а с другой функциональными свойствами вымени животных. Параметр, характеризующий отсасывающую способность доильного аппарата, представляет собой скорость истечения молока в выводном канале соска, которую он способен обеспечить. Значение этого параметра может быть определено на основе стендовых испытаний с использованием искусственного вымени с известным значением сечений выводных каналов сосков. Определен также параметр характеризующий молокоотдачу животного физический смысл, которого это средняя скорость истечения молока через выводной канал соска, при которой за период молокоотда-чи происходит полная эвакуация молока из вымени животного. Этот параметр может являться комплексной характеристикой функциональных свойств вымени животного и определяется по результатам контрольных доек. Экспериментально определены значения параметра характеризующего отсасывающую способность применительно к доильным аппаратам трехтактного типа, двухтактного типа и постоянного отсоса. Определены поправочные коэффициенты к значениям отсасывающей способности при доении двухтактными доильными аппаратами в молокопровод. Полученные данные предназначены для определения эффективности использования доильных установок в реальных условиях производства при различных режимах их работы и в алгоритмах управления процессом доения коров. Ключевые слова: отсасывающая способность, доильный аппарат, метод измерения, режим доения.
В процессе молоковыведения участвуют доильный аппарат и корова. Характер взаимодействия этих элементов биотехнической системы определяется их параметрами: с одной стороны отсасывающей способностью доильного аппарата, а с другой - функциональными свойствами вымени животных.
Термин «отсасывающая способность» доильного аппарата впервые применен Гор-мом С.Я. в 1966 году, после чего стал использоваться в научных публикациях [1].
Горм С.Я. при определении понятия «отсасывающая способность доильного аппарата» исходил из анализа уравнения истечения молока из выводного канала соска:
Q = ßf
2gPc + Рпс,см3/с, (1)
Y
где Q - расход молока из выводного канала соска, см /с; л - коэффициент истече-
ния молока из отверстия соскового канала; £
- площадь отверстия соскового канала, см ; рс - избыточное давление над сосковым каналом, кг/см2; рпс - разрежение в подсоско-вой камере доильного стакана, кг/см2; у -объемный вес молока, кг/см3.
Суть его рассуждений сводилась к следующему. Можно считать, что во время истечения рс зависит только от животного, а рпс
- от аппарата. Кроме морфологических особенностей соска на величины ц и £ влияют уровень разрежения под соском рпс и разность давления рр на сосковую резину.
В связи с этим Горм С.Я. считал, что если пренебречь истечением молока из соска при изменении рпс и рр от пороговых до граничных значений ввиду его относительной кратковременности в аппаратах с Рпс > Рг, то отсасывающую способность можно определять из выражения:
Journal of VNIIMZH №3(19)-2015 125
}р05 У*
J=-
т
(2)
Аналитическое выражение функции р05 = ^(^)неизвестно. Ее график Горм С.Я. предлагал строить по графику рпс = который легко получить, осциллографируя разрежение в камерах доильного стакана.
Этот метод, имея большое значение для определения направлений оценки энергетической характеристики доильного аппарата, вместе с тем пригоден только для трехтактных аппаратов и не может использоваться в алгоритмах управления процессом молоко-выведения.
Другим вариантом оценки отсасывающей способности доильного аппарата и взаимосвязи параметров доения является метод, изложенный в способе оценки соответствия показателей молокоотдачи животного и параметров доильного аппарата [2].
Сущность метода сводится к следующему. На основе анализа уравнения (1) и с учетом того, что влиянием избыточного давления над сосковым каналом можно пренебречь, интенсивность молоковыведения можно представить следующим уравнением:
Ч = ТИ/-
2 р
Р
(3)
стикой системы доильный аппарат-вымя животного", т.к. параметры т, р, / - характеристики доильного аппарата, а параметр /характеристика животного.
Параметр е = тц\ — представляет собой
где /- площадь отверстия соскового канала, м2; т - относительная длительность такта сосания; / - коэффициент расхода, учитывающий конструктивные и технологические особенности доильного аппарата; р -разрежение в подсосковой камере доильного стакана, Па; р - плотность молока, кг/м3.
В отличие от предложенного Гормом С.Я. этот метод предполагает учет относительной длительности такта сосания, что исключает необходимость графического интегрирования осциллограмм, но предусматривает экспериментальное определение коэффициентов расхода конкретных типов доильных аппаратов, работающих с заданными параметрами.
Из уравнения (3) видно, что интенсивность молоковыведения является характери-
Р
скорость выведения молока, которую способен обеспечить доильный аппарат. Этот параметр для конкретного типа доильного аппарата определен однозначно и может служить характеристикой его отсасывающей способности. Значение этого параметра может быть определено на основе стендовых испытаний с использованием искусственного вымени с известным значением параметра /.
Средняя интенсивность молоковыведения с[ за время доения равна:
Ч = р (4)
где ( - разовый удой; Т - период моло-коотдачи (время доения).
Тогда уравнение (3) можно представить в виде:
1 ^ ^ 1Р 1 Q 1Р
к - = тти I-или к — = ти I- . (5)
Т ' ^Лр Г/ -\}р
Физический смысл комплекса величин Т О
у = — - средняя скорость истечения молока
через выводной канал соска, при которой за период молокоотдачи происходит полная эвакуация молока из вымени животного. Этот параметр может являться комплексной характеристикой функциональных свойств вымени животного.
Значения величин (и Г могут быть определены по результатам контрольных доек, а параметр / - косвенным путем по результатам доения из условия чтах = Е/. Значение коэффициента к в соответствии с имеющейся априорной информацией [2, 3] можно принять равным отношению максимальной интенсивности молоковыведения к средней.
Отсасывающая способность на первом этапе исследовалась применительно к доильным аппаратам трехтактного типа, двухтактного типа и постоянного отсоса [4, 5]. После этого на основе результатов дисперсионного анализа проведено сравнение теоретической и фактической скоростей истече-
ния модельной жидкости из сосков искусственного вымени (таблица 1).
Таблица 1. Сравнительная оценка результатов __ эксперимента__
Тип доильного аппарата Соотношение тактов, X Рабочий вакуум, р, кПа Теоретическая скорость истечения, Ут, м/с Фактическая скорость истечения, Уф, м/с Доверительный интервал Уф с вероятностью 0,99, м/с
Двухтактный 50:50 40 4,413 4,038 0,915
46,5 4,834 4,515 0,934
53 5,080 4,770 0,939
60:40 40 5,296 4,918 0,929
46,5 5,801 5,476 0,944
53 6,094 5,842 0,959
70:30 40 6,178 5,832 0,944
46,5 6,768 6,477 0,957
53 7,111 6,893 0,969
Постоянного отсоса - 40 8,826 8,420 0,954
46,5 9,669 9,153 0,947
53 10,159 9,885 0,973
Трехтактный 50:50 40 4,413 3,435 0,778
46,5 4,834 4,075 0,843
53 5,080 4,595 0,905
60:40 40 5,296 4,206 0,794
46,5 5,801 4,966 0,856
53 6,094 5,559 0,912
70:30 40 6,178 5,041 0,816
46,5 6,768 5,893 0,871
53 7,111 6,525 0,918
Из данных таблицы видно, что разница между теоретической и фактической скоростями истечения носит не случайный характер, а является результатом воздействия факторов, зависящих от конструктивных особенностей доильных аппаратов и режимов их работы.
Обработкой экспериментальных данных получены уравнения регрессии для определения коэффициента расхода (ц), учитывающего влияние указанных факторов при использовании:
трехтактных доильных аппаратов Ц1 = 0,365+0,1283+0,0089Н; двухтактных доильных аппаратов Ц1 = 0,7661+0,1101т+0,0024Н; доильных аппаратов постоянного отсоса Ц1 = 0,8968+0,0015Н,
Лоигпа! оГ VNIIMZH №3(19)-2015
где т - относительная длительность такта сосания; Н - величина рабочего вакуума, кПа;
Значения отсасывающей способности доильных аппаратов и коэффициентов расхода при различных режимах их работы приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные параметры доильных
аппа ратов и их расходные характеристики
Тип доильного аппарата Соотношение тактов, X Рабочий вакуум, р, кПа Коэффициент расхода, ц Отсасывающая способность доильного аппарата Е, м/с
Двухтактный 50:50 40 0,919 4,038
48 0,934 4,516
53 0,590 4,770
60:40 40 0,929 4,918
48 0,945 5,475
53 0,961 5,842
70:30 40 0,941 5,832
48 0,956 6,477
53 0,972 6,893
Трехтактный 50:50 40 0,784 3,435
48 0,842 4,075
53 0,900 4,595
60:40 40 0,797 4,206
48 0,855 4,966
53 0,913 5,559
70:30 40 0,810 5,014
48 0,868 5,893
53 0,926 6,525
Постоянного отсоса - 40 0,954 8,420
48 0,967 9,153
53 0,973 9,885
При доении двухтактными доильными аппаратами в молокопровод значения отсасывающей способности доильного аппарата корректируются поправочным коэффициентом, зависящим от высоты подвеса молоко-провода (относительно пола). Величины поправочных коэффициентов получены на основе данных Гущина В.А. [6]. Значения отсасывающей способности и коэффициентов расхода при доении в молокопровод приведены в таблице 3. Данные таблиц 2, 3 предназначены для определения эффективности использования доильных установок в реальных условиях производства [7] при различных режимах их работы и в алгоритмах управления процессом доения коров.
127
Таблица 3. Основные параметры двухтактных
Литература:
1. Горм С.Я. Отсасывающая способность доильных аппаратов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1970. №12. С. 21-23.
2. Пат. 2136145 РФ. Способ оценки соответствия показателей молокоотдачи животного и параметров доильного аппарата.
3. Пат. 2180479 РФ. Устройство для измерения частоты и соотношения тактов доильного аппарата.
4. Повышение эффективности использования молоко-проводных доильных установок путём их модернизации / Доровских В.И. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2008. Т. 18. С. 160.
5. Доровских В.И., Дейнега А.П. Оптимизация процесса молоковыведения при доении коров в стойлах // Вестник ВНИИМЖ. 2008. Т. 18. С. 123-128.
6. Гущин В.А. Исследование режимов доения коров и транспортировки молока на установках с молокопро-водом с целью получения высококачественного молока: дис. к. т. н. М., 1978. 203 с.
7. Пути повышения эффективности функционирования средств механизации на семейных молочных фермах / Доровских В.И. и др. // Вестник ВНИИМЖ. 2012. №2.
Literatura:
1. Gorm S.YA. Otsasyvayushchaya sposobnost' doil'nyh apparatov // Mekhanizaciya i ehlektrifikaciya socialisti-cheskogo sel'skogo hozyajstva. 1970. №12. S. 21-23.
2. Pat. 2136145 RF. Sposob ocenki sootvetstviya pokaza-telej molokootdachi zhivotnogo i doil'nogo apparata.
3. Pat. 2180479 RF. Ustrojstvo dlya izmereniya chastoty i sootnosheniya taktov doil'nogo apparata.
4. Povyshenie ehffektivnosti ispol'zovaniya molokoprovo-dnyh doil'nyh ustanovok putyom ih modernizacii / Dorov-skih V.I. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2008. T. 18. S. 160.
5. Dorovskih V.I., Dejnega A.P. Optimizaciya processa molokovyvedeniya pri doenii korov v stojlah // Vestnik VNIIMZH. 2008. T. 18. S. 123-128.
6. Gushchin V.A. Issledovanie rezhimov doeniya korov i transportirovki moloka na ustanovkah s molokoprovodom s cel'yu polucheniya moloka: dis. k. t. n. M., 1978. 203 s.
7. Puti povysheniya ehffektivnosti funkcionirovaniya sredstv mekhanizacii na semejnyh molochnyh fermah / Dorovskih V.I. i dr. // Vestnik VNIIMZH. 2012. №2.
аппаратов и их расходные характе ристики
Высота подвеса молоко-провода, h, м Соотношение тактов, X Рабочий вакуум, p, кПа Коэффициент расхода, f Отсасывающая способность E, м/с
1,0 50:50 40 0,698 3,069
48 0,785 3,793
50 0,801 4,055
60:40 40 0,706 3,738
48 0,803 4,599
50 0,817 4,966
70:30 40 0,715 4,432
48 0,803 5,441
50 0,826 5,819
1,5 50:50 40 0,634 2,786
48 0,710 3,429
50 0,760 3,816
60:40 40 0,641 3,393
48 0,718 4,161
50 0,768 4,674
70:30 40 0,649 4,024
48 0,726 4,923
53 0,778 5,514
2,0 50:50 40 0,574 2,524
48 0,625 3,026
50 0,656 3,291
60:40 40 0,581 3,070
48 0,633 3,663
50 0,663 4,031
70:30 40 0,588 3,645
48 0,640 4,340
53 0,663 4,756
DEFINITION OF MILKING MACHINES' SUCTION ABILITY
V.I. Dorovsky, candidate of technical sciences, professor, leading research worker D.V. Dorovsky, candidate of technical sciences, research worker O.A. Atkeshov, post-graduate student
All-Russian research Institute of equipment and oil products use in agriculture
Abstract. The nature of interaction the machine-animal biotechnical system of elements when cows milking is consider. It is counting that this interaction result is determined by system parameters: on the other hand by milking unit's suction capacity, and the other by cow udder's functional properties. The suction's parameter characterizing the milking machine ability represents the milk velocity in the cow teat's excretory channel, which it can provide. This parameter's value can be determined on the bench tests basis with artificial udder and the teat excretory channel cross section's known value. The cow milking capacity's physical meaning parameter is also defined, that is the average milk velocity through the excretory teat channel, for this milk flow period a complete milk evacuation from the cow udder is transported. This parameter can be the cow udder functional properties' complete characteristics and it is determined on the control milkings' base. The suction parameter's values that the milking machines' ability characterizes regard to three cycles type, two cycles type and continuous suction are determined experimentally. The correction factors of the suction capacity's values are determined at the two cycles type milking by milking machine into the milk pipe. The obtained data are intended to determine the milking systems use effectiveness at their operation real production conditions' different modes and in cow milking process control's algorithms.
Keywords: suction ability, milking machine, measurement method, milking mode.
