Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 9
Задачи исследования 21
ГЛАВА 2. Теоретические исследования параметров рабочих органов доильного аппарата попарного доения, стимулирующего рефлекс молокоотдачи и управляемым режимом работы 22
2.1. Обоснование принципиальной схемы доильного аппарата 22
2.2. Выбор принципиальной и конструктивной схемы электромагнитного пульсатора и оптимизация его параметров 27
2.2.1. Обоснование схемы и конструкции пульсатора 27
2.2.2. Обоснование параметров электромагнитного пульсатора 33
2.3. Выбор принципиальной и конструктивной схемы счетчика молока 41
2.4. Модель функционирования системы "доильный аппарат-животное" 47
2.5. Закономерности воздействия сосковой резины доильного стакана на сосок коровы 56
Выводы по главе 60
ГЛАВА 3. Программа и методика экспериментальных исследований 62
3.1 Программа исследований 62
3.2. Методика экспериментальных исследований 63
3.2.1. Приборы и оборудование 63
3.2.2. Методика исследования параметров сосковой резины доильных стаканов 71
3.2.3. Методика исследования параметров пульсатора 74
3.2.4. Методика исследования параметров счетчик молока 76
3.2.5. Методика лабораторных исследований экспериментального образца доильного аппарата 77
3.2.6. Методика хозяйственной проверки экспериментального образца доильного аппарата 78
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований 80
4.1. Параметры воздействия сосковой резины на сосок коровы 80
4.2. Экспериментальная проверка параметров пульсатора и установление параметров блока управления 91
4.3. Результаты исследования датчика-расходомера 97
4.4. Блок управления доильного аппарата и результаты лабораторных исследований экспериментального доильного аппарата 101
4.5. Результаты хозяйственной проверки экспериментального доильного аппарата 105
Выводы по главе 107
ГЛАВА 5. Экономическая эффективность экспериментального доильного аппарата 110
Общие выводы 114
Библиографический список
Использованной литературы 116
Приложения 130
- Обоснование принципиальной схемы доильного аппарата
- Закономерности воздействия сосковой резины доильного стакана на сосок коровы
- Методика исследования параметров сосковой резины доильных стаканов
- Экспериментальная проверка параметров пульсатора и установление параметров блока управления
Введение к работе
Доение коров является одним из трудоемких процессов в животноводстве. От применяемой доильной техники зависит производительность труда и поддержание продуктивности животных на необходимом уровне. Одним из основных устройств при доении животных является доильный аппарат, который должен соответствовать физиологическим требованиям,предъявляемым к машинному доению. Основными требованиями являются: стимуляция полноценного рефлекса молокоотдачи без затрат ручного труда, полнота выдаивания при каждом доении, интенсивность выдаивания, соответствующая молокоотдаче животных (подстройка параметров и режимов работы в зависимости от динамики молокоотдачи) и безвредность для вымени /11/.
Признано, что существующие доильные аппараты, как в нашей стране, так и за рубежом, не обеспечивают стимуляции рефлекса молокоотдачи, имеют низкую интенсивность доения, необходимость в машинном додое, влияют на заболеваемость коров маститом. Малоэффективное доение приводит к неполному выдаиванию, в результате происходит снижение молочной продуктивности и наступает преждевременный запуск коров /49, 83, 85, 123 и др./. В связи с этим проводятся исследования, направленные на создание таких аппаратов, которые устраняли бы отмеченные недостатки /4, 25, 41, 109 и др./, при этом различные фирмы применяют в принципах работы и в конструкциях доильных аппаратов разнообразные методы, улучшающие отдельные стороны процесса доения.
На агропромышленный рынок специализированные фирмы Швеции «Альфа-Лаваль», ФРГ - «Вестфалия сепаратор», США -Бабсон Бразерз К», Великобритании - «Фульвуд Э Бленд», Франции - «Лорен Котибар», Нидерланды — «Поиеш» и др. поставляют системы автоматизации управления и контроля за процессом доения на базе компьютерной техники /144/. При этом управление касается снижения величины подсоскового вакуума в начале и в конце доения (при интенсивности выдаивания 200 г/мин и менее) и измене-
ния частоты пульсаций (45 - 60 - 45 1/мин). Доильные аппараты производятся в основном с электромагнитными пульсаторами и парного доения (Л-П-левая-правая половины вымени).
В нашей стране разработано несколько типов доильных аппаратов: трехтактный аппарат «Волга», унифицированный доильный аппарат АДУ-1 нескольких модификаций, отличающихся по конструкции, входным и выходным рабочим параметрам и режимам работы. Две модификации этого аппарата (04 и 09), которые в первоначальном варианте были разработаны в СибИМЭ под маркой АДС-1 (аппарат доильный, стимулирующий рефлекс молокоотдачи). Стимуляция рефлекса молокоотдачи обеспечивается колебаниями сосковой резины с частотой 10 Гц во время такта сосания. В последнее время в России разработан доильный аппарат попарного доения «Нурлат» на основе аппарата фирмы «Альфа-Лаваль» (с изменением величины подсоско-вого вакуума в начале и в конце доения).
На всех доильных установках, выпускаемых в настоящее время в России, используется (в основном) однорежимный доильный аппарат с пневматическим мембранным пульсатором. Управлять работой которого в процессе доения практически невозможно.
Таким образом, в настоящее время не существует доильного аппарата, полностью отвечающего физиологическим требованиям животных при доении. Поэтому проведение исследований, направленных на создание доильного аппарата соответствующего основным требованиям физиологии животных при машинном доении является актуальной задачей.
Цель исследований - Повышение эффективности машинного доения коров на основе обоснования параметров доильного аппарата попарного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управляемым режимом работы.
Объект исследований - процессы, протекающие в доильном аппарате попарного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управляемым режимом работы
Предмет исследований - закономерности протекания процессов в доильном аппарате.
Методы исследований. Работа выполнялась в лаборатории механизации животноводческих ферм Сибирского НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства в соответствии с планами НИР по выполнению программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской федерации.
Доильный аппарат рассматривается, как элемент биотехнической системы «доильный аппарат-животное». При этом используются методы моделирования биотехнических систем, методы оптимизации и математической статистики с применением персонального компьютера.
Научная новизна работы заключается:
В разработке модели функционирования биотехнической системы «доильный аппарат-животное», в разработке математических моделей функционирования элементов системы, обосновании параметров элементов доильного аппарата и оценке влияния их на режимы функционирования системы.
В разработке функциональной схемы и алгоритма работы системы управления процессом доения и обосновании параметров блока управления.
Практическая значимость. Обоснованы параметры, режимы и алгоритм работы доильного аппарата со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управляемым режимом работы. Применение доильного аппарата позволяет снизить трудозатраты на ручные операции машинного доения в 1,5 - 2,0 раза (по сравнению с необходимыми по технологии машинного доения), получить чистую прибыль на один доильный аппарат 10,2...17,2 тыс. рублей в год (в зависимости от типа доильной установки).
Результаты исследований могут служить основой создания новых типов доильных аппаратов для различных доильных установок.
Получен патент РФ на электромагнитный пульсатор доильного аппарата (1997 г.).
Реализация результатов исследований. По материалам исследований разработаны исходные требования на доильный аппарат попарного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управляемым режимом работы. Исходные требования рассмотрены и одобрены НТС департамента АПК Новосибирской области (утверждены 25 августа 2003 г.).
Основные положения, выносимые на защиту:
Принципиальная схема доильного аппарата попарного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управляемым режимом работы.
Модель функционирования биотехнической системы «доильный аппарат-животное» и математические модели обоснования параметров элементов доильного аппарата.
Функциональная схема и принцип работы системы управления процессом доения и параметры блока управления.
Параметры рабочих органов доильного аппарата, обеспечивающие его функционирования.
Апробация работы. Основные материалы работы в период с 1996 по 2003 год рассматривались и обсуждались на международных и региональных конференциях, научно-технических советах, в частности:
Конференция молодых ученых посвященная 26-летию СО РАСХН (Новосибирск, 1996 г.);
Конференция научной молодежи «Молодые ученые в решении проблем Сибирской аграрной науки» (СО РАСХН, Новосибирск, 1997 г.);
IX Международный симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных (Оренбург, 1997 г.);
Научная конференция аспирантов и студентов НГАУ (Новосибирск, 1998 г.);
- Конференция научной молодежи СО РАСХН «Вклад молодых ученых в
развитие Сибирской аграрной науки» (Новосибирск, 1999 г.);
Научно-практическая конференция «Механизация животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции в современных условиях» (НГАУ, Новосибирск, 1999 г.);
Международная научно-практическая конференция «Механизация сельскохозяйственного производства в начале XXI века» (НГАУ, Новосибирск, 2001 г.);
- Научно-технический совет департамента АПК Новосибирской области (Новосибирск, 2001 гг.);
- Международная научно-практическая конференция «Информационные тех
нологии, информационные измерительные системы и приборы в исследова
нии сельскохозяйственных процессов» (ГНУ ФТИ, Новосибирск, 2003 г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 11 печатных работах, включая один патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, библиографического списка использованной литературы из 145 наименований, из них 15 на иностранных языках и приложений. Работа изложена на 141 странице машинописного текста и включает 23 таблицы, 36 рисунков и 3 приложения.
Обоснование принципиальной схемы доильного аппарата
В доильных аппаратах зарубежных фирм применяется в основном электромагнитный пульсатор с втяжным якорем. Для разрабатываемого аппарата этот пульсатор не подходит, так как частота срабатывания его якоря не превышает 5 Гц. Больше подходит для рассматриваемого случая пульсатор с дисковым якорем.
Недостатком существующих пульсаторов с дисковым якорем является невозможность получения частот колебаний, достаточных для стимуляции рефлекса молокоотдачи, для чего необходимо, чтобы время срабатывания якоря, как в одну, так и в другую сторону было минимально достаточным. Время срабатывания якоря зависит в одну сторону от тяговой силы электромагнита и в другую сторону от возвращающей силы после отключения подачи напряжения на катушку. В пульсаторе возвращающая сила возникает от перепада давления на атмосферном отверстии, проходящем через центр сердечника магнитопровода. Эту силу обычно увеличивают за счет увеличения массы якоря или постановки возвращающей пружины. Эти способы в данном случае не приемлемы, так как при увеличении массы повышается инерционность якоря, следовательно, снижается частота срабатывания и требуется увеличение мощности катушки. При постановке пружины также требуется увеличение мощности катушки и требуется вводить дополнительно устройство для регулировки усилия пружины. Кроме этого можно получить необходимую возвращающую силу за счет перепада давления, действующего на якорь между атмосферным давлением и вакуумом. В конструкции пульсатора-прототипа возвращающая сила пропорциональна площади отверстия в сердечнике. Поэтому для увеличения частоты срабатывания якоря необходимо увеличивать диаметр этого отверстия. Известно, что тяговое усилие электромагнита пропорционально площади сечения сердечника и при увеличении отверстия в сердечнике для получения необходимой возвращающей силы будет снижаться сечение сердечника, следовательно, и тяговое усилие. Поэтому при увеличении диаметра атмосферного отверстия в сердечнике для сохранения тягового усилия необходимо увеличивать диаметр сердечника, а следовательно, катушки и магнитопровода, что приводит к увеличению габаритов, массы и мощности электромагнита.
Задачей разработки является повышение частоты срабатывания якоря электромагнита для получения необходимых по частоте колебаний переменного вакуума, стимулирующих рефлекс молокоотдачи, путем образования клапанного отверстия атмосферного воздуха за пределами сердечника электромагнита.
Задача решается тем, что наружная часть магнитопровода выполняется с наружным и внутренним фланцами, плоскости которых выполнены на уровне плоскости конца сердечника, а в наружном фланце выполнено кольцевое клапанное атмосферное гнездо с отверстиями.
Наличие наружного фланца магнитопровода с кольцевым клапанным гнездом атмосферного давления позволяет при неизменных габаритах и мощности электромагнита получать необходимую возвращающую силу, действующую на якорь. Благодаря чему при отключении питания катушки эта сила достаточно быстро переместит якорь в нижнее положение, закрывая вакуумное клапанное отверстие и открывая атмосферное. Это позволяет расширить частотный диапазон срабатывания пульсатора без конструктивных усложнений (типа возвращающих пружин) и увеличения мощности электромагнита. Наличие внутреннего фланца магнитопровода и его расположение увеличивает площадь для прохождения силовых линий через воздушный зазор, что уменьшает магнитное сопротивление зазора и тем самым увеличивает первоначальное тяговое усилие, а значит, повышает верхнюю частоту срабатывания пульсатора /81, 94/.
Электромагнитный пульсатор доильного аппарата содержит корпус пульсатора 1, с патрубком атмосферного давления 2, патрубком постоянного вакуума 3 и патрубком переменного вакуума 4, сердечник электромагнита 5, катушку 6, магнитопровод 7, дисковый якорь 8, цилиндрическую дистанционную вставку 9 из диэлектрического материала, воздушный фильтр с гайкой фильтра 10, дросселем 11 и фильтрующим элементом 12. На конце наружной части магнитопровода 7 выполнены наружный 15 и внутренний 16 фланцы плоскости которых располагаются на уровне плоскости конца сердечника 5. В наружном фланце 15 выполнена кольцевая канавка 14 с отверстиями 17, являющаяся атмосферным клапанным гнездом. Между корпусом 1 и фланцем 15 установлена прокладка 18. Дистанционная цилиндрическая вставка 9 с продольными каналами 13 центрирует сердечник 5 относительно магнитопровода 7. Катушка 6 размещена на сердечнике 5, охватываемом наружной частью магнитопровода 7. Дисковый якорь 8 размещен свободно в камере переменного вакуума 20. Якорь 8 имеет по наружной цилиндрической части центрирующий эластичный поясок 19 с вырезами. По наружному краю плоскости якоря 8, обращенной к магнитопроводу 7, размещена кольцевая диамагнитная прокладка 21, внутренний диаметр которой равен или больше внутреннего диаметра фланца 16 магнитопровода 7, а сторона якоря 8, обращенная к патрубку постоянного вакуума 3, снабжена эластичной прокладкой 22. На конце патрубка постоянного вакуума 3, обращенного к якорю 8, образуется вакуумное клапанное гнездо 23. Патрубок постоянного вакуума 3 подсоединен к корпусу 1 при помощи резьбы и имеет прокладку 24 и контргайку 25. Между нижней плоскостью патрубка атмосферного давления 2 и верхними плоскостями цилиндрической дистанционной вставки 9 и сердечника 5 расположена прокладка 26 с отверстиями 27.
Закономерности воздействия сосковой резины доильного стакана на сосок коровы
Амплитуда деформации сосковой резины ух зависит от перепада давления в камерах доильного стакана при определенном вакууме смыкания сосковой резины. Вакуум смыкания сосковой резины практически может изменяться от 5 до 20 кПа (и более) в зависимости от марки доильного аппарата.
Основное усилие передается сосковой резиной на кончик соска по площади SKC, которая представляет из себя площадь сферического треугольника ЛВС (рис. 2.14), где дуга "6" находится на линии сопряжения сферы с цилиндрической частью соска. Проведя дугу "с" из угла В в точку D (центр дуги "Ь"), разделим треугольник на два равных прямоугольных треугольника. Длина дуги "с" (а следовательно и площадь треугольника ЛВС) зависит от величины деформации сосковой резины. Площадь SKC выражается формулой: где см - дуга при максимальном сжатии; А/, Кг - коэффициенты, зависящие от вакуума смыкания и напряжения растяжения сосковой резины.
Для оценки условий свободного извлечения молока из сосков при деформации сосковой резины зависимость между силой Fcp, действующей на сосок (площадь SKC)-, и амплитудой сжатия соска AR выражаем на основе закона Гука следующим образом
Таким образом, для определения воздействия сосковой резины на сосок рассматривались закономерности деформации сосковой резины. Эти закономерности имеют сложный характер и трудно поддаются аналитическому решению. Поэтому проводилось экспериментально-аналитическое рассмотрение этого вопроса. Величину перепада вакуума для получения необходимой амплитуды деформации сосковой резины при определенном вакууме смыкания определяли по экспериментальным данным (см.гл 4). Эти данные связывают АР с Fcp и AR при различных значениях Рвс.
В результате теоретических исследований разработаны и обоснованы конструктивные схемы и аналитические зависимости параметров узлов доильного аппарата попарного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управлением режима работы. 1. Принципиальная схема разработанного доильного аппарата попарного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управляемым режимом доения включает электромагнитный пульсатор попарного доения, счетчик молока и блок управления с изменением соотношения тактов основной частоты в зависимости от интенсивности выдаивания коровы. 2. Разработаны конструктивно-технологическая схема электромагнитного пульсатора попарного доения с дисковым якорем, алгоритм и программа расчета (на языке Delpfi 3.0) параметров пульсатора на основе минимизации мощности катушки при минимальных потерях магнитодвижущей силы. Схема позволяет при соответствующей настройке блока управления обеспечивать необходимую схему работы аппарата (П-Л или П-3). Диаметр вакуумного клапана 6 мм, диаметр выходных патрубков 5 мм, диаметр вакуумного патрубка 8 мм, диаметр сердечника 6 мм, тяговая сила электромагнита 2,55 Н. 3. Обоснованы принципиальная и конструктивная схемы датчика-расходомера счетчика молока со щелевым расходомером и индуктивным датчиком. 4. Разработана модель функционирования биотехнической системы «доильный аппарат-животное», которая отражает взаимодействие рабочих органов аппарата и воздействие их на организм животного, обеспечивая прямые и обратные связи между ними в процессе слежения по кривой молокоотдачи. 5. Разработан алгоритм и программа расчета времени задержки включения стимуляции и соотношения тактов стимулирующей частоты, обеспечивающих допустимый перепад вакуума в камерах доильных стаканов в зависимости от вакуума смыкания сосковой резины и величины рабочего вакуума. Программа исследований Экспериментальные исследования проводятся для уточнения параметров обоснованных в результате теоретических исследований и получения экспериментальных зависимостей. 1. Исследования параметров доильных стаканов (от доильных аппаратов типа АДУ-1, Волга, фирмы «ИТОМАН» (Япония)): силы растяжения сосковой резины в стакане Fpc, амплитуды деформации сосковой резины ух, вакуума смыкания Рвс, и изменения объема межстенных камер AV от перепада вакуума АР в камерах доильных стаканов при различных длинах сосков Lc; 2. Исследование параметров воздействия сосковой резины на сосок: силы воздействия сосковой резины на сосок Fdc от перепада вакуума АР2 для сосковой резины с различным вакуумом смыкания Рвс и длиной сосков Lc; допустимой амплитуды деформации соска АИФ и соответствующей ей силы Fdc p от перепада вакуума ЛР2ф 3. Исследования влияния параметров блока управления (времени задержки tz и соотношения тактов стимулирующей частоты Ас) и пульсатора (хода якоря д, временных параметров переключения якоря tcp, te3) на изменение вакуума в межстенных камерах PM(t) и перепад вакуума АР. 4. Исследования параметров счетчика молока: уровня жидкости в мерной камере датчика расхода от размеров щелевого дросселя и размеров мерной камеры; размеров катушки индуктивности в зависимости от линейности «индуктивность - уровень жидкости»; расхода молока от уровня жидкости в мерной камере и индуктивности катушки первичного преобразователя. 5. Лабораторные исследования режимов работы экспериментального образца доильного аппарата.
Методика исследования параметров сосковой резины доильных стаканов
Включается вакуумная установка и при помощи вакуум-регулятора устанавливается величина вакуума - 50 кПа (контроль по вакуумметру). Кнопкой «Пуск» на лицевой панели блока управления аппарата включается в работу доильный аппарат. Регулировочным вентилем включается подача воды в распределитель жидкости по доильным стаканам. Расход воды контролируется по ротаметру и отслеживается по дисплею счетчика молока аппарата. Фиксируются: - время продолжительности первого режима; - моменты переключения второго режима на третий, третьего на четвертый и четвертого на пятый (по величине расхода и его изменению); - продолжительность выдержки при работе на пятом режиме; - момент отключения работы аппарата. - на всех режимах фиксируется изменение величины вакуума в межстенных камерах доильных стаканов. - производится сравнение задаваемых параметров блоком управления и фактически получаемых в процессе работы доильного аппарата (частота пульсаций, соотношение тактов, расходы при которых происходит переключение режимов работы). экспериментального образца доильного аппарата Хозяйственная проверка проводится на молочной ферме ОПХ "Элитное" на коровах черно-пестрой породы третьей, четвертой лактации со средней продуктивностью 4500 кг молока за предыдущую лактацию. Проверка проводятся с целью оценки влияния разрабатываемого доильного аппарата на процесс молокоотдачи по сравнению с серийным аппаратом АДУ -1 исп. 04. В качестве главного оценочного параметра доильного аппарата принимаем динамику молоковыведения (этот критерий применяется при оценке доильных аппаратов физиологами и испытателями доильных аппаратов /50, 70/). Поэтому проводим оценку доильных аппаратов по динамике молоковыведения /37/.
Подбираются 12 коров, пригодных к машинному доению, согласно правил машинного доения, по 6 коров в 2-х группах, доящихся опытным и сравниваемым доильными аппаратами и обслуживаемых одной и той же дояркой /104/. Группы коров подбираются на четвертом месяце лактации по продуктивности с отклонением в одной группе ±300 кг. Метод проведения исследований - групп-периодов. Опыт проводится в два периода. После окончания первого периода происходит смена доильных аппаратов на группах коров. Продолжительность одного опытного периода 15 дней, предварительного и заключительного периодов - 3 дня. В процессе доения производится запись динамики молоковыведения. В каждую дойку при помощи счетчика молока снимается кривая молоковыведения (разовый машинный удой, продолжительность машинного доения, продолжительность машинного додаивания). Эти данные по каждой выдоенной корове хранятся в памяти блока управления. Ручной додой и процент молочного жира учитываются один раз в пять дней. Процент молочного жира определяется прибором "Клевер". После выдаивания всех коров выход блока управления подключается к входу компьютера и данные записываются на жесткий диск. После проведения исследовний проводится статобработка хранящихся данных на ПК по программе Stat-graf. Статобработке подвергаются такие показатели, как величина удоя, время доения, максимальная и средняя интенсивность доения, ручной додой, процент жира в молоке и ручном додое. По физиологическим показателям динамики молоковыведения: величине удоя, скорости доения, ручному додою, а так же по влиянию аппарата на заболеваемость коров маститом делаются выводы о преимуществах того или иного аппарата.
По программе эксперимента количество короводоек составляет 180. По аналогии с ранее проведенными исследованиями (например, отчет лаб.6 СибИМЭ 1995 г.) это количество экспериментов (короводоек) обеспечивает статистически достоверные данные (95%).
Основными параметрами воздействия сосковой резины на сосок коровы являются сила сжатия Fcp и амплитуда сжатия AR,. соска при деформации сосковой резины. Прежде всего эти параметры зависят от такого физического параметра сосковой резины, как напряжение сосковой резины в доильном стакане ср (вакуум смыкания сосковой резины). В настоящее время на фермах России применяется большое разнообразие доильных аппаратов, у которых сосковая резина различается по физическим параметрам. Поэтому исследования нами проводились на четырех типах сосковых резин, охватывающих существующий на практике типоразмерный ряд по физическим парамертам.
Прежде всего эти типы сосковых резин различаются по диаметру входного (присоскового) отверстия. Сосковая резина ДД 00.41 с диаметром 25 мм относится к большему типоразмеру, 68В-1 с диаметром 22 мм к среднему, Korin-Sir и Korin-NBR с диаметрами 20 и 21 мм к малому. Геометрические и физические параметры исследуемых сосковых резин различных доильных аппаратов приведены в таблице 4.1.
Исследуемые типы сосковых резин имеют значительные отличия по силе растяжения при сборке в доильном стакане, а следовательно и по величине напряжения. Например, напряжение сосковой резины ДД 00.41-А имеет 243 кПа, a Korin-Sir - 477 кПа т.е. почти в два раза больше. Это значит, что деформация разных типов резин при одинаковом перепаде давления (в межстенных и подсосковых камерах) имеет так же значительные отличия.
Исследования амплитуды деформации сосковых резин Ух (вакуума смыкания Рвс) разных марок по центру подсосковой камеры в зависимости от перепада давления АР (межстенные камеры - подсосковые камеры) проведены при помощи прибора ПАСР (рис. 3.3).
Экспериментальная проверка параметров пульсатора и установление параметров блока управления
Время выдаивания одной коровы принимаем в среднем 6 мин (0,1 ч). Мощность электромагнитного пульсатора 4,6 Вт. Расход электроэнергии на выдаивание 200 коров составит 4,60,1-200 = 92 Вт-ч = 0,092 кВт-ч. Этот дополнительный расход электроэнергии компенсируется за счет уменьшения времени выдаивания коров аппаратом АДС-АП на 14,64%, а следовательно снижения затрат электроэнергии вакуумной установкой. Мощность электродвигателя вакуумной установки УВУ-60/45 принимаем 4 кВт (на установках АДМ-8 и УДА-16 их по два). Продолжительность работы установки с серийными аппаратами принимаем 2 часа. Уменьшение времени доения составит 2-0,146 = 0,29 ч. Снижение затрат электроэнергии составит 2-4-0,29 = 2,38 кВт, т.е. происходит снижение затрат электроэнергии на 2,38 -0,25 = 2,07 кВт за одну дойку 200 коров.
Затраты труда при доении серийным и экспериментальным аппаратами принимаем одинаковыми, так как операторы машинного доения выполняют ручные технологические операции на минимальном уровне при использовании любого доильного аппарата. При доении экспериментальным доильным аппаратом АДС-АП это вполне приемлимо. 1. На основе анализа исследований и конструкций доильных аппаратов выбран способ машинного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи, представляющий собой комбинацию обычного способа доения (частота 1 Гц) и «высокочастотных» (10 Гц) колебаний воздуха формируемых в межстен ных камерах доильных стаканов во время такта сосания. Разработана принципиальная схема доильного аппарата попарного доения со стимуляцией рефлекса молокоотдачи и управляемым режимом работы (АДС-АП), включающая электромагнитный пульсатор попарного доения, счетчик молока и блок управления, реализация которой позволяет отслеживать процесс доения, управляя функционированием рабочих органов аппарата, обеспечивая их комплексное взаимодействие с выходом на оптимальный режим доения. 2. Разработана модель функционирования биотехнической системы «доильный аппарат-животное», которая отражает взаимодействие рабочих органов аппарата и воздействие их на организм животного, обеспечивая прямые и обратные связи между ними в процессе слежения по кривой молокоотдачи. 3. Установлены закономерности воздействия силы сжатия сосковой резиной кончика соска от перепада давления в камерах доильных стаканов с учетом величины вакуума смыкания сосковой резины и длины соска. Определены необходимые параметры колебательного вакуумного режима в межстенных камерах доильных стаканов: максимальная и минимальная величины вакуума, соотношение тактов и задержка включения стимулирующих импульсов, обеспечивающие получение допустимой амплитуды сжатия соска при стимуляции рефлекса молокоотдачи равной 1 мм при силе его сжатия 3,2 Н. 4. Разработаны конструктивно-технологическая схема электромагнитного пульсатора попарного доения с дисковым якорем, алгоритм и программа расчета (на языке Delpfl 3.0) параметров пульсатора на основе минимизации мощности катушки при минимальных потерях магнитодвижущей силы. Схема позволяет при соответствующей настройке блока управления обеспечивать необходимую схему работы аппарата (П-Л или П-3). Диаметр вакуумного клапана 6 мм, диаметр выходных патрубков 5 мм, диаметр вакуумного патрубка 8 мм, диаметр сердечника 6 мм, тяговая сила электромагнита 2,55 Н. 5. Обоснованы принципиальная схема и параметры щелевого расходомера счетчика молока. Счетчик обеспечивает измерение расхода (до 5 л/мин) и количества молока до 25 л (погрешность измерения 3%). Расход постоянно передается в блок управления аппарата. 6. Научно обоснован и разработан блок управления работой аппарата на основе микропроцессорной техники, который реализует программу в соответствии с кривой молокоотдачи. Параметры и режимы работы экспериментального доильного аппарата, обеспечиваемые блоком управления: частота основная 1 Гц, частота стимулирующая 10 Гц. Первый режим - соотношение тактов основной частоты 62:38 %, задержка стимуляции 0,1 с; второй режим 75:25 %, - 0,2 с, соответственно; третий режим 62:38 %, - 0,2 с, соответственно; четвертый режим 55:45 %, - 0,3 с, соответственно; пятый режим, как четвертый с периодической выдержкой в 30 с пока расход не будет меньше 0,2 л/мин. 7. Хозяйственная проверка экспериментального аппарата на установке АДМ-8 показала его высокую эффективность, выражающуюся в повышении продуктивности животных. За счет этого чистая годовая прибыль на один доильный аппарат может составить около 10 тыс. р при сроке окупаемости дополнительных капитальных вложений за 1-1,5 года.
