автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Машинные технологии и технические средства для доения овец

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации Санкт-Петербургский Государственный аграрный университет

На правах рукописи

МИРГИЕВ ИБРАГИМ АБДУЛАЕВИЧ кандидат технических наук

УДК 636.11; 636.3

МАШИННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ДОЕНИЯ

ОВЕЦ

специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин-1997г.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте механизации животноводства (ВНИИМЖ), Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации и механизации сельского хозяйства (ВИЭСХ), Дагестанском научно-исследовательском институте сельского хозяйства (ДагНИИСХ).

Научные консультанты:

-заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Ю.А. Цой -доктор технических наук, профессор А.А. Артюшин

Официальные оппоненты:

-Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации,

доктор технических наук, профессор Б.И. Вагин -Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации,

доктор технических наук, профессор Л.П. Карташов -доктор технических наук, профессор Н.П. Тишанинов

Ведущая организация - Подольская машино-испытательная станция.

Защита состоится - «25» декабря 1997г. в 14ч.30мин. на заседании диссертационного совета Д120.37.04 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург-Пушкин, Академический проспект, д.23, ауд.719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан «¿3» 1997г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета С.-ПГАУ:

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

А.В. Соминич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последнее время состояние овцеводства в стране катастрофически ухудшилось. Резко снизилась численность поголовья овец, объемы производства шерсти сократились в 2,6 раза.

Анализ существующих в стране технологий производства продукции овцеводства показывает, что в настоящее время из всего многообразия видов продукции, производимых овцой, хозяйства в основном используют шерсть и баранину, что ограничивает гибкость отрасли и затрудняет выход ее из тяжелого кризиса. При этом, такой важный резерв в повышении эффективности овцеводства, как овечье молоко и продукты его переработки, которые по содержанию питательных веществ и лечебным свойствам значительно полноценнее молока других сельскохозяйственных животных, не используются. Вместе с тем, наши исследования и опыт таких стран как Франция, Турция, Иран, Италия, Болгария и др. показывает, что при реализации овечьего молока и продуктов его переработки хозяйства получают прибыли в 1,5...2 раза больше, чем от реализации баранины и шерсти, вместе взятых.

Потери отрасли из-за неиспользования овечьего молока и продуктов его переработки по Российской Федерации исчисляются суммой 2,5-3 триллиона рублей (по ценам конца 1996г.) Основными причинами, сдерживающими их производство на овцеводческих предприятиях России являются: высокая трудоемкость процессов, которые до сих пор осуществляются, в основном, вручную; недостаточная полнота выдаивания; значительный процент заболевания овец маститом; низкое качество продукции; отсутствие высокопроизводительных, специализированных и эффективных технических средств для доения овец.

Анализ всех аспектов проблемы создания и внедрения установок для доения овец показывает, что существующие исследования и разработки не создают достаточной научной базы для комплексного решения этой проблемы в целом, частный характер исследований и их взаимное несоответствие по технологическим, физиологическим, этологическим, организационным и технико-экологическим параметрам приводит к снижению производительности установок, продуктивности животных, ухудшению качества молока, увеличению затрат труда и, соответственно, себестоимости продукции.

Изложенное дает основание утверждать, что разработка механизированных технологий и технических средств для доения овец

является актуальной проблемой и имеет большое народнохозяйственное значение в повышении эффективности отрасли за счет использования дополнительного резерва (овечьего молока), обеспечения населения страны высококалорийными продуктами питания и сохранения имеющегося в России ценного генофонда овец.

Связь выполненных исследований с государственными программами. Исследования выполнены в соответствии с планами ГКНТ СССР №226 по программам 0.51.28 Ц (1981..,1985гг.), 0.51.3307 (1986..,1990гг.), планами НИР ВНИИМЖа на 1984„.1994гг„ выполняемых по государственному заказу в виде договоров с Россельхозакадемией (ВАСХНИЛ) и Минсельхозпродом России (МСХ СССР).

Завершение дальнейших исследований, выполняется в рамках "Федеральной программы машиностроения для АПК России" (в том числе программы "Фермер"), и программы Россельхозакадемии на 1996-2000гг. по механизации и автоматизации сельскохозяйственного производства, задание 03. "Разработать научные основы создания техники нового поколения для отраслей сельскохозяйственного производства на базе использования достижений в смежных областях знаний".

Результаты работы (в основном в виде исходных требований, рекомедаций, технических заданий, конструкторской документации) приняты к разработке серийных образцов и реализованы при участии автора головными организациями промышленности. Установки поставлены на серийное производство, внедрены и внедряются в овцеводческие хозяйства (см. главу 6).

Использование установок с новой технологией для доения овец с использованием принципа самообслуживания животных на основе их мотивационных проявлений, позволяет исключить стрессовые реакции овец, снизить общий объем ручных операций до 10%, повысить полноту выдаивания до 96% и производительность установки по сравнению с ручным доением - в 2,5...3 раза, а по сравнению с лучшими зарубежными образцами - в 1,9...2,2 раза, получить молоко высокого качества.

Цель работы. Разработать научно-обоснованную механизированную технологию и технические средства для доения овец на основе новых закономерностей их функционирования и принципов создания, оптимизации параметров и режимов работы, обеспечивающих увеличение производства молочной продукции и

рост эффективности отрасли за счет использования дополнительного резерва - овечьего молока.

Объект исследования: физиологические, морфологические, конституционные (технологические) параметры овцематок и средства механизации процесса доения овец.

Научную новизну работы составляют:

- схема биотехнической системы (БТС) процесса доения овец, включающая подсистемы "оператор - доильная установка - животное", отличающаяся от существующих тем, что подсистема "доильная установка" принята как состоящая из двух независимых звеньев: звена "организации потока и фиксации овец" и звена "доильный аппарат";

-математическая модель функционирования биотехнической системы процесса доения овец, учитывающая динамику изменения состояний всех подсистем и обеспечивающая адекватность их воздействий на биологическое звено;

-математическая модель функционирования биологического звена, основанная на динамике изменения психофизиологических состояний овцематки в процессе функционирования БТС, косвенными критериями оценки которых являются внутривыменное давление, скорость молокоотдачи и полнота выдаивания;

-предложенные автором постановка и решение задач по обоснованию принципиально новых технологических схем доильных установок с системой подачи, расстановки и фиксации овец при доении, основанные на принципе самообслуживания животных с использованием мотивационных проявлений при свободном или полувольном способе формирования условных рефлексов;

-теория расчета технологических параметров установок для доения овец, основанная на анализе диаграмм молоковыведения у овец и регламентируемых операций, выполняемых дояром;

-теория расчета кинематических, динамических, геометрических и режимных параметров и технических средств для организации непрерывного потока животных к местам обслуживания с использованием механических и пневмо - вакуумных систем, в которой учитываются упорядоченный вход овец, последовательная расстановка в индивидуальных полубоксах с автоматической их фиксацией и групповой расфиксацией;

-теория расчета испольнительного органа доильного аппарата для овец и обоснование основных параметров и режимов его работы.

Технологические схемы и технические решения по созданию рабочих органов и оборудования защищены 5-ю авторскими свидетельствами на изобретения.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенные в диссертации системные принципы моделирования, оптимизации параметров и режимов функционирования технических подсистем являются научной основой:

- создания и внедения в производство трех типов установок для доения овец (стационарных УДО-Ф-24-1, УДО-Ф-24-1М, переносной УДО-Ф-12 и передвижной УДОП-16) с упорядоченным входом, последовательной расстановкой животных в индивидуальных полубоксах, с автоматической фиксацией и расфиксацией, позволяющих исключить ручной труд;

-результатов исследований математической модели функционирования биологического звена, процесса выведения молока, физиологических и поведенческих особенностей овец позволили обосновать основные технологические, геометрические и эксплуатационные параметры станков, получить аналитические зависимости для их расчета, обеспечивающие свободный или полувольный непрерывный поток овец на установку и из нее и позволяющие исключить стрессовые реакции овцематок;

- результаты исследований морфологических и физиологических параметров овцематок позволили обосновать основные геометрические и режимные параметры исполнительных органов доильного аппарата и получить аналитические зависимости для их расчета, обеспечивающие высокую скорость доения и полноту выдаивания;

- разработанные с использованием результатов исследований рекомендации по доению овец утверждены НТС МСХ СССР (протокол №33/56 а/8 от 26.05.85);

- разработанные с использованием результатов исследований зоотехнические требования на стационарную и передвижную установки для доения овец утверждены МСХ СССР (протоколы №11 от 26.02.86г. и №1520 от 25.09.84г. соответственно);

- практические рекомендации по созданию и эксплуотации установок для доения овец в овцеводческих хозяйствах, разработанные с использованием основных положений и выводов диссертации, способствуют эффективному использованию дополнительного резерва

в овцеводстве и повышению эффективности отрасли

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами приемочных испытаний разработанных доильных установок и их эффективным использованием в овцеводческих хозяйствах России, Украины, Молдавии и Казахстана.

Апробация. Материалы диссертации, начиная с 1982г, ежегодно докладывались на научно-производственных конференциях ВИЭСХ (1982...1984гг) ВНИИМЖ (1984...1997гг), НПО Углич (1993), ВНИИМОЖ (г.Киев, 1987), на VIII Всероссийском и IX Международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных - (г.Оренбург, 1995-1997гг), СибНИПТИЖа (1985г), объединенных заседаниях секций НТС Минсельхоза СССР, Минживмаша СССР и Госкомсельхозтехники СССР (1983, 1985), на объединенных научно-практических конференциях Россельхозакадемии, Минсельхозпрода России, Комитета России по машиностроению (1992...1996гг). Отражены в научно-технических отчетах ДагНИИСХ за 1979...1981гг, ВИЭСХа за 1982... 1984гг, ВНИИМЖ за 1985... 1996гг.

Научно-методическими основами настоящего исследования явились труды ведущих ученых по фундаментальным и прикладным аспектам механизации сельскохозяйственного производства Авокяна Г.И., Агеева JI.E., Атаева И.М., Арановича Н.М., Артюшина A.A., Белянчикова H.H., Билибина Е.Б., Бородина И.Ф., Брагунов Б.Я., Бремера Г.И., Вагина Б.И., Вальдмана Э.К., Городецкой Т.К., Горячкина В.П., Давидсона Е.И., Джапаридзе Т.Г., Дзлиев Х.С., Димова СЛ., Драгомирова А.Н., Дугричилова Д.М., Ерохина А.И., Жирякова A.M., Заритовского, Карташова Л.П., Кармановского Л.П., Кавешникова К.И., Келписа Э.А., Кокориной Э.П., Королева В.Ф., Краморова A.M., Краснова B.C., Краснова Н.И., Крисюка В.И., JIaypca А.Р., Луценко М.М., Любимова Е.И., Мельникова C.B., Мусина A.M., Морозова Н.М., Омбаева A.M., Петухова H.A., Плохинского H.A., Погорелого Л.В., Похваленского В.П., Родоманского В.М., Салманиса А.Я., Сечкина B.C., Скробач В.Ф., Суюнгалиева P.C., Стеценко Г.И., Сыроватка В.И., Смирнова А.И., Тесленко И.И., Текучева И.К., Тишанинова Н.П., Ужика В.Ф., Усаковского В.М.,Феодосьева В.И., Цоя Ю.А., Шевцова В.В., Жирякова A.M., Эрнста Л.К., Яблочкина A.M. и других.

Публикация. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 43 печатных, работах (в том числе 5 авторских свидетельств на изобретение), объемом более 20 печатных листов.

Внедрение результатов исследований. Рекомендации, сформули-рованные в диссертации, использованы при формировании Общесоюзных систем машин: на 1981...1990 гг. (было включено 2 позиции Ж-3.5.01 и Ж-3.5.02); на 1995...2005 гг. (3 позиции Ж-3.4.01; Ж-3.4.02 ; Ж-3.4.03), системы машин для комплексной механизации животноводства Нечерноземной зоны РСФСР на 1981... 1990гг (одна позиция Ж.3.5.01), Федеральной системы технологий и машин для производства и переработки сельскохозяйственной продукции, одобренной постановлением коллегии Минсельхозпрода Р.Ф. и президиумом Россельхозакадемии от 5 декабря 1996г. №11-9/12 (приказ Минсельхозпрода Р.Ф. и Россельхозакадемии «о реализации Системы технологий и машин» от 27 февраля 1997г. №73/15).

Предложенные в диссертационной работе конструктивно-технологические схемы, рекомендованные оптимальные параметры и режимы работы рабочих органов, использованы:

-в зоотехнических требованиях на стационарные доильные установки для овец (№11 от 26.02.8бг), на передвижные установки для доения овец на пастбищах (№1520 от 25.09.84г);

- в технических заданиях, по которым ГСКБ г. Рига с участием автора созданы и прошли государственные приемочные испытания (протоколы №1-88 от 14.03.89; №08-51-87 от 3.09.87; №29-14-87-1 от 11.09.87; 29-47-88 от 3.06.88) и поставлены на серийное производство (протокольное решение по выпуску промышленной партии доильной установки УДО-Ф-24-1, Госагропром СССР №36 от 10.11.86), протокольное решение по выпуску промышленной партии доильной установки УДО-Ф-12, Госагропром СССР №11 от 22.12.88г., акт приемки модернизированной доильной установки УДО-Ф-24-1М от 5.12.1991 г), акт приемки передвижной доильной установки УДОП-16, утвержденной межведомственной комисией Минсельхозпрода России №2-26/479 от 05.07.91г. В установках использованы авторские свидетельства на изобретения №№1107807; 1186172; 1365388; 1613071 полученные автором;

-в концепциях развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства России на 1995г и на период до 2000года (раздел 7.4 механизация овцеводства, Российская

академия сельскохозяйственных наук, М.,1992г);

-в научно-технических программах НИР и ОКР на 1996-2005гг по проблеме "Разработать научные основы, создать и внедрить в производство высокомеханизированные, экологически чистые технологии с комплектами технических средств нового поколения для овцеводства".

-в государственных программах развития машиностроения для агропромышленного комплекса России, Ч.1.М..1992 (утверждена распоряжение Правительства России от 25.05.92, №932-р), раздел "Доение овец" - доильная установка передвижная для доения овец на пастбищах на 12 станкомест УДО-Ф-12-01 и мини-цех для переработки овечьего молока производительностью 50-100кг в смену;

-в постановлении Правительства о программе создания машин для крестьянских и фермерских хозяйств и сельскохозяйственных кооперативов №930 от 16.11.92г„ поз. 148;

-в концепциях Федеральной программы 'Техника для продовольствия России", раздел "Основные направления развития инженерно-технической сферы сельскохозяйственного производства России" (Минсельхозпрод России, Минпром России, ГКНТ- России, Россельхозакадемия, структуры АПК субъектов Российской Федерации, М., 1997г.);

-в проекте Федеральной целевой программы «Стабилизация и развитие инженерно-технической сферы агропромышленного комплекса России» («Техника для продовольствия России») на 1998т2005гг.

Измаильским заводом РТИ Одесской области выпущена опытная партия в количестве 50шт. установок, которые внедрены в хозяйствах Одесской области. Челно - Вершинским машиностроительным заводом выпущены опытные партии в количестве 32 шт. доильных установок, которые внедрены в хозяйства России. Рижским ГСКБ, ОПКБ ВНИИМЖ и ВИЭСХ изготовлены и внедрены в хозяйствах 14 установок, (см главу 7).

Место выполнения работы. В диссертации приведены результаты исследований, проводившихся соискателем и при его непосредственном участии во ВНИИМЖе в лаборатории разработки перспективных технологий в животноводстве и в лаборатории механизации производственных процессов в овцеводстве. В проведении исследований и во внедрении их результатов принимали участие также сотрудники следующих организаций и предприятий:

ВИЭСХ (г. Москва), ВИЖ (г.Подольск), ВНИИОК (г.Ставрополь), ВНИИМОЖ (Украина), НПО Каз.каракуль (г.Чимкент), КазМИС (г.Алма-Ата), ДагНИИСХ (г.Махачкала), ГСКБ (г.Рига), КомплектЖивмаш (г.Кишинев), Машиностроительный завод (г.Челно-Вершины), Механический завод (г.Резекне), завод РТИ (г.Измаил), завод Точ.мех. (г.Одесса), ОПХ "Хунзахское", совхоз Чиркейский (Дагестан), колхоз "Прогресс" (Одесская область), колхоз "Путь Ильича" (Камратский район Молдова), Горно-Карпатская опытная станция (Закарпатская область), племсовхоз "Задарьинский" и колхоз "Жанакудук" (Чимкентская область, Казахстан).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Основной текст содержит 417 страниц машинописного текста, 88 рисунков, 30 таблиц, список использованной литературы, включающий 430 наименований, из которых 42 на иностранных языках. В приложении приведены документы, подтверждающие внедрение разработок, материалы статистической обработки, справки об использовании результатов исследований и другие документы.

На защиту выносятся следующие научные положения и основные результаты исследований:

-Математическая модель функционирования БТС доения овец учитывающая психофизиологическое состояние овцематки, характер изменения состояния всех подсистем обеспечивающая адекватность воздействия на биологическое звено.

-Обоснование принципиально новых технологических схем доильных установок с системой подачи, расстановки и фиксации овец при доении, основанные на принципе самообслуживания животных с использованием их мотивационных проявлений.

-Аналитические зависимости для расчета технологических параметров установок для доения овец основанные на анализе диаграммы молоковыведения и режимных параметров доильного аппарата.

-Алгоритмы расчета геометрических, кинематических и режимных параметров средств для организации потока овец на доение основанные на физиологических,этологических и технологических параметров животных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

Во введении приведены краткое содержание проблемы, цель и задачи исследований, научная новизна и научные положения, выносимые на защиту, а также результаты их реализации.

Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследований

В первой главе дан анализ состояния отрасли, приведена классификация технологических схем установок для доения овец, обобщены и проанализированы результаты исследований технологий и технических средств для доения овец.

Одним из резервов повышения эффективности овцеводства является производство овечьего молока. Для доения овец в России можно использовать более 8... 10 млн. маток и получить от них более 450гыс.т. молока в год. Однако для этого требуются высокопроизводительные технические средства.

Работы по созданию и использованию установок для доения овец ведутся в Швеции, Франции, Англии, Израиле, Турции, Греции, Болгарии, Чехии, Словакии, Венгрии, Новой Зеландии и др.:странах. Многие из этих установок неоднократно завозились в нашу страну и прошли проверку в хозяйственных условиях. Предпринимались попытки механизировать процесс доения овец и в нашей стране. Существенный вклад в это дело внесли Ш.И. Шихсаидов, Д.А. Атаев, А.Я. Салманис, A.M. Яблочкин, Г.И. Стеценко, А.М .Омбаев, В.П. Соловьев, З.А. Гусейнов, Г.И. Овокян, Х.С. Дзлиев, С.З. Даибов и др

Однако результаты испытаний зарубежных и отечественных установок показали, что они не соответствуют требованиям производства как по производительности, так и по качеству выполнения процесса. Полнота выдаивания овец не превышает 50...74%, затраты труда на впуск и выпуск овец велики и составляют 1,5...2,5чел.ч. на ЮОгол, повышение производительности труда по сравнению с ручным доением составляет не более 40%.

Основными причинами низкой эффективности механизации процесса доения овец является некомплексный подход к решению проблемы в целом, частный характер исследований звеньев системы "человек - доильная установка- животное", взаимное несоответствие отдельных элементов и подсистем по технологическим, физиологическим, этологическим, организационным и технико-эко-

номическим параметрам.

Не нашли требуемого освещения в литературе многие вопросы создания и функционирования станков для фиксации овцематок на время доения. В частности, недостаточно изучен вопрос организации потока, расстановки и фиксации овцематок, хотя на их осуществление приходится более 60% затрат труда. Нет данных по изучению воздействия на овцематку исполнительных органов станков и оценке их влияния на физиологическое состояние животных.

В работах по теории доильных аппаратов для овец при выводе ряда зависимостей для расчета исполнительного органа исследователями сделаны такие допущения, которые ограничивают применение полученных аналитических выражений.

Имеющиеся исследования по режимам работы доильного аппарата носят противоречивый характер и не дают конкретных рекомендаций.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - разработать научно-обоснованную механизированную технологию и технические средства для доения овец на основе новых закономерностей и принципов их создания, оптимизации параметров и режимов работы, обеспечивающих увеличение производства молочной продукции и рост эффективности овцеводства за счет использования дополнительного резерва - овечьего молока.

Для достижения поставленной цели предусматривалось решить следующие основные задачи:

1. На основе анализа существующих и собственных исследований по созданию технологий и технических средств для механизации доения овец разработать модель (общую схему) биотехнической системы процесса и обосновать программу исследований по оптимизации параметров ее подсистем;

2. Разработать принципиально новую технологическую схему средств организации непрерывного потока животных - "СОПЖ", с использованием принципа самообслуживания овец на основе их мотивационных проявлений;

3. Разработать и обосновать методы расчета основных технологических параметров и режимов работы подсистемы "СОПЖ";

4. Разработать и обосновать методы расчета основных параметров подсистемы "доильный аппарат", обеспечивающие максимально приближенное к естественному сочетание управляющих воздействий;

5. Разработать зоотехнические требования на стационарную и передвижную доильные установки;

6. Разработать и внедрить в производство технические средства для доения овец, обеспечивающие снижение затрат труда в 3-4 раза по сравнению с ручным доением и повышение качества продукции;

7. Подготовить рекомендации по машинному доению овец.

Глава 2. Теоретические основы создания машин и оборудования для доения овец

Глава посвящена обоснованию и разработке модели биотехнической системы процесса доения овец, общей оценке биологического звена, созданию математической модели ее функционирования и метода управления системой.

Анализ исследований показывает, что овцы менее стрессоустойчивы и более подвержены внешним воздействиям, у них обостренные реакции на пространственную ограниченность, для них свободный и полувольный способ формирования является целесообразным. Все это определяет своеобразный подход при разработке БТС процесса доения овец.

Доение овец необходимо рассматривать как сложную биотехническую систему открытого типа (рис.1) с взаимодействующими подсистемами "оператор - доильная установка - животное". Подсистему "доильная установка" следует рассматривать как состоящую из двух звеньев: звено для организации непрерывного потока овец на места обслуживания (СОПЖ) и звена - доильный аппарат.

Рассматриваемой системе присущи все основные признаки сложных систем: иерархичность, альтернативность, целенаправленность и стохастичность, т.к. внешние воздействия носят вероятностный характер, что сказывается на подсистемах БТС.

Каждая подсистема БТС процесса доения овец имеет свои особенности и задачи, однако все они действуют совместно, так как созданы и функционируют для достижения общей цели - получение максимального количества молока при высокой производительности труда.

Решение таких сложных задач представляется возможным только

и

сопж дмо

У

о

ин

Рис. 1. Схема биотехнической системы (БТС)

-возмущающие функционально-технологические факторы, воздействующие на станок, доильный аппарат и животное; -управляющие воздействия на режимы работы станка для фиксации овец и доильного аппарата;

-средства для организации потока животных, их расстановку и фиксацию на время доения; -доильно-молочное оборудование;

-выходные физиологические и технологические показатели овцематки;

-выходные производственно-экономические показатели; -информация;

Ов -овцематка;

Вс -внешняя среда;

Оп

-оператор;

М.ж. -молочная железа;

ц.н.с.

Горм.с.

-центральная нервная система;

-гормональная система.

на основе системного подхода с применением ЭВМ. При этом, исследуемый объект можно рассматривать как последовательную смену его состояний.

Для оценки и анализа эффективности функционирования каждой подсистемы необходимо представить ее в виде модели, имеющей несколько входов и выходов. Конечным результатом функционирования системы является молоко. Качество и количество получаемого молока при минимуме затратах определяет цель функционирования системы и выражается выходными параметрами 0,0, И/.

Исходя из этого, все входные параметры, влияющие на эффективность функционирования системы, можно условно разделить на две группы, принцип и подходы к изучению которых существенно отличаются.

К одной группе относятся функции Хф и Р, обусловленные заранее известными значениями, которые позволяют определить рабочие параметры средств механизации.

К другой группе относится функция б , носящая случайный характер и возникающая в процессе функционирования системы. Для практического учета случайных факторов необходимо установить закономерность их изменения, дать им количественную и качественную оценку. Поэтому для обоснования оптимальной структуры и режимов работы системы наиболее целесообразным является метод имитационного моделирования.

Анализ взаимодействий подсистем БТС процесса доения овец на основе статистического и имитационного моделирования позволил обосновать и выявить аналитические зависимости входных и выходных связей системы и найти оптимальные параметры и режимы работы технических средств.

Все это позволило разработать этапы и методы комплексного подхода к изучению и созданию процесса доения овец с учетом иерархии технологических, физиологических, этологических, геометрических, режимных, технико-экономических и организационных параметров подсистем, участвующих в процессе доения овец.

Использование структурного метода позволило изобразить процесс доения овец в виде многопараметрической модели с выделенным входом и выходом.

Процесс доения овец можно представить как систему переход которой из одного состояния в другое происходит в случайный непредсказуемый момент времени.

Система процесса доения овец, состоящая из четырех подсистем "оператор - СОПЖ - доильный аппарат - животное", может находиться в одном из следующих состояний:

овцематка (животное):

Sxj - рефлекс молокоотдачи возбужден, животное в нормальном физиологическом состоянии;

5ж2 - рефлекс молокоотдачи заторможен, но животное в нормальном физиологическом состоянии;

Sjk3 - рефлекс молокоотдачи возбужден, животное в беспокойном состоянии;

SX4 - рефлекс молокоотдачи заторможен, но животное в возбужденном состоянии;

станок:

Sci - станок в работоспособном состоянии и способствует повышению количества овец с явным рефлексом молокоотдачи;

Sc2 - станок работоспособен, но слабо влияет на повышение количества овец с рефлексом молокоотдачи;

SC3 - станок допускает срывы в работе и способствует затормаживанию рефлекса молокоотдачи;

SC4 - станок допускает длительные отказы в работе и резко снижает количество овец с рефлексом молокоотдачи;

доильный аппарат:

Sai - аппарат стимулирует рефлекс молокоотдачи и обеспечивает режим доения;

Sa2 - аппарат слабо стимулирует рефлекс молокоотдачи и требует регулировки режимных параметров;

Sa3 - аппарат работоспособен, но не стимулирует рефлекс молокоотдачи;

Sq4 - аппарат допускает отказы в работе и снижает рефлекс молокоотдачи;

Sa 5 - аппарат не работоспособен и снижает рефлекс молокоотдачи;

оператор:

Soi - оператор выполняет процесс доения в соответствии с

технологическим регламентом и способствует повышению рефлекса молокоотдачи;

Бог - оператор частично выполняет технологический регламент и не способствует повышению рефлекса молокоотдачи;

Боз - оператор выполняет технологический регламент с нарушениями и затормаживает рефлекс молокоотдачи.

Для описания процесса доения овец использована теория марковских процессов. При этом принят ряд допущений, которые не противоречат экспериментальным данным: число состояний системы конечно, а вероятности перехода БТС из 1-го состояния в ]-е неизменны во времени; вероятности перехода БТС в новое состояние зависят только от ее предшествующего состояния и не зависят от всех последующих.

Согласно результатам анализа динамики состояний БТС построена графовая математическая модель (рис.2).

Процесс изменения состояний описывается с помощью модели, заданной системой дифференциальных уравнений.

¿Р{§0) Л

с1Р{зж) <л

¿Р&с)

л <1Р@а)

= -КпР^,) - Х„„р(50,) + КгМЗо,) + Х„„р(801)-+ Хир(5с) + Хаор(5а)

= ~ХЖ12Р(5Х1) ~ ^КНР^Ж!)- КнР^п) + ) +

+ + X *4|Р(5«1)- *.ЖоР(ЗЖ) + КжР($Ж) +

+ *.0„р(5с) - Хс|4р(^)- к„р(Зе) - ксжр{ Эс) + Х0с2р^0) = -^а.2Р(За1) + Ха-,р(За1) + Хамр(За1)+ ха21р(3а)-- ^апР(^а) - ^аыР(5а) - КжР{53 ) - ХаоР(Эа) + Ховр(Э0)

(1)

где - интенсивность перехода подсистемы из состояния Э, в состояние в/.

В общем случае в результате решения системы можно получить пару чисел, характеризующих каждое состояние отдельно взятой подсистемы: вероятности Рц ее пребывания в ¡- том или ]-том состоянии и интенсивность перехода X подсистемы из ¡-го состояния в ]-е, что позволяет анализировать влияние любой подсистемы на показатели эффективности системы в целом.

, << <<

>>

>> я

Рис.2. Графовая математическая модель процесса доения овец Весомость каждого звена системы в процессе выдаивания определяется:

О

=гогхм^к

(2)

где Ос, 0оп ,Оа ,Ож- весомость станка, оператора, доильного аппарата и гомеостатических качеств животного, кГ;

Ка

сумма вероятностей наиболее благоприятного

¡-го и 3 -го состояний животных; - системный коэффициент, %.

Процесс обслуживания овцематки рассмотрен с позиции динамики "объекта", работающего в условиях последовательно изменяющихся внешних воздействий (рис.3).

вешняя среза Входные переменные:

со стороны СОПЖ:

Хс.тех - технологические параметры;

Хс.кон - конструктивные параметры;

Хс.кд • кинематико-дина-мические; о* со стороны оператора: - усилие массажа; п" - количество движений;

"I х-Х ____! """ /мас - продолжитель-

ность массажа; У-пер -скорость переходов;

и - продолжительность надевания и снятия доильного аппарата;

х,„. >

К.с '

п" -к V/

\ Р..

1, _> Л ! I.,?» - '"31; и

н ' \ /7 (. ^•42 ^"34 I '«

Е Р. ! Я., Л -

л

V ! !

!

V.

Рис.З.Модель функционирования биологического звена БТС

со стороны доильного аппарата:

с/,/.,/?,/-/ - геометрические параметры сосковой резины;

Е, ц. - физико-технические параметры материала сосковой резины;

Рв - величина вакуума;

п - частоты пульсаций;

V - соотношение тактов;

тп - масса подвижной части.

Каждый из этих факторов в той или иной мере влияет на выходные параметры:

1/а - скорость выведения молока;

И/ - производительность установки;

Опо - полнота выдаивания;

Рвн - внутривыменное давление;

Ооб - общее количество молока.

Биотехническая система процесса доения овец в сути своей больше подвержена рефлексивному управлению (т.к. весь процесс построен на выработке рефлекса у овцематок к различным звеньям системы), но с элементами адаптации, т.к. животное в определенном диапазоне, благодаря гомеостазу, приспосабливается к внешним воздействиям.

Анализ функционирования системы показывает, что доение овец представляет собой процесс, развивающийся во времени и распадающийся на ряд "шагов" или "участков". Такие процессы управляемы, для этого на каждом шаге принимается такое решение, от которого зависит успех данного шага и процесса в целом. Управление

процессом складывается из ряда элементарных шагов управлений. Такой подход наиболее близок и для процесса доения овец (рис.4).

Этологические, физиологические, морфологические I конституционные требования

Обоснование принципиальных технологических схем технических подсистем

Обосноааиие основных параметров и режимов работы рабочих органов технических подсистег

/точнение параметров и режимов работы рабочих органов

Оценка биологического ээенэ

т—¡г

Технологические и технические

1НИЯ

ч

модельная о*ар:

31

¿ог1ж Средства для организации потока овей, их расстановка и фиксация на зремя доения

и. (Г^п.УЛ

Оператор о

модельная* отар;

' 'модельная отаре пг151;п'^п',5,";пг45.

Оценка результата рункциониро&ани? системы

модельная отара

гЛв ;пцг$г;

УУ^/пах^М

Доильный 'в 1 аппарат |

, =(У, Н, 1-„Е, Р„

3

"модельная" отара Ш^тахЩЮ}

Продолжение действия

модегьная отара

Рис.4. Схема управления биотехнической системой процесса доения овец

Эффективность управления процессом доения овец будем оценивать по количеству произведенного молока Ол которое в свою очередь зависит от всей совокупности эффективности шаговых управлений по участкам технологической линии:

где ит - шаговые управления.

Количество полученного молока от усредненной овцематки является функцией:

где П12,3,4 - количество овцематок, перешедших в соответствующие состояния Э^г-вз^.

91,2,3,4 - количество молока, которое в среднем можно получить при соответствующих состояниях овцематки 81,82.83,84.

Глава 3. Обоснование технологических схем, геометрических и режимных параметров технических

подсистем

В ней обоснованы принципиальные технологические схемы средств для организации потока, расстановки и фиксации овец на местах обслуживания, приведен расчет основных технологических, геометрических и режимных параметров рабочих органов станков и доильного аппарата.

Согласно исследований многих авторов, овцы, как и все прочие виды сельскохозяйственных животных, предъявляют специфические требования к кормлению, содержанию и уходу. Они обладают многосторонней продуктивностью и поэтому очень важно стремиться к удовлетворению предъявляемых ими требований, чтобы не нанести ущерба тому или иному виду продукции. В тоже время, в отличие от других сельскохозяйственных животных овцы менее стрессоустой-

(3)

О, -ф(Рш,(5п,\/а,Хтс,Хто,Хта); (4)

чивы, более подвержены внешним воздействиям, у них обостренные реакции на пространственную ограниченность, им необходим постоянный зрительный контакт с впереди идущим животным, они запоминают собственные индивидуальные поступки, случаи опасности и способы защиты от нее, у них сильно развит инстинкт стадности.

Изложенное дает основание утверждать, что для овец наиболее приемлемым является использование принципа самообслуживания на основе их мотивационных проявлений, при свободном или полувольном способе формирования условного рефлекса, что позволит в полной мере учесть специфику поведения овец.

Разработка технологической схемы средств для организации потока включают в себя решение следующих последовательных этапов:

- упорядоченное свободное или полувольное движение овцематок из преддоильного загона на места обслуживания;

- последовательную расстановку овцематок в полубоксах перпендикулярно оси траншеи и их фиксация;

- расфиксация и упорядоченный поочередный выход из установки после доения.

Мотивами для выполнения этих операций должен быть корм, который овцематка получает после того, как встанет на свое место, и удовлетворение ее физиологической потребности в освобождении от накопившегося молока.

Следующим важным моментом является то, что все те движения, которые совершает овцематка, следуя за выполнением своих мотивационных проявлений, геометрию тела и динамику движения необходимо использовать для достижения главной цели самообслуживания животных и автоматизации процесса подачи животных на установку, их расстановки и фиксации на время доения.

Исходя из анализа функционирования биотехнической системы и исследований по проверке различных вариантов средств механизации подачи овец и фиксации их при доении предложена принципиально новая технологическая схема доильных установок в двух вариантах (рис.5).

Особенностью их является то, что в отличие от существующих установок, имеющих переднюю стенку 4 с кормушкой 3 и шейными захватами, заднюю стенку 8 и торцевые стенки 6 с входными и выходными дверками, вводится центральная продольная перегородка 7.

В первом варианте центральная перегородка скомпонована из поворотных панелей.

Работа установки осуществляется следующим образом. Овцы по расколу через входную дверь упорядоченно заполняют узкий проход между задней и средней разделительной стенкой, скомпонованной из поворотных панелей. Последняя по ходу панель не зафиксирована. Между ней и торцевой стенкой имеется значительный просвет, через который первая овца проходит к кормушке и своим туловищем поворачивает незафиксированную панель, образуя первый полубокс и расфиксирует рядом стоящую вторую панель

При попытке доставания корма из кормушки животное автоматически фиксируется за шею у передней стенки. После образования первого полубокса между первой повернутой панелью и расфиксированной второй образуется просвет, куда входит следующая овца и так далее до заполнения всей установки.При выходе овцематки разворачиваясь, своими туловищами возвращают поворотные понели в исходное положение.

Во втором варианте - центральная перегородка выполнена в виде эластичной ленты, связанной одним концом с барабаном, а вторым с кареткой, которая установлена на направляющих, обеспечивающих возможность ее возвратно-поступательного движения, и снабжена запорной дверцей и механизмом фиксации.

К направляющим центральной распределительной стенки смонтированы вращающиеся вертикальные стойки, которые являются разделителями полубоксов. Возвратно - поступательное движение каретки обеспечивается верхним и нижним пневмоцилиндрами.

Причем эти пневмоцилиндры посредством троса, каретки, бара-

. 1 .3 ,6_

впуск |

дояпк ¡¡¡нШ^МгНг

--? ■ 7

- "

I Вариант 8

2

I

II Вариант Рис.5. Технологические схемы установок

бана, эластичной ленты и направляющих блоков соединены между собой в замкнутую пневмомеханическую систему. Схема привода системы для автоматической расстановки и фиксации представлена на рис.6.

Л - 2_ Д_ 4___6_ Л_

10

Рис.6. Привод системы для автоматической расстановки, фиксации и расфиксации овец при доении.

Устройство работает следующим образом. Перед запуском овец на установку вакуум подают к нижнему пневмоцилиндру. Под воздействием разности давлений между атмосферой и вакуумом поршень 3 перемещается вправо и через трособлочную систему и барабан 12 натягивает эластичную ленту 8. Запорная дверца каретки с торцевой стенкой 7 имеет зазор, через который первая овцематка входит в полубокс. При заходе овцематка своим туловищем поворачивает запорную дверцу и расфиксирует каретку, которая под воздействием эластичной ленты с трособлочной системой и пневмоситемой, отъезжает влево на ширину животного и фиксируется, обеспечивая проход следующей овцематки. В дальнейшем процесс повторяется. Далее проводят операции по доению овец. По окончании доения открывают выходную дверь, расфиксируют шейные захваты и выпускают всю группу животных. При этом овцы выходят из установки в той же последовательности, поочередно как и вошли образуя непрерывный поток. Каретка при этом находится в крайнем левом положении, что создает возможность первой по очереди входящей на установку овцематке из новой группы видеть овцематок выходящих по проходу. Свободный обзор входящим овцематкам обеспечивается за счет того, что продольная перегородка в это время

не прикрыта эластичной лентой и представляет собой раму в которой находятся стойки - разделители полубоксов. Как только последняя овцематка предыдущей группы развернется к проходу на выход, а первая очередной группы начнет движение на установку, включают вакуум в верхний пневмоцилиндр и каретка начинает двигаться вместе с овцематками в исходное положение.

Теоретическими исследованиями по обоснованию технологических параметров установок для доения овец установлено, что число одновременно обслуживаемых дояром овцематок связано с продолжительностью активного периода молокоотдачи зависимостью:

П = 1+ -««-» (6)

tH

где taK - продолжительность активного периода молокоотдачи, с;

tH - продолжительность надевания доильных аппаратов дояром, с. Поточность работы установки обеспечивается при условии:

7~а > Тп (7)

'ц — 'Ц > V '

где ,Тц - суммарная продолжительность операций, выполняемых

дояром и помощником, с. Анализ построенных циклограмм показывает, что для первого варианта:

n(tn + tH) + 2tr +2ÍC + U + {оф > 2 n(Bf- + fJ + 4foma + t3K ;(8)

v vos J

для второго варианта:

^пф , (9)

> 2Л ^ + n(teblx +tex)+ 4 tomd +t3K+ 2tk

где tn, tK, td, tc, tnlp, t0(P, tex, tomd, t3K, tebK, tK -продолжительность операций подготовки вымени, надевания аппаратов, доения, снятия аппаратов, подъема и опускания фартука, опускание фартука, разворота и входа овцы в полубокс, открывания дверки, засыпки корма, разворота и выхода из полубокса, открывания и закрывания крана, с;

Sg- ширина полубокса, м;

У00 - скорость движения овцематки по проходу доильной установки, м/с.

Получены аналитические зависимости, позволяющие обосновать технологические параметры установок, в том числе: количество одновременно выдаиваемых овцематок дояром, число обслуживающего персонала, производительность.

При использовании в принятой схеме доильной установки 1-го варианта с поворотными панелями необходимо исключить зажатие овцематки (рис.7). Малая стенка панели должна поворачиваться таким

образом, чтобы не произошло зажатия тела овцематки при развороте и в то же время при полном ее повороте образовался зазор для входа следующей овцы. Следовательно, пере-

крытие прохода Вов, равного ширине овцы, малой стенкой поворотной панели ОД должно запаздывать в целях исключения зажатия животного:

Рис.7. Расчетная схема станка

л| + ДВ

ДЮ)

д в

сой! а + агоэт

V ц

. дв

й/п а + агсБШ — ДВ1 I

где Цв - длина овцы при ее входе в полубокс, м;

Вб - ширина образованно-го полубокса, м;

ДВ - зазор между овцой и средней распределительной стенкой, м;

а - угол загиба малой стенки панели, м.

В ходе теоретических исследований по обоснованию параметров 2-го варианта (рис 8) (геометрических и кинематико - динамических характеристик систем для подачи овцематок на места обслуживания) установлено, что усилие, прилагаемое овцематкой для открытия запорной дверцы, зависит от начального (текущего) объема пневмоцилиндра и эта связь близка к функциональной.

0 Q

прилагаемое овцематкой, не должно превышать 1/6... 1/5 веса животного, а геометрические параметры рабочих органов полубокса и каретки с запорной дверцей должны обеспечить полувольный разворот и

При этом усилие, рилагаемое овце-

V Ц

Я__L—J__

AL _L„

Р.

Рис.8. Расчетная схема изменения силы давления овцы от начальной длины пневмоцилиндра.

проход к кормушке.

В процессе поворота запорной дверки возникает два определяющих момента, которые должны быть подчинены условию:

где Foe - усилие, прилагаемое овцематкой, Н;

Roe - расстояние от оси запорной дверцы до точки приложения силы овцематкой, м; - сила сопротивления поршня, Н; Fd - дополнительная сила сопротивления, которая возникает при

изменении начального объема, Н; RM - радиус оси дверцы, м.

Текущее давление возникающее в пневмоцилиндре связано с начальным объемом зависимостью:

где Рв - величина вакуума в линии, кПа;

/.„ - начальная длина пневмоцилиндра до поворота

овцематкой запорной дверцы, м; А/. - длина участка пневмоцилиндра, на которую перемещается поршень при повороте дверцы, м. Полувольный проход овцематки к кормушке обеспечивается при условии:

FoeRoe

(11)

(12)

где К-/ - коэффициент, учитывающий сопротивление, возникающее в трособлочной системе, трение поршней о стенки пневмоцилиндров и подшипниковых парах барабана и оси каретки.

Одним из условий обеспечения непрерывности потока овец является то, что скорость движения каретки с лентой должна быть равной скорости движения овцематки по проходу (рис 9). Рис.9. Расчетная схема

Скорость движения каретки связана с диаметром и длиной отсасывающего трубопровода зависимостью:

¿+1

' Ц

ре)

Ц р.\)

(14)

где с1тр, /^-соответственно диаметры отсасывающей трубки и пневмоцилиндра, м; цс - коэфициент расхода системы; рц,р0 - соответственно плотность воздуха в пневмоцилиндре и в вакуумной линии; лг - показатель изоэнтропы. Абсолютное давление в рабочей полости пневмоцилиндра связно с силами, возникающими в системе, зависимостью:

^а^ц (Рин + Рщр.к + ^Рщр.ц) ,

(15)

где Ра- атмосферное давление, кПа; Гин- сумма инерционных сил, Н; Fwp.it, Ртр.ц - соответственно, силы трения каретки и поршней о стенки пневмоцилиндров, Н; вц - площадь поперечного сечения пневмоцилиндра, м2.

Эти теоретические исследования, основанные на принципах самообслуживания животных, вызванные их мотивационными проявлениями, легли в основу разработки конструкций установок для доения овец.

Основным элементом доильного аппарата, от качества работы которого зависит процесс молоковыведения. служит исполнительный орган (доильный стакан). Его действующей деталью, непосредственно контактирующей с соском, является сосковая резина, важнейшая функция которой заключается в эффективном воздействии на сосок при периодическом смыкании и размыкании.

Изучению характера воздействия сосковой резины на сосок коров посвящены работы В.Ф. Королева, Л.П. Карташова, И.Н. Краснова, В.Ф. Ужика и др. Исследования по определению оптимальных конструктивных параметров сосковой резины и выявлению их влияния на процессы машинного доения коров проведены Н.Н, Белянчиковым, А.И. Зеленцовым, A.C. Веприцким, С.Г. Аббасовым, Н.П. Прониче-вым, И.В. Жиловым, Ю.С. Караваевым и др. Однако условия смыкания сосковой резины доильного аппарата для овец, согласованность движения смыкания с режимом работы пульсатора остаются недостаточно изученными вопросами.

Необходимость более детального изучения этих вопросов связана с тем, что овцы в отличие от других животных более подвержены заболеванию маститом при нарушении афферентной импульсации

сосков вымени и жестком механическом воздействии на них.

Периодическое смыкание сосковой резины под соском (рис 10) в процессе доения овец является обязательным и очень ответственным моментом, так как при сомкнутом состоянии она предохраняет сосок от воздействия вакуума, создавая при этом условие для оттока крови от кончика соска и, тем самым, восстанавливая нормальное крово-обращение в нем и вымени животного. Достижение Рис.10. Схема для расчета рацио- сосковой резиной сомкнутого нальной длины сосковой резины состояния зависит от длины смы-

каемой части, величины вакуума, частоты пульсаций, соотношения тактов, материала резины и т.д.

Длина сосковой резины имеет большое влияние на работу исполнительного органа, а, в конечном счете, на полноту выдаивания, скорость доения, продуктивность, здоровье овец. Поэтому определение ее рациональной величины представляет научный и практический интерес.

Исходя из этого, получена зависимость для определения рациональной длины сосковой резины:

(16)

где - длина соска, мм;

О

1-у - удлинение соска при воздействии вакуума, мм; Н - высота присосковой камеры, мм; /.„ - длина смыкаемой части сосковой резины, мм; с^- внутренний диаметр сосковой резины, мм. Для описания напряженного состояния сосковой резины в смыкаемой части использована система дифференциальных уравнений В.И. Федосьева для напряженного состояния оболочки под действием давления воздуха:

+ (17)

Р 2

^ 2 ЕЛ

и уравнение перемещения точек поверхности натяжения:

где у - функция растягивающих усилий Т, действующих в оболочке в меридиальном направлении (рис. 10в), зависящая от безразмерного радиуса р;

& - угол, на который поворачивается нормаль к произвольной точке срединной поверхности оболочки при ее деформации, находящаяся на радиусе г от оси симметрии, рад; Т - прогиб смыкаемой части сосковой резины, мм;

- производные по безразмерному радиусу; Л - толщина резины, мм; Е - модуль упругости, кПа; (.1 - коэффициент Пуассона;

г - радиус контура прогнувшейся части сосковой резины, мм.

С целью упрощения математического описания задачи приняты следующие допущения: сосковая резина является цилиндрической оболочкой, выполненной из изотропного материала с отношением длины к диаметру более 10; края оболочки зафиксированы и не имеют радиального перемещения; деформация оболочки подчиняется закону Гука, так как продолжительность действий внешней нагрузки меньше, чем время релаксации.

Решая систему уравнений (16) получаем:

где Г- прогиб в смыкаемой части, мм; |ц -коэффициент Пуассона.

Зависимости (16) и (18) позволяют рассчитать геометрические параметры исполнительного органа, которые обеспечивают его работу по режиму, заданному пульсатором.

Анализ результатов выполненных исследований позволяет выделить параметры оптимизации процесса доения - скорость выведения молока Уд, г/с и полноту выдаивания О, %. Эти параметры являются откликом овцы на внешние воздействия, в частности, и исполнительного органа доильного аппарата, а их количественная оценка позволяет выявить эффективность этих воздействий на выбранные факторы. Специфичность процесса доения вынуждает провести оптимизацию параметров отдельно по Уд и О. Добившись требуемого значения одного параметра, например, О, достаточного, с точки зрения зоотребований, оставить его ограничением и оптимизировать по V

На \/а и О влияют: длина и диаметр сосковой резины, ее физико-механические свойства, значение вакуума, частота пульсаций, соотношение тактов, физиологическое состояние овцы, которые являются факторами, влияющими на параметр оптимизации.

Глава 4. Программа и методика экспериментальных исследований и обработка их результатов

В экспериментальной части диссертации предусматривалось решение двух групп задач.

Проверка адекватности предложенных в работе теоретических моделей и оценка правомерности принятых при их разработке допущений и идеализации. Для такой проверки были использованы результаты как собственных экспериментальных исследований, так и, в некоторых случаях, опытные данные, опубликванные в литературе. К этой группе относятся, в частности, экспериментальная проверка модели системы процесса доения овец, модели функционирования биологического звена биотехнической системы.

Существенные отличия в характере поставленных задач и физической природе исследуемых объектов вызвали необходимость использования в каждом конкретном случае разработанной автором методику экспериментальных исследований и соответствующие приборы и оборудование.

Экспериментальные исследования проведены в лабораторных и хозяйственных условиях.

Исследования в хозяйственных условиях проводились:

1980... 1982гг. - в ОПХ "Хунзахский" Республики Дагестан; 1983г.

- в племсовхозе "Задаринский" Республики Казахстан; 1985...87гг. - в колхозах "Прогресс", "Красный партизан" Одесской области; 1989г. - в Горно-Карпатской опытной станции Львовской области; 1990...1994гг.

- в совхозе "Чиркейский" Бунайского района Республики Дагестан.

В программу включены:

- исследования и оценка физиологических и морфологических параметров биологического звена БТС (форма вымени, диаметр и длина сосков, длина сосков под воздействием вакуума, внутривыменное давление, цистериальная и альвеолярная часть молока):

- исследования зависимости изменения характера молокоотдачи овец от подготовительных и промежуточных операций;

- исследование зависимости скорости выведения молока и полноты выдаивания от геометрических и режимных параметров исполнительного органа доильного аппарата;

- планирование и проведение многофакторного эксперимента по оптимизации режима работы доильного аппарата. Исследования осуществлялись на экспериментальных стендах (рис.11 и 12).

Рис.11. Схема экспериментального стенда.

1-вымя, 2-сосок, 3-мерный стакан, 4-пульсатор, 5-вакуумная линия, 6-вакуумный кран, 7-мерный цилиндр, 8-прижимной кран, 9-молокосборник.

Рис.12. Схема экспериментальной доильной установки. 1 -овцематка, 2-до-ильные стаканы, 3-преобразователи вакуума, 4-кол-лектор, 5-мерный цилиндр, 6-молоч-ный шланг, 7-ви-брогаситель, 8-тензомост, 9-тензо-балка, 10-пуль-сатор, 11-доиль-

,16

ное ведро, 12-вакуумный кран, 13-рессивер, 14-вакуумметр, 15-вакуум-регулятор, 16-ваккумный насос, 17- усилитель, 18-осциллограф, 19-блок питания, 20-прижимной кран.

Исследования проводились на овцематках дагестанской горной, цигайской, каракульской пород. В основном исследованиям подвергались овцематки 2...4 лактаций с суточной молочной продуктивностью не менее 0,35 кГ, средней упитанности.

Далее программой предусматривались:

-исследования геометрических и режимных параметров исполнительного органа доильного аппарата для овец: исследование характера смыкания сосковой резины (давление смыкания при наличии сосков и без них, продолжительность фаз пульсаций в

зависимости от длины, диаметра, толщины, жесткости сосковой резины);

-исследование движения смыкания сосковой резины в зависимости от режима работы пульсатора (от частоты пульсации и соотношения тактов). Исследования осуществлялись на экспериментальном стенде (рис.13).

Исследовалась сосковая резина, имеющая модуль упругости Е=64 кПа, толщину стенок 1,5; 2,3; 3 мм, с длиной рабочей части 100 мм. Длину искусственного соска изменяли в пределах 25...85 мм, а величину вакуума от 5 до 70 кПа.

4 5

17 18

\

23 22

! I-

• i'

:д 12

Рис.13. Схема экспериментального стенда

1-искуственный сосок,

2-сосковая резина, 3-доильный стакан, 4-датчик, 5-щуп-ползунок, 6-пластинка, 7-патрубок, 8,10-преоб-разователи вакуума, 9,11,12,15,16-ваку-умные краны, 17-рес-сивер, 18-вакуумметр, 19-вакуум-регулятор,

20-вакуумый насос, 21-осциллограф, 22-усилитель, 23-блок питания.

Затем проводились исследования кинематических, динамических и технологических параметров исполнительных органов средств для организации непрерывного потока овец на места обслуживания, в которые входило определение: зависимости изменения силы сопротивления запорной дверцы овце от VH, Рф Roe, Rm; зависимости скорости изменения давления в пневмоцилиндре от диаметра dmp и длины Lmp отсасывающей трубки; зависимости изменения скорости каретки от диаметра и длины трубки; зависимости геометрических параметров и режимов работы рабочих органов от конституционных и этологических параметров биологического звена БТС; влияния на производительность установки технологических операций, проводимых дояром и его помощником при машинном доении овец. Исследования осуществлялись на экспериментальных стендах (рис. 14).

_б 7 8 9 ю и 1213 1415 |у Рис. 14. Экспериментальный

стенд для СОПЖ , „ 16 15- 1-вакуумная установка, 2-

4 4 ^ . * _ _ ^ г>н рессивер, 3-вакуумрегулятор,

23 : /1-'?" | | ! р 4-вакуумметр, 5-вакуумный

5" --- ' ! 1„1...................J ^ кран, б-двухходовой вакуумный

; . в,__________кран, 7-дроссельный регулятор,

~ ь ^ , I 8,12,17,19-преобразователь ва-

_ _=*-•=!' I куума, 9-барабан с эластичной -"=7 — лентой, 10,18-анемометр, 11,21-^ верхнии и нижнии вакуумные

24 гз 22 2^2о ;118 цилиндры, 13-поршень, 14-ка-

ретка, 15,15',15"-динамометры, 16-запорная дверца, 20-компенсирующий объем, 22-усилитель, 23-осциллограф, 24-блок питания, 25-обратный клапан.

При исследовании динамики изменений психофизиологических состояний овцематки при функционировании биотехнической системы определялись: зависимость скорости молокоотдачи и полноты выдаивания от физиологического состояния овцематки (Б?, Эз, Б«); влияние кинематико-динамических характеристик средств органицации потока на физиологическое состояние биологического звена сисмемы; влияние подготовительных и промежуточных операций, проводимых оператором, на психофизиологическое состояние овцематки; влияние геометрических и режимных параметров доильного аппарата на психофизиологическое состояние овцематки. Эти исследования осуществлялись на экспериментальных установках, изготовленных в ОПКБ ВНИИМЖ и ВИЭСХ.

Глава 5. Результаты экспериментальных исследований и производственной проверки разработок

Результаты исследований морфологических и физиологических параметров биологического звена БТС позволили обосновать ряд конструктивных параметров станков для подачи, расстановки и фиксации овец. Для этого был использован статистический метод исследования с накоплением исходного материала. В ходе проведения эксперимента установлено:

-средняя взвешенная расстояния от пола до основания сосков

составляет Мезв=263мм, среднеквадратичное отклонение <7взв=32,9мм, глубина траншеи (место работы дояра) - 910...1200мм;

-средняя взвешенная расстояния от перпендикулярной плоскости, проходящей по крайним точкам задней части овцематок к плоскости пола до осевой линии сосков Мвзв= 180,8мм, среднеквадратичное отклонение СУезв=15,8мм, длина молочного и вакуумного шлангов от доильного стакана до коллектора - 195±10мм;

-средняя взвешенная длина сосков овец трех пород (каракульской, цигайской, дагестанской горной) в свободном состоянии составляет Мвзв=30,6мм, среднеквадратичное отклонение СТвзе=6,2мм;

-средняя взвешенная длина сосков овец трех пород под воздействием вакуума составляет Мвзв=61,83мм, среднеквадратичное отклонение (7взе=5,33мм, удлинение сосков овец при такте сосания достигает 100...110%;

-средняя взвешенная диаметра сосков овец трех пород составляет 18,5мм, среднеквадратичное отклонение равно Фезв=2,5мм, рациональный диаметр сосковой резины составляет с/р= 16,7+0,5мм.

Исследования технологических параметров овец позволили установить, что ширина узкого прохода и полубокса Вп= 350±10мм, высота крепления верхней планки средней распределительной стенки /-/лл=1200±50мм, ширина установки Г=750±40мм, расстояние от пола до кормушки - 150+20мм, ширина проема для просовывания головы за кормом - 180±20мм, ширина переднего узкого прохода - 450±20мм, величина зазора между торцевой стенкой и панелью, а также между вновь образованным полубоксом и панелью ДВ=150±10мм, ширина большой и малой стенки поворотных панелей, соответственно, ¿б=200±10мм, м— 120+5мм, расстояние от пола до нижней части поворотной панели (эластичной ленты) - 70+ 10мм, угол загиба малой стенки панели- 20...23°.

Для проверки принятых во второй главе допущений и полученных аналитических зависимостей по обоснованию основных технологических параметров установок проведены исследования процесса молокоотдачи овец (рис.15).

Первые струйки молока появляются через 2...3с после надевания доильного аппарата. Продолжительность бурного истечения молока составляет 30...35с.

0x103,кГ

10

20

30

40

50

1с

Рис.15. Диаграмма молокоотдачи овец 1-активный период молоко-отдачи, Н-сухое доение, III-машинный додой.

Затем скорость молокоотдачи уменьшается и в большинстве случаев доходит до нуля, аппараты работают вхолостую. В течение активного периода молокоотдачи из вымени выводится 70...80% молока,

оставшееся молоко можно получить при проведении промежуточного массажа и машинного додоя. При проведении операции подготовки вымени, промежуточного массажа и машинного додоя удается сократить продолжительность сухого доения до минимума и повысить полноту выдаивания.

Установлено, что дояр одновременно может обслужить 4...6 овцематок или 1...2 доильных аппарата с двумя подвесными частями.

Наилучшие результаты доения достигаются при выполнении комплекса операций: подготовка вымени, промежуточный массаж и машинный додой. Полнота выдаивания при этом может достигнуть 96%. Операция подмывания вымени является нецелесообразной.

Исследования динамики работы исполнительного органа доильного аппарата (рис. 16)подтверждают допущения и утверждения,

принятые в третьей /;мм! а \ 'в'1 с ] главе.

А ---- г- -.....^ С в г г с - >,-

; У /

У

Рис.16. Зависимость смыкания сосковой резины от разности давления в межстенной и подсосковой камерах исполнительного органа (без сосков):

ю

15

20

25 Р.кПа

А, В и С - сосковые резины с вакуумом смыкания, соответственно, - бкПа, 17кПа и 28кПа.

Характер смыкания сосковой резины существенно зависит от физико-механических свойств материала, из которого изготовлена сосковая резина, ее толщины и геометрических параметров.

Характер смыкания сосковых резин при исследованиях без сосков существенно отличается, Для того, чтобы стенки сосковой резины прогнулись на 4мм (50% от потребного) для резины типа А требуется величина вакуума 4,2кПа или 70% от необходимого давления смыкания, В - 15кПа или 86%, С - 24,9кПа или 90% от необходимого.

При наличии сосков характер смыкания сосковой резины существенно меняется (рис.17). Объясняется это тем, что без соска вся рабочая часть сосковой резины может без препятствий совершать колебательные движения. При наличии сосков колебаться может г,мм! лт 0 ^ I только та часть сосковой резины,

которая не облегает сосок.

Рис.17. Зависимость смыкания сосковой резины от разности давлений в межстенной и подсосковой камерах исполнительного органа при наличии сосков (резина А):

1,2,3,4 - кривые смыкания при длине соска, соответственно, 45, 55, О 5 10 15 Р.кПа 65, 70 ММ.

Без соска смыкание резины происходило при Рс=6кПа, а при наличии соска длиной 65мм давление смыкания увеличилось на 100%.

Длина сосков овец оказывает существенное влияние на работу исполнительного органа (рис. 18).

При увеличении длины сосков от 40 до 80мм давление, требуемое для смыкания, увеличивается с 6 до 50кПа. По зависимостям (15) и (18) определены: рациональная длина рабочей части сосковой резины -100±4мм, длина смыкаемой части равна 40±3мм.

Установлено, также что при заданных значениях длины сосков под воздействием вакуума /_у и их диаметра, модуля упругости £, коэффициента Пуассона ц, знание характеристических кривых позволяет подобрать наиболее эффективную сосковую резину.

£„,М1и

р.кП?--------------------------------------Рис.18 Зависимость давле-

ния смыкания сосковой резины от длины смыкаемой части.

/"-теоретическая, Л-экспери-ментальная на искусственных сосках, а' - экспериментальная на сосках овец.

Установлено также, что на основании только кривой пульсации и велины разности давления смыкания, как это принято по существующей методике, нельзя характеризовать работу исполнительного органа доильного аппарата. Для этого необходимо сопоставить характеристические кривые смыкания сосковых резин с кривой

Рис. 19. Номограмма для определения продолжительности тактов сосания и

сжатия: С,В, А - кривые смыкания сосковых резин, Рс/и(6,17,28кПа), ^ж, ¿с- продолжительность тактов сжатия и сосания, с. Зная длину смыкаемой части резины можно определить продолжительность сжатия и сосания соска. К примеру, при /.л=45мм для сосковой резины С /ж=0,38с; для В ¿С=0,39с, /ж=0,35с; для А Ь=0,48с, £ж=0,26с.

Наиболее высокая скорость молокоотдачи наблюдается при длине смыкаемой части сосковой резины 25..,40мм (рис.20).

При увеличении частоты пульсаций более 120мин"' скорость молокоотдачи резко падает, что вероятно можно объяснить физиоло-

пульсации (рис.19).

Рис.20. Зависимость скорости молокоотдачи от длины смыкаемой части сосковой резины и частоты пульсаций:

1,2,3,4,5 - кривые скорости молокоотдачи при частоте пульсаций - 40, 60, 120, 180, 200 пульсов в минуту.

гическими особенностями овец.

Исследования по оптимизации режимных параметров доильного аппарата позволили установить, что оптимальные режимные параметры доильного аппарата определяемые из условий минимума затрат времени на процесс, т.е. при максимальной скорости выведения молока, при полноте выдаивания 93...96%, составляют: уровень вакуума 42...44кПа, частота пульсаций 85...90мин"' при соотношении тактов 2:1.

Эти экспериментальные исследования и теоретические предпосылки (Глава 2) легли в основу разработки метода расчета доильного аппарата для овец.

Результаты экспериментальных исследований технологических и кинематико-динамических параметров средств для организации потока движения овец подтвердили справедливость аналитических зависимостей, полученных в третьей главе, и позволили обосновать ряд конструктивных, технологических и режимных параметров.

Сила сопротивления запорной дверцы овце(рис.21) зависит от начальной длины пневмоцилиндра, площади поперечного сечения, диаметра оси дверцы, величины вакуума и т.д. Исследования показывают, что для овцематок, фиксирующихся в первых семи полубоксах, сила сопротивления дверцы находится в пределах 27-35Н, а для тех маток, которые входят в 8...12 полубоксы, сила сопротивления дверцы увеличивается от 35 до 132Н. Уменшить такой диапазон можно при подключении компенсирующего объема у восьмого полубокса. Установлено, что величина компенсирующего объема равна 2747,5см3.

V.tfVc

0 10 20 30 40 50 L„MM

\

Рис.21. Зависимость сил сопротивления запорной дверцы овце от начальной длины пневмоцилиндра:

120

80

Г - теоретическая кривая, полученная по зависимости (13); 1 - экспериментальная кривая;

40

Т

2 - ломанная линия (при подключении компенсирующего объема у 8-го полубокса) при Оц=5см, Ве=35см, Рв=42кПа, Кг=240,25,

о 1,47 2,84 4,2 7,5 ю' /.„=35,70, 105...420см, Ят=1,7см.

Исследования динамики функционирования продольной перегородки подтвердили справедливость зависимостей (14), (15) и позволили установить, что необходимый диапазон скорости перемещения каретки (0,45...0,65 м/с) вполне обеспечивается при сИтр=8мм и /.тр=2,5м.

В результате анализа рабочего процесса доения овец выявлены основные технологические операции, выполняемые обслуживающим персоналом, действия, которые совершает животное в ходе достижения мотивационной цели, определены их продолжительности:

операции дояра: подъем фартука - 1,5...3с; подготовка вымени -2,5...3с; надевание доильного аппарата - 4..,5с; промежуточный массаж

- 5..6,5с; машинный додой и снятие аппарата - 5...7с; короткий переход

- 1...2с; длинный переход - 2..,4с.

операции помощника дояра: открывание и закрывание входных и выходных дверок - 1 ...2с; расфиксация группы маток - 6... 10с; выгон овцематок - 25...30с; засыпка корма в кормушку - 11...13с (для 12 овцематок).

Овцематки при этом совершают следующие действия: движение по узкому проходу между задней и средней распределительной стенкой до полубокса - 7..,9с; по переднему проходу - 8... 13с; поворот запорной дверцы и вход в полубокс - 2...3с; просовывание головы в проем передней стенки за кормом и фиксация - 2..,3с; вытаскивание головы и расфиксация - З...5с; разворот и выход из полубокса - 4...7с; Наиболее частой в измерениях была величина скорости движения овцематки: при входе - 0,67...0,8м/с; при выходе 0,45...0,63м/с.

Необходимо отметить, что данные по продолжительности

выполнения операций дояром и его помощником могут быть улучшены при повышении их квалификации.

В результате исследований изменений физиологических состояний овцематки установленно:

- когда овцематка находится в нормальном физиологическом состоянии и готова отдать молоко (ЭД ее внутривыменное давление составляет 2508,8...3145,8 Па, при этом скорость молокоотдачи -15,2...21,3г/с, а полнота выдаивания - 82...96%;

- когда овцематка в нормальном физиологической состоянии, но рефлекс молокоотдачи не возбужден (Бг), внутривыменное давление находится в пределах 1303,4... 1470,ОПа, скорость молокоотдачи при этом составила 8...11,7г/с, а полнота выдаивания -64,1...70,3%;

- когда овцематка в беспокойном состоянии, но рефлекс молокоотдачи возбужден (Эз), внутривыменное давление находится в пределах 1862,0...2802.8Па, скорость молокоотдачи при этом составляет 12,5...168 г/с, а полнота выдаивания - 76,9...85%;

- когда овцематка в неспокойном (возбужденном) состоянии и рефлекс молокоотдачи заторможен (вД ее внутривыменное давление находится в пределах 882,0... 1332,8Па, при этом скорость доения составляет 6,1...10,4 г/с, аполнота выдаивания - 60...70%.

При всем этом необходимо отметить, что в процессе исследования наблюдались овцематки, которые в ходе проведения той или иной операции меняли свое начальное состояние, переходя из одного состояния в другое.

Исследования изменения психофизиологических состояний овцематки показали, что:

- в процессе функционирования системы можно управлять биологическим звеном посредством воздействия на него со стороны других звеньев;

- эффективность функционирования каждого звена можно оценить, исходя из динамики изменений состояний биологического звена и достижения системной цели.

Кроме того, эти исследования подтверждают правомерность принятых при разработке биотехнической системы и методов ее анализа допущений и утверждений.

Исследования влияния внешних воздействий на интенсивность перехода биологического звена Я из одного состояния в другое при

прохождении технологической цепи приведены в таблице 1.

Интенсивность перехода X определяли опытным путем со статистической обработкой данных на модельной отаре численностью 100 голов.

Таблица 1

Интенсивность перехода биологического звена из одного физиологического состояния в другое X ("Импульс М-696")

№№ X по графику Номера технологических участков

1-11 II - III Ш-1У 1У-У

1-2 0 0 3 0

1-3 3 6 5 1

1-4 2 0 2 0

2-1 8 10 2 5

3-1 9 14 1 6

4-1 5 4 0 2

2-3 3 4 2 0

2-4 0 0 1 1

3-4 1 4 1 ' 2

4-2 2 2 3 1

На основании этих данных построена гистограмма динамики изменений состояния биологического звена (рис.22) при его прохождении по технологической линии.

Рис.22. Зависимость изменения физиологического состояния овцематок от воздействия на них всех звеньев подсистемы Состояния овцематок: 1-в преддоильном загоне, Н-после взаимодействия с системой подачи, расстановки и фиксации, Ш-после воздействия дояра (проведение подготовительных операций), 1У-после надевания доильных аппаратов, V-окончание доения.

Л,%! 901 80 70 60 50 40 30 20 10 0 ^

1

а,.

1 2 3

»3

ТЬ

4

з я.

В результате этих исследований установлено:

- после подачи, расстановки и фиксации в станке количество овцематок с состоянием 5Ж; увеличивается на 18%, что соответствует состоянию -вс/подсистемы СОПЖ;

- после проведения дояром подготовительных операций количество овцематок с состоянием увеличилась на 21,5%, что соответствует состоянию звена системы «оператор» -Эой

- после надевания доильных аппаратов происходит спад на 7,5% количества овец с явным рефлексом молокоотдачи это указывает на то, что оператор находится в состоянии Бог;

- в процессе доения количество овец с состоянием увеличивается на 13%, что соответствует состоянию Бд/ подсистемы «доильный аппарат».

Расчетные значения вероятности пребывания системы в этих состояниях в процессе функционирования приведены в табл.2.

Таблица 2

Вероятности пребывания овцематки в одном из _физиологических состояний_

Номера участков (операции) Состояние овцематок

РжКЭП Р*2iS2) РжЗ/S 3) Р>K4(S4)

1-Й 0,247 0,099 0,104 0,548

И-Ш 0,602 0,026 0,234 0,141

III-IV 0,510 0,018 0,160 0,150

IV-V 0,778 0,012 0,098 0,112

Результаты этих исследований свидетельствуют о справедливости выбранного подхода при разработке БТС процесса доения овец и полученных аналитических выражений для определения технологических, геометрических и режимных параметров ее подсистем.

Полученные аналитические выражения и результаты экспериментальных исследований легли в основу разработки метода расчета основных параметров средств для организации непрерывного

потока, расстановки и фиксации овцематок при доении.

Глава 6. Внедрение и экономическая эффективность результатов исследований

Реализация результатов исследований осуществлена в виде:

- зоотехнических требований на стационарную и передвижную доильные установки, утвержденные Министерством сельского хозяйства (№11 от 26.02.86г., №1520 от 25.09.84г.);

- рекомендаций по доению овец и переработке молока, утвержденных НТС Минсельхоза СССР (протокол №33/56 а/8 от 28.05.85г.);

- включения в Систему технологий и машин для животноводства 1995-2005гг. по поз. Ж-3.4.01, Ж-3.4.02, Ж-3.4.03;

- путем разработки совместно с конструкторскими организациями 4-х типов установок нового поколения, постановки их на производство (УДО-Ф-24-1, УДО-Ф-24-1М, УДО-Ф-12 и УДОП-16) и внедрения 96 установок в овцеводческие хозяйства.

Внедрение результатов исследований позволяет получить общий экономический эффект более 680 млн. руб.

Глава 7. Общие выводы и рекомендации

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по разработке машинных технологий и технических средств для доения овец позволяют сделать следующие общие выводы:

7.1. Для повышения эффективности отрасли овцеводства наиболее реальной мерой на современном этапе является использование дополнительного резерва - производства овечьего молока и продуктов его переработки, которые пользуются большим спросом как на внутреннем , так и на международном рынках.

Анализ всех аспектов проблемы создания и использования установок для доения овец показывает, что известные исследования и разработки не создают достаточной базы для ее комплексного решения. Изолированность исследований отдельных звеньев оборудования, их взаимное несоответствие по технологическим, этологическим, организационным и технико-экономическим параметрам приводят к снижению производительности труда при доении овец, продуктивности животных, ухудшению качеств молока

и, следовательно, к повышению себестоимости продукции.

7.2. Процесс доения овец представляет собой сложную многоуровневую биотехническую систему "оператор - доильная установка - животное" с чертами автономности ее подсистем, испытывающую воздействия как случайных, так и управляемых входных параметров.

Установлено, что подсистему "доильная установка" следует рассматривать как состоящую из двух звеньев: звено, организующее поток животных к местам их обслуживания и звено - доильный аппарат. Каждое из этих звеньев имеет свое функциональное назначение и призвано решать независящие друг от друга задачи, что позволяет при построении математической модели функционирования системы рассматривать их раздельно.

7.3. Повышение эффективности использования биологического звена, достижение максимального эффекта от воздействий со стороны всех подсистем на систему могут быть достигнуты путем моделирования и обоснования параметров и режимов работы технических средств для организации непрерывного потока животных, их доения и обеспечения оптимального взаимодействия биотехнической системы с учетом изменения исходных состояний ее подсистем в процессе работы.

7.4. Эффективность функционирования системы в целом необходимо оценивать по продуктивности ее биологического звена (подсистемы), а других подсистем - по двум показателям: вероятности пребывания биологического звена в наиболее благоприятном для выведения молока психофизиологическом состоянии и пс интенсивности перехода из худшего состояния в лучшее. Максимум выходных параметров (полноты выдаивания, скорости молокоотдачи и производительности) может быть достигнут при выборе на любом шаге оптимальных управлений соответствующих подсистем.

7.5 Теоретические исследования модели функционирования БТС позволили установить диапазон вероятности пребывания подсистегк' средств подачи,расстановки , фиксации овец (СОПЖ) и доильногс аппарата Р(вс}), Р(ва1)=0,67...0,8; оператора - Р^гМ»,72...0,85 Экспериментально установлено,что вероятность пребываниу подсистем СОПЖ и доильного аппарата составила Р(8С1), Р(За1)= 0,62...0,75, оператора Р(8о1)=0,70.,..0,76, биологического звеш Р^=0,53...0,60, что подтверждает адекватность математической модели.

7.6. Использование основных положений системного анализа позволило рассмотреть во взаимосвязи всю технологическую линию доения овец, обосновать и предложить принципиально новую технологическую схему подсистемы СОПЖ основанную на принципе самообслуживания животных и исключающую их стрессовые реакции.

7.7. На основе анализа обобщенной диаграммы процесса молоковыведения у овец при поточном функционирования СОПЖ построена циклограмма обслуживания животных на доильной установке, получены аналитические зависимости (6...9) для обоснования ее основных технологических параметров: числа одновременно обслуживаемых овец, количества станкомест, доильных аппаратов и производительности.

7.8. Продолжительность активного периода молокоотдачи у овец составляет 30-35с, подготовки вымени - 2,5...3с, надевания доильного аппарата - 4...5с, промежуточного массажа - 5...6с, количество одновременно обслуживаемых овец дояром - 4...6гол, доильных аппаратов - 1...2 с двумя подвесными частями, производительность установок 180...260гол/час. Продолжительность операций, выполняемых помощником дояра, составляет: открывания и закрывания входных и выходных дверок - 1 ...2с, расфиксации группы овцематок - 6..,10с, выхода овцематок из установки- 25...32с, засыпки корма в кормушку - 11... I Зс.

7.9. На основании анализа поведения животных и условий работы станков установлено, что самовольный, свободный и непрерывный поток движения овцематок на установку, их последовательная расстановка, фиксация при адекватности воздействий рабочих органов могут быть достигнуты при следующих условиях:

обеспечение условия исключения защемления овцы (зависимость 10);

соответствия силы сопротивления запорной дверцы физическим возможностям животного (зависимости 11 ...13);

- обеспечения постоянного зрительного контакта между животными;

- равенства скорости перемещения каретки со скоростью движения овцематки (зависимости 14...15).

7.10. Исходя из этих условий определены: ширина малой стенки панели- 120±20мм, большой стенки - 200±20мм, угол загиба малой

стенки - 22±2°, ширина узкого прохода - 350±20 мм, скорость перемещения каретки после полного приучения овцематок -0,63...0,67м/с, при выходе из нее - 0,45...0,63м/с, вакуум в линии - 42 кПа, диаметр пневмоцилиндра- 50мм, длина отсасывающей трубки -2,5м, ее диаметр- 12мм, усилие сопротивления запорной дверцы овцематке - 20...40Н, продолжительность открывания овцематкой запорной дверцы и входа в полубокс - 2...3с, фиксации в полубоксе -2...3с, расфиксации - З...5с.

7.11. Достижение высокой полноты выдаивания и необходимой скорости доения зависит от адекватности воздействий исполнительного органа доильного аппарата физиологическим характеристикам овцематок, которая в свою очередь зависит от геометрических и режимных параметров исполнительного органа. Исходя из этих условий получены зависимости (16...18), позволяющие определить длину смыкаемой части и рациональную длину сосковой резины, обеспечивающие работу исполнительного органа по заданному пульсатором режиму.

7.12. Продолжительность тактов сосания и сжатия может быть определена, исходя из кривых смыкания сосковой резины и характера изменения давления в межстенной и подсосковой камерах исполнительного органа доильного аппарата. Получена номограмма (рис. 19), позволяющая, исходя из размеров сосков овец, подобрать сосковую резину и ее геометрические параметры. На основе статистических исследований цигайской, каракульской и дагестанской горной пород овец определены параметры сосков вымени овец (средняя длина соска в свободном состоянии равна 29±4мм, под воздействием вакуума - 61±5мм, средний диаметр сосков - 18,5±3мм, удлинение сосков овец при такте сосания достигает 100...110%) и сосковой резины (рациональная длина рабочей части составляет 90..,94мм, диаметр - 16±1мм, высота присосковой камеры - 12±2мм). Установлено, что максимальная скорость выведения молока (18г/с) достигается при длине смыкаемой части сосковой резины 30...40мм, а полнота выдаивания (96%) - при ее длине 40...50мм, уровне вакуума -42...46кПа и частоте пульсаций - 80...85мин"' при соотношении тактов 2:1.

7.13. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны и обоснованы методы расчета основных параметров и режимов работы подсистем: "средства для организации движения овцематок в станки, их автоматической расстановки в инди-

видуальных полубоксах, фиксации и организованного выпуска" и "доильный аппарат".

7.14. Весомость подсистем биотехнической системы в достижении цели, оцененное по эффективности воздействий на биологическое звено, составляет: средств для организации потока -26,69%, оператора доения - 35,18%, доильного аппарата - 38,13%.

7.15. Разработанные установки для доения овец позволяют исключить ряд наиболее трудоемких ручных операций, повысить полноту выдаивания до 96% и производительность по сравнению с лучшими зарубежными образцами - в 1,9...2,2 раза, а по сравнению с ручным доением - в 2,5...3 раза, и высвободить: УДО-Ф-24 - 11 человек (3 дояра и 8 помощников); УДО-Ф-24-1М - 13 человек (4дояра и 9 помощников); УДО-Ф-12 - 4 человека (1 дояр и 3 помощника); УДОП-16 - 13 человек (4 дояра и 9 помощников). Общий годовой экономический эффект от использования установок составил 426,4 млн. руб., от реализации дополнительной продукции 610,0 млн. руб. (в ценах конца 1996г).

Литература

1. Миргиев И.А. Обоснование основных параметров доильных аппаратов для овец //НТВ/ ВИЭСХ, вып. 2 (48)-М., 1983, с. 14-16.

2. Миргиев И.А. Новое в машинном доении овец //HTБ /ВИЭСХ, вып. 1 (50), 1984, с.61-63.

3. Миргиев И.А., Шевцов В.В., Винников Н.И. Новая технологическая схема //Тр. ВНИИМЖ, Подольск, 1986-том 2 с.21-23.

4. Рекомендации по организации доения овец и переработке молока (раздел механизации) (в соавторстве). -М., 1985- 22с.

5. Миргиев И.А. Исследование процесса сжатия сосковой резины //МЖФ Тр./ ВНИИМЖ, Подольск, 1986. -с. 17-20.

6. Шевцов В.В., Миргиев И.А. Установка для доения овец //Сельское хозяйство России.- 1987.-№ 5,-с.27-30.

7. Миргиев И.А. Состояние и развитие машинного доения овец // МЖФ Тр. /ВНИИМЖ, -Подольск, 1990, с. 147-150.

8. Миргиев И.А. Основные проблемы механизации овцеводства //МЖФ. Тр./ВНИИМЖ. - Подольск, 1994, с.27-31.

9. Миргиев И.А., Рыжов C.B. Овец доить не - пустое дело

//Сельский механизатор. - 1994 - № 10, с.22.

10. Миргиев И.А., Рыжов C.B. Сыр из овечьего молока - вкусен и полезен. - ! 994,- № ! 0,- с.23.

11. Миргиев И.А., Шайдулин И.Н. Методика расчета основных технологических параметров и ресурсов при проектировании товарных овцеводческих предприятий //Сб. научн. тр./ВНИИМЖ,-Подольск, 1995, том 4, с. 149-157.

12. Миргиев И.А. Исследование процесса обратного тока молока при доении овец//Сб. научн. тр./ВНИИМЖ, - Подольск, 1995, том 4,-с. 158-164.

13. Миргиев И.А., Шайдулин H.H., Рыжов C.B. Алгоритм расчета технологических параметров овцеводческих предприятий //Сб. научн. тр. /ВНИИМЖ "Механизация и автоматизация технологических процессов в животноводстве" - Подольск, 1997.-том 5 -часть П.

14. Миргиев И.А. Методический подход к оценке установок для доения овец //Сб. научн. тр./ВНИИМЖ "Механизация и автоматизация технологических процессов в животноводстве" -Подольск, 1997. -том 5. часть П.

15. Миргиев И.А. Биотехническая система машинного доения овец //Сб. научн. тр. /ВНИИМЖ "Механизация и автоматизация технологических процессов в животноводстве". - Подольск, 1997. -ton 5,-часть П.

16. Миргиев И.А., Рыжов C.B. Совершенствована исполнительного органа доильного аппарата для овец //Техника i сельском хозяйстве. - 1996.- № 5, -с.5-6.

17. Проспект "Доильная установка для овец ДУО-24"/Авторски? коллектив: Шевцов В.В., Миргиев И.А., Салманис А.Я. и др ВНИИМЖ. -Подольск, 1987.

18. Проспект "Переносная доильная установка для овец УДО-Ф-12 /Авторы: Миргиев И.А., Шевцов В.В. -/ВНИИМЖ-Подольск,1989.

19. Проспект "Мобильная установка для доения овец в пастбище УДОП-16".

20. Миргиев И.А. Производство сыра из овечьего молока /, Тезисы докладов научной сессии "Научная концепция производства v комплексной переработки продукции животноводства" /РАСХН.-М. Углич, 1993.

21. Миргиев И.А. Технология и комплекты оборудования для производства сыров из овечьего молока // Тезисы докладов научной конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" - /РАСХН., Минсельхозпрод Р.Ф., Комитет РФ по машиностроению. - М., 1994.

22. Миргиев И.А. Теоретические основы доения овец //Тезисы докладов научно-практической конференции "Научно-техничекий прогресс в инженерной сфере АПК России" -/РАСХН., Минсельхозпрод Р.Ф., Комитет РФ по машиностроению. -М.,1995.

23. Головков В.П., Миргиев H.A.. Исследование процесса переработки овечьего молока /Тезисы докладов Научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" - /РАСХН., Минсельхозпрод РФ., комитет РФ по машиностроению - М., 1995.

24. Миргиев И.А. Проблемы комплексной механизации овцеводства //Тезисы докладов научно-технического симпозиума на международной выставке "Сельхозтехника-95"- /ЗДО "Экспоцентр", Комитет РФ по машиностроению., Минсельхозпрод РФ., Миннауки и технической политики РФ - М., 1995.

25. Миргиев И.А., Смирнов А.И. Особенности обоснования комплектов технических средств для механизации овцеводства //Тезисы докладов конференции "система машин и технологий для механизации и автоматизации животноводства". /ВНИИМЖ, -Подольск, 1995.

26. Миргиев И.А, Рыжов C.B. Особенности оборудования для доения овец и переработки овечьего молока //Тезисы докладов УП Всероссийский симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных, - Оренбург, 1995,- с.43-44.

27. Миргиев И.А. Перспективные направления механизации овцеводства //Тезисы докладов научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России и повышение качества техники" /РАСХН., Минсельхозпрода РФ., Комитет РФ по машиностроению. -М., 1996.

28. Миргиев И.А., Рыжов C.B. Особенности обоснования параметров доильного аппарата для овец //Тезисы докладов Научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России и повышение качества техники" /РАСХН., Минсельхозпрода РФ., Комитет РФ по машиностроению -

М.,1996.

29. Миргиев И.А. Теоретические исследования поточных систем доения овец /Тезисы докладов конференции "Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства" /ВНИИМЖ, -Подольск, 1996.

30. Миргиев И.А. Механизация и автоматизация овцеводства //Тезисы докладов конференции "Научно-технические проблемь механизации и автоматизации животноводства" /ВНИИМЖ • Подольск, 1996.

31. Миргиев И.А. Механизация и автоматизация овцеводстве //Тезисы докладов конференции "Научно-технические проблемь механизации и автоматизации животноводства" /ВНИИМЖ, Подольск, 1997.

32. Миргиев И.А. Теоретические основы расчета установок ДЛ5 доения овец // Тезисы докладов конференции "Научно-технически« проблемы механизации и автоматизации животноводства" /ВНИИМЖ -Подольск, 1997.

33. Миргиев И.А., Шевцов В.В. Исследования влияния частоть пульсаций и соотношения тактов на скорость молокоотдачи и полноть выдаивания овец // Тезисы докладов конференции "Механизация i автоматизация животноводства" /Сиб. НИИЖа -

34. A.C. №1107807 СССР, МКИ А 01 К 1/06; А 01 К 1/12 Привяз! для скота / Артюшин A.A., Дриго В.А., Миргиев И.А. и др. Заявлеж 12.04.83, опубл. 15.08.84, Бюл. № 30.

35. A.C. №1186172 СССР, МКИ А 01 К 1/12. Устройство дл! фиксации животных при доении /Шевцов В.В., Миргиев И.А. и др Заявлено 21.09.83, Опубл. 23.10.85. Бюл. № 39.

36. A.C. № 13653388 (закрытое). Доильный стакан /Шевцов В.В. Миргиев H.A., Винников Н.И. Заявлено 13.12.85, выдано 8.09.87.

37. A.C. № 1613071 МКИ А 01 К 1/12. Устройство дл: расстановки и фиксации животных на доильной площадке /Миргие! И.А., Ханжарова А.Б. Заявлено 22.12.88, опубл. Бюл.№

38. Положительное решение ВНИИГПЭ от 14.11.95 по заявк( 95119247/13 (033727) МКИ А 01 К 1/12. Доильная установка для ове1 /Миргиев И.А., Морозов Н.М.

39. Миргиев И.А. Теоретические основы создания установок для доения овец // Тезисы докладов IX Международного симпозиума по машинному доеншо сельскохозяйственных животных и первичной обработке молока / Оренбург, -1997

40. Миргиев И.А. Результаты исследований сосковой резины доильных аппаратов для овец // Тезисы докладов IX Международного симпозиума по машинному доению сельскохозяйственных животных и первичной обработке молока / Оренбург, -1997

41. Миргиев И.А. Исследования процесса доения овец // Тезисы докладов IX Международного симпозиума по машинному доению сельскохозяйственных животных и первичной обработке молока / Оренбург, -1997

Подписано к печати 10.11.97 Объем 2,2 уч.-изд. л. Заказ 41. Тираж 100 экз.

Участок кооперативной полиграфии ВНИИМЖ