автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Механизированная технология подготовки вымени коров-кормилиц при подсосном методе содержания с определением параметров подмывающего устройства

Г Б ОЛ

На правах рукописи

СУСЛИКОВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

МЕХАНИЗИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

ПОДГОТОВКИ ВЫМЕНИ КОРОВ-КОРМИЛИЦ ПРИ ПОДСОСНОМ МЕТОДЕ СОДЕРЖАНИЯ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ПОДМЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург, 1996

Работа выполнена в Оренбургском ордена Трудового Красного Знамени государственном аграрном университете.

Научный руководитель:

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор, Л.П.Карташов.

Научный консультант:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, С.А.Соловьев

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор, А.А.Аверкиев кандидат технических наук, доцент, В.Т.Козлов

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовател ь-ский институт мясного скотоводства

Защита состоится "_"_\996 г. в_часов на

заседании диссертационного совета Д 120.95.01 при Оренбургском государственном аграрном университете.

Адрес: 460795, ГСП, г.Оренбург, ул. Челюскинцев, 18, ОГАУ, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Оренбургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "_"_1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ^ П.И.Огородников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема сохранности молодняка крупного рогатого скота является одной из наиболее актуальных для современного животноводства. При снижении общей численности поголовья в стране уменьшение отхода молодняка может дать существенный экономический эффект при минимальных затратах.

В настоящее время разработаны перспективные способы содержания телят, в том числе подсосный, поэтому необходимо самое серьезное внимание уделить вопросам их внедрения с возможностью значительного сокращения затрат труда. Последнего можно достичь путем механизации трудоемких операций в технологическом процессе выращивания молодняка.

Существенным резервом уменьшения отхода молодняка является улучшение санитарно-гигиенических условий на животноводческой ферме вообще и, в частности, при подсосном методе - повышение чистоты молочной железы коров-кормилиц. К сожалению, до настоящего времени не разработаны и не выпускаются серийно установки для санитарно-гигиенической очистки вымени коров. Существующие варианты подмывающих устройств предполагают ручное обслуживание и, как результат, неэффективное проведение операций очистки.

Целью настоящего исследования является разработка механизированной технологии выращивания телят подсосным методом с определением параметров установки для подмывания вымени коров-кормилиц.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

1. На основании анализа литературных данных выявить перспективные пути совершенствования технологических решении и вариантов механизации подсосного метода выращивания телят.

2. Теоретическими исследованиями обосновать параметры устройства для подмывания сосков вымени коров-кормилиц с учетом требований по качеству их очистки.

3. Разработать теоретическую модель для определения энергоемкости процесса подмывания вымени.

4. Предложить способ оценки чистоты вымени коров и выбрать эффективный вариант конструкции подмывающего устройства на базе манипулятора.

5. Провести производственные испытания предложенных ва-

риантов технологического оборудования и рассчитать их экономическую эффективность.

Научная новизна состоит:

- в обосновании параметров подмывающего устройства на основе гидродинамической теории струй и энергоемкости процесса мойки;

- в предложении способа и оборудования для оценки санитарно-гигиенического состояния вымени;

- в разработке методики и лабораторной установки для испытаний манипуляторов;

- конструкция подмывающего устройства имеет новизну, подтвержденную авторским свидетельством № 1210740.

Практическая значимость работы. Устройство для подмывания вымени коров-кормилиц может быть установлено практически на всех фермах по выращиванию молодняка. Методы расчета параметров технологического оборудования могут быть использованы при конструировании подобных образцов.

Способ оценки чистоты вымени позволяет быстро определять санитарно-гигиеническое состояние не только животных, но и животноводческого помещения.

Положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование параметров подмывающего устройства на базе манипулятора;

- методы оценки эффективности работы подмывающих устройств в лабораторных и производственных условиях;

- технологические аспекты механизации подмывания вымени у коров-кормилиц.

Реализация результатов исследований.

Предложенные технологические и конструктивные решения механизированного способа выращивания телят применяются в хозяйствах Ташлинского района с положительным экономическим эффектом.

Основные положения технологии выращивания телят отражены в рекомендациях производству: "Опыт выращивания телят подсосным методом" (Оренбург, 1995), одобренных Главным управлением сельского хозяйства Администрации Оренбургской области.

На областном конкурсе им Н.И.Вавилова (1995) работа "Эффективность выращивания телят при подсосном методе" отмечена первой премией.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на научно-технических конференциях Курганского сельскохозяйственного института (1985 г.), Оренбургского государственного аграрного университета (1990-1995 гг.) и на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1994-1995 гг.).

Публикации результатов исследования. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, в том числе одна в виде рекомендаций и одно авторское свидетельство.

Объем работы. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 4 таблицы, 43 рисунка, 20 приложений.

Список литературы включает 138 наименований, в том числе 8 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Дано краткое состояние проблемы механизации технологического процесса выращивания молодняка подсосным методом, сформулирована цель исследования, изложены основные положения, которые выносятся на защиту.

Состояние вопроса, цель и задачи исследования

Одним из перспективных методов выращивания телят является подсосный под коровами-кормилицами, в результате использования которого значительно увеличивается прирост массы животных, уменьшается отход. При этом данный метод не требует больших капитальных затрат.

Высокие санитарно-гигиенические условия реализации данного метода заключаются в выпаивании телятам молока непосредственно из молочной железы коровы Тем самым в организм теленка не должна попадать патогенная микрофлора. Последнее требование может быть выполнено только при обеспечении качественной очистки сосков вымени.

Для проведения санитарной обработки вымени коров в настоящее время разработано достаточно много конструкций подмывающих устройств. Большой вклад в разработку технологических приемов обработки вымени, теорию вопроса обоснования конструктивных параметров оборудования внесли такие ученые как

Е.И.Админ, Э.К.Вальдман, Л.П.Карташов, Э.А.Келпис, С.А.Соловьев и другие.

К сожалению; отсутствуют надежные методики оценки эффективности работы подмывающих устройств и общего санитарно-гигиенического состояния помещения фермы, вследствие чего в производственных условиях трудно прогнозировать качество получаемого от коров молока.

Таким образом, необходимо разработать способы определения оптимальных параметров технологического оборудования для подмывания с точки зрения качества очистки поверхности вымени.

Другим аспектом рассматриваемой проблемы является необходимость автоматизации процесса выращивания телят, для чего следует рассмотреть возможность применения предлагаемых конструкций подмывающих устройств в комплексе с манипуляторами.

Теоретические основы процесса струйной очистки

Очистка любой поверхности связана с затратами энергии в основном на преодоление адгезии к поверхности.

Для ведения процесса струйной очистки необходимо затратить определенное количество тепловой и механической энергии:

Е = Ет + Ем , (1)

где Е - суммарная энергия, затрачиваемая на ведение процесса очистки,

Ет - тепловая энергия, Ем - механическая энергия.

Тепловая энергия необходима для снижения прочностных характеристик загрязнений, механическая - для разрушения загрязнений и их удаления из зоны очистки. Носитель тепловой и механической энергии - моющий раствор.

При принятой схеме очистки тепловая энергия, затрачиваемая на обмывание сосков вымени одного животного, составит:

Ет = М-С ^Ц^ , (2)

где М - масса моющего раствора, затрачиваемого на обмывание сосков вымени одного животного, кг;

С = Ср - средняя массовая теплоемкость моющей жидкости в интервале температур ( - I, ), кДж/кг °К;

12 и - соответственно температура воды при поступлении в водонагреватель и на выходе из него, °С; Г) - КПД нагревательной установки.

Механическая энергия определяется из выражения:

Е" = Чшг{оц кДж ' (3)

где Н - напор моющей жидкости перед насадком, м, - расход моющей жидкости, м3/с; р - плотность моющей жидкости, кг/м3; I - время очистки, с; § - ускорение свободного падения, м/с3;

С энергетической точки зрения процесс струйной очистки следует осуществлять при минимально возможном расходе моющей жидкости и максимально возможном напоре перед насадком.

Проведенные исследования показали, что при контакте струи моющей жидкости с поверхностью соска образуются две характерные зоны, отличающиеся по характеру силового воздействия на загрязнения (рис. 1).

Зона Д характеризуется высокой концентрацией нормальных напряжений. Площадь этой зоны определяется диаметром насадка и углом атаки струи. Для определения размеров зоны Е рассмотрим задачу о движении жидкости, полученного в результате соударения струи с очищаемой поверхностью (рис. 2).

Расход жидкости в элементарном секторе с углом Лср составит:

Л<3 = /зУИгАф , (4)

где Ь - переменная толщина слоя жидкости в рассматриваемом сечении цилиндрической поверхности радиуса г, V - скорость струи, м/с.

Из соотношения следует, что с изменением скорости толщина слоя растекающейся жидкости изменяется с радиусом по гиперболическому закону. Из условия сохранения расхода и сохранения количества движения получим следующие соотношения:

Рис. 1. Схема воздействия струи на поверхность.

/>}/,,/,///, ¿/^////У^, ,,/■/////•////,///,77

Рис 2 Расчетная схема струи, соударяющейся с поверхностью.

TTd2

4r

¿ к í

hcos9d<p = —--sirup ^gj

¿.л

| h sin фёф

где d = dH - диаметр струи, равный диаметру насадка.

С помощью этих уравнений можно найти закон изменения слоя жидкости в выбранном сечении. Будем искать этот закон, как частное решение системы уравнений в следующем виде: h

ь- у ■"■' ■ ' (7>

i - sin а ■ siп<р

где h| ,п - функции угла а , которые нужно определить.

Подставляя значения (7) в уравнение (5) и (6) и проводя необходимые преобразования, получим:

h0 cos2a

и - 7———-—--, (V)

1 + sm-a - zsinot совф

v. d2

где ho = 87

Из уравнения (8) следует, что толщина слоя жидкости в любом сечении цилиндрической поверхности не зависит от скорости течения жидкости, а является функцией d и угла соударення.

Решая уравнения относительно г, получим уравнение контура слоя жидкости - эллипса в полярных координатах:

г =

] - е соsq> d- eos2«

8h 1 + sin2«. ' (9)

2s¡ncx

e =

1 + sin2a

Полученные выражения следует использовать в практических

расчетах для определения количества насадок в предложенном устройстве.

Кроме того в теоретических исследованиях определены значения напряжений, возникающих при ударе струи о вымя, что необходимо для оценки влияния подмывающего устройства на степень реализации рефлекса молокоотдачи у коров.

Для определения возможности автоматизации процесса надевания стаканов подмывающего устройства на соски вымени коровы рассмотрена модель силового контакта стенок стакана с соском. В результате выяснилась необходимость создания расширенной верхней части стакана и установки его в специальные (самоустанавливающиеся) гнезда поддерживающей платформы.

Методика экспериментальных исследований

При разработке устройства для подмывания вымени мы выделяли два аспекта:

1. Эффективность обработки вымени может быть достигнута проектированием соответствующего исполнительного органа.

2. Исполнительный орган может быть доставлен под вымя и установлен с помощью механизмов привода, смонтированных на передвижных тележках или на стационарных манипуляторах.

Первый аспект проблемы является превалирующим на этапе конструкторских решений, связанных с непосредственной обработкой вымени, а второй - на этапе технологических разработок.

В качестве исполнительного органа мы предложили использовать специальные стаканы, установленные на захватном устройстве манипулятора (структурная схема приведена на рис. 3). Каждый стакан предназначен для подмывания отдельного соска вымени коровы. Техническая новизна исполнительного органа подтверждена авторским свидетельством на изобретение № 1210740.

Для обоснования возможности механического захвата сосков с помощью стаканов, установленных на платформе в самоустанавливающихся гнездах разработана методика и испытательное оборудование - имитатор вымени. Контроль и управление манипулятором осуществляется по основному показателю, характеризующему полноту возбуждения рефлекса молокоотдачи у коров - упругости сосков. Упругость сосков регистрируется с помощью специального устройства и является управляющим сигналом в системе управления манипулятором

Рис. 3. Схема манипулятора платформа; 2 - датчик упругости сосков; 3 - распределитель моющей жидкости; 4 - цилиндр; шланг; б - вакуум-провод; 9 - пневмоцилиндр; 10 - контроллер; ¡1 - шланг; 12 - кран.

Для определения рабочих параметров подмывающих устройств была разработана экспериментальная установка, структурная схема которой представлена на рис. 4. В частности, с помощью данной установки можно выявить размеры зоны действия нормальных напряжений и изучить влияние некоторых технологических факторов очистки на размеры этой зоны.

Оценить эффективность обработки вымени коров в производственных условиях можно, используя методику и оборудование для контроля чистоты сосков. Основу методики составляет определение световой плотности отработанной моющей жидкости, отобранной с помощью разборного стакана с разбрызгивателем.

Для выбора оптимальной конструкции подмывающего устройства была разработана и реализована матрица трехфакторного эксперимента.

Кроме того, в главе' представлены технологические решения подсосного метода содержания телят с учетом предлагаемого комплекса оборудования для санитарной обработки вымени коров-кормилиц

Результаты экспериментальных исследований

Проведенный комплекс исследований по выявлению параметров подмывающего устройства в зависимости от ряда технологических факторов можно проиллюстрировать рядом графических материалов (см. рис. 5,6,7,8 и 9).

В ходе реализации трехфакторного эксперимента получена модель вида:

у = 0,069 + 0,0039 X, + 0,012 Х2■+ 0,0034 X, Х2 -0,00088 X, Х3 + 0,0081 Х2 Х3 + 0,0056 X, Х2 Х3

где у - чистота сосков,

X! - тип устройства (с одним и двумя кольцевыми разбрызгивателями);

X, - расход жидкости; Ч

Х3 - диаметр отверстий разбрызгивателя.

Производственные эксперименты показали эффективность предложенных технологических и технических мероприятий, что можно проследить по данным таблицы 1.

8 3

1 - водонагреватель; 2 • термометр; 3 - шланг; 4 - вентиль; 5 - головная часть; б - цапфа; 8 - манометр; 9 - гайка; 10 - исследуемый насадок; 1! - экран; 13 - резервуар; 14 • вентиль; 16 - защитная пластина.

П, см'-'/с

} >

С

)

А

0,8 1,0 1.2 1,4 1,6 1.8 р - Ю5 Па

Рис. 5. Зависимость производительности очистки от давления перед насадком.

П, см2/с

6 5 4

3 '2 I

10 20 _ 30 40 50 60 70 80 90 а0

Рис. 6. Зависимость производительности очистки от угла атаки.

к

{ Ж (

/ ч

*

Таблица 1

Динамика живой массы групп телят.

Возраст, Группа

мес. опытная контрольная

Живая масса, кг

При рождении 32,7 + 0,42 32,2 + 0,41

1 месяц 55,3 + 0,54 43,4 + 0,48

2 месяц 78,5 + 0,92 58,5 + 0,53

3 месяц 104,4 + 1,95 73,5 + 0,75

Среднесуточн ый прирост, г

0 - 1 753,3 + 6,89 373 + 4,25

1 - 2 748,4 + 8,01 487 + 5,89

2-3 843,3 + 10,1 500 + 5,82

В главе приводятся данные экономической эффективности предложенных мероприятий.

П, см2/с СМ 3/с

12 И 10 ! J

;

/у '

9

! /

6 5

1.0

1.5

2,0 с1„

Рис. 7. Зависимость производительности очистки от диаметра насадка. I - П = / (<и 2 - <3 = / Ын);

Рис. 8. Зависимость размеров и конфигурации пятна очистки от угла атаки (плоский образец).

Рис. 9. Подбор общего числа и взаимного расположения насадков.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основании анализа литературных данных и передового опыта ведения отрасли животноводства обнаружена необходимость совершенствования подсосного метода выращивания молодняка в направлении улучшения санитарно-гигиенической очистки вымени коров-кормилиц.

2. Классификация существующих способов и технологического оборудования для обработки вымени коров выявила преимущества подмывания сосков с минимальным расходом чистой воды и высокими качественными показателями чистоты поверхности.

3. Теоретические исследования показали, что наиболее значимыми технологическими факторами струйной очистки вымени являются угол атаки, диаметр насадки и напор моющей жидкости перед насадкамн. В зоне взаимодействия струи моющей жидкости с поверхностью соска установлено наличие двух зон, отличающихся по характеру силового воздействия на загрязнения.

4. Лабораторными экспериментами подтверждены основные результаты теоретических исследований, получены значения основных технологических параметров, обеспечивающих максимальную производительность очистки с одиночной насадкой.

Очистку следует вести насадками диаметром 1 мм при угле атаки 45° и давлении перед насадком 2x10' Па.

5. Предложено устройство и методика для определения чистоты сосков грубым и тонким способом, что позволило выявить время необходимой обработки - 30 с.

6. Устройство для санитарной обработки сосков наиболее рационально использовать вместе с манипулятором, размещаемом в санпункте. При этом управляющим сигналом в системе обработки информации будет изменение упругости сосков в процессе подготовки коровы.

7. Экономическая эффективность применения комплекса предложенных технических и технологических решений выражается в увеличении прироста массы телят - суточный прирост 840 грамм.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. А.С. № 1210740, Устройство для санитарной обработки вымени (В.И.Сусликов, С.А.Соловьев).

2. В.И.Сусликов. Механизация обслуживания коров-кормилиц при подсосном способе содержания телят. (Тезисы докладов научно-производственной конференции научных сотрудников и преподавателей. Оренбург, 1996).

3. В.И .Сусликов, Е.Д.Сусоев, И .А.Бунин, Г.Н.Козаченко, А.К.Яхин. Опыт выращивания телят подсосным методом. (Рекомендации Оренбург, 1995).

4. Е.Д.Сусоев, В.И.Сусликов. Методика контроля санитарного состояния вымени (тезисы докладов региональной конференции молодых ученых и специалистов. Оренбург, 1995).

5. В.И .Сусликов. Теоретические аспекты разработки оборудования для обработки вымени коров—кормилиц при подсосном методе выращивания молодняка. (Тезисы докладов региональной конференции молодых ученых и специалистов. Оренбург, 1996).

6. В.И.Сусликов. Интенсивный метод выращивания молочного скота. (Сложные биотехнические системы. Тезисы докладов конференции. Оренбург, 1996).

СУСЛИКОВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

МЕХАНИЗИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ ВЫМЕНИ КОРОВ-КОРМИЛИЦ ПРИ ПОДСОСНОМ МЕТОДЕ СОДЕРЖАНИЯ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ПАРАМЕТРОВ ПОДМЫВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного п оизводства

АВТОРЕФЕРАТ

диссе тации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Фо мат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,2. Печать one ативная. Бумага офсетная. Га ниту а Antiqua. Заказ № 89 Ти аж 100 экз.

Отпечатано в Издательском Центре ОГАУ