автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка комплекта контрольно-измерительного оборудования для молочных ферм

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Оренбургский государственный аграрный университет

На правах рукописи

КЛЮШИН ДМИТРИЙ ИЛЬИЧ

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКТА КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МОЛОЧНЫХ ФЕРМ

Специальность 05.20.01 "Механизация сельскохозяйственного

производства"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -Заслуженный деятель науки и техники России, доктор технических наук, профессор Л.П.Карташов

Оренбург - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ ...........................................................................................5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ....................12

1.1. Влияние свойств вымени на показатели эффективности машинного доения коров ....................................................12

1.2. Необходимость ведения отбора коров для машинного доения на современных животноводческих фермах ..........23

1.3. Оценка свойств молокоотдачи ..............................................29

1.4. Технические средства контроля, применяемые для от-

..... ■ - .у4*}

бора коров при машинном "доении .................... 35

1.5. Физиологическая оценка эффективности работы доильного аппарата..................................... 44

1.6. Цель и задачи исследования........................ 52

1.7. Выводы............................................. 54

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ............................. 56

2.1. Формирование продуктивности молочного скота при .действии биотехнических .систем.................... 56

2.2. Теоретические исследования моделей лактационных кривых и их математический анализ................. 62

2.2.1. Анализ моделей лактационных кривых ......... 64

2.2.2. Анализ формы лактационных кривых ........... 67

2. 3. Обоснование направления по формированию вымени высокопродуктивных коров ............................ 75

2.4. Исследования влияния свойств вымени на показатели эффективности машинного доения .................... 82

2.5. Условия функционирования и оценка погрешности измерения существующими счетчиками молока ........... 90

2.6. Теоретические исследования по определению времени опорожнения мерных колб .устройств, измеряющих количество молока в отдельно выводимой порции ....... 117

2.7. Выводы............................................ 123

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ................ 124

3.1. Методика оценки свойств вымени ..................... 124

3.1.1. Методика оценки морфологических свойств вымени ....................................... 124

3.1.2. Методика оценки физиологических свойств вымени ....................................... 125

3.2. Методика оценки равномерности развития четвертей вымени............................................ 126

3.2.1. Методика определения интенсивности доения .. 127

3.2.2. Основные принципы работы устройств, для почетвертного доения ....................... 135

3.2.3. Принцип работы доильного устройства для автоматического взятия проб молока в процессе доения .............,........................ 145

3.3. Методика оценки физиологичности доильного аппарата .............................................. 148

3.4. Частные методики экспериментальных исследований ... 156

3.4.1. Методика определения времени опорожнения мерных камер измерителя порций молока ...... 156

3.4.2. Методика оценки инерционности пневмопривода предлагаемых устройств ..................... 158

4. РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ..... 160

4.1. Проведение хозяйственных испытаний по оценке физиологичности доильных аппаратов .................... 160

4.1.1. Влияние параметров аппарата на его работо-

способность ................................ 176

4.1.2. Исследования влияния измерителя на вакуумный режим работы аппарата.................. 182

4.1.3. Оптимизация конструктивных параметров доильного аппарата........................... 182

4.2. Экспериментальные исследования аппарата ........... 190

4.2.1. Изучение влияния параметров устройства на

его работоспособность ...................... 190

4.2.2. Проведение хозяйственных испытаний почет-вертного потокомера ........................ 194

4.3. Определение затрат времени при доении ............. 200

4.3.1. Определение пригодности коров к машинному

доению..................................... 202

4.4. Выводы.................'........................... 207

5. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПО ИНФОРМАЦИОННО-ПРОГРАММНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ МОЛОЧНОЙ ФЕРМЫ ................................ 210

5.1. Алгоритм и программа по расчету технического обслуживания комплекта контрольно-измерительного оборудования для молочных ферм....................... 213

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.............................................. 219

СПИСОК ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................. 224

ПРИЛОЖЕНИЕ ................................................ 238

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных вопросов в решении проблемы механизации и автоматизации молочного животноводства остается машинное доение коров, на которое приходится 40...65% всех трудовых затрат по обслуживанию и уходу за животными .[64].

Эффективное развитие молочного животноводства возможно лишь на основе дальнейшей специализации, концентрации, интенсификации и индустриализации производства. Совершенствование существующих, а также внедрение новых устройств и технологий, должны обеспечить повышение продуктивности молочного скота, улучшение качества молока, сокращение затрат труда, средств и времени на его производство.

Машинное доение - одно из основных звеньев в технологии производства молока. Эффективность машинного доения выражается в получении высоких результатов путем наименьших материальных, финансовых и трудовых затрат. Наиболее успешное и экономически эффективное применение : машинного доения требует решения ряда конкретных задач. Наиболее важные из них - научная организация процесса машинного доения, совершенствование доильной аппаратуры и методов их оценки на физиологичность, улучшение селекционной работы и определение пригодности коров к машинному доению. Последняя задача становится более актуальной особенно на малых животноводческих предприятиях, где основным предметом труда являются животные с индивидуальными особенностями. Пригодность этих животных к промышленной технологии, то есть выравнивание стада путем стандартизации (отбор коров по пригодности их к машинному доению) - одна из наиболее сложных задач, от решения которой в большой степени

зависит эффективность машинного доения. Стандартизация животных необходима для того, чтобы сократить сроки создания новых машин, приборов, механизмов, упорядочить обслуживание и управление, обеспечить возможность инструментального контроля, контроля технологических параметров, облегчить условия достижения требуемого уровня качества, снизить трудо- и энергозатраты, себестоимость продукции.

В настоящее время молочные фермы и комплексы страны укомплектованы доильными установками, рассчитанными на "среднюю" корову, и животными, различными по хозяйственно-полезным и биологическим признакам. Поэтому эффективность использования доильных машин, их безвредность для организма коров будет определяться следующими факторами: степенью совершенства конструкции и эксплуатационным состоянием доильных машин, пригодностью коров к машинному доению, организационно-технологическими факторами доения.

Недооценка какого-либо из этих факторов приводит к нарушению взаимодействия организма коровы и .доильной машины, что отражается на организме животного вообще и, в первую очередь, на состоянии вымени.

В настоящее время разработано много конструкций доильных машин, детали которых, соприкасающиеся непосредственно с выменем коровы, рассчитаны на "среднюю" (стандартную) форму соска определенной формы и размеров.

При ручном доении оператор может приспособиться к индивидуальным особенностям коров (тугодойности, различной продуктивности четвертей вымени) и режим доения может менять в зависимости от размеров и формы сосков. Практически можно было бы создать исполнительный орган доильного аппарата самых разных конструктив-

но-технологических форм и размеров, но в эксплуатации применение их немыслимо, так как режим работы доильной машины нельзя приспособить к индивидуальным особенностям каждой коровы.

Причиной неудовлетворительного доения машиной могут быть слишком длинные или слишком толстые соски, неправильная форма вымени и т.п. В большинстве случаев бывает, что какая-нибудь четверть вымени выдаивается менее интенсивно, чем остальные. Некоторые животные очень медленно отдают молоко и выдаиваются плохо, что нежелательно с точки зрения экономии труда. Исключение из машинного доения животных с явными анатомическими недостатками вымени и физиологическими расстройствами молокоотдачи устранит один из факторов недовольства доильными машинами [39,40].

В то же время, формировать стадо для машинного доения по породному принципу невозможно, так как пород, пригодных к машинному доению, не существует [5].

Только стандартизация самих животных, то есть выравнивание, отбор их по морфологическим признакам и физиологическим свойствам вымени может обеспечить эффективное использование доильных аппаратов, повысить продуктивность коров, ликвидировать заболевания вымени, облегчить правильное выполнение технологии процесса доения. Уровень стандартизации оказывает самое непосредственное влияние на такие установки, как "елочка", "карусель".

По мнению многих авторов [6, 29, 38, 64, 132, 150], наиболее эффективная работа доильной установки может быть обеспечена при наличии на комплексе не менее 70% животных желательного типа.

Из вышеизложенного следует, что основным условием повышения эффективности машинного доения является - комплектование стада коров, наиболее удовлетворяющих требованиям рассматриваемого тех-

нологического процесса - машинного доения и более жесткий контроль (отбор) разрабатываемых доильных аппаратов по степени их воздействия на вымя животного.

Тема диссертации является составной частью координационной программы научно-исследовательских работ Оренбургского аграрного университета на 1996...1999 г.г. О.сх. 42.01.06 Н-3 "Разработать способы повышения эффективности машинного доения, обеспечивающие наиболее полную реализацию генетического потенциала" и факультетской научно-исследовательской темы: "Разработать предложения по совершенствованию средств механизации и автоматизации сельскохозяйственных технологических процессов и методов их использования" номер ГР 01860081270.

Учитывая актуальность отбора коров для машинного доения, необходимости оценки стрессоустойчивости животных и физиологичности применяемой доильной техники, была поставлена цель: обоснование и разработка комплекта контрольно-измерительного оборудования для молочных ферм и методик их оценки.

Объектом и предметом исследования являются процесс машинного доения коров аппаратом для раздельного выдаивания четвертей, и для автоматического взятия проб молока.

В связи с вышеизложенным в работе были поставлены и решены следующие вопросы по рассматриваемой проблеме:

- проведен анализ влияния свойств и показателей вымени на эффективность машинного доения, а также технических средств, применяемых для отбора коров; составлена их классификация;

- дана информационная оценка свойств, показателей вымени и технических средств для их определения;

- теоретически обоснованы конструктивно-технологические па-

раметры доильных аппаратов для качественного выдаивания вымени коровы и автоматического взятия проб молока в процессе доения;

- уточнены условия функционирования и проведена оценка погрешности измерителей индивидуального учета молока теоретически обосновано снижение погрешности определения функциональных показателей животных при уменьшении длительности цикла регулирования измерительного устройства;

- уточена аналитическая зависимость для определения времени опорожнения распределительной камеры.

Разработана методика оценки синхронности молокоотдачи четвертей в процессе доения, позволяющая характеризовать стрессоус-тойчивость животного. Разработана методика оценки доильных аппаратов на физиологичность. Проведены исследования работоспособности и надежности доильных устройств почетвертного выдаивания и для автоматического взятия проб молока в процессе доения.

Методика исследований. В основу теоретических исследований положены элементы теории: информации, автоматического регулирования, моделирования, расчета пневматических механизмов..

Для решения поставленных задач разработаны и использованы частные методики: оценки морфологических свойств и физиологических показателей вымени, определения режима работы доильных устройств, определения интенсивности доения.

Экспериментальные исследования проводили с применением контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры. Результаты экспериментальных исследований обрабатывали с использованием методов математической статистики и на ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложена методика оценки доильных аппаратов на физиоло-

гичность;

- получены аналитические зависимости изменения содержания жира, белка, лактозы в молоке за все время доения животного;

- разработана методика оценки стрессоустойчивос.ти коровы по коэффициенту синхронности молокоотдачи четвертей вымени коров;

- теоретически обоснованы конструктивно-технологические параметры доильных устройств;

- уточнены условия функционирования и проведена оценка погрешности измерителей индивидуального учета молока, теоретически обосновано снижение погрешности определения функциональных показателей животных при уменьшении длительности цикла регулирования измерительного устройства;

- уточнена аналитическая зависимость для определения времени опорожнения распределительной камеры.'

Практическая ценность. Применение комплекта контрольно-измерительного оборудования для раздельного выдаивания четвертей вымени коров позволяет получить достоверную, более полную информацию о физиологических показателях вымени и снизить затраты труда при подборе коров к машинному доению; для автоматического взятия проб молока - установить изменение структурного состава молока в процессе доения и оценить доильные аппараты на физиологичность.

Разработана техническая документация на изготовление комплекта контрольно-измерительного оборудования. Результаты исследования могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями при проектировании доильных устройств и контрольно-измерительного оборудования для молочных форм.

Апробация работы: Результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях ЧГАИУ (г.Челябинск,

1996...1998 г.г.), ОГАУ (г.Оренбург, 1996...1999 г.г.), ОГУ (г.Оренбург, 1997...1998 г.г.).

Рекомендации по физиологической оценке доильных аппаратов доложены и одобрены на научно-техническом Совете департамента сельского хозяйства при администрации Оренбургской области.

Публикации: Основные положения диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах общим объемом 1,5 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы (... наименований) и приложения (... стр.), изложена на страницах машинописного текста, содержит ... таблиц, ... рисунков. Работа выполнена на кафедре "Механизация животноводства" Оренбургского ордена Трудового Красного Знамени государственного аграрного университета в соответствии с комплексной проблемой 0.51.12.02.К.02 "Разработать предложения к проекту общесоюзной системы машин для комплексной механизации, электрификации и автоматизации животноводства на 1991...2000 годы и проекта зональных систем машин для Северного Кавказа и Поволжья" и является составной частью научно-технического задания факультета механизации ОГАУ N 01860081270 Государственной регистрации "Разработать предложения по совершенствованию средств механизации процессов и методов их использования".

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Влияние свойств вымени на показатели эффективности машинного доения коров

Эффективность машинного доения животных определяется многими факторами, связанными с отбором животных и оценкой средств техники, предназначенной для машинного доения коров.

Одной из групп факторов, определяющих эффективность машинного доения (рис.1), является-отбор коров.

Исследователями [6, 7, 24, 28, 29, 30, 37, 38, 39, 45, 51, 59, 104, 132, 150] предложено более 50 показателей для определения пригодности коров к машинному доению.

Влияние морфологических свойств и физиологических показателей вымени на эффективность машинного доения изучалось многими учеными [4, 8, 9, 29, 32, 33, 44, 48, 67, 92, 95, 97, 102, 118, 121, 131, 136, 141, 145, 158, 160]. По их мнению, между качеством вымени и продуктивностью коровы существует непосредственная взаимосвязь: чем крупнее по величине и чем лучше по форме вымя, тем больше молока дает корова и наоборот. Установлена взаимосвязь между величиной вымени, суточным надоем молока в день взятия промеров и продуктивностью коров в целом за год [97]. Однако, слишком глубокое вымя с небольшим расстоянием сосков от пола имеет ряд неудобств. Существует опа