автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка доильного аппарата для доения коров в родильном отделении

р г б о а

о'} гпш

£* 1- 1 ' На правах рукописи

ЧУРЯК НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

разработка доильного аппарата для доения коров в родильном отделении

05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург 1995

Работа выполнена в Оренбургском государственном аграрном университете

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Кар-ташов Л.П.

Научный консультант - заслуженный деятель науки РФ, доктор

технических наук, профессор Соловьев С. А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Барсов Н.А., кандидат технических наук, доцент Козлов В.Т.

Ведущая организация НПО "Южный Урал"

Защита состоится 9 февраля 1996 года в/^1 часок на заседании диссертационного совета Д. 120.95.01 в Оренбургском государственном аграрном университете по адресу: 460795, Оренбург, ул. Челюскинцев, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке аграрного университета.

Автореферат разослан & января 1996 года

Ученый секретарь совета доктор технических наук профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных вопросов в решении проблемы мехапгоации молочного животноводства остается машинное доение коров, ira которое приходится 40.....65% всех трудовых затрат по обслуживанию и уходу за животными.

Эта проблема наиболее актуальна для доения новотельных коров в родильном отделении молочно-товарных ферм. До сих пор значительная часть новотельных коров выдаивается вручную. Прежде всего это объясняется отсутствием совершенных конструкций доильных аппаратов, обеспечивающих эффективный раздой без ущерба здоровью животного.

Самой ответственной частью доильного аппарата, непосредственно соприкасающейся с молочной железой, являются доильные стаканы. К сожалению современные (серийные) доильные стаканы не отвечают физиологическим особенностям молочной железы коровы, что проявляется в недостаточной степени возбуждения рефлекса молокоогдячи.

В связи с этим, актуальной задачей является разработка доильного аппарата со стимулирующим эффектом молоко отдачи для доения новотельных коров в условиях родильного отделения.

Тема диссертации является составной частью координационной программы научно-исследовательских работ на 1986 ..Л 990 гг. по решению проблемы О.С.Х. 42.01.06. Н-3 "Изучить рефлекс мо-локоотдачи, состояние молочной железы коров различных генотипов и усовершенствовать доильные аппараты с целью повышения эффективности машинного доения и молочной продуктивности" и факультетской научно-исследовательской темы: ''Разработать пред-ложешы по совершенствованию средств механизации и автоматизации сельскохозяйственных технологических процессов и методов их использования:", номер ГР 018600812.70.

Цель исследования - совершенствование технологического процесса доения новотельных коров, разработка конструкции стимулирующего доильного аппарата и обоснование его конструктивно-режимных параметров.

Объектом исследования является процесс машинного раздоя новотельных коров стимулирующим доильным аппаратом.

Методика исследований. В основу теоретических исследований положены элементы теории моделирования, теории механики жид-

костей, теории деформируемого твердого тела.

Для решения поставленных задач разработаны частные методики: изучения труда операторов машинного доения в родильном отделении; разработки доильного аппарата для новотельных коров; определения физиологического состояния животных; оценки эффективности использования доильного аппарата по динамике жирности молока в процессе доения; производственных испытаний доильного аппарата с массажниками.

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

Научная твшш работы заключается:

- в теоретическом обосновании конструктивных параметров доильного аппарата с массажниками:

- в разработке доильных стаканов с массажшисами для доения коров в родильном отделении;

- в разработке доильного аппарата для отбора проб молока в процессе доения, в разработке методики оценки эффективности предлагаемых стаканов по изменению жирности молока в процессе дое-

Ш1Я. ■ • : : ■

Разработанные конструкции доильного аппарата с массажниками, а также доильного аппарата для отбора проб молока в про-цеесе доения, защищены авторскими свидетельствами: 897177,982625 и 1505483.

Практическая ценность. Использование машинного способа раздоя новотельных коров с помощью предложенного доильного аппарата с массажниками позволяет значительно снизить затраты ручного труда, а также повысить эффективность доешш новотельных коров.

Разработанный доильный аппарат для отбора молока в процессе доения обеспечивает проведещюпроцзводственной оценки доильных аппаратов новых конструкций.

Техническая документация на доильные аппараты, а также результаты исследований, могут быть использованы ГСКБ, проект-но-конструкторскими организациями для разработки перспективных конструкций доильных аппаратов.

Основные положения диссертации доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Оренбургского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяй-

ственного института (1984,1986,1988 гг.), на VI Всесоюзном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных, животных (г. Таллии, 1983 г.), на научно-техническом совете Оренбургского областного агропромышленного комитета (1989 г.), на научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Куйбышев, 1983 г.), на Всероссийском симпозиуме по доешпо сельскохозяйственных животных (Оренбург, 1995 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 работ, в том числе три авторских свидетельства на изобретения.

Реализация результатов исследования. Исследования были проведены в лабораториях и учебно-опытном хозяйстве Оренбургского ордена Трудового Красного Знамени государственного сельскохозяйственного института, колхозах и совхозах Оренбургской области.

Разработашше доильные аппараты внедрены в колхозе им. Фрунзе и в совхозе "Уран" Новосергиевского района Оренбургской области. Принято решение научно-технического совета Оренбургского областного агропромьнпленного комитета о внедрении доильных аппаратов в хозяйствах области от 17 марта 1989 г.

Годовой экономический эффект от внедрения одного доильного аппарата составляет 472980 руб. в год (в ценах 1993 года).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, списка использованной литературы (147 наименований) и приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 19 рисунков, 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введети обоснована актуальность темы исследовашм и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе ана лиза специальной и патентно-технической литературы разработана классификация доильных аппаратов и определены основные направления развития аппаратов для доения новотельных коров в родильном отделении.

Современные доильные аппараты обладают двумя очень существенными недостатками: они не способны стимулировать мо-локоотдачу у коров и наползают на соски во время доения.' В результате скорость истечения молока из'выменн недостаточна, для

эффективного доения, время доения увеличивается, животное испытывает непривычные или даже болевые раздражения.

Вопросами машинного доения коров и разработкой оригиналь-ньк конструкций доильных, аппаратов стране и за рубежом занимаются многие исследователи (В.Ф.Королев, Л.П.Карташов, И. Н.Краснов, Э.А.Келпис, С.А.Соловьев, П.И.Огородников, Ю.А. Цой, У.Г.Уитлстоун и другие), однако до сих пор rte создана эффективная конструкция для дое'шш новотельных коров в родильном отделений. ,

Доят новотельных коров теми же стандартными аппаратами, которые используют для доения промышленного стада.

Это недопустимо, потому что вымя новотельных коров отличается повышенной чувствительностью к внешним раздражениям. В результате, при доении таких коров стандартными доильными аппаратами наблюдается преждевременное торможение рефлекса молокоотдачи, увеличение времени доения, снижение продуктивности. р

В то же время качеству доения коров в родильном отделении нужно уделять особое вшшание - это начало раздоя коровы, "пусковой" период, от которого в значительной степени зависит ее продуктивность.

В связи с этим, была проведена классификация доильных аппаратов, их оценка по степени влияния на организм новотельной коровы и определены возможные пути совершенствования аппарата.

Обобщение и систематизация ранее проведенных исследований, а также учет недостатков конструкций совремешгых доильных аппаратов, позволили сформулировать следующие задачи работы:

1. Выявить перспективные направления модернизации доильных аппаратов для доения коров в родильном отделении.

2. Обосновать теоретическую модель взаимодействия доильного стакана с соском.

3. Разработать доильный стакан с массажникамн для доения коров в родильном отделении.

4. Разработать методику испытаний доильных аппаратов для родольного отделения. ... . (

5. Рассчитать экономическую эффективность применения технологических средств для доения новотельных коров в родильном отделении. 1

Во второй главе приведены теоретические основы создания доильного аппарата для новотельных коров. Этот аппарат должен

обеспечивать особый режим воздействия на молочную железу из-за физиологических особенностей функционирования организма коров после отела. Наиболее важное значение при этом приобретает взаимодействие соска вымени и доильного стакана. Поэтому при изложении теоретических вопросов учитывались следующие требо-вашхя, предъявляемые к аппаратам для родильного отделения.

1. Доильные аппараты должны обеспечивать щадящий режим, оказывать стимулирующее воздействие на молочную железу коров.

2. Новотельных коров необходимо выдаивать полностью аппаратом без ручного додаивания.

3. Масса подвесной части аппарата должна быть физиологически обоснована.

4. Вне зависимости от морфологического строения сосков (диаметра, длины и расположения) доильные стаканы должны стабильно удерживаться на сосках вымени коровы.

5. Для качественного раздоя скор ость доения следует повышать в пределах величины, безвредной для здоровья животных.

Наименее исследованным остается вопрос теоретического обоснования работы доильных стаканов для новотельных коров, следовательно необходимо рассмотреть модель их взаимодействия с сосками. При этом нужно обратить внимание на следующие характерные стороны физиологии коров: соски новотельных (в первую очередь первотельных) коров существенно меньше по размеру, чем у остальных коров молочного стада, первотелки, как правило, не приучены к машинному доению, вымя и соски могут быть отечными после отела.

Для доения коров в родильном отделении нами разработаны доильные стаканы с массажниками. Доильный стакан (рис.1) состоит из гильзы 1, в верхней части которой выполнены три отверстия 2 через 120°. На гильзе 1 установлена сплошная цилиндрическая резиновая мембрана 3 с толкателями 4, которые расположены в отверстиях гильзы 1 и направлены к сосковой трубке. На верхней части гильзы 1 ниже уровня отверстий крепится механизм перемещения обоймы 5 вдоль гильзы. Механизм перемещения имеет муфту 6, на которой установлена контргайка 7(возможно резьбовое соединение), для соединения камеры с атмосферой между обоймой 5 и гильзой 1 в обойме выполнены отверстия 8.

Доильный стакан работает следующим образом.

При такте сосания в подсосковом и межстенном пространствах доильного стакана создается разрежение. В этом случае толка-

тели 4 незначительно вдавливаются в сосковую резину, препятствуя наползаншо доильного стакана на сосок коровы. При такте сжатия в подсосковом пространстве поддерживается разрежение, а в межсгешюе поступает воздух. За счет разности давлений толкатели 4 вдавливаются в сосковую ренту с большим усилием, тем .самым осуществляется массаж соска у его основания. Для предохранения от попадания грязи и повреждения мембраны 3 с толкателями, на гильзе I установлена обойма 5.

Для обеспечения оптимального натяжения сосковой трубки необходимо установить обойму 5 относительно муфты 6 в положение, соответствующее требуемой величине натяжения, после чего это положение обоймы 5 фиксируется контргайкой 7.

Массу подвесной части доильного аппарата можно определить по следующей формуле

Р 4 Р а. р + ЧЯ 4- р

вс А пр ■ тр трм — увыт

Ш <---—-------'----(П

ё

где Рвс- сила, удерживающая стакан за счет разрежения под соском;

Рпр- сила, способствующая удержанию стакана за счетраз-режепия в присоске;

Ртр- вертикальная составляющая силы трения между соском и резиной;

Ртш- сила трещи от действия массажнихов на сосок;

РУВЬ1Т- вертикальная составляющая силы выталкивания.

В этом выражении сила Игрм зависит от силы воздействия мас-сажника на сосок, которая равна

р ~'р ¿^.г »'-¿-Г ш п\

с ■ атм ^ 4 4 'м м ^ ■ ■мэ'*мз ^ -V '

где Рдтм - атмосферное давление;

Рв- величина разрежения в межстенном пространстве доильного стакана;

(1М, <1Ш - диаметры мембраны и массажного элемента;

См,Суэ объемные коэффициенты жесткости мембраны и массажного элемента;

У/м, деформация мембраны и массажного элемента.

F„

P^!

rng

Piic. 1 Схема доильного стакана с

млссажшосами (пояснения в тексте)

Рис. 2 Действие сил при работе доильного стакана

Рис. 3 Схема сил при работе массажного элемента

Величина давления сосковой резины на сосок при действии массажных элементов равна:

где РНАТ- сила натяжения сосковой резины в доильном стакане, Н;

Е - модуль упругости резины, Н/см2; И - площадь поперечного сечения резины, см2; Км- линейный фактор массажного элемента

где (1мм- диаметр мембраны массажного элемента, см;

(1Ю- диаметр массажного элемента, см.

Анализ формулы (3) показывает, что основное влияние на давление сосковой резины от действия массажных элементов оказывают: натяжение резины, ее физико -механическое свойства и линейный фактор Км.

РцАТ _ \ Рвдк т/-2 п

_._(СР + Сс) +—Км-Э

(3)

Рис. 4 Схема действия массажника при выведении молока

Условие надежной работы доильного стакана без просасыва-ния воздуха может быта достигнуто за счет регулирования площади перекрытия резинового цилиндра с гильзой. Это возможно при условии:

Fmp + Fnp^¿ (4)

где Fmp - сила трения резинового цилиндра по гильзе;

Fnp - прижимающая сила ( от действия резинового цилиндра на участок гильзы, ограниченный краями цилиндра);

Рс - суммарная сила, действующая а мембрану с массаж-

ннком.

Наконец, скорость истечения молока из соскового канала при доешш коровы аппаратом, можно определить, решив уравнение Бернулли для сечений I-I и II-II (при непрерывности потока):

V (W,/W,)1 "if Г I (5)

где Н - напор молока;

Р,, Р2- давление молока в сечении I-I и II-II;

у- плотность молока;

W(, W2- площади сечений I-I и II-II.

В третьей главе изложены общие и частные методики лабораторных и производственных исследований доильных аппаратов.

Согласно программе исследований, была разработана методика оценки доильного аппарата по динамике жирности молока и изготовлен доильный аппарат для отбора молока (а.с.982625), а также разработан и изготовлен испытательный стенд для определения наползания доильных стаканов на соски вымени.

Принцип работы аппарата заключается в том, что молоко, выдаиваемое при каждом такте "сосания", сливается в отдельную емкость. Жирность молока определяют в каждой емкости.

Коллектор, пульсатор и доильные стаканы на предлагаемом доильном аппарате можно заменить в соответствии с целью исследования. При этом технические параметры работы аппарата для отбора проб молока не изменяются.

Сравните динамики жирности молока при доении одной коровы испытываемым доильным аппаратом и серийной моделью, дает возможность судить о степени совершенства новой конструкции.

Рис. 5 Схема порционного 5

■ доильного аппарата

1- доильные стаканы; 2 - пульсатор; ^ 3 - коллектор; 4- шланги; 5 - ведро; 6 - емкости; 7 - механизм привода; 8 -проточная камера; 9 - вакуумпровод; 10 - подставка; 11 - трубка.

В основу теоретических исследований положены элементы теории моделирования, теории механики жидкостей, теория деформируемого твердого тела.

Для решения поставленных задач разработаны час тные методики: изучения труда операторов машгашого доения в родильном отделении; разработки доильного аппарата для новотельных коров; определения физиологического состояния животных; оценки эффективности использования доильного аппарата по динамике жирности молока в процессе доения; производствешгыхиспыташш доильного аппарата с массжниками.

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

Наблюдение за состоянием здоровья животных, которых доили эксг^шменталыгыми аппаратами, проводили не только в течение молозивного периода лактации, но и во время нахождения коровы в родильном отделении.

Предложенные методики позволяют сделать выбор конструкции доильного аппарата, как наиболее соответствующей для доения новотелыплх коров в родильном отделешш.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальных данных. Хронометраж работа в родильном отделении выявил серьезные нарушения технологии машинного доения новотельных коров при применении серийных аппаратов. Эти нарушения могут быть ликвидированы только при использовании доильных аппаратов с массажниками, что обеспечивает щадящий режим при доении.

Это прежде всего зависит от времени наползашм стаканов на соски. Для определения этого времени была применена лабораторная установка, опытные данные приведены в таблице 1.

С целью определения зависимости динамики наползания доильных стаканов от факторов, оказывающих значимое влияние на процесс доения, был проведен полный факторный эксперимент 21

В результате получена математическая модель процесса в виде уравнешгя регрессии:

У= 1,7.12х0+0,469х1-0,376х,+0,0023х)хг

При проведении лабораторных экспериментов был широко использован порционный доильный аппарат (рис.4), что позволило получить интересные дашше о динамике жира в молоке в зависимости от условий и технологии доения.

Таблица. 1

Время ыаползания доильных стаканов на соски у доильных аппаратов различных конструкций

Аппарат Время наползания стаканов, с

при величине рабочего разрежения 40 кПа при величие рабочего • разрежения 48 кПа

ДА-2 "Майга" 14,0 . 9,7

"Волга" 16,1 5,1

ДА-2 "Майга" с экспериментальными стаканами 181,3 65,6

"Волга" с экспериментальными стаканами 286,8 234,0

По нашему мнению, порционный доильный аппарат и методику анализа содержания жира в порциях молока, получаемых при каждом такте сосания, можно применить при проведении исследований в зоотехнии и селекционной работе.

При проведении производственных экспериментов были проведены сравнительные испытания экспериментального доильного аппарата с серийным на 20 коровах красностепной породы, данные представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты производственных испытаний

Доильный Величина разо- Жирность Время Величина

аппарат вого удоя, кг молока,% доения, с додоя, кг

Серийный 7,80 3,48 309,6 0,28

Экспериментальный 8,02 3,71 311,2 0,08

Наконец, на этих же животных были проведены различные варианты машинного доения новотельных коров экспериментальными аппаратами. Это было сделано с той целью, чтобы выявить наиболее рациональную технологию доения новотельных коров.

В заключение главы приведен расчет показателей экономической эффективности доильного аппарата с массажниками, годовой экономический эффект от внедрения которог о составил 472980 руб. (в ценах 1993 года).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ современного состояния машинного доения коров показывает, что существующие доильные аппараты не способствуют качественному раздою новотельных коров.

Одним из важнейших резервов повышения молочной продуктивности коров является разработка и применение доильного аппарата со щадящим режимом, обеспечивающим стимулирующее воздействие на организм коровы и ее полное выдаивание. •

2. Предложенная классификация доильных аппаратов и анализ их конструкций, позволил определить одно из перспективных направлений в развитии и совершенствовании доильной аппаратуры для родильных отделений молочно-товарных ферм: это разработка щадящего доильного аппарата, стаканы которого снабжены резиновыми массажниками.

3. В результате теоретического исследовашш взаимодействия доильного стакана с массажниками и соском выявлено, что благодаря дополнительным силам трения стакан не наползает на сосок (при нормальном разрежении) и не сползает с соска (при уменьшении разрежеши).

4. Деформация соска массажников при доении увеличивает скорость прохождения молока по каналу из-за получаемого дополни-телыгого напора.

Движение молока по каналу определяется усилием воздействия массажника на сосок и площадью сечения канала (зависит от количества массажников на стакане).

5. Использование массажников в доильном стакане потребовало тщательной конструктивной проработки стакана: устойчивая работа доильного аппарата была достигнута за счет установки специальных резиновых цилиндров на гильзу с отверстиями - это обес-

печило отсутствие прососов воздуха.

Применение массажников позволило снизить массу доильного аппарата и уменьшить его металлоемкость.

6. Большое значение оказывает на эффективность работы доильного аппарата форма массажников. Установлено, что применение конических массажников увеличивает скорость прохождения молока по молочному каналу соска.

7. С целью использования в работе методики оценки доильного аппарата по динамике молока, был разработан и использован при проведении производственных исследований специальный доильный аппарат с автоматическим отбором проб молока в отдельные емкости.

8. Лабораторными исследованиями на специально разработанном стенде определено, что величина наползания доильных стаканов на соски значительно снижается при применении аппарата с массажниками. Реализованный в исследованиях факторный эксперимент позволил получить соответствующее уравнение регрессии.

9. Сравнительная оценка трех типов доильных аппаратов (без массажников и с массажниками) показала, что при использовании аппарата ДА-ЗМ с массажниками наблюдается увеличение емкости вымени, размеры сосков при этом не изменились.

10. Производственные исследования позволили установить, что наибольшая концентрация молозива в молоке наблюдается в 1-4 дни после отела, в течение первой - второй минут доения. В это время при доении следует применять специальные разделители молока и молозива.

11. Внедрение разработанных технических и технологических параметров процесса доения новотельных коров, позволяет лучше сформировать вымя и повысить качество молока (жирность), что обеспечивает годовой экономический эффект в расчете на один аппарат с массажниками в размере 472980 рублей.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Базаров М.К., Огородников П.И., Ломакин В.И., Чуряк Н.М. Доильный стакан, а.с.897177, Бюл. нзобр. N 2, 1982.

2. Чуряк Н.М. К вопросу об улучшении технологического обслуживания доильного оборудования. Тезисы докл. научно-практ. конф. Оренбург, 1983.

3. Соловьев С.А.Чуряк Н.М. К вопросу выбора оптимального устройства для обработки вымени коров. Тезисы докл. VIII науч-но-пронзв. конф. молодых ученых и спец. с.х. Куйбышев, 1983.

4. Курочкин A.A., Чуряк Н.М. Совершенствование технологии машинного доения коров в родильных отделениях. Тезисы докл. VI Всесоюзного симпозиума по машинному доению с.х животных. М.: АН СССР, ВАСХНИЛ, 1983.

5. Огородников П.И., Антонова B.C., Чуряк Н.М., Назаренко Д.Р. Устройство для доения, а.с. 982625. Бюл.изобр. N 47, 1983.

6. Бушш .А.. Соловьев С.А., Чуряк Н.М. Индивидуальный подход. "Уральские Нивы", N 1,1988.

7. Карташов Л.П., Огородиков П.И., Соловьев С.А., Аксенов A.B.,Чуряк Н.М. Доильный стакан, а.с. 1505483. Бюл. изобр. N 33, 1989.

ЧУРЯК НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

Разработка доильного аппарата для доения коров в доильном отделении

Оригинал-макет изготовлен с помощью текстового процессора MICROSOFT WORD 6.0 и издательской системы PageMaker 5.0 for Windows

Подписало в печать 3.01.96 Формат 60x84 1/16 Печл. 1,0 Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Заказ № 59. Тираж 100 экз. Печать оперативная.

Издательский центр ОГАУ, лицензия ЛР № 020429. 460795, г. Оренбург, ул. Челюскинцев, 18