автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование конструктивно-режимных параметров доильного аппарата выжимающего принципа действия

На правах рукописи

КУЧУМОВ Владимир Владимирович

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИШЫХ ПАРАМЕТРОВ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА ВЫЖИМАЮЩЕГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

Специальность: 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород - 1998

Работа выполнена б Белгородской государственной сельскохозяйственной акадамии

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.Ф. Укик

Официальные оппоненты - член-корреспондент ААО

доктор технических наук, профессор H.A. Барсов

кандидат технических наук, доцент И.Ф. Сараев

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследова-

Задщта состоится "29" мая 1998 г. в "14" часов на заседании диссертационного совета К.120.62.03. в Белгородской государственной сельскохозяйственной академии (БГСХА)

Адрес: 309103, Белгородская обл., Белгородский р-он., п. Майский, ул. Вавилова 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГСХА

Автореферат разослан апреля 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических

тельскии и проектно-технологический институт механизации животноводства (ВНИИМЖ)

наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ !

Актуальность работы. Одно из существенных условий повышения молочной продуктивности скота - совершенствование технологии молочного доения коров с использованием новых технических средств.

Основные критерии качественной оценки технологии машинного доения коров с применением различных средств извлечения молока - полнота выдаивания животных и заболеваемость маститом.

Интенсивность и полнота молокоотдачи зависит от воздействий, наносимых на молочную железу и в целом на организм коровы в процессе доения. При этом необходимо учитывать условно рефлекторные раздражители, влияющие на процесс молоко-отдачи. Поэтому способ извлечения молока из молочной железы влияет на уровень ее секреторной деятельности.

Известно, что качество работы современных доильных аппаратов определяется в основном интенсивностью стимула, воспроизводящего и поддерживающего рефлекс молокоотдачи у коров, и безопасностью доения. В этом случае создание аппарата, близко приближенного к физиологии механизма сосания теленка, как раз и приблизит машинное доение к реализации рефлекса молокоотдачи и снимет всякие опасные влияния машины на молочную железу. Поэтому вопрос разработки доильного ап-та выжимающего принципа действия с режимом доения максимально приближенным к режиму сосания коровы теленком или ручному доению, актуален на сегодняшний день и требует своего решения. И чем ближе будет сходство, тем физиологичнее будет вы-

ведение молока из молочной железы коровы.

Исследования, на основании которых подготовлена настоящая диссертационная работа, выполнялись в Белгородской государственной сельскохозяйственной академии в соответствии с целевой комплексной программой научно-исследовательских работ (номер государственной регистрации 01860125985).

Цель работы. Повышение эффективности машинного доения коров путем разработки доильного аппарата выжимающего принципа действия.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи исследования:

- на основе анализа результатов исследований и известных технических решений выявить основные направления в создании доильных аппаратов выжимающего принципа действия;

- разработать конструктивно-технологическую схему доильного аппарата вьишмающего принципа действия;

- обосновать конструктивно-режимные параметры выжимающего доильного аппарата;

- изучить влияние разработанного доильного аппарата на функциональные свойства вымени коров и заболеваемость маститом;

- дать оценку эффективности предлагаемого доильного аппарата;

Объект исследований. Рабочий процесс доильного аппарата выжимающего принципа действия.

Научную новизну работы составляют:

- совокупность теоретических и практических положений,

обосновывающих направление в создании доильных аппаратов выжимающего принципа действия;

- математические модели рабочего процесса доильного аппарата выжимающего принципа действия;

- конструктивно-технологическая схема доильного аппарата выжимающего принципа действия (заявка N 96106465/13);

- результаты лабораторных и производственных испытаний;

Практическая ценность:

- использование предложенного доильного аппарата выжимающего принципа действия позволяет снизить затраты ручного труда и повысить эффективность доения коров;

- результаты исследований, а также техническая документация на доильный аппарат могут быть использованы ГСКЕ, ПКО при разработке перспективных конструкций доильных устройств;

Реализация результатов исследований.

На основании результатов проведенных исследований изготовлена опытная партия доильных аппаратов выжимающего принципа действия. Разработанные устройства с положительным эффектом внедрены в ряде хозяйств Белгородской области (АОЗТ "Колос", УПХ БГСХА "Бабровское").

Апробация. Основные положения диссертации были доложены и одобрены на научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов Белгородской ГСХА (Белгород 1995 - 1997 г.г.), на Всероссийской научной конференции студентов инженерных факультетов аграрных ВУЗов России (Санкт-Петербург, 1995г.), на VIII (I Всероссийский) симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных (Оренбург, 30 мая-1 ию-

ня 1995г.), на I международной научно-производственной конференции "Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения" (Белгород 199?г.), на IX (II Всероссийский) симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных (Оренбург, 1997г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь работ. Получено положительное решение на изобретение.

Объем работы. Диссертация изложена на 193 машинописных страницах, включая список литературы из 118 наименований ( в том числе 7 на иностранных языках), содержит 33 рисунка, 5 таблиц и 14 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы исследования, определена цель работы, вытекающие из нее задачи и кратко изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе " СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИИ И МЕХАНИЗАЦИИ ДОЕНИЯ КОРОВ" представлен анализ результатов исследований и известных технических решений, их систематизация и классификация.

Большая роль в решении вопросов совершенствования процессов машинного доения принадлежит исследованиям известных ученых (В.К. Алексеев, И.К. Вальдман-, И.Г. Велиток, Ф.Л. Гарькавый, Л.П. Карташов, И.Н.Краснов, М.Л. Пейнович, Г.М. Марченко, Д.Д. Мартюгин, C.B. Мельников и др).

Наиболее широкое распространение на сегодняшний день получили двух-и трехтактные доильные аппараты отсасывающего

принципа действия, но использование повышенного вакуума в этих доильных аппаратах, его колебания при доении отрицательно сказывается на состоянии вымени, что приводит к торможению процесса выведения молока и преждевременной выбраковке животных.

Проведенный анализ литературных источников и устройств для доения выжимающего принципа действия показывает на превосходство доильных аппаратов такого типа. Однако известные технические решения из-за конструктивных и технологических недостатков не нашли широкого применения.

Поэтому вопрос создания доильного аппарата выжимающего принципа действия, способного полностью извлекать молоко из вымени животных, не оказывая на него при этом отрицательного воздействия актуален в настоящее время и требует своего решения.

Во второй главе "РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА ВЫЖИМАЮЩЕГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ" приведена схема доильного аппарата и дано описание его работы ( положительное решение по заявке N 96106465/13(010562)).

При создании доильного аппарата выжимающего принципа действия учитывалась необходимость максимального приближения к режиму ручного доения. На рис. 1 изображена его схема.

Аппарат содержит четыре доильных стакана и коллектор.

Процесс выжимания молока из вымени коровы происходит посредством деформатора, который выполнен в виде ролика, посаженного на оси и тягами шарнирно связанного с поршнем пневмоцилиндра и гибкой мембраной. Деформатор через сосковую резину, воздействуя вначале на рецепторную зону основания

Рис.1. Схема доильного аппарата:

1 - доильный стакан; 2 - коллектор; 3 - ролик; 4 - механизм прижатия ролика; 5 - механизм перекатывания ролика; 6 -пульсатор; 7 - камера пониженного вакуума; 8 - молокоприемная камера; 9 - управляющая камера, соска, а затем двигаясь сверху вниз по всей длине соска, выжимает молоко.

В третьей главе 'ТЕОРИЯ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА ВЫЖИМАЮЩЕГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ" были проведены теоретические исследования рабочего процесса доильного аппарата.

В процессе работы доильных стаканов ролик воздействует

на сосок вымени животного, вытесняя при этом молоко. На рис. 2 показана схема взаимодействия ролика с сосковой резиной и соском.

Ру1|

Ее

¿4

~7[

*'РГ I

/

/ х

\

Ч

СткЬ-

Г—1

Рис.2. Схема взаимодействия ролика с сосковой резиной.

Равнодействующая Г состоит из нескольких составляющих: Г = Рс + Г», (1)

где: Рс - сила сопротивления перекатыванию ролика вдоль соска, Н; Ри - сила сопротивления перекатыванию ролика при выжимании молока, Н.

В установившемся режиме равнодействующая проходит через ось 0 катка. Используя принцип Д'Аламбера имеем:

£ X = 0; (2)

Е V = о. (3)

С учетом этого мы можем записать: Ррг - РХс - Рхм - ГхЬ = 0; (4)

Ру£ - Рус - Рум + С =0, (5)

где: РрГ - нормальная сила прижатия ролика, Н; Рхс - проекция на ось X силы сопротивления перекатыванию ролика вдоль

соска, Н; Рхм - проекция на ось X силы сопротивления перекатывании ролика при выжимании молока, Н; ~ проекция на ось X силы тяги ролика, Н; РуС - проекция на ось У силы сопротивления перекатыванию ролика вдоль соска, Н; Рум - проекция на ось У силы сопротивления перекатыванию ролика при выжимании молока, Н; ~ проекция на ось У силы тяги ролика, Н; 6 - сила веса ролика, Н.

Нормальная сила прижатия ролика Грг равна: ЕЬ3

РрГ=^т2(РУак--¿-ад. (6)

АрИт

где: - радиус мембраны, м; Руак - величина разрежения, Па; - величина прогиба мембраны, м; Ь - толщина мембраны, м; Е - модуль упругости мембраны, Н/м2; Ар - коэффициент, зависящий от отношения г рабочего радиуса 13т к радиусу гс жесткого центра, т.е. т=1?т/гс.

Сила Р53 деформации сосковой резины и соска будет равна:

= сУрБк, (7)

где: с - суммарный коэффициент упругости резины и соска, с=(ср+сс) Н/м3; Ур - поперечная деформация сосковой резины, м; Бк - площадь контакта роликов с сосковой резиной, м2.

Площадь контакта Бк роликов с сосковой резиной равна:

п3гРр /г2-(г-Е?р)2'

Бк = - агсэш - , (8)

720° г

где: г - радиус ролика, м; Рр - радиус сосковой резины, м.

Поэтому

А^р ут^-(г-Яр)2

Рээ = (Ср+сс)Ур-—агсэап-. (9)

720° г

Но так как Рзэ. в нашем случае, равна ГХс> то проекция силы сопротивления перекатыванию ролика вдоль соска Гус на ось У будет равна:

Л3г1?р /г2-(г-1?р)2'

рус = (Ср4сс)Ур——агсз1П-с^А, (10)

720° г

где: X - угол между направлением перемещения ролика и равнодействующей сопротивления перемещению, А°.

Для определения силы сопротивления Рм перекатыванию ролика при выдавливании молока воспользуемся количественным показателем тугодойности (КПГ). Удельный показатель КПТ2 определяет то разрежение, которое необходимо создать, чтобы извлечь из соска 1 г молока за 1 с:

_ РистТэт

КПТ2 = -, (11)

ОсрТист

где: Рист - величина рабочего вакуума, при которой начинается истичение молока из соска, Па; Тист - время, в течение которого происходит непрерывное истечение молока из соска при вакууме Рист, с; Оср - количество молока, полученное за единицу времени при РИст» м3/с; Тэт - время, в течение которого ожидается непрерывное истечение молока из соска, с;

В данном случае РИст будет равно:

Рист = Рраэ + Рс. (12)

где: Рраз - разрежение под соском, Па; Рс - давление внутри соска, Па.

Откуда с учетом (11) получим: 0срТистКПТ2

Рс = " Рраз- (13)

Тэт

Определив Рс, находим вертикальную составляющую Гум си-

лы сопротивления перекатыванию ролика при истечении молока:

0сРТистКПТ2 7Гс1с2 Гум . (--Рраз)-. (14)

Тэт 4

Здесь: с1с - диаметр канала соска, м.

Горизонтальную составляющую Рхм определим из уравнения:

0срТистКПТ2 КдсЧё\

Рхм = Ру^дА = (--Рраз)- • (15)

Тэт 4

Равнодействующая Р сопротивления перемещению ролика

приложена в точке К.

Отсюда:

1 ^2-(г-Рр)2

А = - агс51п -. (16)

6 г

Из уравнения (5) с учетом (10), (14) и (16) проекция на

ось У силы, необходимой для перекатывания ролика вдоль соска

с одновременным вытеснением молока, будет равна:

тА-Яр /г2-(г-1?р)2 1 |/г2-(г-1?р)2

1^=(ср+сс)Ур-агс51п- сЬ£-агс51п-ь

720° г 6 г

0срТистКПТ2 Лс1с2 + (--Рраз)--е, (17)

Тэт 4

а ее горизонтальная составляющая Fxt равна:

г л^гИр /г2- (г-Ир)2' 1 |/г2-(г-[?р)2' (ср+сс)Ур-агсэш- с1е-агсз1п-ь

1 720° г 6 г

ОсрТистКПтг яас2

+ (—а--Рраз)--(18)

Тэт 4 -1

где: а - угол между направлением приложения силы Ft и направлением перемещения ролика, а°.

Исходя из условия (4), с учетом (6), (8), (9) и (18) определим давление на сосок с учетом конструктивно-режимных

параметров доильного стакана:

„ Ей3 ОсрТистКПТг 1ЙС2

ж/-(Руак--+ (--Рраз)-

АрКт ТЭТ 4

Pd

Ji^rRp /г - (r-Rp)

-arcsin-

720° г

1 (/г2- (r-Rp)

(tg-arcsin-i-tgct) -Gtga

6 r

1 /г2-(r-Rp)

(l+tgc*ctg-arcsin-)

6 г

(19)

С учетом (19), зависимость усилия, необходимого для перемещения ролика-деформатора вдоль соска с одновременным вытеснением молока Ft от давления на сосок со стороны исполнительного механизма доильного стакана, будет иметь вид:

Ft

„ Eh3 <ЗсрТистКПТ2 Jrdc2

JtRm2(Pvak--J-Wm) + (--Рраз)-

ApRm Тэт 4

1 Vt'¿- (r-Rp)2

(1+tgoectg- arcsin-)

6 г

1 /rz- (r-Rp)2

(tg-arcsin-i-tgcO-Gtga

6 г

cosa

0срТистКПТ2 rtdc

(--Рраз)--S

Тэт 4

1 (r-Rp)2

ctg-arcsin

6 г

(20)

cosa Из условия, что:

Ft = Pn*Rn2 - kn - kT. (21)

где: Рп - вакуум в подпоршневом пространстве пневмоцилиндра,

Па;

кп - сила трения поршня о стенки цилиндра., Н; кт - сила трения в исполнительном механизме, Н,

С учетом (20), определим диаметр пневмоцилиндра механизма перекатывания ролика:

ККт^(Руак-

ЕГГ

Арй

0срТистКПТ2

Рраз)

Лс) 2

рлщ

1 |/г2- (Г-1?р)* '

6 г

1 /г -(г-1?р)2

ае-агс51п--5-,

6 г \ 1 (/г2-(г-1?р)2

--^д-агсБт -ь

сова /6 г

(--Рраз)--Б

С05Й

1 кп + кт

- +--. (22)

ЛРП Г.Рп

В четвертой главе "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА" приведены методики и результаты экспериментальной проверки разработанных нами теоретических положений, а также результаты факторного эксперимента по оптимизации конструктивно-режимных параметров доильного аппарата выжимающего принципа действия.

В задачу экспериментальных исследований доильного аппарата входила проверка теоретических положений.

В соответствии с поставленной задачей работа выполнялась по следующей программе:

- определение усилия воздействия деформатора исполнительного механизма доильного аппарата на сосок животного;

- определение зависимости давления на сосок от конструктивно-режимных параметров исполнительного механизма;

- определение зависимости силы, необходимой для перекатывания ролика, от величины давления на сосок вымени животного;

- оптимизация конструктивно-режимных параметров доильного аппарата.

Согласно программе исследований, на основании предложенной конструкции выжимающего доильного аппарата, теоретического и экспериментального обоснования конструктивных параметров нами был изготовлен лабораторный образец доильного аппарата.

Испытания доильного аппарата вели с использованием тен-зометрического оборудования. Для этого были разработаны стенды и лабораторные установки.

Обработку результатов исследований вели с использованием ЭВМ 1ВМ РС АТ методом вариационной статистики, а также регрессионного и корреляционного анализа.

В результате обработки осциллограмм изменения усилия сжатия соска в доильных стаканах, нами установлен характер зависимостей усилия сжатия от давления в межстенном пространстве. Данные зависмости достаточно точно описывается полиномами третьего порядка, имеющих следующий вид для мембран диаметра Ош (мм) и толщины И (мм):

1. й = 0.4

ЙТ)=15 у=0.17500+0.02083Х+0.03063х2-0.00040х3; (23)

Йп=20 у—0.12350+1.33817Х-0.00360х2+0.00005Х3; ^=25 у=0.02300+1.92125Х+0.00325х2-0.ООООбх3;

2. Ь - 0.8

йп=15 у=-0.02500+0.17500Х+0.02125х2-0.00025Х3; йп=20 у=-0.05750+0.74250Х+0.02113х2-0.00026Х3; ЙТ1=25 у=-0.14500+2.34958Х-0.01725х2+0.00023Х3;

3. й = 1.2

йп=15 у=-0.11500-0.09375Х+0.03688х2-0.00050х3; ^=20 у=-0.06875+2.20625Х-0.03750х2+0.00044хэ; ЙП=25 у=-0.101250+1.14375Х+0.03688х2-0.00050Х3;

Здесь х - вакуум в межстенном пространстве, кПа; у -усилие сжатия, Н.

Для получения расчетных усилий сжатия соска вымени животного в доильном аппарате использовали ПЭВМ. Для этого нами была разработана программа.

Проверку адекватности теоретических и эксперимертальных моделей проводили методом дисперсионного анализа по критерию Фишера. Также сравнивались экспериментальные зависимости, характеризиющие процесс при различных конструктивных параметрах механизма сжатия соска, между собой.

Вычислениями установлено, что различие между экспериментальными зависимостями достоверно. Наряду с этим было доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Г-критерия Фишера равном 8.74 фактическое его значение находилось в интервале 2.26...8.67. Это свидетельствует о правильности нашего теоретического предположения о зависимости усилия сжатия в доильном аппарате от параметров мембраны механизма сжатия соска.

В результате проведенных лабораторных исследований нами были получены зависимости давления ролика на сосок от коне-

труктивных параметров исполнительного механизма, достаточно точно описываемые уравнениями регрессии:

1. От = 30 мм; Ь = 0.4 мм

с1=1бмм у=-0.05143+2.96429Х+0.02314х2-0.ОООЗОх3; (24)

d=24мм у=-0.02314+1.47776Х+0.01221х2-0.00016х3;

а=32мм у=-0.01586+0.98649Х+0.00804х2-0.00011х3;

2. От = 40 мм; И = 0.4 мм

<}=16мм у=-0.04286+5.22024Х+0.03429Х2-0.00042х3;

с]=24мм у=0.30000+1.85833х+0.07000х2-0.00108х3;

б=32мм у=-0.02143+1.86845Х+0.00464Х2-0.00004х3;

3. От = 50 мм; Ь = 0.4 мм

с1=16мм у=0.05714+7.87857Х+0.09429х2-0.00150х3;

d=24мм у=0.10000+4.62500Х-0.01000х2+0.00025Х3;

с!=32мм у—0.22857+2.95238Х-0.00714х2+0. ОООЗЗх3;

4. Ш = 30 мм; Ь = 0.8 мм

сЫбмм у=-0.20000-0.91667Х+0.18500х2-0.00233х3;

d=24мм у=-0.15714-0.25357Х+0.07071х2-0.00075х3;

d=32мм у=-0.24713-0.32024х+0.06321х2-0.00083х3;

5. От = 40 мм; Ь = 0.8 мм

d=16мм у=-0.22857+3.78571Х+0.0828бх2-0. ООЮОх3;

d=24мм у=-0.02857+1.83332Х+0.04265х2-0.00005Х3;

б=32мм у=-0.04700+0.55238Х+0.0778бХ2-0.00117х3;

6. С>т = 50 мм; И = 0.8 мм

й=16мм у=-0.28573+7.44048Х+0.07857х2-0.00083Х3;

ё=24мм у=-0.42857+2.88095Х+0.10714х2-0.00167Х3;

d=32мм у=0.05728+2.91429Х-0.0178бх2-0.00050Х3;

7. От = 30 мм; И = 1.2 мм

d=16мм у=0.55714-1.29643Х+0.10929х2-0.00075Х3;

d=24мм у=0.30000-0.65833Х+0.05500х 2-0.00042х3;

d=32мм у=0.17143-0.35595Х+0.02786х2-0.00008х3;

8. Ш = 40 мм; й = 1.2 мм

d=16мм у=-0.71429-1.60714Х+0.30893х2-0.00375Х3;

d=24мм у=-0.30000-0.72500Х+0.13750х2-0.00150х3;

d=32мм у=-0.27143-0.56071х+0.09464х2-0. ООЮОх3;

9. Бгл = 50 мм; = 1.2 мм с5=16мм у=-0.14286+4.17857Х+0.21429х2-0.00250х3; с!=24мм у=-0.47143+2.28929Х+0.08214х2-0.00075х3; d=32мм у=0.31429+0.14048Х+0.17857х2-0.00283х3;

Здесь: х - вакуум в межстенном пространстве, кПа; у -

давление на сосок, кПа.

Расчетные значения давления на сосок вымени определяли по уравнению (19).

Методом дисперсионного анализа по критерию Фишера проверялась адекватность теоретических и эксперимертальных моделей, а также сравнивались экспериментальные зависимости величины давления на. сосок при различных конструктивно-режимных параметрах исполнительного механизма доильного стакана.

В результате статистической обработки установлено, что различие между экспериментальными зависимостями, характеризующими процесс при различных конструктивных параметрах исполнительного механизма, достоверно. Наряду с этим было доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Г-критерия Фишера равном 8.74 фактическое его значение находилось в интервале 3.38...7.59. Таким образом, приведенные данные свидетельствуют о том, что предложенные теоретические зависимости давления на сосок в доильном аппарате от конструктивных параметров исполнительного механизма доильного стакана, справедливы.

Обработав осциллограммы и проведя регрессионный анализ результатов исследований с использованием ЭВМ 1ВМ РС АТ, на-

ми установлена в процессе работы доильного аппарата зависимость силы, необходимой для перемещения ролика вдоль соска, от величины давления на сосок.

Данные зависимости достаточно точно описываются полиномами третьего порядка: От = 30; Ь = 0.4

с!=1б у=0.01429+0.28214X40.01357х2-0.00025х3; (25)

(3=24 у=-0.07143+0.10595Х+0.00964х2-0.00017х3; с!=32 у0.03429+0.12619х-0.00007х2+0.00002х3;

Бт = 40; Ь = 0.4 6=16 у=0.03571 +0.74702Х+0.00393Х2-0.00004Х3; с!=24 у=-0.08571+0.42381Х-0.00393х2+0.00008х3; 6=32 у=-0.00714+0.13393х+0.00821х2-0.00012х3;

От = 50; Ь = 0.4 6=16 у=0.05714+1.01190х+0.01929х2-0.ОООЗЗх3; 6=24 у=-0.07143+0.6559х-0.00286х2+0.00008х3; 6=32 у=0.04286+0.32976Х+0.0057х2-О.00008х3;

Бт = 30; И = 0.8 6=16 у=-0.07429-0.10214Х+0.02393Х2-0.ОООЗОх3; 6=24 у=-0.01143-0.09071х+0.01464х2-0.00020х3; 6=32 у=-0.00286-0.ОЗЗЮх+О.00729хг-0.00008Х3:

Ш = 40; 11 = 0.8 6=16 у=0.02857+0.39762Х+0.02214х2-0.ОООЗЗх3; 6=24 у=-0.04286+0.17024Х+0.01179х2-0.00017х3; 6=32 у=-0.02571+0.16048Х+0.00357х2-0.ООООЗх3;

Ют = 50; Ь = 0.8 6=16 у=-0.07143+0.98929х+0.01714х2-0.00025х3; 6=24 у=0.01429+0.44881х+0.01107х2-0.00017х3; 6=32 у=-0.05429+0.24119х+0.0099х2-0.00013х3;

От = 30; Ь = 1.2 6=16 у=0.09143-0.18595Х+0.01486Х2-0.00008Х3; 6=24 у=0.02143-0.04345Х+0.00286Х2+0.00004Х3; ; 6=32 у=0.03857-0.07155Х+0.00564Х2-0.00004Х3;

Он = 40; Ь = 1.2 сЫ6 у— 0.11714-0.25857x40.04671х2-0.00060х3; с!=24 у=-0.06286-0.11976Х+0.02179х2-0.00027Х3; d=32 у=-0.01143-0.13238х+0.01964х2-0.00028Х3;

Бш = 50; Ь = 1.2 d=16 у=-0.1000040.47500X40.03750х2-0.00050х3; d=24 у=0.0071440.24640x40.01679х2-0.00021х3; с!=32 у=-0.0785740.10655x40.01536х2-0.00021Х3;

Здесь: х - вакуум в межстенном пространстве, кПа; у -

усилие, необходимое для перекатывания ролика вдоль соска, Н.

Для получения расчетных значений силы, необходимой для перемещения ролика-деформатора вдоль соска, определяемых по уравнению (20), была разработана программа.

Вычислениями на ЭВМ 1ВМ РС АТ установлено, что различие между экспериментальными зависимостями, характеризующими процесс при конструктивно-режимных параметрах исполнительного механизма доильного стакана, достоверно. Одновременно доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Г-критерия Фишера равном 8.74 фактическое его значение находилось в интервале 1.29...8.24. Это подтверждает правильность теоретического предположения о характере зависимости силы сопротивления перекатыванию роликов-деформаторов от величины давления на сосок в процессе работы доильного аппарата.

Для оптимизации конструктивно-режимных параметров доильного аппарата выжимающего принципа действия нами был выполнен полный факторный эксперимент 24.

Факторы, оказывающие существенное влияние на критерий оптимизации, а также уровни их варьирования, приведены в

таблице 1.

Таблица 1

Факторы, оказывающие влияние на режим работы доильного аппарата

ОБОЗНАЧЕНИЕ НАИМЕНОВАНИЕ ФАКТОРА УРОВНИ -1 ВАРЬИРОВАНИЯ 1 +1 |

XI Диаметр мембраны механизма

сжатия, м 0.030 0.050

Х2 Толщина мембраны механизма

сжатия, м 0.0004 0.0012

Хз Диаметр ролика, м 0.016 0.032

Х4 Частота пульсаций, мин"1 40 80

За параметр оптимизации принимали интенсивность молоко-выведения.

В результате выполнения факторного эксперименты получено уравнение регрессии, которое имеет вид:

у=1.08625+0.1000Х1-0.1806Х2+0.1056X3-0.0131X4-0.озо6х1х2 + 0.0406Х1ХЭ - 0.0163Х2ХЭ + О.оо6зх2х4 - О.ю6зх3х4 +0.0825X1X2X3+0.0075X1X2X4+ О.ОЗ75Х1Х3Х4 (26)

При проверке коэффициентов регрессии по критерию Кохре-на данного уравнения регрессии установлена их однородность.

Адекватность уравнения регрессии проверяли по критерию Фишера. По свидетельству данных, гипотеза об адекватности модели принимается.

параметр оптимизации выполняли на шах функции с использованием ЭВМ 1ВМ РС АТ.

Результаты вычислений приведены в таблице 2.

Таблица 2

Оптимальные значения факторов

-1-!--

| НАИМЕНОВАНИЕ (ОПТИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЕ | |

| ФАКТОРА | ФАКТОРА

J__1_

XI Диаметр мембраны механизма

сжатия, м 0.046

Х2 Толщина мембраны механизма

сжатия, м 0.0005

Хз Диаметр ролика, м 0.018

Х4 Частота пульсаций, мин-1 62

В пятой главе "ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА ВЬШШАЩЕГО ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ" показано, что экспериментальный доильный аппарат способствует более полной реализации рефлекса моло-коотдачи по сравнению доильным аппаратом АДУ-1. Эксперимея-тальный доильный аппарат обеспечивает более высокую пиковую интенсивность молоковыведения по вымени (2.86 кг/мин против 2.35 кг/мин доильного аппарата АДУ-1. Более короткое, 37.3 с. против 44.3, имеет время экспериментальный доильный аппарат до пиковой интенсивности молокоотдачи. В результате, у экспериментального доильного аппарата более полная выдоен-ность за 1 и 3 минуты доения. Выше и средняя интенсивность молоковыведения. Она составляет для экспериментального до-

ильного аппарата 1.61 кг/мин, а для АДУ-1 - 1.40 кг/мин. Полнота выдаивания составляет 97.55 и 96.25% соответственно. Случаев • заболевания вымени коров маститом за три месяца испытаний аппарата не зарегистрированно.

Внедряемый доильный аппарат обладает высокими эксплуатационными и экономическими показателями. Его использование, в расчете на 276 коров, позволяет получить годовой экономический эффект по приведенным затратам 1836.2 рублей по ценам 1998 года, а с учетом роста молочной продуктивности коров -87975 рублей. В расчете на одну корову эти суммы составляют 6.75 и 318.7 рублей соответственно.

Внедрение доильных аппаратов выжимающего принципа действия в учебно-производственном хозяйстве БГСХА "Бабровское", АО закрытого типа "Колос" Новооскольского района Белгородской области позволило получить экономический эффект свыше 20 тыс. рублей в год.

ОЬЩНЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ литературных источников и разработанная классификация доильных аппаратов показали, что перспективным направлением их развития является создание доильного аппарата выжимающего принципа действия в наибольшей степени отвечающего физиологии животного.

2. Теоретическое предположение о зависимисти усилия сжатия соска в доильном аппарате от диаметра мембраны механизма сжатия соска, ее толщины и величины разрежения, подаваемого к исполнительному механизму, справедливо. Поэтому

полученное теоретическое (6) и экспериментальные (23) уравнения для расчета усилия сжатия, а также их графические интерпретации, могут быть использованы при расчете аналогичных устройств.

3. Установлено, что давление оказываемое на сосок зависит конструктивно-режимных параметров исполнительного механизма и величины разрежения в нем, что достаточно точно описывается теоретическим (19) и экспериментальными (24) уравнениями. Поэтому они могут быть положены в основу расчета таких устройств.

4. Приведенные результаты исследований зависимости усилия, необходимой для перекатывания ролика вдоль соска, от величины давления на сосок при различных значениях усилия сжатия и площади контакта роликов-деформаторов с сосковой резиной свидетельствуют о том, что теоретические и экспериментальные зависимости адекватны. Поэтому теоретическое (20) уравнение, а также уравнения регрессии (25) и'графические зависимости могут быть использованы при расчете подобных доильных аппаратов.

5. В соответствии с результатами факторного эксперимента, для обеспечения максимальной интенсивности молокоотдачи, доильный аппарат должен иметь следующие параметры: Диаметр мембраны механизма сжатия 0.046 м; толщина мембраны 0.0005 м; диаметр роликов 0.018 м; частота пульсаций 62 мин-1.

6. Экспериментальный доильный аппарат способствует более полной реализации рефлекса молокоотдачи коров. Рост молочной продуктивности коров составил 3,3%. Сокращение времени подготовительных операций до 8-10 секунд при доении экс-

периментальным доильным аппаратом, исключение потребности в машинном додое позволяют сократить общее время доения одного животного, что способствует росту производительности труда оператора в 1,2...1,4 раза. Снижение вакуума в подсосковых и межстенных камерах оказывает благотворное воздействие на молочную железу, в результате чего практически отсутствует заболеваемость вымени коров маститами.

7. Внедряемый доильный аппарат обладает высокими эксплуатационными и экономическими показателями. Его использование, в расчете на 276 коров, позволяет получить годовой экономический эффект по приведенным затратам 1863.2 рублей по ценам 1997 года, а с учетом роста молочной продуктивности коров - 87975.2 рублей. В расчете на одну корову эти суммы составляют 6.75 и 318 рублей соответственно. Внедрение доильных аппаратов выжимающего принципа действия в учебно-производственном хозяйстве БГСХА "Бабровское", АО закрытого типа "Колос" Новооскольского района Белгородской области позволило получить экономический эффект свыше 20 тыс. рублей в год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РЛБОТАХ:

1. Ужик В.Ф., Кучумов В.В. Анализ проблемы исследования и классификация доильных аппаратов выжимающего принципа действия // Белгородская ГСХА. - Белгород, 1997. 75 е.: ил. - Деп. в ВНИЙТЭИагропром, N.92 ВС-97.

2. Ужик В.Ф., Борозенцев В.И., Скляров А.И., Прокофьев В.В., Кучумов В.В. Новые машины и механизмы для доения коров. В кн.: Пути интенсификации сельскохозяйственного произ-

водства. Рекомендации. Белгородская ГСХА. Белгород, 1995, с. 96 - 97.

3. Ужик В.Ф., Борозенцев В.И., Прокофьев В.В., Кучумов В.В. К выбору направлений совершенствования доильного оборудования. // VIII ( 1 Всероссийский) симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных. Тезисы докладов. Оренбург, 1995, с. 53 - 54.

4. Ужик В.Ф., Кучумов В.В. Разработка доильного аппарата выжимающего принципа действия. // IX ( II Всероссийский) симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных. Тезисы докладов. Оренбург, 1997, с. 45 - 46.

5. Заявка 96106465/13(010582) Доильный аппарат. /Ужик В.Ф., Кучумов В.В. МКИ А 01 3 5/04. N. 96106465/13(010582). Заявлено 02.04.96. Положительное решение ог 13.06.97 г.

6. Ужик В.Ф., Скляров А.И., Кучумов В.В. К расчету шлангового вакуумного насоса агрегата индивидуального доения коров // Белгородская ГСХА. - Белгород, 1997. 30 с.: ил. -Деп. в ВНИИТЭИагропром, N.71 ВС-97.

7. Ужик В.Ф., Прокофьев В.В., Кучумов В.В. К расчету конструктивно-режимных параметров доильного аппарата с управляемым режимом доения // Белгородская ГСХА. - Белгород, 1997. 11 е.: ил. - Деп. в ВНИИТЭИагропром, N.72 ВС-97.

8. Ужик В.Ф., Кучумов В.В., Прокофьев В.В. К расчету конструктивно-режимных параметров доильного аппарата выжимающего принципа действияя // Белгородская ГСХА. - Белгород, 1997. 11 е.: ил. - Деп. в ВНИИТЭИагропром, N.73 ВС-97.

9. Ужик В.Ф., Кучумов В.В. Обоснование и разработка доильного аппарата выжимающего принципа действия //Тезисы докладов на I Международной научно-производственной конференции "Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения". Белгородская ГСХА. - Белгород. 1997, с. 98-99.