автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка и обоснование параметров устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением на автоматизированной доильной установке

005014229

Клименко Денис Борисович

РАЗРАБОТКА II ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫМЕНИ КОРОВ ПЕРЕД ДОЕНИЕМ НА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сонскапнс ученой степени

кандидата технических паук Л Г г ; л о

I « [»1^1

Мичуринск-наукоград РФ 2012

005014229

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия» (ФГГЮУ ВПО «БелГСХА) па кафедре «Машин и оборудования в агробизнесе»

Научный руководитель: Ужнк Владимир Федорович

доктор технических паук, профессор

Официальные оппоненты: Капустин Василии Петрович доктор

технических паук, профессор ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» / кафедра «Автомобильная и аграрная техника», профессор

Хмыров Виктор Дмитриевич кандидат технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» / кафедра «Механизация производства и безопасности технологических процессов», профессор

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Всероссийский научно-исследовательский и проектпо-техпологпческий институт механизации животноводства Россельхозакадемии. (ГНУ ВНИИМЖ)

Защита состоится «22» марта 2012 года в 12 — часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образовании «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета ФГБОУ ВПО МичГАУ, с авторефератом па сайте ФГБОУ ВПО МичГАУ www.mgau.ru.

Автореферат разослан «$/» февраля 2012 года.

Отзывы па автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 393760 Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических паук, доцент

II.В. Михеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последние годы созданы эффективные доильные установки, обеспечивающие при доении в стойлах и в специализированных доильных запах потомную технологию доения коров и первичной обработки молока. Однако они не обеспечивают выполнение операций преддоильной стимуляции вымени коров и санитарной обработки их вымени, необходимость которых обусловлена требованиями не только сохранения, по и повышения продуктивности, которая тем выше, чем полнее опорожняется вымя коровы во время доения. Степень опорожнения молочной железы зависит от качества стимуляции рефлекса молокоотдачи, без которого наиболее ценная альвеолярная порция молока не может быть извлечена из вымени.

Опытные дояры, стимулируя молокоотдачу подмыванием вымени теплой водой и массажем, добиваются хорошего припуска коровой альвеолярной порции молока, но на стимулирование молокоотдачи операторами затрачивается много времени, что снижает производительность их труда.

Одним из методов подготовки коров к доению и получения чистого в бактериальном отношении, молока является механизированный массаж и подмывание вымени теплой водой с использованием устройств для санитарной обработки вымени перед доением, так как подмывание вымени коров из общего ведра повышает опасность переноса инфекции от одной коровы к другой.

В связи с вышеизложенным возникла необходимость создания такой машины, которая могла бы вызывать устойчивый рефлекс молокоотдачи и обеспечивать качественную очистку вымени от загрязнений, способствуя получению молока с наименьшим содержанием микроорганизмов и механических загрязнений и повысить производительность труда операторов.

Цель исследования. Повышение эффективности процесса доения коров, качества очистки вымени, а также увеличение производительности труда оператора путем разработки и обоснования параметров устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

Объект исследования. Процесс санитарной обработки вымени коров перед доением и техническое средство его обеспечения.

Предмет исследования. Закономерности взаимодействия устройства для санитарной обработки с выменем коровы перед доением в зависимости от: параметров ворса, усилия воздействия ворса, частоты вращения щетки, продолжительности воздействия устройства.

Методика исследования. В процессе теоретических исследований использовались методы математического анализа, теоретической механики, сопротивления материалов, математического и компьютерного моделирования.

Экспериментальные исследования проводили в соответствии с общепринятыми методами планирования многофакторного эксперимента с использованием действующих ГОСТов и ОСТов разработанных методик и лабораторных исследований с применением измерительных приборов и оборудования, лабораторных установок.

Научная новизна работы

- разработано устройство для санитарной обработки вымени коров перед доением;

- предложена методика воздействия экспериментального устройства на поверхность вымени коровы перед доением;

- разработана математическая модель рабочего процесса устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением;

- установлены закономерности изменения затрачиваемой мощности привода щеток экспериментального устройства в зависимости от частоты вращения щеток и величины деформации ворса.

Практическую значимость представляют:

- конструктивно - технологическая схема автоматизированной доильной установки, обладающей новизной (патент № 2244417);

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию параметров устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

Реализация результатов исследований. На основе результатов проведенных исследований изготовлена опытная партия устройств для санитарной обработки вымени коров перед доением в количестве 4 шт. Разработанные устройства с положительным эффектом внедрены в хозяйствах Белгородской области ( ЗАО «РусАгоПравда» и ООО «РусьАгро»).

Апробация. Материалы исследований и разработок были доложены и одобрены на международных научно-производственных конференциях (Белгород 2002, 2003, 2004, 2005; Подольск, ВНИИМЖ, 2004; Харкш, ХНТУСГ ¡меш Петра Василенка 2006; Москва МЭСХ 2007).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 7 печатных работах, в том числе 1 работа в издании ВАК РФ, 1 патент № 2244417.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, включая список литературы из 149 наименований (в том числе на 5 иностранных языках), содержит 83 рисунка, 5 таблиц, 24 приложения.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- конструктивно-технологическая схема устройства для санитарной обработки вымени коров;

- теоретические положения по обоснованию параметров устройства с учетом влияния физико-механических и технологических свойств ворса на процесс обмыва вымени позволяющие вызвать интенсивный рефлекс молокоотдачи;

- результаты экспериментальных исследований и испытаний в производственных условиях, позволяющие определить оптимальные параметры устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

СОДЕРЖАНИЕ РЛГ.ОТЫ

Во введении представлена краткая характеристика состояния вопроса, обоснована актуальность темы исследований и основных научных положений, выносимых на защиту.

В первой главе "Состояние изучаемого вопроса" представлен анализ известных результатов исследований и известных технических решений, их систематизация и классификация.

Значительный вклад в развитие научных концепций повышения эффективности машинного доения коров сделан такими известными учеными, как Лптро-повский ILM., Асманкип Е.М., Вапьдман И.К., Велиток И.Г., Гарькавый Ф.Л., Зеленцов А.И., Карташов Л.П., Кормаповский Л.П., Королев В.Ф., Краснов И.Н., Макаровская З.М., Морозов U.M., Огородников П.И., Савран В.П., Скоркин В.К., Соловьев С.А., Ужик В.Ф., Цой Ю.А. и др.

Анализ результатов исследований и известных конструкций устройств для санитарной обработки вымени перед доением и устройств, оказывающих стимулирующее воздействие на вымя во время доения, показал, что до настоящего времени нет устройств, способных обеспечить оптимальный режим санитарной обработки вымени перед доением и стимуляцию молочной железы на автоматизированных доильных установках.

Одним из перспективных направлений в создании устройств для санитарной обработки вымени коров на автоматизированных системах доения является разработка конструкции устройства состоящего из двух вращающихся навстречу друг к другу щеток, которые взаимодействуют с выменем и сосками.

IIa основе анализа литературных данных и известных технических решений были сформулированы задачи исследований:

- обосновать основные направления в совершенствовании устройств для санитарной обработки вымени коров перед доением;

- разработать конструктивно - технологическую схему устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением ;

- теоретически и экспериментально обосновать параметры рабочего процесса устройств для санитарной обработки вымени коров перед доением;

- изучить влияние разработанного устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением на функциональные свойства вымени;

- провести производственные испытания экспериментального устройства для санитарной обработки вымени коров и дать обоснование экономической эффективности предложенного устройства.

Во второй главе "Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров автоматизированной доильной установки " приведено описание, рабочий процесс разработанного устройства и рассмотрен рабочий процесс устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением на автоматизированной доильной установки.

При разработке устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением на автоматизированной доильной установке учитывали необходимость вызова интенсивного рефлекса молокоотдачи, снижения общего числа бактерий и получения молока при условии щадящего воздействия ворса щетки па вымя животного.

Схема автоматизированной доильной установки и схема устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением представлены на (рис.1) и (рис.2).

II 12 14 18 К>

1-доильпый бокс; 2-подвижиое основание; 3-механизм поворота; 4-мехшшзм вертикального перемещения; 5-каретка; 6-механизм поперечного перемещения; 7-балка; 8,10-механизмы продольного перемещения; 9-доильиый манипулятор; 11-манипулятор массажа вымени; 12-устройство для санитарной обработки вымени; 13-устройство промывки; 14-двухсекциоиный переключатель; 15-резервуар; 16-трубопровод; 17- электромагнитный клапан; 18- насос; 19-система управления; 20- ЭВМ.

Рисунок 1 - Автоматизированная доильная установка

1; 4-массажные щетки, 2;5-шестерни, З-полый вал,6-гидромотор, 7-кронштейн. Рисунок 2 - Устройство для саннтарион обработки вымени коров перед доением автоматизированной доильной установки

При санитарной обработке вымени во избежания механического повреждения поверхности вымени или болевого воздействия ворса на них необходимо учитывать параметры ворса. Расчет усилия воздействия ворса на поверхность вымени проводили по известным формулам Эйлера для определения усилия из курса сопротивления материалов.

Если осевая нагрузка Р (при прижатии к вымени) не превышает критическое значение, то ворс остается прямым и претерпевает только осевое сжатие. При постепенном увеличении Р можно достигнуть значения Ркр|, при котором стержень (рис.3) теряет устойчивость:

Рисунок 3 - Равновесие ворса под действием критической силы

Р -. 1 кр1

2561}

(1)

где Е - модуль упругости материала ворса, И/м2; Ь - длина ворса, м; Н - диаметр ворса, м.

Задаваясь критической силой Рк/,ь значение которой принимаем равным не больше силы, способной вызвать болевое ощущение у животного, из уравнения (1) определим максимально допустимый диаметр ворса с!\ для данного условия его деформации:

Ркг2

В

777У777

256Ркр]Ь2

г 1Е

(2)

Рисунок 4 - Р.1С110ВСС11С ворся под действием критической силы

Рассмотрим случай для стержня у которого свободный конец имеет шарпирно подвижную опору (рис.4). Критическое усилие для данного случая, при котором ворс теряет устойчивость, будет иметь вид:

_ 2л-3£</24 4.2- 64/<2 •

(3)

Теперь, как и в предыдущем случае, задаваясь предельно допустимым значением Р,р2, из уравнения (3) определим значение диаметра ворса с12:

с12=<

32 р^е

(4)

Как следует из описания работы устройства для санитарной обработки вымени, очистка поверхности осуществляется путем счесывания загрязнений ворсом. Поэтому представляется важным определить усилие, развиваемое ворсом при

взаимодействии с обрабатываемой поверхностью (рис. 5) которое:

3 8Елй"

(5)

5

40

Рисунок 5 - Пагружсние ворса изгибающей силон

Р

64/,

где/1 - сила сопротивления изгибу одного ворса щетки, Н.

Это усилие во многом зависит не только от жесткости и геометрических параметров ворса, но и от траектории движения конца ворса (рис. 6).

Для анализа зависимости положения конца ворса от угла <р (х,(р)) (рис. 7) сделаем следующие допущения:

1 Ворс закреплен па барабане жестко.

2 Изгиб оорса при изменении угла р <р„><р>0 имеет форму параболы.

3 При изменении угла <р (<р„> <р > <рк) ворс является частью параболы от х<р до л'„ длина которой равна I.

Рь .угол при котором парабола вырождается в линию состоящую из двух составных: участка в виде параболы и прямолинейного участка, где конец ворса скользит по поверхности вымени.

4 При изменении угла р (<рк > <р >0) ворс представляет часть параболы длиной /*и прямолинейный участок Д/.

Рисунок 6 - Движение ворса но поверхности вымени

В зависимости от длины ворса /, радиуса барабана К и расстояния от центра вращения барабана до очищаемой поверхности и возможно 2 варианта:

1 Соотношение размеров таково, что центр параболы (х0 уо) будет находиться ниже прямой у = 0 (зона 1);

2 Соотношение размеров таково, что с изменение угла <р центр параболы достигнет прямой у = 0 в точке х = х\ и с дальнейшим изменением угла <р парабола выродится в

участок параболы с центром в точкех = х и прямолинейный участок Л/.

Критическая точка однозначно может быть определена при решении трансцендентного уравнения: = + , (6)

где / - длина ворса, м; 1\~ фокальный параметр; хк - абсцисса центра параболы; (рК. - критический угол когда центр параболы достигает прямой у = 0, град. С учетом условия жесткого закрепления ворса на барабане для закрепления 2 Ул

Рисунок 7-Движение ворса по поверхности вымени коровы

имеем:

Г\=-

(7)

где хп = Двик^, ук = Я - Йсскр,.,

где Л - радиус барабана, м; Н-расстояние от центра барабана до очищаемой поверхности, м.

уравнение (6) приобретает следующий вид:

~ + + Ап1,(а§<рк) = 0. (8)

У

Уравнение (8) довольно просто решается численными методами. В случае однозначного определения х = х,: координаты конца ворса на поверхности вымени определяются из следующих соотношений уравнения (7):

хп=Явт<рк

■ у*

2 Уп

Р,=-

>

(9)

с'ё'П

В том случае, когда центр параболы находится на прямой у = 0 необходимо определить дополнительный параметру по уравнению:

1с^21р-(у^у„) \_2yjl + (2у„)2 + АпЦ2у„) + + + АюЦщ/р)] = 0,

где х^=П$\п(р , уг =Я-Дсозр,

(10)

а положение конца ворса по уравнению: Р =

2 (У,+У„)

х, ,=х„+Рс^1р

Если центр параболы достигает прямой у = 0 при 0 <<р<<р„ .В данном случае уравнение (8) имеет решение при <р = <р, 0-<(э<<а„ и в первом приближении можно принять, что исследуемый участок можно разделить на два участка: (линейный и часть параболы). В этом случае паше решение определяется выражениями:

при: (рк<<р<<рн

__ >

+ У„) \_2У1^1 + (2у„)2 + А1Щ2у0) + с1§<рф + щ2д> + А>ЩЩ<р)] = 0 „ 2 (>,+>„)

х, = У„Р+Х„

при: 0 <<р<1рк

(12)

/ =

Р =

Н - Я ее» <р <Р

гУг

>

х'=ХГ+Р'с%<р

х, =х" +&! = л'* +(!-!')

где Д/- прямолинейный участок, м.

(13)

г.

-и >

\

рЪ '

&у

в.

Рисунок 8-Условие равновесии сил

Для оценки общего интегрального усилия одного ворса, возникающего в зоне контакта ворса щетки и поверхности вымени (рис. 8):

=/>*]>,

(14)

где £=М

Ь РВС ШД+/)(со^-1)+Д);/ 4 '

необходимо вычислить интеграл:

(16)

Значение интеграла (16) фактически является поправочным коэффициентом К, при определении потребной мощности привода устройства для санитарной обработки вымени коров. J= К,

Интегрирование величины (16) численным методом показало, что для предлагаемой конструкции в инженерных расчетах с достаточной точностью можно воспользоваться упрощенным выражением для К: /<"=1,96 - 0,05 1г при 0 < ¡¡< 30 где /г - расстояние между барабаном и соском вымени, мм.

Отсюда вытекает, что интегральное усилие воздействия одного ворса имеет вид: Рс.ш = КР\ (17)

С учетом вышеизложенного, потребная мощность Ыптт привода устройства должна определяться с учетом интегрального усилия создаваемой щеткой, угловой скорости, радиуса щетки, а также необходимого числа ворса ¡„ц,,,:

3,6-Ю"

'.»»I--^-тт~ > (18)

а-И-кХцЦ + к1,) агесо5(1--г.)

где Вписр - коэффициент перекрытия ворсом щетки очищаемой поверхности; й-диметр ворса, м; - скорость движения щетки по вымени, м/с; 9т - окружная скорость щетки, м/с; кр - коэффициент равномерности распределения ворса на поверхности щетки; коэффициент приведения угла входа к углу выхода; к]-коэффициент отношения центральных углов; Я - радиус щетки по ворсу, выраженный в тех же единицах, что радиальная деформация ворса щетки, м; Д/„- перемещение щетки относительно обрабатываемой поверхности до рабочего положения, м.

Лг _. тРс.ш,га>-Ксщ

и выражается уравнением: "птг~ ~ . (19)

где ;/ - КПД привода; т - количество щеток, шт; г - радиус щетки, м; СО - частота вращения щетки, с'; /„д„( - общее число ворса, шт.

В третьей главе "Программа и методика экспериментальных исследований работы устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением" дано описание лабораторных установок и методики проведения опытов.

В задачу экспериментальных исследований устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением па автоматизированной доильной установке входила проверка теоретических положений и оптимизация параметров экспериментального устройства. В соответствии с поставленной задачей работа выполнялись по следующей программе:

— определение прочности связи навоза с кожным покровом вымени коровы на отрыв и сдвиг;

— определение болевого порога соска вымени коровы;

— определение упругих свойств ворса при осевой сжимающей нагрузке без фиксации точки приложения и сохранении направления силы;

— определение упругих свойств ворса при осевой сжимающей нагрузке с фиксацией точки приложения и сохранении направления силы;

— определение силы сопротивления изгибу ворса от величины деформации;

— определения положения конца ворса в зависимости от угла поворота щетки для проведения численного эксперимента и определения интегрального усилия воздействия;

— определение потребной мощности привода устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением;

— оптимизация параметров устройства для санитарной обработки вымени;

Для проведения экспериментальных исследований были разработаны специальные методики на основе методов планирования многофакторного эксперимента.

Испытания работы устройства для санитарной обработки вымени коров доильной установки проводили с использованием тензометрического оборудования. Для этого были разработаны стенды и лабораторные установки. Обработку результатов исследований вели с использованием ПЭВМ методом вариационной статистики, а также регрессионного и корреляционного анализа.

В четвертой главе "Результаты экспериментальных исследований устройства для санитарной обработки вымени коров автоматизированной доильной установки" приведены:

— результаты исследований прочности связи навоза и кожного покрова вымени коровы на отрыв и сдвиг. В результате проведения эксперимента установлено, что искомая зависимость достаточно точно описывается уравнениями: па отрыв

У, =27,81425 - 4,27291Х1-0,15478Х2, (20)

на сдвиг

У2 = 10,93 - 1,204Х| -0,075Х2, (21)

где У| - усилие отрыва, необходимое для разрушения связи между кожным покровом и слоем навоза, Н; У2 - усилие сдвига, необходимое для разрушения связи между кожным покровом и слоем навоза, Н; X! - толщина слоя навоза, м; Х2 - влажность слоя навоза, %.

Коэффициент корреляции для приведенных уравнений равен соответственно 0,999277 и 0,99581088.

Исследованиями установлено, что с увеличением толщины слоя навоза уменьшается разрушающее усилие. Уменьшается усилие и при изменении направления разрушающей силы. Так, при увеличении толщины навоза от 1 до 3 мм (площадь контакта £ = 19,63 см2 и влажность навоза 75 ± 5%), необходимое усилие разрушения связи при отрыве уменьшается от 13,27 до 4,22 Н., и на сдвиг - от 4,83 до 2,02 //.Графическое отображение данных зависимостей представлено на

а - на отрыв; б - на сдвиг Рисунок 9-Завнснмость прочности связи навоза и кожного покрова вымени коровы

— результаты исследований по определению болевого порога соска вымени коровы. В результате обработки полученных экспериментальных данных установлено, что при величине нагружения поверхности вымени коровы контактной частью стержня давлением Р = 0,207 Н/мм2, корова не проявляла беспокойства, а при превышении установленного давления - наблюдалось возбужденное состояние у животного.

- результаты исследований упругих свойств ворса при осевой сжимающей нагрузке без фиксации точки приложения и сохранении направления силы. В результате проведения эксперимента установлено, что зависимость критического усилия осевого сжатия ворса от его диаметра и длины, при котором теряется его устойчивость достаточно, точно описывается уравнением вида:

У = 0,411946- 94,8405Х, +878,2108Х2+ 3480,729Х,2-

10455Х,Х2 + 1288525Хг2, (22)

где У- усилие осевого сжатия ворса, Я; Х1 - длина ворса, м; Х2-диаметр ворса, м. Графическое отображение данной зависимости представлено на (рис. 10). Коэффициент корреляции для приведенного уравнения равен 0,9255. Доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Р05 - критерия Фишера равном 2,2 фактическое значение для всех измерений не превышало 1,04. Эти данные подтверждают правильность нашего теоретического положения, характеризующего зависимость критического осевого усилия сжатия от параметров ворса. Из этого следует, что критическим усилием, способным вызвать потерю устойчивости ворса, выполненного, например, из полиэтилена (£= 300 МПа) диаметром 1 мм и длиной 30 мм, будет усилие, равное 0,0409 Н.

— результаты исследований упругих свойств ворса при осевой сжимающей нагрузке с фиксацией точки приложения и сохранении направления силы. В результате проведения эксперимента установлено, что зависимость критического усилия осевого сжатия ворса от его диаметра и длины, при котором теряется его устойчивость достаточно точно описывается уравнением вида:

У = 3,427458 - 777,672Х, + 7098,683Х2 + 28491,67Х,2 - 90085IX, Х2+ +10504833Х22, (23)

где У- усилие осевого сжатия ворса, Н; X] - длина ворса, лг,Х2- диаметр ворса, м.

Графическое отображение данной зависимости представлено на (рис. 11).

Рисунок 10 - Зависимость критического усилия осевого сжатия ворса, при котором теряется его устойчивость, от диаметра н длины ворса

Коэффициент корреляции для приведенного уравнения равен 0,92337.

Доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Р05 - критерия Фишера равном 2,20 фактическое значение для всех измерений не превышало 1,11. Эти данные подтверждают правильность нашего теоретического положения, характеризующего зависимость критического осевого усилия сжатия от параметров ворса. Из этого следует, что критическим усилием, способным вызвать потерю устойчивости ворса, выполненного, например, из полиэтилена (£= 300 МПа) диаметром 1 мм и длиной 30 мм, будет усилие, равное 0,318 Я.

Рисунок 11 - Зависимость критическою усилия осевого сжатия ворса, при котором теряется его устойчивость, ог диаметра и длины ворса

— результаты исследований по определению характера зависимости силы сопротивления изгибу ворса от величины деформации. Установлено, что зависимость сопротивления изгибу ворса от величины деформации для различных его диаметра и длины достаточно точно описывается уравнением вида:

1.Для длины ворса 10 мм:

У = 2,2673 - 329.3993Х, - 4536,587Х-, + 101,6539Х,2 +458240,5Х,Х2+ +1815390Х22

2.Для длины ворса 20 мм:

У = 0,2952 - 39,8956X1 - 595,51Х2 - I83,734Х,2 +57250,38Х,Х2+ + 238708Х22

3.Для длины ворса 30 мм:

У = 0,08615- 12,1787Х,- 172,808Х2- 15,3733Х,2 +17188,24Х,Х2+ + 69111Х22

4.Для длины ворса 40 мм:

У = 0,03343 - 4,35284X1 - 68,3897Х2- 68,802Х,2 +6870,861Х,Х2+ + 27685, ЗЗХ22

где У- сопротивление изгибу от величины деформации ворса, Я; X/ - деформация ворса, м; Х2 - диаметр ворса, м.

Графическое отображение данных зависимостей представлено па (рис.12)

(24)

(25)

(26) (27)

0.8

0,6 0,4 0,2 О

а - 1.=10 м.м\ б - ¿=20 мм; в - Ь=30 мм; г - Ь=40 мм. Рисунок 12 - Зависимость сопротивления ворса изгибу от величины деформации дли длины ворса

0,972...0,978.Доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Р05 - критерия Фишера равном 1,99 фактическое значение для всех измерений не превышало 1,35. Эти данные подтверждают правильность нашего теоретического положения, характеризующего зависимость сопротивления изгибу от параметров ворса. Установлено, что с уменьшением длины ворса при одновременном увеличении его диаметра, сопротивление изгибу возрастает. Так, при изгибе ворса выполненного из полиэтилена (Е= 300 МПа) диаметром 1 мм и длиной 30 мм, сопротивление изгибу будет равно 0,01353 Я, а ворса диаметром 2 мм, длиной 10 мм и той же деформации - 5, 652 Н.

ДН1.2

у = -0.0253< +0,932 ^ = 0,9893

— результаты исследований численного эксперимента и интегрального усилия воздействия в зависимости от положения конца ворса. Установлено, что

регрессионное уравнение относительного усилия воздействия, определяемого интегралом .1 (14) в зависимости от расстояния между барабаном и соском вымени аппроксимируется уравнением первого порядка (рис. 13). J =/(Ь)= 0,982 - 0,0258 /г (28)

0<Л<30

где к - расстояние между барабаном и поверхность вымени, мм.

35 л,п-

-Линейный (Ряд!)

Рисунок 13 воздействии

- Интегральное усилие ворса щетки на вммп

у?

--теорет

эксперт/

Рисунок 14 - Абсцисса конца ворса в зависимости от угла поворота барабана

(29)

(30)

А для определения угла поворота барабана </> фиксировалось положение конца ворса относительно перпендикуляра из центра барабана на плоскость соска (для случая Я =10 мм, I =30 мм, Ду=10), \<(р<25 (рис.14). Теоретическая модель для данного случая имеет вид:

У = 0,9018Х + 1,8019,

Уравнение регрессии для экспериментальных данных имеет вид: У = 0,898Х + 1,7396.

где У - положение конца ворса ,мм; X - угол поворота (/>,-,град.

Доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Р05 - критерия Фишера равном 1,85 фактическое значение для всех измерений не превышало 1,61. Это свидетельствует о достоверности представления функции зависимости положения конца ворса от угла поворота барабана теоретической моделью в виде линейного уравнения.

— результаты исследований потребной мощности привода устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением. В результате обработки данных исследований установлено, что зависимость потребной мощности привода устройства от деформации ворса (Л) и частоты вращения щеток (рис. 15) достаточно точно описывается выражением вида:

У=11,08 + 47222449Х,-732,659Х2, (31)

где У - потребная мощность привода, Вт; Х| - частота вращения п, с'1 ;Хт - деформация ворса, м.

Рисунок 15 - Потребная мощность привода устройства для санитарной обработки вымени коров

Доказано, что теоретическая и экспериментальная модели адекватны. При табличном значении Р05 - критерия Фишера равном 1,4885 фактическое значение для всех измерений не превышало 1,0028. Эти данные подтверждают правильность нашего теоретического положения, характеризующего зависимость потребной мощности привода устройства от величины деформации ворса и частоты вращения барабана. Так, при отсутствии кон-(Л = 0) мм. и частоте враще-(М= 4,6 Вт), а при величине

такта между щеткой и упорной пластиной при ния (2,5 с') потребная мощность привода равная деформации ворса (Л = 25 мм) и той же частоте вращения потребная мощность привода возрастает до 16,8 Вт).

— результаты исследований по оптимизации параметров устройства для санитарной обработки вымени коров. В результате проведенного факторного эксперимента получены уравнения регрессии для четырех факторов по двум параметрам оптимизации: интенсивность доения и бактериальная обсемененпость. В окончательном виде, после исключения несущественных коэффициентов регрессии, уравнения имеют следующий вид:

У1=231208 + 0,0383Х1+0,0429Х2 + 0,0579Хз+0,0692Х4 + 0,0275Х|Х2 -0,0337Х1Х)-00308 Х2 X, -0,0333Х3 X) -0,0483 X] Х2Х3 + 0,0321 X, ХА+0,0304 Х,Х2Х3Х,, (32)

Уг 11,18542 + 0,0404Х, +0,0738Х2-0,1867Х3+ОД950Х4+0,0533Х1Х3-0)0392Х1 Х,+0 0458Х, Х3 - 0,0350 Х2Х4- 0,1846 Х3Х,-0,1323 Х2Х3Х,, (33)

где У! - интенсивность доения, кг / мин.; У2 - бактериальная обсемененпость, тыс. колон.

При проверке коэффициентов уравнения регрессии по критерию Кохрена установлена их однородность. Адекватность уравнений регрессии проверяли по критерию Фишера. Анализ данных показывает, что гипотеза об адекватности принимается. Уравнения регрессии исследовалось на оптимум. В результате получены оптимальные значения факторов: диаметр ворса Х{= 0,63-10 Зм; усилие воздействия Х2 = 3,3811; частота вращения Х3 = 4,866 с"1; продолжительность Х4 = 40 с.

В пятой главе «Производственные испытания устройства для санитарной обработки вымени коров и оценка экономической эффективности» приведены результаты сравнительных испытаний экспериментального устройства для санитарной обработки вымени коров и пистолета УД 380.040 для обмыва вымени.

Оценка качества обработки вымени пистолетом производилась по бактериальной обсемененпости поверхности вымени и параметрам доения, с помощью тензометрического оборудования выполненного на базе доильного оборудования АДУ - 1.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ результатов исследований, а также анализ и систематизация известных технических решений свидетельствуют о том, что одно из перспективных направлений в создании устройства для санитарной обработки вымени перед доением - создание устройств в виде цилиндрических щеток (патент № 2444417).

2,Эксперимептальными исследованиями установлено, что для площади контакта Я = 19,63 см2 при увеличении толщины навоза от 1 до 3 мм, усилие разрушения связи на отрыв уменьшается с 13,27 до 4,22 Я., а так же и па сдвиг - от 4,83 до 2,02 Я при влажности 75 ± 5%.

3. Результаты исследований по определению болевого порога сосков вымени коровы свидетельствуют, что при пагружепия сосков контактной частью стержня давлением Р = 0,207 Н/мм2, животные не проявляли беспокойство, а превышение установленного давления на сосок приводило животных в беспокойное состояние.

4. Анализ результатов исследований упругих свойств ворса показал, что потеря устойчивости ворса наблюдается при более высоком значении осевой сжимающей нагрузки и для случая фиксации точки приложения сжимающей силы, чем для случая, когда сохранялось только направление силы. Так для ворса диаметром 1 мм и длиной 30 мм при фиксации точки приложения сил это усилие составляет 0,318 Я, а при отсутствии фиксации 0,0409 Я.

5. Установлено, что сопротивление изгибу ворса зависит от величины деформации, а также от его диаметра и длины. С уменьшением длины ворса при одновременном увеличении его диаметра и деформации, сопротивление изгибу возрастает. Так, при прогибе ворса 8 мм выполненного из полиэтилена (£= 300 МПа) диаметром 1 мм и длиной 30 мм сопротивление изгибу будет равно 0,01353 Я, а ворса диаметром 2 мм и длиной 10 мм и прогибом 8 мм сопротивление будет равно 5, 652 Я.

6. Получена: математическая модель, позволяющая определить абсциссу конца ворса в зависимости от угла поворота барабана, а также регрессионная зависимость, учитывающая относительное интегральное воздействия ворса щетки на поверхность вымени.

На основе интегральной оценки усилия воздействия ворса па поверхность вымени, получен поправочный коэффициент, позволяющий оценивать мощность на привод в зависимости от расстояния щетки до вымени.

7. Теоретически установлено, что очистка поверхности вымени будет достигаться лишь тогда, когда ворс щетки перекрывает любой участок очищаемой поверхности. Для получения требуемого качества очистки вымени число ворса в пучке должно быть в пределах 71 -74 шт. па площади 8 мм2.

8. Результаты исследований показывают, что при увеличении деформации /г = 25 мм ворса, выполненного из полиэтилена (Е= 300 МПа) диаметром I мм, длинной 30 мм и частоте вращения 2,5 с' потребная мощность привода составляет М= 16,8 Вт.

9. Для вызова интенсивного рефлекса молокоотдачи и обеспечения максимальной очистки вымени, оптимальными параметрами для экспериментального устройства необходимо считать: диаметр прутка 0,63 10"3 м, усилие воз-

действия 3,38 /У, частота вращения 4,866 с'., продолжительность санитарной обработки вымени экспериментальным устройством 40 сек.

10. Для экспериментального устройства характерна более высокая пиковая интенсивность молоковыведения по вымени, равная 2,91 кг/мин, против 2,29 кг/мин при обмыве вымени. Помимо этого отмечено более короткое-35,12 с. против 50,28 с. время до пиковой интенсивности молокоотдачи у экспериментального устройства. Вследствие этого, у экспериментального устройства более полная вы-доенность за 1 и 3 минуты. Выше и средняя интенсивность молоковыведения. Она составляет при использовании экспериментального устройства 1,63 кг/мин, а для обмыва из пистолета - 1,37 кг/мин. Полнота выдаивания при использовании экспериментальным устройство составляет 97,88% , а при использовании пистолета 96,02%. Показатели бактериальной обсемененности при обмыве экспериментальным устройством составляют 10,43 тыс. колоний, а из пистолета - 11,63 тыс. колоний. Годовой эффект по приведенным затратам на 140 голов составляет 20000,7 рублей. В расчете на одну корову эта сумма составляет 142,8рубля.

Годовой экономический эффект экспериментального устройства с учетом приведенных затрат и роста молочной продуктивности животных, в расчете на 140 голов, составляет 205500,7 рублей, а на одну корову - 1467,8 рублей. Таким образом, внедряемое устройство, обладает высокими эксплуатационными и экономическими показателями. Внедрение экспериментальных устройств в ряде хозяйств Белгородской области позволило получить экономический эффект свыше 35 тысяч рублей в год.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Публикации ч изданиях рекомендованных ВАК

1. Юшмепко, Д. В. Определение мощности привода устройства для обработки вымени коров перед доением / Д. В. Клименко // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2007. -№ 6. - с. 9-10.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференции

2. Клименко, Д. Б. Подготовительные операции перед доением. / В. Ф Ужик, Д.Б. Клименко // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения / Материалы VI международной научно - производственной конференции- - Ч. 11: Механизация. Экономика. Блок социальных паук. - Белгород, 2002. - Издательство Белгородской ГСХА. с.28 - 29.

3. Клименко, Д. Б. К обоснованию разработки устройства для санитарной обработки вымени коров. / В. Ф Ужик, Д.Б. Клименко // Проблемы сельскохозяйственного производства па современном этапе и пути их решения / Материалы VII международной научно - производственной конференции. - Ч. II: Механизация. Экономика. Блок социальных паук. - Белгород, 2003. - Издательство Белгородской ГСХА. с.27 - 28.

4. Клименко, Д. Б. Устройство для санитарной обработки вымени коров. / В.Ф. Ужик, Д.Б. Клименко // Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе п пути их решения / Материалы VIII международной научно-технической конференции. - Ч. II: Механизация, экономика, Блок социальных наук. - Белгород, 2004. - Издательство Белгородской ГСХА. - с. 128 - 129.

5. Клименко, Д. Б. Создание автоматизированных систем доения / В.Ф. Ужик, Д.Б. Клименко // Научно-технический прогресс в животноводстве: перспективная система машин - основа реализации стратегии машинно-технологического обеспечения животноводства на период до 2010 г.: сб. науч. трудов. Том 13. Часть 2. ВНИИМЖ. - Подольск, 2004. С. 203 - 209.

6. Клименко, Д. Б. Устройство для санитарной обработки вымени коров / В.Ф.Ужик, Д.Б. Клименко // Вдоскоиалешш технологи! та обладпашш виробниц-тва продукцп твариниицтва / Bíchhk Харювського нацюиального техшчного ушверситету Ыльского господарства ¡м. Петра Василеика Випуск 48. - Xapuin, 2006. С. 39-40.

Патентные документы

7. Пат. № 2244417 Российская Федерация, МКИ А 01 J 5/00. Автоматизированная доильная установка / Ужик В.Ф., Слободюк А.П., Свиридов А.Г., Клименко Д.Б.; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия». - № 2003110504; заявл. 11.04.2003; опубл. 20.01.2005, Бюл. № 2. - 17 с.

Клименко Денис Борисович

РАЗРАБОТКА II ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫМ15ПП КОРОВ ПЕРЕД ДОЕНИЕМ НА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ

Специальность 05.20.01 -технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на сонсканне ученой степени кандидата технических наук

формат 60x84 '/,6. Печ. л. 1.2.

Подписано в печать_.

Заказ № 187. Тираж 120 экз.

Типография БелГСХА 308503, п. Майский Белгородской области.

61 12-5/2169

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫМЕНИ КОРОВ ПЕРЕД ДОЕНИЕМ НА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ

Специальность: 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

На правах рукописи

КЛИМЕНКО ДЕНИС БОРИСОВИЧ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор В.Ф. УЖИК

Белгород 2012

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа изложена на 143 стр. машинописного текста, в том числе содержит 5 таблиц, 83 рисунка и 25 приложений.

Список литературы включает 149 наименований в том числе 5 на иностранных языках.

Ключевые слова: обмыв, вымя, сосок, корова, устройство, стимуляция, рефлекс, молокоотдача, ворс, щетка, барабан.

Диссертация посвящена совершенствованию средств механизации подготовки коров к доению.

На основании анализа результатов исследований и классификации

Дана теория рабочего процесса устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

Изложены методики по выявлению ряда физических величин и результаты экспериментальных исследований устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

Дано обоснование оптимальных параметров устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

Приведены результаты производственных испытаний устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением и его экономическая эффективность.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА.............................

1.1 Состояние проблемы исследований устройств для санитарной обработки вымени коров перед доением............

1.2 Классификация и анализ устройств для санитарной обработки вымени коров перед доением..........................

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА УСТРОЙСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫМЕНИ КОРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ....................................................................

2.1 Разработка конструктивно-технологической схемы ав-

томатизированной доильной установки с устройством для санитарной обработки вымени коров перед доением.......................................................................... 43

2.2 Теоретические исследования рабочего процесса устройства для санитарной обработки вымени коров............. 48

2.2.1 Расчет параметров ворса щетки...........................48

2.2.2 Расчет усилия счесывания, развиваемого ворсом.......................................................... 53

2.2.3 Исследование движение ворса по поверхности вымени.......................................................... 54

2.2.3.1 Общая постановка задачи и результаты ранее проведенных исследований............ 54

2.2.3.2 Определение координаты конца ворса на поверхности вымени......................... 59

2.2.3.3 Определение усилия создаваемого ворсом щетки на поверхности вымени коро-

Стр. 8 12

12

31

43

вы...................................................... 64

2.2.4 Определение необходимого числа ворса на щетку.................................................................. 66

2.2.5 Расчет потребной мощности на привод устройства для санитарной обработки вымени коров................................................................ 70

2.3 ВЫВОДЫ...................................................... 71

3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТРОЙСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫМЕНИ КОРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ......................................................... 73

3.1 Общая методика экспериментальных исследований.................................................................................. 73

3.1.1 Методика экспериментального исследования оп-

ределения прочности связи навоза с кожным покровом вымени коровы..................................

3.1.1.1 Методика экспериментального исследования определения прочности связи навоза с кожным покровом вымени коровы на отрыв.................................... 76

3.1.1.2 Методика экспериментального исследования определения прочности связи навоза с кожным покровом вымени коровы на сдвиг..................................... 78

3.1.2 Методика экспериментального исследования определения болевого порога соска вымени коровы.............................................................. 80

3.1.3 Методика экспериментального исследования определение упругих свойств ворса щетки........... 81

3.1.3.1 Методика экспериментального исследования упругих свойств ворса при осевой

сжимающей нагрузке без фиксации точки приложения и сохранении направления

силы.................................................... 82

3.1.3.2 Методика экспериментального исследования упругих свойств ворса при осевой сжимающей нагрузке с фиксации точки приложения и сохранении направления силы..................................................... 84

3.1.4 Методика экспериментального исследования силы сопротивления изгибу ворса от величины деформации ..................................................... 86

3.1.5 Методика определения положения конца ворса в зависимости от угла поворота щетки для проведения численного эксперимента и определения интегрального усилия воздействия.................. 88

3.1.6 Методика экспериментального исследования потребной мощности привода устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением ... 90

3.1.7 Методика экспериментального исследования оптимизации параметров устройства для санитарной обработки вымни....................................... 93

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ УСТРОЙСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫМЕНИ КОРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ. 95

4.1 Результаты экспериментальных исследований прочности связи навоза и кожного покрова вымени коровы..... 95

4.2 Результаты экспериментальных исследований определения болевого порога соска вымени коровы......................... 97

4.3 Результаты экспериментальных исследований определения упругих свойств ворса щетки................................ 97

4.3.1 Результаты экспериментальных исследований упругих свойств ворса при осевой сжимающей нагрузке без фиксации точки приложения и сохранении направления силы.................................... 97

4.3.2 Результаты экспериментальных исследований упругих свойств ворса при осевой сжимающей нагрузке с фиксацией точки приложения и сохранении направления силы..................................... 99

4.4 Результаты экспериментальных исследований по определению силы сопротивления изгибу ворса от величины деформации.............................................................. 101

4.5 Результаты проведения численного экспериментального исследования по определению основных параметров движения ворса и интегрального усилия воздейст-

105

ВИЯ...........................................................................

4.6 Результаты экспериментальных исследований потребной мощности привода устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением........................................ 110

4.7 Результаты экспериментальных исследований по оптимизации параметров устройства для санитарной обработки вымени коровы.................................................... 112

4.8 ВЫВОДЫ.................................................................. 114

5. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ САНИТАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВЫМЕНИ КОРОВ И ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ................................ 116

5.1 Условия производственных испытаний.......................... 116

5.2 Методика испытаний................................................... 116

5.3 Результаты производственных испытаний устройства для санитарной обработки вымени коров.............................. 118

5.4 Экономическая эффективность устройства для санитар-

ной обработки вымени коров перед доением.................... 120

5.4.1 Экономическая эффективность экспериментального устройства от снижения затрат ручного труда....... 121

5.4.2 Лимитная цена экспериментального устройства..... 122

5.4.3 Экономическая эффективность экспериментального устройства от увеличения продуктивности коров.............................................................. 123

5.4.4 Расчет экономической эффективности экспериментального устройства.................................... 1^4

5.5 ВЫВОДЫ............................................................... 126

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.................................... 128

ЛИТЕРАТУРА........................................................................ 131

ПРИЛОЖЕНИЯ..................................................................... 144

ВВЕДЕНИЕ

За последние годы созданы эффективные доильные установки, обеспечивающие при доении в стойлах и в специализированных доильных залах поточную технологию доения коров и первичной обработки молока. Однако они не обеспечивают выполнение операции по санитарной обработки вымени коров, необходимость которой обусловлена требованиями не только сохранения, но и повышения продуктивности животных. Продуктивность тем выше, чем полнее опорожняется вымя коровы во время доения. Степень опорожнения вымени зависит от качества стимуляции рефлекса молокоотдачи, без которого наиболее ценная альвеолярная порция молока не может быть извлечена из вымени.

Опытные дояры, стимулируя молокоотдачу подмыванием вымени теплой водой и массажем, добиваются хорошего припуска коровой альвеолярной порции молока. Но на стимулирование молокоотдачи операторами затрачивается много времени, что снижает производительность их труда.

Одним из методов подготовки коров к доению и получения чистого молока в бактериальном отношении является механизированный массаж и, подмывание вымени теплой водой с использованием устройств для санитарной обработки вымени перед доением, поскольку подмывание вымени коров из общего ведра повышает опасность переноса инфекции от одной коровы к другой.

В связи с вышеизложенным возникла необходимость создания такой машины, которая могла бы вызывать устойчивый рефлекс молокоотдачи и обеспечивать качественную очистку молочной железы от загрязнений, способствия получению молока с наименьшим содержанием микроорганизмов и механических загрязнений и повысить производительность труда операторов.

Цель исследования. Повышение эффективности процесса доения коров, качества очистки вымени, а также увеличение производительности труда оператора путем разработки и обоснования параметров устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

Объект исследования. Процесс санитарной обработки вымени коров перед доением и техническое средство его обеспечения.

Предмет исследования. Закономерности взаимодействия устройства для санитарной обработки с выменем коровы перед доением в зависимости от: параметров ворса, усилия воздействия ворса, частоты вращения щетки, продолжительности воздействия устройства.

Методика исследования. В процессе теоретических исследований использовались методы математического анализа, теоретической механики, сопротивления материалов, математического и компьютерного моделирования.

Экспериментальные исследования проводили в соответствии с общепринятыми методами планирования многофакторного эксперимента с использованием действующих ГОСТов и ОСТов разработанных методик и лабораторных исследований с применением измерительных приборов и оборудования, лабораторных установок. Научная новизна работы

- разработано устройство для санитарной обработки вымени коров перед доением;

- предложена методика воздействия экспериментального устройства на поверхность вымени коровы перед доением;

- разработана математическая модель рабочего процесса устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением;

- установлены закономерности изменения затрачиваемой мощности привода щеток экспериментального устройства в зависимости от частоты вращения щеток и величины деформации ворса.

Практическую значимость представляют:

- конструктивно - технологическая схема автоматизированной доильной установки, обладающей новизной (патент № 2244417);

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию параметров устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

Реализация результатов исследований. На основе результатов проведенных исследований изготовлена опытная партия устройств для санитарной обработки вымени коров перед доением в количестве 4 шт. Разработанные устройства с положительным эффектом внедрены в хозяйствах Белгородской области ( ЗАО «РусАгоПравда» и ООО «РусьАгро»).

Апробация. Материалы исследований и разработок были доложены и одобрены на международных научно-производственных конференциях (Белгород 2002, 2003, 2004, 2005; Подольск, ВНИИМЖ, 2004; Харюв, ХНТУСГ ¡мет Петра Василенка 2006; Москва МЭСХ 2007).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 7 печатных работах, в том числе 1 работа в издании ВАК РФ, 1 патент № 2244417.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 143 страницах машинописного текста, включая список литературы из 149 наименований (в том числе на 5 иностранных языках), содержит 83 рисунка, 5 таблиц, 24 приложения. На защиту выносятся следующие научные положения:

- конструктивно-технологическая схема устройства для санитарной обработки вымени коров;

- теоретические положения по обоснованию параметров устройства с учетом влияния физико-механических и технологических свойств ворса на процесс обмыва вымени позволяющие вызвать интенсивный рефлекс мо-локоотдачи;

- результаты экспериментальных исследований и испытаний в производственных условиях, позволяющие определить оптимальные параметры устройства для санитарной обработки вымени коров перед доением.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА

1.1 Состояние проблемы исследований устройств для санитарной обработки вымени коров перед доением

Повышение эффективности машинного доения коров неразрывно связано с автоматизацией технологических операций, в их числе и подготовка вымени к установке доильного аппарата, заключающаяся в санитарной обработке и стимулирующем воздействии на него.

Так как преддоильный массаж и обмыв вымени, по утверждению физиологов, влияет на процесс молокоотдачи, имеющий рефлекторный характер, а качество стимуляции рефлекса определяется динамикой молокоотдачи, величиной удоя и ручного додоя, временем машинного доения, то совершенствование подготовительных операций, а в частности обмыва вымени и массажа, целесообразно вести в направлении оптимизации параметров их воздействия на организм животного.

В механизации подготовительных операций возникло три направления в конструировании стимулирующих средств: устройства, выполненные вместе с доильным аппаратом; отдельно, размещенные в подготовительном пункте; в конструкциях автоматизированных доильных установок. Последние позволяют автоматизировать подготовительный процесс.

Вначале рассмотрим результаты исследований способов и устройств для стимулирующего воздействия на молочную железу, а также санитарной обработки вымени, выполненных как отечественными, так и зарубежными учеными.

Так, В. Петерсен еще в 1943 году рекомендовал перед началом доения обтирать вымя полотенцем, смоченным горячей водой температурой 42-54°С [1]. Он утверждал, что помимо гигиенического эффекта, этот способ стимулирует молоковыведение. Однако это утверждение было выдвинуто теоретически, без экспериментальной проверки.

А уже в 1944 году К. Кнот в соавторстве с В. Петерсеном экспериментально подтвердили, что опорожнение альвеолярного отдела молочной железы является фактором, стимулирующим дальнейшее жирообразование [2]. Имея в виду эти данные, следует полагать, что более полное опорожнение альвеолярного отдела от молочного жира, вызванное горячими обмываниями, является фактором, стимулирующим последующий синтез молочного жира. Не исключается, что горячее обмывание рефлекторно стимулирует обмен веществ в организме, что также должно способствовать повышению жирообразования.

Практическим опытом делится знатная доярка Сапарова Сенем, которая утверждает, что для стимуляции рефлекса молокоотдачи у коровы перед доением необходима 30 секундная предварительная санитарная подготовка вымени [3], которая является первым условием проведения машинного доения без ручного додаивания.

Доярка ОПХ "Боровское" А. Чупина пришла к выводу, что оптимальная температура для подготовки вымени составляет 45-50°С [4]. При этом сосуды вымени быстро расширяются, заполнение их кровью усиливается и начинают набухать соски вымени. Все эти признаки говорят о том, что наступил рефлекс молокоотдачи. После подмывания и обсушивания вымени корова готова отдать молоко.

И. Г. Велиток установил, что при воздействии на рецепторы температуры в пределах 40-45°С активность нервных окончаний кожи вымени положительна [5]. При условии наполнения вымени на 90-95%, что обычно бывает при двукратном доении, сфинктеры сосков расслабляются и показывают сопротивление 50-100 мм рт. ст., которое подсосковый вакуум доильного аппарата легко преодолевает, и молоко быстро отсасывается из цистернальной емкости вымени.

Силовые раздражения рецепторов кожи вымени и сосков возникают у коров при доении, а также частично при массаже вымени. Положительные силовые раздраж