автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка технических средств для лечения маститов у овец

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕЯОВАТВЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИЗШЩИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ)

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ. СРЕДСТВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ МАСТИТОВ У ОБЩ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ)

На правах рукописи

ГРИШИНА ОЛЬГА ИВАНОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ МАСТИТОВ У ОВЕЦ

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (В И Э С X).

Научный руководитель: доктор технических наук,, профессор,

академик РАСХН Л.Г.Прищеп

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор В.Т.Сергованцев

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Г.А.Шарков

Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства

Защита диссертации состоится "_"_1996г

в _ час. на заседании диссертационного совета К 020.15.01 по

присуждению ученой степени кандидата технических наук во Всероссий ском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства по адресу: 109456, Москва, 1-й Вешняковский проезд,д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВЩСХ.

Автореферат разослан "_" _ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Овцеводство - одна из важнейших отраслей сельского хозяйства, дапцая как продукцию: молоко, мясо, так и сырьё: кожу, шерсть. Как и во всем животноводстве, основной задачей является внедрение прогрессивных технологий и техники, повышающих продуктивность и качество продукции, направленных на снижение заболеваемости животных.

Существующие медикаментозные методы, при их высокой эффективности, не удовлетворяют современным требованиям к чистоте продукции и сокращению длительности лечения, что заставляет искать эффективные физиотерапевтические средства и методы.

В лечении наиболее распространенного заболевания овец - мастита - наиболее перспективным представляется метод УВЧ-терапии, позволяющий значительно сократить сроки лечения животных, обеспечить сохранность молодняка и получить экологически чистую продукцию как во время лечения, так и после него. Кроме того, УВЧ-технология резко повышает производительность труда и существенно снижает затраты.

Диссертационная работа направлена на разработку научных основ и рекомендаций по использованию УВЧ-энергии в овцеводстве, внедрение в практику технических средств УВЧ-терапии. Решение поставленных задач было осуществлено совместно с ветеринарными работниками.

Исследования, результаты которых отражены в печатных работах, выполнялись в соответствии с Республиканской (Федеральной) целевой научно-технической программой на 1992...1995 годы "Разработать основные направления долгосрочной федеральной технической политики, систему энергетического обеспечения, развития автоматизации производства и экономии энергетических и материальных ресурсов в сельскохозяйственном производстве России", задание 05.05.

Цель работы. Обоснование режимов лечения маститов у овец УВЧ-энергией и разработка технических средств.

Задачи исследования. Необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать режимы, лечения и профилактики маститов у овец УВЧ-методом;

- обосновать параметры облучающей системы для УВЧ-терапии;

- исследовать электрофизические характеристики вымени овцематок;

- разработать технические средства для лечения маститов у овец и оценить их технико-экономическую эффективность.

Объектами исследования являлись; высокочастотные ойлучателз

вымя животного, согласующие устройства с двухконтурной схемой, с трансформаторной связью, лабораторно-производственные образцы УВЧ-установки.

Методика исследования. Электрофизические параметры терапевтической нагрузки (вымени овцематок с наложенными на него облучателями) исследовались на животных в производственных условиях. В жим согласования выходных цепей генератора определялся на модели вымени. Распределение терапевтического поля по поверхности вымен исследовалось методами математического и физического моделирован Исследования эффективности применения УВЧ-генератора проводились на производственно-экспериментальной установке в условиях живот» водческих ферм по стандартным методикам.

Результаты измерений обрабатывались методами математической статистики.

Научная новизна. Установлена математическая зависимость ме

ду напряженностью электромагнитного поля и параметрами облучаще системы.

Разработана высокочастотная облучакхцая система для лечения маститов у овец, представляющая собой систему двух излучателей в форме усеченных конусов.

Разработана физическая модель вымени овцематки для лаборато ных исследований и настройки лечебной установки.

Получены статистические параметры терапевтической нагрузки, на основании которых разработано согласующее устройство с КПД ок ло 90$ и схема передачи мощности с коэффициентом бегущей волны к ниже 0,7, что обеспечивает устойчивую работу УВЧ-установки.

Разработаны режимы лечения мастита у овец.

Новизна технических решений защищена патентом России на спс соб » 92-014891/15 (061274).

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Практическую ценность имеет методика определения конфигурации ос чающей системы, создающей эффективное терапевтическое поле, раз£ ботанное согласующее устройство, новый экологически-чистый метол ■лечения маститой у овец, а также технология профилактики и лече*

Материалы и результаты исследований были использованы Рязаг ским АООТ "Красное Знамя" для организации серийного выпуска лече ной установки для лечения маститов у овец.

Применение научных и практических рекомендаций и разработанных технических средств позволяет излечивать овцематок за 7,5 дней (без использования лекарственных средств) при проценте выздоровления 80% и сохранности молодняка 95,21$.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы доложены, обсуздены и одобрены на научно-практической конференции Рязанского сельскохозяйственного института (1993 -1994 гг.), мевдународной научно-технической конференции по автоматизации сельскохозяйственного производства в г. Углич (1995 г.), УП Симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных в г. Оренбурге (1995 г.).

На защиту выносятся следующие научные положения:

- способ УВЧ-лечения и профилактики маститов у овец;

- теоретические основы расчета облучающей системы для УВЧ-те-ралии;

- технические средства для УВЧ-терапии: облучающая система, согласующее устройство;

- электрофизические характеристики вымени овец, математическая и физическая модели, отражающая биологический объект;

- результаты экспериментальных исследований и апробации разработанных технических средств.

Публикация результатов работы. Материалы диссертации отражены в 6 печатных работах и положительном решении о выдаче патента на способ й 92-014891/15 (061274) от 27.02.1995.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения,

четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы (121 наименование, в том числе 7 - на иностранном языке) и приложения. Основная часть диссертации изложена на 118 страницах, включает в себя 26 рисунков и II таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы и перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Перспективные методы борьбы с незаразными болезнями овец" исследованы существующие методы лечения и профилактики маститов у овец и выявлены наиболее перспективные, эколо-

гически чистые методы. Как известно из практики, самый распространенный до сих пор метод лечения - лекарственный - при всей своей эффективности приводит к загрязнению продукции, что может отрицательно сказаться на здоровье лвдей и привести к гибели молодняка. К тому же, он достаточно трудоёмкий и дорогостоящий.

Метода физиотерапии являются экологически чистыми и, часто, более эффективными.

Из них наиболее перспективным представляется УВЧ-метод, предложенный академиком РАСХН Л.Г. Прищепом. Замечено, что воздействие УВЧ-энергией вызывает существенные изменения в составе крови животных, повышает естественную резистентность организма и оказывает противовоспалительное действие. При этом продукция остается экологически чистой и во время лечения, и после него.

Однако, применение УВЧ-метода для лечения животных сдерживается отсутствием технических средств и технологий, приспособленных для работы в животноводческих помещениях.

Благодаря работам Прищепа Л.Г., Цоя Ю.А., Любимова Е.И., Грг шина И.И., Подмогина И.А., Кипарисова Н.Г., Судакова H.H., Кресто-ва П.А. в настоящее время создана лечебная установка ЛПДА-2УВЧ спе циально для лечения сельскохозяйственных животных.

Таким образом, основной задачей теперь является разработка иг лучающих систем, эффективно подводящих высокочастотную энергию к отдельным участкам тела животного. При этом, излучающие системы должны разрабатываться специально не только для каждого вида живо1] ного, но и для каждого вида заболеваний.

Во -второй главе "Теоретическое исследование и обоснование пг

раметров облучателей, создающих эффективное терапевтическое УВЧ-пс ле" решалась математическая задача обеспечения максимальной передачи мощности от излучащей системы, а затем по разработанной для ЭВМ программе, учитывающей параметры зыгаотного, осуществлялся расчет облучающей системы для максимального подвода высокочастотной энергий к пораженному участку вымени.

Поскольку заболевание маститом в 90$ случаев начинается у основания сосков вымени, то выбрана форма электрода, повторяющая форму этого участка и представляющая собой усеченный конус.

Максимальная напряженность поля на оси симметрии мевду парой электродов зависит от угла наклона образующей и площади излучения

■Определим потенциал </> , напряженность £ в точке ä£o на оси £ (рис. I).

Рис. I. Облучающая система для лечения маститов у овец.

Потенциал у? электростатического поля, создаваемого излучателем, в произвольной точке пространства:

$(ссо. = I У (УсЮЫв -

_ б" (( ¿в С гг <13

/>(М,М0) ' 40Г&> М0) =

где С - плотность заряда на поверхности слоя, ЫБ - площадь поверхности слоя, - электрическая постоянная,

¿.OL X.C.

расстояние от M (cu. у , £ ) пластины до Мо с^о ) пространства.

Запараметрируем поверхность Л+ • возьмём на плоскости полярную систему координат, сдвинутую в точку ¿c =<z , у = В (рис. I).

= pcosQ , „

. п 04* 9 ¿ S.3C, у = a +j)sinU,

Тогда <£=ptgJ. . Тем самым получим:

¿5T Яг

JcLBJ__

О COSUp(M ,ño)

= feto J ^

0 £< iJ)á - £p¡(<xoeos9-r (yD -a)sínQ)cosaU + + ¿fo Sln<¿COS¿ J -*-[з:ё ч- (ya -Cl)* ->-c£oJ Cü£ScS ' (2)

E (xo,yo,-gradip =(Ex. Zjj , (3)

так как необходимо найти напряженность поля на оси с? , то:

Е(0, (О, Еу,0) >

где Еу - £cos*U JcsinBLn (р - ¿ej * JF) ~

2.ÜLC.0 q

- арч-аУр + p^sinв+ ÍTj^sinQ + fp¿EjsinB 7 ¿qr ÍP(P'ÍES-f-TF) J (5)

где ¡ffj = jr0 sin JL casJ. - a sin в cosñu ,

ÍF = - 9.pÍE$ Ua-i-aa) cds*U При этом площадь одного излучателя:

2а.-R-f <SL{ QÜ-RI) 3 = cosdL cós¿t

и окончательно:

' = ^¿п91п (р - {е} - \Гр) -

- оз1лв - [в] а + ¿¿ПВСр + '/Р ) 7=

(6)

Полученное выражение позволяет оцределить напряженность поля • на оси о? в зависимости от угла наклона образующей (о^ ), лины образующей, радиусов 21 и и расстояния между электро-ами И .

Была составлена программа на языке 77?МИСас1 и вычислены па-эметры излучающей системы для получения максимальной напряженнос-I поля в точке ь&> на оси с? : угол наклона образущей о<1 = 35°, 1ешний радиус = 25 мм, внутренний = 12 мм, расстояние зжду электродами О. = 50 ш (рис. 2).

Разработанные излучатели, наложенные на вымя животного, пред-гавляют собой терапевтическую нагрузку УВЧ-генератора, поэтому юбходимо выяснить режимы работы лечебной установки при вариации фапевтической нагрузки, то есть, при переходе от одного животно) к другому.

Для этих целей была разработана методика измерения электрофи-гаеских параметров терапевтической нагрузки.

& = 50 ш; = 12 мм; Сг = 25 мм; = 35°.

Рис. 2. Распределение напряженности поля от излучающей системы.

По данной методике случайным образом подбирали группу животных, на которых проводили измерения.

Вшэ установлено, что импеданс подчиняется нормальному закону распределения. Математические ожидания импеданса и фазы терапевтической нагрузки составили: = 59,83 Ом, <рм = - 74,13°.

Исследования терапевтической нагрузки показали широкий предел её изменения, что делает невозможной работу генератора без перестраиваемого выходного контура.

В третьей главе "Разработка и исследование основных узлов

УВЧ-средств лечения маститов у овец" приведены зоотехнические требования, проведен анализ построения структурных схем УВЧ-генераторов я условий согласования генератора с терапевтической нагрузкой, а также исследована работа передающих высокочастотных линий.

Для построения генератора была использована схема на рис. 3, состоящая из: I - автогенератора, 2 - предусилителя, 3 - выходного усилителя, 4 - согласующего устройства, 5 - нагрузки.

Рис. 3. Структурная схема транзисторного генератора.

Для лечения овец необходимо было ввести регулировку мощности. В генераторе было предусмотрено переключение 5, 10, 15, 20, 30 Вт.

Для согласования выходного каскада генератора с терапевтической нагрузкой и передачи максимальной мощности было разработано согласующее устройство, обеспечивающее устойчивую работу генератора в пределах изменения нагрузки + 3 6" .Из соображений простоты, удешевления и повышения КПД была выбрана двухконтурная схема с трансформаторной связью. Такая схема позволила перейти от несимметричного выхода генератора сразу к симметричной нагрузке, исклю-

чив применяемый ранее ТДЛ.

При .известной нагрузке был проведен анализ передающих высокочастотных линий. Исходя из требований механической прочности, гибкости и волнового сопротивления линии был выбран коаксиальный кабель, симметрирование которого обеспечивается схемным решением согласующего устройства. Режим работы передающей линии был исследован с помощью ЭВМ. Расчеты показали, что при вариации нагрузки в пределах + 3 С коэффициент бегущей волны в линии не ниже 0,7, что приемлемо для радиотехнических устройств данного типа.

В четвертой главе "Лабораторные и хозяйственные испытания и

технико-экономическая оценка устройства для УВЧ-терапии" были разработаны режимы лечения, произведена оценка надежности и безопасности лечебной установки, а так же её экономической эффективности.

Лабораторные испытания с использованием эквивалента терапевтической нагрузки показали, что при работе генератора на кабель с варьирующейся терапевтической нагрузкой его КПД составляет около 45,5$ при выходной мощности 30 Вт, КПД согласующего устройства -около 90$.

В ходе хозяйственных испытаний, проводившихся в совхозе "Маяк" Кораблинского района Рязанской области, была определена величина мощности излучения, которая составила 5...10 Вт при времени до 10 минут. Как показали испытания, эффективность лечения полем УВЧ не ниже, чем лекарственными препаратами: выздоровление овцематок составило 80$, сохранность - 96,7$, УВЧ-терапия положительно сказалась на сохранности приплода - 95,2$. Время лечения составило 7 дней.

Согласно разработанной техники и технологии, облучающая система представляет собой бандаж с двумя электродами в форме усечённых конусов, который накладывается на вымя овцематки и закрепляется на теле животного. На генераторе устанавливается мощность - 10 Вт и время экспозиции 10 минут. Контроль за работой ведётся по стрелочному индикатору. По окончании работы генератор отключается автоматически. Облучатели снимаются и, при необходимости, дезинфицируются.

Расчет надежности УВЧ-установки показал, что среднее время наработки на отказ составляет 3000 часов. Проверка безопасности условий труда обслуживающего персонала подтвердила, что эксплуатация аппарата в условиях промышленного стада не представляет опасности поражения электрическим током, а напряженность электромагнитного поля на рабочем месте не более 10 В/м.

Общий показатель экономической эффективности в расчете на од ну голову составил 152 рубля, в ценах на I апреля 1991 года, снижение затрат труда - 85,9%, срок окупаемости капиталовложений -0,79 года. '

Учитывая результаты испытаний, лечебная установка для УВЧ-те' рапии овец рекомендована к использованию в ветеринарной практике и к серийному производству. Серийный выпуск аппаратов налажен на заводе "Красное Знамя" г. Рязани.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих методов и технологий лечений показал преимущества УВЧ-средств для лечения маститов у овец.

2. Установлена математическая зависимость между напряженност: электромагнитного поля и параметрами облучающей системы, на основ! которой определена конфигурация облучателей: нижний диаметр - 24 мм, верхний - 50 мм, угол наклона образующей поверхности - 35°.

3. Разработана методика измерения_электрических характерно™ вымени овец и получены матожидания <£н = 59,83 См и

(ры = - 74,13° для определения элементов согласующего устройства

4. Разработанное согласующее устройство на основе двухконтур-ной схемы с трансформаторной связью обеспечивает устойчивую работ; лечебной установки при вариации нагрузки + 3 (Г , схема передачи мощности имеет коэффициент бегущей волны (КЕВ) не хуже 0,7.

5. Экспериментально установлены режимы облучения для лечения мастита у овец: мощность облучения составляет 5...10 Вт, время эк< позиции 10 минут. Сеансы проводятся ежедневно в течение 7...10 дней.

6. Лечебная установка электробезопасна для обслуживающего персонала и животных, не создает на местах нахождения напряженности электромагнитного поля выше допустимых норм. Наработка на отка: лечебного аппарата не менее 3000 часов.

7. Хозяйственные испытания установки дали следующие результаты: в опытной группе выздоровело 80% овцематок в среднем за 7,5 дней; сохранность овцематок составила 96,6%; ягнят - 95,2%.

Технико-экономический анализ показал, что экономический эффект от внедрения комплекта лечебного оборудования в хозяйстве

составляет 152 рубля в ценах на I апреля 1991 года.

8. АООТ "Красное Знамя" г. Рязани использует результаты проведенных исследований при разработке серийного аппарата для УВЧ-терапии овец.

Основные положения диссертационной работы изложены и опубликованы в следующих работах:

1. Гришин И.И., Лавров A.M., Подмогин H.A., Гришина О.И. Математическое обоснование ректального облучателя для лечения животных УВЧ-методом. Материалы научно-практической конференции РСХИ. Рязань, 1993. - С. 56.

2. Гришина О.И., Лавров A.M., Гришин И.И. Излучающая система для лечения маститов у животных. Материалы научно-практической конференции РСХИ. Рязань, 1993. - С. 59.

3. Гришина О.И. УВЧ-метод лечения и технические средства. Материалы научно-практической конференции РСХИ. Рязань, 1993. - С. 68.

4. Гришина О.И. Лечение без лекарств. - К. Сельский механизатор. 1993, № II - 12. - С. 18.

5. Прищеп Л.Г., Гришин И.И., Судаков H.H., Соколов A.B., Гришина О.И. Схемы автоматики в генераторах УВЧ для лечения сельскохозяйственных животных //Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве /Тезисы докладов международной научно-технической конференции, г. Углич, Москва, 1995.

6. Антошкин В.И., Гришина О.И. Положительное решение на патент 16 92-014891/15 (061274) от 27.02. 1995 г.,Уггрон£г6о Ъпя печения и просрил^зики гимей£>логияес*их .чаволебаиий ьк-ußoтньгх?

7. Прищеп Л.Г., Гришин И.И., Судаков H.H., Соколов A.B., Гришина О.И. Профилактика и лечение маститов у коров в процессе машинного доения /Тезисы докладов УП Симпозиума по машинному доению сельскохозяйственных животных. - Оренбург, 1995. - С. 54.