автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка технологии и технических средств для ультравысокочастотной терапии маститов у коз

На правах рукописи

005015398

СЕМИНА Елена Сергеевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УЛЬТРАВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕРАПИИ МАСТИТОВ У КОЗ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 [лДР 2012

Мичуринск - наукоград РФ 2012

005015398

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский агротехнологический университет имени П.А.Костычева»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

почетный работник ВПО Гришин Иван Иванович

Официальные оппоненты: Шувалов Анатолий Михайлович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Мичуринский государственный аграрный университет/кафедра «Прикладной механики и конструирования машин», профессор

Гобелев Сергей Николаевич,

кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева/кафедра «Электроснабжения» доцент

Ведущая организация: Всероссийский научно - исследовательский

институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)

Защита состоится «22»марта2012годав 10.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 при Мичуринском государственном аграрном университете по адресу: 393760, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета ФГБОУ ВПО МичГАУ, с авторефератом - на сайтах Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации vak.ed.gov.ш и ФГБОУ ВПО МичГАУ www.mgau.ru.

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

Автореферат разослан «20» февраля 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент ¿^'^^лТ^ Михеев Н.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы: В условиях рынка козоводство становится прибыльной и конкурентоспособной отраслью животноводства. Использование прогрессивных технологий направленных на повышение продуктивности животных, качества продукции и повышение интенсивности эксплуатации животных, вызывает заболеваемость коз маститами. Заболеваниям чаще всего подвержены наиболее продуктивные животные в наилучший период лактации.

Лечение мастита заключается в проведении ряда мероприятий, основной задачей которых является повышение защитных сил организма и устранение предрасполагающих к маститу факторов.

Лечение в основном осуществляется медикаментозное, дающее быстрый эффект. Но выбраковка продукции при лечении, высокая стоимость медицинских препаратов и привыкание организма человека и животного к этим препаратам не дает желаемого результата и вызывает необходимость искать более эффективные и экологически чистые методы лечения.

УВЧ - терапия позволяет значительно сократить сроки лечения и получать экологически чистую продукцию, как во время лечения, так и после него. УВЧ - технология позволяет повысить производительность труда и существенно снижает затраты на лечение.

Диссертационная работа направлена на разработку технологии и рекомендаций по использованию УВЧ - энергии в козоводстве, внедрение в практику технических средств УВЧ - терапии.

Цель работы: разработка технологии и технических средств, определение дозы УВЧ-терапии маститов у коз.

Объект исследований: ультравысокочастотные технические средства для лечения и профилактики маститов у коз.

Предмет исследований: закономерность изменения терапевтической нагрузки и ее согласование с выходными параметрами ультравысокочастотного генератора, в процессе лечения и профилактики маститов у коз.

Задачи исследования:

- изучение физических и электрофизических параметров вымени коз для установления технико — технологических характеристик;

- обосновать параметры облучающей системы для УВЧ-терапии коз;

- определение и обоснование режимов и дозы лечения и профилактики маститов у коз УВЧ - терапией;

- разработка технологии и технических средств, для УВЧ — терапии маститов у коз и оценить экономические показатели УВЧ — установки.

Решение поставленных задач осуществлялось под наблюдением ветеринарных работников.

Методика исследований. Для решения поставленных научных задач использовались положения теоретических основ электротехники, а также методы физического и компьютерного регулирования, математической обработке экспериментальных данных. Вычисление и моделирование производились с применением пакетов программ МшИСас!.

Исследования, включающие сбор и анализ информации, проводились в частных и фермерских хозяйствах Рязанской области.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлена математическая зависимость между напряженностью электромагнитного поля и параметрами излучающей системы;

- разработана высокочастотная излучающая система для лечения маститов у коз, снабженная узлом стабилизации терапевтической нагрузки;

- разработана электрофизическая модель вымени козы для лабораторных исследований и настройки УВЧ - установки;

- получены статистические параметры терапевтической нагрузки;

- разработано согласующее - симметрирующее устройство с высоким КПД не ниже 90%, а также передающая высокочастотная линия с коэффициентом бегущей волны не ниже 0,7, что обеспечивает устойчивую работу УВЧ -установки;

- разработана технология, регулирующая обоснованные в исследовании режимы лечения маститов у коз с помощью УВЧ - терапии.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Технология УВЧ - терапии маститов с учетом видовых особенностей коз.

2. Сведения о электрофизических параметрах вымени коз, математическая и физическая модели, отражающие биологический объект.

3. Адаптированные к использованию теоретические основы расчета облучающей системы для УВЧ - терапии.

4. Технические средства для УВЧ - терапии и дозы лечения маститов у коз.

5. Результаты экспериментальных исследований и апробации разработанных технических средств, использованных при УВЧ - терапии коз.

Практическая значимость заключается в следующем:

- разработана технология УВЧ - терапии маститов у коз;

- определены дозы УВЧ - терапии маститов у коз;

- разработано УВЧ - устройство для лечения и профилактики маститов у коз.

Реализация результатов исследований. Аппарат для УВЧ терапии лактирующих коз, разработанный в диссертационной работе Семиной Е.С., соискателя ФГБОУ ВПО Рязанского агротехнологического университета имени П.А. Костычева, используется в ООО «Энергоспецоборудование» в качестве базового прибора для разработки серийного образца.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на IX Международной научно - практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» г.Углич 2010 г.; на Международной научно - практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» г. Ульяновск 2010 г.; на Международной научно — практической конференции «Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и животноводстве» ФГОУ ВПО ГРАТУ г. Рязань 2011 г., на

Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» ФГОУВПО МГАУ г. Москва 2011 г.;

Публикации. Результаты исследований опубликованы 11 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав диссертации, выводов, списка литература и приложений. Диссертационная работа изложена на 172 страницах печатного текста, включает 19 таблиц, 34 рисунка и 4 приложений. Список литературы включает 133 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении. Обоснована актуальность темы, научная новизна, приведены цель и задачи исследования.

В первой главе «ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ЛЕЧЕНИЯ МАСТИТОВ У КОЗ» проанализированы причины возникновения маститов и методы лечения мастита.

В основном, на сегодняшний день, лечение маститов проводится медикаментозными методами и средствами, что приводит к экономическим убыткам, так как продукцию: молоко, мясо приходится выбраковывать. Высокая стоимость медикаментозных препаратов, длительные сроки выведения их из организма, дополнительные потери молока и мяса, значительные затраты труда, все это, заставляет искать более эффективные и экологически чистые средства и методы лечения животных.

Физиотерапевтические методы относятся к экологически чистым методам лечения маститов. Своевременное применение физиотерапевтических методов оказывается часто более эффективным, чем использование медикаментозных препаратов. Физиотерапевтические средства способствуют нормализации секретной и моторной функции организма, уменьшают активность воспалительных процессов, оказывают болеутоляющее действие. В процессе применения средств физиотерапии в ветеринарии возникает ряд особенностей, связанных с лечением животных. Это агрессивная среда, повышенная

влажность животноводческих помещений, проблемы дозы лечения, защита животных и персонала от поражения электрическим током - некоторые вопросы требуют решения при использовании физиотерапевтического оборудования в ветеринарии. Практически все существующие физиотерапевтические методы лечения можно проводить на скотном дворе, но они весьма трудоемки и требуют участия квалифицированного ветеринарного работника.

УВЧ - метод, предложенный академиком РАСХН Л.Г.Прищепом, является перспективным. Применение УВЧ терапии животных позволяет проводить лечение с наименьшими затратами труда. Процедуры можно проводить в летних лагерях, частных и фермерских хозяйствах при этом избежать потери продукции. Метод является экологически чистым, так как не происходит загрязнения продукции элементами медицинских препаратов и процедуры может проводить обслуживающий персонал, обученный работе на лечебной установке.

Однако при использовании УВЧ - метода для лечения и профилактики, необходимо разработать технологии и технические средства, использование которых безопасно для персонала и животных и дающие высокие результаты лечения.

Благодаря работам Прищепа Л.Г., Цоя Ю.А., Любимова Е.И., Плюгачева К.В., Гришина И.И., Кипарисова Н.Г., Судакова H.H., Подмогина И.А. и др. в настоящее время создана лечебная установка ЛПДА - 2УВЧ специально для лечения сельскохозяйственных животных.

Основной задачей теперь является разработка технических средств специально для данного вида животного и данного заболевания, доработать УВЧ - генератор и разработать технологию для лечения и профилактики маститов у коз.

Во второй главе «ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, СОЗДАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВЫМЕНИ ЖИВОТНОГО»

В настоящее время, в медицинской практике для лечения маститов у животных достаточно широко распространен излучатель в виде конической поверхности. Напряженность поля в этом случае создается на оси симметрии этой поверхности. Расчетная формула позволила получить максимальную напряженность терапевтического поля в зависимости от угла наклона образующей и площади поверхности излучения облучателя.

В наших условиях поле создается парой излучателей, напряженность создается на оси симметрии между излучателями. Математическое решение проводим для квазистатических полей, так как габариты излучателей на много меньше длины волны. Правомерность такого решения вытекает из литературных источников, в частности теоретическими исследованиями в области УВЧ - терапии Кипарисова Н.Г., Судакова H.H.

Рассмотрим излучатель, состоящий из двух поверхностей усеченных конусов К~ и (рисунок 1).

Пластина К' , несущая положительный заряд с постоянной поверхностной плотностью а, представляет собой часть поверхности прямого усеченного конуса с радиусами R, и R2 причем R, < R2, с прямой х = 0, у = а, s = t (а>0) в

качестве оси симметрии и образующей, составляющей с этой осью угол — — а

Найдем в произвольной точке (х0,1у0,70)пространства потенциал <р электрического поля, создаваемого этим облучателем

2

л

(0<а <—).

(1)

- плотность заряда на поверхности слоя; (15 - площадь поверхности слоя,

Е0 - электрическая постоянная.

- нижний радиус; Я2 - верхний радиус; а - расстояние между осью Ъ и центром излучателя; а - угол наклона образующей.

Рисунок!. Излучатели состоящие из двух поверхностей усеченных конусов.

Рисунок 2. Расстояние от точки пластины Рисунок 2.3. Точки сдвинутые до точки пространства в полярной системе координат

р(м,м0) = у1(х-х0)2+(у-у0)2 +{г~г0)2 (2)

»

Расстояние от точки м(х, у, г), пластины до фиксированной точки м0(х0,у0,г0)пространства (рисунке 2).

Запараметрируем поверхность 1С. На плоскости возьмем полярную систему координат, сдвинутую в точке х=а, у=в (рисунке 3)

х = р-соБв; у = а +р; 0<в <2л;Л1< р <И2

а

где - угол вращения образующей в полярной системе координат тогда г = р- tga ,

Таким образом:

* и,

V'

х л,

м

О Л,

О я, соэар(л(,л/0)

pdp

cosff+(у0 -a)s¡n0)co¿ а + "0 sinacosa]+[х„ + (_у0 -а)Jcof а

Так как необходимо найти напряженность поля на оси 2, то Е(х0,у0,го) = ^гас1<р = {Ех,Еу,Е,) , ¿(0,0, г0) = (0,^,0)

где

2тге„

iPln(p ;£] аР+а^ + P2sin6+V7{£}s¡nO

■Jf(p-{e}+Jf

(3)

(4)

'l

d6 , (5)

где

{£} = z0 sin a eos a - a sin в eos2

•Л? = л]р2 -2р{£} + (г0 +а2)соза При этом, площадь одного излучателя:

cosa cosa

Окончательно:

Е.. =-

2тге„

"i

sin0 1п(р - {£} + VF) - _ {£¡ _£±sin0(pWF)_

VF VF(p-{£} + VF)

(6)

¿0 (7)

Полученное выражение позволяет определить напряженность поля в зависимости от угла наклона образующей (а), расстояние между излучателями

(а) и радиусов: внешнего - Л2 и внутреннего - Л,. Радиус К2 определяет размер электрода, который прилегает к вымени козы.

Для обоснования параметров излучателей (электродов) были проведены исследования физических параметров вымени коз. Разработка конфигурации излучающей системы проводилась по результатам измерений физических параметров вымени и учитывая параметры доильного оборудования для коз.

С помощью программы МшИСас1 ,были вычислены параметры излучающей системы для получения максимальной напряженности поля на оси 2. Результаты показали, что излучающая система представляют собой усеченные конусы, повторяющие форму основания соска вымени животного;" имеющие следующие параметры: нижний радиус Ж, =8 мм, верхний К2 = 12 мм и угол наклона образующей электрода а = 35°

Математическое обоснование излучателей позволяет подводить высокочастотную энергию к наиболее пораженным участкам вымени, тоесть к основанию соска.

Разработанные излучатели, наложенные на вымя животного представляют собой терапевтическую нагрузку УВЧ - генератора, поэтому была проверена работа лечебной установки, в режиме изменении терапевтической нагрузки, то есть при переходе от одного животного к другому. С этой целью была разработана методика измерения электрофизических параметров терапевтической нагрузки. По данной методике были случайным образом отобраны животные, на которых проводили измерения. Проведенный мониторинг полученных результатов измерения показал, что изменение полного сопротивления (импеданс) подчиняется нормальному закону распределения. Математические ожидания импеданса и фазы терапевтической

нагрузки составили: 2, = 60,833 Ом,

Р„= -75,87° . Проведенными исследованиями электрофизических параметров вымени животных установлен широкий предел изменения, что делает невозможным работу генератора без перестраиваемого выходного контура.

В третьей главе «РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ УЗЛОВ УВЧ СРЕДСТВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ МАСТИТОВ У КОЗ И ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ» На основании зоотехнических требований предъявляемым к УВЧ - устройствам для лечения и профилактики сельскохозяйственных животных, проведен анализ построения структурных схем транзисторных генераторов и выбрана схема построения генератора, определен уровень мощности по каскадам.

Проведен анализ существующих линий передачи высокочастотной энергии, который показал, что для передачи УВЧ - энергии наиболее подходит кабель РК - 75 - 9 - 13, соответствующий требованиям технических и электрических характеристик.

Проведен анализ существующих схем согласующих и симметрирующих устройств, и выбрана двухконтурная схема с трансформаторной связью, позволяющая перейти от несимметричного выхода генератора к симметричной нагрузке.

Предложена УВЧ - установка для лечения мастита у коз, структурная схема которой, как аппаратов для УВЧ - терапии представлена на рисунке 4.

7

1 - вымя животного; 2 - излучатели; 3 - согласующее симметрирующее устройство; 4 - генератор; 5 - блок питания.

Рисунок 4. Структурная схема аппарата для УВЧ - терапии. Она включает блок питания, который преобразует переменное напряжение 220В в постоянное - 24В, что безопасно для персонала и животного. Генератора, высокочастотной энергии вырабатывающего напряжение с

12

частотой 40,68 МГц. Данная частота используется в медицине. По высокочастотному кабелю РК - 75 энергия подводится к согласующему симметрирующему устройств, у которое симметрирует ВЧ энергию и передает к терапевтической нагрузки. Терапевтическая нагрузка представляет собой два электрода, повторяющих форму основания соска вымени животного которые накладываются на соски вымени коз.

В установке для УВЧ терапии маститов к коров электроды закреплены на верхней части сосковой резины доильного стакана. В этом случае, при переходе от животного к животному полное сопротивление терапевтической нагрузки изменяется.

С целью максимальной стабилизации терапевтической нагрузки излучающую систему УВЧ - установки для лечения и профилактики маститов у коз, снабдили узлом стабилизации терапевтической нагрузки (рисунок 5)

15

1 - доильные стаканы; 15 — электроды; 16 - верхняя кольцевая часть амортизационной основы; 17 - амортизационная основа; 18 - нижняя кольцевая часть амортизационной основы; 19 - верхняя часть сосковой резины; 20 - гильза доильного стакана.

Рисунок 5. Доильный стакан Узел стабилизации терапевтической нагрузки, изготовленный в виде амортизирующей основы, выполнен в виде гофры из нижней кольцевой и верхней кольцевой частей, соединенных между собой, и изготовленных из эластичной резины, закрепленный на верхней части сосковой резины доильного

стакана. В верхней кольцевой части амортизационной основы установлены электроды, выполненные в виде усеченного конуса, повторяющего форму основания соска вымени животного.

Во время такта сосания и такта сжатия под действием вакуума одновременно включаются источники тока ультравысокой частоты (УВЧ-генератор), с выхода которого высокочастотное напряжение по фидеру подводят к распределительно-согласующему устройству, а затем с выхода распределительно-согласующего устройства по изолированным проводам к электродам.

Во время такта сосания в доильном стакане создается вакуум. Сосковая резина находится в выпрямленном состоянии. В это время сосок вымени животного удлиняется и электрод плотно прижимается к основанию соска вымени животного. Через некоторое время вакуум в доильном стакане сменяется атмосферным давлением. Происходит такт сжатия. Под действием разности давлений в доильном стакане сосковая резина сжимается и доильный стакан под действием силы тяжести своего веса и коллектора перемещается вниз. Электроды остаются плотно прижатыми к основанию соска вымени животного, за счет узла стабилизации терапевтической нагрузки и не происходит изменение сопротивления 2, Ом и угла сдвига фаз <р°.

В сухостойный период животных электроды закрепленные на доильных стаканах одеваются на соски вымени животного, включается УВЧ-генератор, по фидеру ультровысокочастотная энергия подводится к распределительно-согласующему устройству и далее по изолированным проводам к электродам , а подвесная часть доильного аппарата для лечения закрепляется с помощью бандажа на тело животного. Процесс доения отсутствует.

Данное устройство позволяет проводить доение животных и одновременно осуществить лечение и профилактику маститов животного. В сухостойный период, позволяет проводить профилактическое воздействие и лечение маститов у животных без доения. Что в свою очередь позволит повысить эффективность лечения и профилактики маститов у животных,

ускорить процесс выздоровления. Узел стабилизации терапевтической нагрузки, позволяет добиться стабильности полного сопротивления Z, угла сдвига фаз ср° и исключения рассогласования терапевтической нагрузки с выходными параметрами УВЧ - генератора.

При известной нагрузке был проведен анализ работы передающей высокочастотной линии. Режимы работы были обработаны с помощью программы MathCad . Расчеты показали, что КБВ в линии передачи высокочастотной энергии при вариации нагрузки в пределах ± Зсг не ниже 0,7 при допустимом КБВ 0,5.

В четвертой главе «ЛАБОРАТОРНО - ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ТЕХНЕКО - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ УВЧ - ТЕРАПИИ»

Для проведения лабораторных исследований УВЧ - установки был рассчитан и изготовлен эквивалент нагрузки с изменением параметров в пределах ± Зсг.

На высоких частотах вместе с изменением сопротивления меняются модуль и фаза, поэтому использование обычного переменного резистора невозможно. С целью устранения этого недостатка была предложена схема, в которую входят два Г - образных звена, соединенных последовательно (рисунок 6).

Сі Сз

Рисунок 6. Схема эквивалента нагрузки Лабораторные испытания УВЧ - установки для лечения и профилактики маститов у коз показали ее устойчивую работу на эквивалент нагрузки в пределах рассогласования + Зсг.

Разработанное согласующее устройство обеспечивает устойчивую работу генератора и имеет КПД - 90%.

Получено подтверждение, что разработана технология лечения маститов у коз в процессе машинного доения и применима в сухостойный период.

Лечение можно проводить как в специализированных помещениях на крупных фермах, так и в фермерских и частных хозяйствах и даже в летних лагерях при наличии крытого помещения и доступа к напряжению 220 В.

Было разработано устройство стабилизации дозы лечения. При увеличении мощности частота генерируемых колебаний увеличивается и считывается счетчиком. Чем выше частота, тем быстрее срабатывает схема защиты. Другими словами при изменении терапевтической нагрузки, мощность уменьшится, одновременно увеличивается напряжение на входе усилителя тока, что вызывает изменение частоты автогенератора, а это в свою очередь вызывает увеличение времени проведения процедуры лечения. Таким образом, получается связи между мощностью и временем в процессе лечения и профилактики животных. Решение проблемы стабилизации дозы позволяет повысить эффективность лечения и профилактики маститов у коз.

В ходе хозяйственных испытаний, проводившихся в частных и фермерских хозяйствах Рязанской области, были определены дозы лечения: мощность излучения составила 10 Вт, время лечения 10 минут.

Как показали испытания, эффективность лечения полем УВЧ не ниже, чем лекарственными препаратами. Выздоровление составило - 90% за 5 дней воздействия УВЧ - энергией, процедуры проводились два раза в день, утром и вечером. Отек вымени вылечивался 100% за 2-3 УВЧ - процедуры.

Произведена оценка надежности и безопасности лечебной установки. Устройство является электробезопасным, поскольку питается от постоянного напряжения 24 В и напряженность электромагнитного поля на рабочем месте не более 10 В/м. Время работы на отказ лечебной установки составило не меньше 3000 часов.

Общий показатель экономической эффективности в расчете на одну голову при использование УВЧ - установки для лечения и профилактики маститов у коз позволяет снизить прямые затраты до 100% , затраты труда на 85%. Срок окупаемости капиталовложений составил около 0,2 года. Экономический эффект посчитан в ценах на 1 сентября 2011 года.

Учитывая результаты испытаний, лечебная установка для УВЧ - терапии коз рекомендована к использованию в ветеринарной практике и к серийному производству. ООО «Энергоспецоборудование» г. Рязань использует результаты проведенных исследований при разработке серийного УВЧ -аппарата для лечения и профилактики маститов у коз.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих методов и технологий лечения маститов у коз показал, что метод УВЧ - терапии является экологически чистым. Проведены исследования физических параметров вымени коз и установлена математическая зависимость между напряженностью электромагнитного поля и параметрами излучающей системы, на основании этого определена конфигурация излучателей. Излучатели повторяют форму основания соска вымени животного нижний диаметр 16 мм, верхний - 34 мм, угол наклона образующей поверхности 35°.

2. Разработана методика измерения электрических параметров вымени коз

и получены математические зависимости полного сопротивления г„ = 60,833 Ом и фазы -75,87° для расчета согласующего

симметрирующего устройства. Разработанное согласующее симметрирующее устройство на основе двухконтурной схемы с трансформаторной связью обеспечивает устойчивую работу передающей линии УВЧ - установки для лечения и профилактики маститов у коз при вариации нагрузка ± Зет. Анализ работы передающей линии показал, что коэффициент бегущей волны (КБВ) не ниже 0,7 при вариации нагрузки ± Зет. С КПД 90%.

3. Разработано устройство для стабилизации дозы и экспериментально установлен режим излучения для лечения и профилактики маститов у коз: мощность излучения составляет 10 Вт, время процедуры 10 минут. Сеансы проводятся два раза в день в течение 5-7 дней.

4. УВЧ - устройство для профилактики и лечения маститов у коз электробезопастно для обслуживающего персонала и животных, при работе не создает на места их нахождения напряженности электромагнитного поля выше допустимых норм. Наработка на отказ аппарата для лечения и профилактики маститов у коз не менее 3000 часов.

5. Разработана технология для лечения и профилактики маститов у коз с использованием УВЧ - энергии, позволяющая совмещать технологические процессы лечения и доения, а также осуществлять лечение и профилактику в сухостойный период. Хозяйственные испытания УВЧ - установки показали следующие результаты: в опытной группе выздоровело 90% коз за 5 дней воздействия УВЧ -энергией.

6. Технико - экономический анализ показал, экономический эффект в расчете на одну голову в результате применения УВЧ - терапии составляет 28171,73 рублей в ценах 1 сентября 2011 года. ООО «Энергоспецоборудование» г. Рязань использует результаты проведенных исследований при разработке серийного УВЧ - аппарата для лечения и профилактики маститов у коз.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Семина, Е.С. Устройства для лечения маститов у коз И.И.Гришин,

Е.С.Семина [Текст]// Сельский механизатор.-2012.-№2. с. 27-28

Публикации в, сборниках докладов и материалах международных научно - практических конференций.

2. Семина, Е.С. Автоматизация дозы при УВЧ - терапии./

Е.С.Семина//Сборник докладов IX Международной научно -практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве», Москва, 2010 с.533-539

3. Семина, Е.С. Применение токов высокой частоты для лечения животных./ Пережогин В .В., Е.С.Семина, H.H. Судаков//Сборник докладов IX Международной научно - практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве», Москва, 2010 с.539-544

4. Семина, Е.С. Лечение мастита у коз УВЧ - терапией./ И.И.Гришин, Н.Н.Судаков, Е.С.Семина, В.В. Третьякова, В.В .Пережогин// Материалы II Международной научно - практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения», Ульяновск, 2010 с. 29-33

5. Семина, Е.С. Технология лечение мастита у коз УВЧ - энергией./ И.И.Гришин, Е.С.Семина, В.В.Третьякова// Материалы Международной научно - практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК, Мичуринск, 2011 с.104-107

6. Семина, Е.С. Технология лечение мастита у коз УВЧ - генератором./ И.И.Гришин, Е.С.Семина// Сборник докладов Международной научно -практической конференции «Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и животноводстве», Рязань, 2011 с.44-49

7. Семина, Е.С. Способ регулирования зоны прогрева тела животного УВЧ - энергией./ Пережогин В.В., Е.С.Семина, H.H. Судаков//Сборник докладов Международной научно - практической конференции «Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и животноводстве», Рязань, 2011 с.142-144

Публикации в других изданиях

8. Семина, Е.С. Исследование электрофизичеких свойств вымени коз и мониторинг полученных результатов./ И.И.Гришин, Е.С.Семина// Ж. Вестник РГАТУ, № 4,2010 с.53-56

9. Семина, Е.С. УВЧ - терапия./ И.И.Гришин, Е.С.Семина// Вестник РГАТУ, № 2,2010 с.55-57

Ю.Семина, Е.С. Технология и технические средства для лечение мастита у коз УВЧ - генератором./ И.И.Гришин, Е.С.Семина, Морозов A.C.// Сборник научных трудов студентов РГАТУ по материалам научно -практической конференции, Рязань, 2011 с.97-101

П.Семина, Е.С. Лечение мастита у коз УВЧ - терапией./ Н.Н.Судаков, Е.С.Семина, Белов С.Н.// Сборник научных трудов студентов РГАТУ по материалам научно - практической конференции, Рязань, 2011 с.48-52

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. печ. л. 1 Тираж 150 экз. Заказ № 703 подписано в печать ¡5.02.2012 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

61 12-5/2136

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЯЗАНСКИЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СЕМИНА Елена Сергеевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ УЛЬТРАВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ТЕРАПИИ МАСТИТОВ У КОЗ

Специальность 05.20.02 - Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве (по техническим наукам)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Почетный работник ВПО РФ, доктор технических наук, профессор Гришин И.И.

Рязань-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................4

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ЛЕЧЕНИЯ МАСТИТОВ У КОЗ.ЛО

1.1. Этиология и классификация маститов у коз и экономический ущерб от

заболеваний...............................................................................^

1.2. Методы и технологии лечения болезней у коз................................16

1.3. Физиотерапевтические методы и технические средства лечения и

о 1

профилактики у коз.......................................................................

1.4. Технологии УВЧ - методов и технические средства для лечения и

профилактики маститов у коз..........................................................25

1.5. Выводы и задачи исследования..................................................33

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, СОЗДАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОЕ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВЫМЕНИ ЖИВОТНОГО.....................35

2.1. Теоретическое обоснование параметров высокочастотных излучателей

■ 35 для лечения маститов у коз............................................................

2.2. Моделирование распределения высокочастотного поля от излучателей.45

2.3. Методика измерения электрофизических параметров терапевтической нагрузки и мониторинг полученных результатов измерения................. 48

/"О

2.4. Выводы по главе 2................................................................

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ УЗЛОВ УВЧ СРЕДСТВ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ МАСТИТОВ У КОЗ И ИХ

ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................63

3.1. Зоотехнические требования к УВЧ - устройствам для лечения и профилактики сельскохозяйственных животных.................................63

3.2. Подвод высокочастотной энергии к терапевтической нагрузке..........65

3.3. Обоснование подвода высокочастотной энергии к терапевтической

.............76

нагрузки...................................................................

3.4.Работа передающих высокочастотных линий в процессе профилактики и лечения маститов у коз...................................................................82

3.5. Методика построения УВЧ установки для лечения и профилактики маститов у коз............................................................................8(5

3.6. Выводы по главе......................................................................90

ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНО - ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ УВЧ -

ТЕРАПИИ......................................................................................

4.1. Лабораторно - хозяйственные испытания лечебной установки для УВЧ -терапии коз, с определением и стабилизацией дозы лечения..................92

4.2. Технология лечения и профилактики маститов у коз УВЧ - энергией..100

4.3. Надежность и оценка безопасности УВЧ - установки для лечения и профилактики маститов у коз........................................................105

4.4. Технико - экономическое обоснование результатов внедрения и срок окупаемости УВЧ - устройства для лечения и профилактики маститов у

113

коз...........................................................................................

4.5. Выводы по главе..................................................................120

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.....................................................................121

ЛИТЕРАТУРА...........................................................................123

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................136

ВВЕДЕНИЕ

История козы, как домашнего животного, нам мало известна, знаем мы лишь, что она была уже домашним животным у человека каменного века, что уже в доисторические времена ее производительность эксплуатировалась человеком, что в эпоху великого переселения народов она перешла из суровой Азии на пышные поля Европы, затем - на Балканы, в Италию, Испанию и к нам на Север. Таким образом, еще на заре политической жизни человечества коза была верным спутником хозяина. Нельзя забывать и о том, что в послевоенные годы это животное спасло многих людей от голода и помогло восстановить сельское хозяйство. Недаром в народе ее называли «Сталинской коровой». Да и сейчас во многих частных хозяйствах все чаще стали встречаться эти животные.

При хорошем уходе молочные козы многих пород дают до 1000 кг. высококачественного молока за 10 месяцев лактации. Уход за ними намного легче, чем за коровой, и производство козьего молока обходится намного дешевле, чем коровьего. Низкие затраты труда по уходу за козой, невысокий расход кормов позволяет содержать их пожилым людям. Козы хорошо акклиматизируются в различных климатических условиях.

Благодаря своим биологическим особенностям козы пользуются все большей популярностью в фермерских, крестьянских и личных подсобных хозяйствах.

Козье молоко не только вкусно, это ещё и продукт, обладающий ценными целебными свойствами. Оно очень полезно для детей и пожилых людей. К тому же оно фактически на 100 процентов гипоаллергенно. В козьем молоке больше незаменимых жирных кислот и выше содержание жиров, которые намного легче усваиваются организмом. Это поистине целебный напиток. Оно лучше всего подходит для детского питания (не считая материнского молока), улучшает самочувствие пожилых людей и страдающих желудочно-кишечными заболеваниями. Да и по цене оно на порядок выше коровьего.

Таблица 1.1. Сравнительная характеристика молока, по Кенигу.

Молоко Вода Казеин Альбумин Жир Сахар Зола

Женское 84,17 1,03 1,26 3,78 6,21 0,31

Козье 85,71 3,20 1,90 4,78 4,46 0,76

Коровье 87,17 3,02 0,35 3,69 4,88 0,71

Кобылье 90,78 1,24 0,75 1,27 5,67 0,35

Как молочное животное, коза стоит намного выше коровы, так как относительно своего живого веса дает больше молока. Коза, живой вес которой в среднем 35 кг, при самых обыкновенных условиях дает в течение года 350,5 кг молока, то есть в десять раз больше своего живого веса, тогда как корова дает молока от 5 до 6 раз больше своего веса. Надо, однако, заметить, что указанная выше производительность коз взята наименьшая, так как есть швейцарские козы, дающие до 984 кг молока. При этом пищеварительная энергия ее так велика, что в корм может входить до 62% клетчатки - свойство весьма существенное в местностях, изобилующих грубыми кормами. Если во главе производительности козы надо поставить ее молочность, то все же нельзя не сказать, что продуктивность ее весьма разносторонняя, и кроме молока хозяин получает от нее масло, сыр, мясо, сало, пух, шерсть, кожу, и навоз и все это - при минимальной затрате труда и капитала. Однако, успешному воспроизводству и росту продуктивности стада препятствуют различные заболевания, наиболее распространенное из которых мастит. Это заболевание наносит огромный ущерб животноводческим хозяйствам. [43]

Ультра высокочастотная (УВЧ) терапия - метод лечения, при котором на определенный участок биообъекта воздействуют непрерывным или импульсным электрическим полем ультравысокой частоты.

В животноводстве его применяли: Медведев И.Д., Улащик B.C. Дальнейшую разработку УВЧ - метод получил в работах Прищепа Л.Г., Цоя Ю.А., Любимова Е.И., Плюгачева К.В., Гришина И.И., Кипарисова Н.Г., Судакова H.H., Новиковой Г.В., Гришиной О.И., благодаря чему появились широкие перспективы использования УВЧ - энергией для лечения животных.

Метод УВЧ - терапии применяли при лечении: крупного рогатого скота (маститы, эндометриты), свиней (маститы, эндометриты, агалактия), лошадей (бурситы), овец (маститы), бычков (лечение бесплодия). При лечении разных животных необходима разработка технологии и технических средств для каждого типа животных.

Актуальность темы диссертационной работы: В условиях рынка козоводство становится прибыльной и конкурентоспособной отраслью животноводства. Использование прогрессивных технологий направленных на повышение продуктивности животных, качества продукции и повышение интенсивности эксплуатации животных, вызывает заболеваемость коз маститами. Заболеваниям чаще всего подвержены наиболее продуктивные животные в наилучший период лактации. Лечение мастита заключается в проведении ряда мероприятий, основной задачей которых является повышение защитных сил организма и устранение предрасполагающих к маститу факторов.

Лечение в основном осуществляется медикаментозное, дающее быстрый эффект. Но выбраковка продукции при лечении, высокая стоимость медицинских препаратов и привыкание организма человека и животного к этим препаратам не дает желаемого результата и вызывает необходимость искать более эффективные и экологически чистые методы лечения.

yß-q _ терапия позволяет значительно сократить сроки лечения и получать экологически чистую продукцию, как во время лечения, так и после

него. УВЧ - технология позволяет повысить производительность труда и существенно снижает затраты на лечение.

Диссертационная работа направлена на разработку технологии и рекомендаций по использованию УВЧ - энергии в козоводстве, внедрение в практику технических средств УВЧ - терапии.

Цель работы: разработка технологии и технических средств, определение дозы УВЧ - терапии маститов у коз.

Объект исследований: ультравысокочастотные технические средства для лечения и профилактики маститов у коз.

Предмет исследований: закономерность изменения терапевтической нагрузки и ее согласование с выходными параметрами ультравысокочастотного генератора, в процессе лечения и профилактики маститов у коз.

Задачи исследования:

- изучение физических и электрофизических параметров вымени коз для установления технико - технологических характеристик;

- обосновать параметры облучающей системы для УВЧ - терапии коз;

- определение и обоснование режимов и дозы лечения и профилактики маститов у коз УВЧ - терапией;

- разработка технологии и технических средств, для УВЧ - терапии маститов у коз и оценить экономические показатели УВЧ - установки.

Решение поставленных задач осуществлялось под наблюдением

ветеринарных работников.

Методика исследований. Для решения поставленных научных задач использовались положения теоретических основ электротехники, а также методы физического и компьютерного регулирования, математической обработке экспериментальных данных. Вычисление и моделирование производились с применением пакетов программ Statistica, Ma.th.Cad.

Исследования, включающие сбор и анализ информации, проводились в частных и фермерских хозяйствах Рязанской области.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- установлена математическая зависимость между напряженностью электромагнитного поля и параметрами излучающей системы;

- разработана высокочастотная излучающая система для лечения маститов у коз, снабженная узлом стабилизации терапевтической нагрузки;

- разработана электрофизическая модель вымени козы для лабораторных исследований и настройки УВЧ - установки;

- получены статистические параметры терапевтической нагрузки;

- разработано согласующее - симметрирующее устройство с высоким КПД не ниже 90%, а также передающая высокочастотная линия с коэффициентом бегущей волны не ниже 0,7, что обеспечивает устойчивую работу УВЧ -установки;

- разработана технология, регулирующая обоснованные в исследовании режимы лечения маститов у коз с помощью УВЧ - терапии.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Технология УВЧ - терапии маститов с учетом видовых особенностей коз.

2. Сведения о электрофизических параметрах вымени коз, математическая и физическая модели, отражающие биологический объект.

3. Адаптированные к использованию теоретические основы расчета облучающей системы для УВЧ - терапии.

4. Технические средства для УВЧ - терапии и дозы лечения маститов у коз.

5. Результаты экспериментальных исследований и апробации разработанных технических средств, использованных при УВЧ - терапии коз.

Разработка технических средств, для УВЧ терапии осуществлялась под наблюдением ветеринарных работников.

Практическая значимость заключается в следующем:

- разработана технология УВЧ - терапии маститов у коз;

- определены дозы УВЧ - терапии маститов у коз;

- разработано УВЧ - устройство с узлом стабилизации дозы для лечения и профилактики маститов у коз.

Реализация результатов исследований. Аппарат для УВЧ терапии лактирующих коз, разработанный в диссертационной работе Семиной Е.С., соискателя ФГБОУ ВПО Рязанского агротехнологического университета имени П.А. Костычева, используется в ООО «Энергоспецоборудование» в качестве базового прибора для разработки серийного образца.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на IX Международной научно -практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» г.Углич 2010 г.; на Международной научно - практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» г. Ульяновск 2010 г.; на Международной научно - практической конференции «Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и животноводстве» ФГОУ ВПО ГРАТУ г. Рязань 2011 г., на Международной научной сессии «Инновационные проекты в области агроинженерии» ФГОУВПО МГАУ г. Москва 2011 г.;

Публикации. Результаты исследований опубликованы 11 печатных

работах.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав диссертации, выводов, списка литература и приложений. Диссертационная работа изложена на 172 страницах печатного текста, включает 19 таблиц, 34 рисунка и 4 приложений. Список литературы включает 133 наименования.

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА ЛЕЧЕНИЯ МАСТИТА У КОЗ 1.1. Этиология и классификация маститов у коз и экономический ущерб от заболеваний

Сельское хозяйство - одна из основных отраслей экономики имеющая важное значение.

Козоводство является крупной товарной отраслью сельскохозяйственного производства. Козы дают молоко, мясо, шерсть (мохер), пух и шкуру (козлины). Поголовье коз в мире в 1997 году составляло 703, 4 млн. голов. Поголовье овец и коз в России на конец июля 2009 года составило 24,9 млн. голов, что на 3,9% больше, чем на аналогичную дату 2008 года. На частные хозяйства населения приходилось 49,3% от общего поголовья, на сельхозорганизации и крупные фермерские хозяйства - 50,7%>. Коз содержат многие, особенно в рабочих поселках и в пригородах больших городов. Однако, успешному воспроизводству стада и росту продуктивности животных препятствуют различные заболевания коз, наиболее распространенной из которых являются маститы. Подвижный образ жизни коз приводит к травмированию вымени и трещинам на сосках. К числу самых опасных болезней относится мастит, а также послеродовой отек. [43]

Воспаление вымени - бывает вскоре после окота. Причины заболевания заключаются в простуде из-за содержания коз в помещении со сквозняками, на грязной подстилке, на холодном и влажном полу. При лечении животного необходимо соблюдать строгую диету с полным исключением молокогонных кормов. Молокогонные корма заменяют сеном хорошего качества. Одновременно уменьшается норма концентрированных кормов.

Трещины на сосках - появляются при неопрятном содержании коз и неумелом доении. Нередко причиной заболевания является грубая подстилка.

Мастит - воспаление паренхимы и стромы молочной железы, развивающийся как следствие воздействия механических, термических, химических и биологических факторов. Наблюдается у всех

сельскохозяйственных животных в любое время года. Маститы наблюдаются у животных разных возрастов, однако с возрастом усиливается предрасположенность к ним. Маститы у сельскохозяйственных животных возникают в результате воздействия факторов внутренней и внешней среды при снижении резистентности организма животных. Конкретных причин возникновения маститов много, но их можно разделить на две основные группы: инфекционная и не инфекционная. [7]

Мастит у животных вызывается различными микроорганизмами (80% случаев), включая стрептококки (Streptococcus agalactiae, S.uberus), стафилококки (Staphylococcus aureus), диплококки, кишечную и синегнойную палочки. Бактерии рода Pasterella - основной возбудитель гангренозного мастита у коз. Микробы проникают в молочную железу, главным образом, галактогенным путем (через сосковый канал), лимфогенным путем (через раны и травмы молочной железы и сосков), иногда гематогенным путем (с кровью из других органов, в которых развивается воспалительный процесс). Патогенная и условно-патогенная микрофлора может быть непосредственно причиной маститов или осложняет течение развивающегося воспалительного процесса. Причиной мастита могут быть грибы, а также возбудители