автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершентвование доильных аппаратов для доения коров в высокогорных условиях

РГ5 ОД

г 2 дек гасз

На правах рукописи

г

БАРАГУНОВ АЛЬБЕРТ БАШИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДОИЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ДОЕНИЯ КОРОВ В ВЫСОКОГОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

! /

Нальчик-2000

Работа выполнена в Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии (КБГСХА)

Научные руководители: Бугов Х.У. - доктор технических наук,

профессор; Тешев А.Ш. - кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Краснов И.Н. - доктор технических

наук, профессор; Дзуганов В.Б. - кандидат технических наук, доцент

Ведущее предприятие: Министерство сельского хозяйства и

продовольствия Кабардино-Балкарской Республики

Защита состоится 21 декабря 2000г. в «II00» часов на заседании диссертационного совета К 120.86.03 в Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Толстого, 185.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии

Автореферат разослан 21 ноября 2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

А.Д. Бекаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях рыночной экономики эффективное использование машинного доения коров в высокогорных условиях - объективно необходимый процесс. Высокогорных пастбищ на Северном Кавказе насчитывается 2,0 млн. га, в том числе на территории Кабардино-Балкарской Республики - около 400 тыс. га, расположенных выше 1000 м над уровнем моря. На этих пастбищах атмосферное давление понижено в пределах 90... 60 кПа.

На пастбищах Кабардино-Балкарии дойное поголовье в количестве около 20 тыс. голов содержат сезонным способом - в течение теплого периода года. При этом, как правило, для машинного доения применяют установки с доильными аппаратами АДУ-1. Однако доильная техника, выпускаемая промышленностью страны, предназначена только для доения коров на высотах до 1000 м над уровнем моря. И доильные аппараты не содержат в себе узлов и деталей, предназначенных для стабилизации режима молоковы-ведения при изменении атмосферного давления. Это не способствует эффективному использованию машинного доения коров в условиях высокогорья.

В связи с этим, исследование влияния изменения атмосферного давления на молоковыведение в высокогорных условиях и усовершенствование доильных аппаратов является актуальной проблемой.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является исследование влияния изменения атмосферного давления на молоковыведение в высокогорных условиях и усовершенствование известных доильных аппаратов для сельскохозяйственных предприятий всех форм собственности и повышение эффективности машинного доения коров. Для достижения этих целей необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать влияние изменения атмосферного давления на режим молоковыведения серийным доильным аппаратом;

- составить математическую модель молоковыведения серийным доильным аппаратом в высокогорных условиях;

- составить схему опытного образца модифицированного доильного аппарата;

- разработать математическую модель молоковыведения модифицированным доильным аппаратом;

- разработать и изготовить опытный образец модифицированного доильного аппарата;

- разработать экспериментальные установку и устройства для проведения опытов;

- проверить и уточнить результаты теоретических исследований, с целью оптимизации основных параметров модифицированного доильного аппарата;

- провести сравнительные хозяйственные испытания серийного и модифицированного доильных аппаратов;

- определить экономическую эффективность внедрения модифицированного доильного аппарата на основе данных, полученных в результате его исследований и хозяйственной проверки.

Объект исследований. Основным объектом исследований является опытный образец предложенного доильного аппарата для доения коров в высокогорных условиях на базе доильного аппарата АДВ-Ф-1 в сравнении с серийным доильным аппаратом АДУ-1 при доении одной и той же группы коров.

Предмет исследований - причины нарушения режима ра* боты и основных параметров доильных аппаратов по мере увеличения высоты расположения высокогорных пастбищ, способы их восстановления и стабилизации.

Методика исследований. Общая методика исследований предусматривала измерение высот над уровнем моря на высокогорных пастбищах альтметр-высотомером, соответствующих величин атмосферного давления барометр-анероидом. Измерение и регистрация основных рабочих параметров доильных аппаратов проводились с использованием стандартной научной аппаратуры и специально разработанными установками и устройствами.

Обработку результатов теоретических и экспериментальных исследований проводили на персональном компьютере типа IBM PC.

Научная новизна. Впервые разработаны математические модели молоковыведения серийными и модифицированными доильными аппаратами в высокогорных условиях.

Решена задача оптимизации основных параметров модифицированного доильного аппарата для высокогорных пастбищ.

Практическая ценность. Разработан, изготовлен, испытан опытный образец и по нему изготавливаются ОАО «Челно-Вершинский машиностроительный завод» и ОАО «Аргуданский опытно-специализированный завод» (КБР) модифицированные доильные аппараты, позволяющие обеспечить повышение производительности труда на высокогорных пастбищах.

Реализация результатов исследований. Усовершенствованные пульсаторы, коллекторы и выжимающие доильные стаканы применяются в высокогорных условиях Кабардино-Балкарской Республики. Дальнейшее внедрение модифицированного доильного аппарата включено в план Научно-технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Кабардино-Балкарской Республики.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на IX и X Международных симпозиумах по машинному доению сельскохозяйственных животных (г. Оренбург, 1997 г., г. Переславль-Залесский Ярославской области, 2000 г.), на Международной научно-практической конференции (г. Владикавказ, 2000 г.), на научно-практических конференциях ВНИПТИМЭСХ (г. Зерноград Ростовской области, 1999 г., 2000 г.), в Ставрапольской государственной сельскохозяйственной академии (г. Ставрополь, 1998 г.), в Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии (г. Нальчик, 1996, 1997, 1999 гг.), на межвузовском научном семинаре «Механика» (Нальчик, 1999 г., 2000 г.) и на республиканских выставках достижений народного хозяйства Кабардино-Балкарской Республики (г. Нальчик, 1998, 1999 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных статей, в том числе 12 в международных и центральных изданиях и получено 2 патента (1998 г. и 2000 г.) на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Содержит 162 страницы, в том числе, основного текста 138 страницы, 21 таблица, 28 рисунков, список использованной литературы (170 наименований, в том числе 7 на иностранном языке), 12 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, обусловленная необходимостью усовершенствования доильных аппаратов для высокогорных условий, и приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса» дан краткий обзор литературных источников. Исследованию физиологических основ машинного доения коров в условиях нормального атмосферного давления посвящены научные труды: Г.И. Азимова, Н.М. Арано-вича, В.И. Ахматова, В.П. Бабкина, H.H. Белянчикова, Ф. Берга,

A.C. Веприцкого, И.К. Винникова, К.К. Галаова, А.Н. Голикова, Г.И. Голованова, С.Я. Горма, Дж.Г. Дэвиса, Г.Н. Дроздова, H.A. Дымшица, А.Г. Еремина, И.В. Жилова, М.Г. Закса, А.И. Ива-шура, М.И. Искандаряна, К.И. Ковешниковой, И.А. Карапетяна, Ю.С. Караваева, Э.А. Келписа, Н.Б. Керимова, В.И. Комарова, Л.П. Кормановского, Л.П. Карташова, В.Ф.Королева, И.Н. Краснова, Л.П. Куликова, Е.И. Любимова, М.Г. Миролюбова,

B.C. Мкртумяна и иностранных исследователей: Г. Кильвайна, У.Г. Уитлстоуна, G. Graft, D. Lawson,K. Kabotzsch, A. Wrauner, W.D. Kitts, M. Merriman, J. С. Berry, W.E. Petersen, T.V. Rigor, W.E. Whittlstone, J. Johansson, A. Ramus и многих других. Однако в них не отражены вопросы влияния изменения атмосферного давления в высокогорных условиях на режим работы доильных установок.

Экономическая целесообразность использования доильных установок в высокогорных условиях отражена в работах P.A. Ара-келяна, Б.Я. Барагунова, Ф. Берга, Г. Н. Дроздова, Г. Р. Зальцмани-са, С. Зоннтага, А. А. Зотова, В. Креиль, В. Крюгера, К. Kabotzch, А. Wrauner, G. Weimann, A. Ramu и других.

В своих исследованиях Г.Р. Зальцманис, H.A. Панкратов, А.П. Рыбников и др. изучили зависимость основных параметров вакуумных насосов от атмосферного давления без учета режима работы доильных аппаратов.

H.A. Панкратов, П.И. Соломатин вели исследования работы доильного аппарата ДА-ЗМ и предложили применять в пульсаторе сменные клапаны разных диаметров, что значительно усложняет

конструкцию и условия эксплуатации в производственных условиях.

В.М. Радоманский исследовал причины, влияющие на частоту пульсации без учета ее изменения при понижении атмосферного давления.

P.A. Аракелян в 1999 г. приводит в своей работе значения вакуумметрического коэффициента, длительностей тактов и частоты пульсации, которые уже в 1977 - 1979 годах были опубликованы в работах Б.Я. Барагунова.

По-прежнему в литературе отсутствуют математические модели процесса молоковыведения доильными аппаратами в высокогорных условиях.

В доильных установках и средствах их обслуживания отсутствуют узлы и детали, реагирующие или регистрирующие колебания атмосферного давления для стабилизации режимов работы на пастбищах высокогорья.

Исследованием благоприятного влияния выжимающего принципа работы доильного стакана занимались многие ученые. В частности М.Л.Пейнович и др. разработали доильный аппарат, в котором во время рабочего такта применялось избыточное давление воздуха, подаваемого от отдельной компрессорной установки. Однако эти конструкции до сих пор не доведены до совершенства.

А.Н. Голиков отметил благоприятное и эффективное влияние выжимающе-массажирующего устройства доильного стакана аппарата АДВ-Ф-1 на молочную железу коровы, и особенно, в высокогорных условиях. Изготовление технической документации, Технических условий и Паспорта этого доильного аппарата произведено Головным специализированным конструкторским бюро по комплексу машин для ферм крупного рогатого скота по поручению Министерства сельского хозяйства СССР и Союзной государственной «Сельхозтехники». Государственное приемочное испытание проведено Всесоюзным научно-исследовательским институтом испытаний машин и оборудования животноводства (ВНИИ-МОЖ) в 1988 - 1990 гг.

Аргуданскому опытно-специализированному заводу (КБР) в кооперации с Производственным объединением «Кургансельмаш» и Челно-Вершинским машиностроительным заводом было запланировано изготовление этих новых доильных аппаратов с годовым

планом 1500 аппаратов. Однако резиновая оболочка доильного стакана АДВ.01.002 изготовлена с недостаточным запасом прочности. В целом конструкция доильного аппарата получилась сложной.

На основании анализа состояния вопроса сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Теоретические исследования параметров доильных аппаратов в высокогорных условиях» теоретически обоснованы оптимальные соотношения между атмосферным, ва-куумметрическим и манометрическим давлениями в камерах доильных аппаратов. Уточнены зависимости длительностей тактов, цикла и частоты пульсации в пульсаторе, величин поперечных прогибов резиновой оболочки направляющей выжимающего доильного стакана от величины атмосферного давления. Впервые составлены математическая модель молоковыведения серийным доильным аппаратом и математическая модель молоковыведения модифицированным доильным аппаратом в высокогорных условиях.

Проведены анализ режима работы и расчеты прочностных параметров резиновой оболочки направляющей выжимающего доильного стакана модифицированного аппарата АДВ-Ф-1А.

При разработке модифицированного доильного аппарата для высокогорных условий необходимо учитывать геометрические размеры деталей и физико-механические свойства резиновой оболочки выжимающего устройства доильного стакана.

Конструкция модифицированного доильного аппарата АДВ-Ф-1А обеспечивает возможность комплектования им всех марок доильных установок, снижает металлоемкость, повышает производительность труда и молочную продуктивность коров на высокогорных пастбищах.

С учетом этих преимуществ составлены принципиальные схемы выжимающего доильного стакана (рис. 1) и пульсатора (рис. 2).

Выжимающий доильный стакан (рис. 1) состоит из сосковой резины 2 (ДЦ.00.041А), гильзы 4 (АДВ.01.801) с отверстием 3 для атмосферного воздуха, резиновой оболочки 5 (АДВ.01.002А), направляющей б (АДВ.01.601) с седловидными вырезами в верхней части, оголовка 7 (АДВ,02.602А). В выжимающем устройстве

взаимодействуют четыре зоны: I - зона присосковой камеры; II - зона активного действия выжимающего устройства; III - зона фиксации направляющей и IV - зона активного отсоса молока (подсосковая камера).

Этот доильный стакан трехкамерный и решает проблему выжимания молока из соска с помощью того же вакуумметриче-ского давления, которое производит отсасывание молока из соска. Следовательно, обеспечивается выжимание молока с одновременным его отсасыванием.

Направляющая АДВ.01.601А имеет продольный разрез, придающий ей пружинящую способность и фиксацию внутри оголовка АДВ.01.602А. Следовательно, направляющую можно фиксировать внутри доильного стакана на нужной высоте в зависимости от длины соска. При доении коров с длинными сосками направляющие опускают вниз для увеличения площади выжимания молока из каждого соска.

Принцип работы выжимающего доильного стакана следующий. Режим работы двухтактный: рабочий такт и такт разгрузки. В подсосковой камере все время поддерживается вакуумметрическое давление. Третья камера, расположенная между гильзой и резиновой оболочкой, сообщается через отверстие в гильзе с атмосферным давлением. Направляющая расположена между резиновой оболочкой и сосковой резиной. Верхние кромки направляющей находятся ниже верхних кромок гильзы на 10...20 мм в зависимости от длины соска.

В пространстве, расположенном от основания соска до верхних кромок направляющей, резиновая оболочка и сосковая резина находятся в свободном состоянии и при движении во внутрь доильного стакана не встречают твердых препятствий, начиная от гильзы вплоть до соска. В направляющей имеются два диаметрально противоположно расположенные конусные седловидные вырезы, основания которых находятся на верху. Глубина вырезов равна 50 мм.

Во время рабочего такта в течение 0,63 с в межстенную камеру подается вакуумметрическое давление, возрастающее от нуля до максимальной величины - 54 кПа. В самом начале этого такта резиновая оболочка и сосковая резина беспрепятственно прогибаются вкруговую во внутрь в верхней части доильного стакана. А в

Рис. 1. Схема доильного стакана АДВ.01.000А:

1 - молочная железа коровы; 2-сосковая резина ДД.00.041; 3 - отверстие для атмосферного давления; 4 - гильза АДВ.01.801; 5-резиновая оболочка (рубашка) АДВ.01.002А; б - направляющая АДВ.01.601А; 7-оголовок АДВ.01.602А.

Рис. 2. Схема пульсатора с автоматическим поддерживанием заданной частоты пульсации:

1 - камера переменного вакуумметрического давления; 2 - патрубок переменного вакуумметрического давления; 3 - камера постоянного вакуумметрического давления; 4 - канал, соединяющий 1-ую камеру переменного вакуумметрического давления с управляющей камерой; 5 - управляющая камера; 6 - мембрана; 7 - камера атмосферного давления; 8 - герметически закрытый сильфон; 9 - мембрана; 10 - нижний клапан; 11 - патрубок постоянного вакуумметрического давления; 12 - стержень; 13 - верхний клапан; 14 - камера атмосферного давления; 15 - отверстие атмосферного давления.

области седловидных вырезов прогиб отдельных участков этих резин совершается последовательно сверху книзу и рабочий такт, при котором молоко извлекается из соска комбинировано, завершается внизу конусной части седловидных вырезов направляющей. При следующем такте - такте разгрузки в течение 0,27 с в межстенную камеру от пульсатора подается атмосферный воздух. В результате этого вакуумметрическое давление исчезает, сосковая резина и резиновая оболочка возвращаются в исходные крайние положения. Далее пульсационный цикл в доильном стакане повторяется под действием пульсатора.

Пульсаторы, выпускаемые отечественной промышленностью, не реагируют на изменение атмосферного давления. Частота пульсации в пульсаторе изменяется пропорционально падению этого давления на высокогорных пастбищах. Для стабилизации и оптимизации частоты пульсации на высокогорных пастбищах разработана рекомендация, на основании которой получен патент на реконструкцию пульсатора. Принцип работы пульсатора (рис. 2) заключается в автоматическом изменении объема его управляющей камеры пропорционально изменению атмосферного давления.

При установившемся режиме работы пульсатора и определенном атмосферном давлении объем управляющей камеры 5 имеет определенную величину и находится в заданном соотношении с данным атмосферным давлением. В этот момент герметически закрытый сильфон 8 и упругая перегородочная мембрана 6 занимают крайнее нижнее положение. И пульсатор работает как обычно: постоянное вакуумметрическое давление, созданное в патрубке 11 и камере постоянного вакуумметрического давления, воздействует на упругую мембрану 9, передвигает вверх нижний клапан 10, стержень 12 и верхний клапан 13, закрывая отверстие 14. При этом камера 1 отсоединяется от атмосферы и соединяется с камерой постоянного вакуумметрического давления 3, из которой вакуумметрическое давление распространяется в патрубке 2,канале 4 и управляющей камере 5. По мере углубления вакуумметрического давления в управляющей камере 5 растет сила, действующая на упругую мембрану 9 вниз. Затем наступает такой момент, при котором эта сила, действующая на мембрану 9 вниз, превосходит силу, действующую на эту же мембрану 9 вверх. Поэтому верхний клапан 13 отрывается от отверстия 14, закрывает камеру постоян-

ного вакуумметрического давления 3. Атмосферный воздух заполняет полости камеры 1, патрубка 2, соединенного с межстенными камерами доильных стаканов, канала 4 и управляющей камеры 5. Описанный пульсадионный цикл повторяется периодически с такой частотой, которая перед началом работы задана.

При уменьшении атмосферного давления сильфон 8 расширяется и прогибается во внутрь управляющей камеры 5, уменьшает ее объем пропорционально уменьшению атмосферного давления, и автоматически поддерживает заданную частоту пульсации. При увеличении атмосферного давления сильфон 8 сжимается и процесс обеспечения постоянства соотношения между атмосферным давлением и объемом управляющей камеры 5 автоматически выполняется, сохраняя заданную частоту пульсации в пульсаторе и во всем доильном аппарате.

Второй вариант стабилизации частоты пульсации заключается в применении простейших вкладышей, вкладываемых в управляющую камеру пульсатора. Этот вариант не имеет сильфо-на и регулировка частоты пульсации осуществляется следующим образом. Доильные установки находятся на постоянной основе на определенных высокогорных пастбищах с заранее известными высотами над уровнем моря и заранее известными величинами атмосферного давления. Зная значение атмосферного давления на той или иной высоте, определяем необходимый объем вкладыша, с помощью которого следует уменьшить объем управляющей камеры пульсатора по формуле:

(1)

%

где ДУ; - объем вкладыша в управляющую камеру пульсатора, м3; Уо - начальный объем управляющей камеры пульсатора, м3; ДР& -приращение атмосферного давления, кПа: определяется разностью между нормальным атмосферным давлением Р8 0 = 100 кПа и его действительным значением Ра, предварительно замеренным барометр-анероидом.

На основании формулы (1) для практического использования составлены рекомендация и специальная таблица, требуемых объемов вкладышей.

Преобразовав известные формулы, выражающие длительности тактов, пульсационных циклов, и применив формулу (1), установили зависимость частоты пульсации в пульсаторе:

VI

(2)

где п - частота пульсации в пульсаторе, с"1; У| - переменная величина объема управляющей камеры пульсатора, м3, определяемая по выражению =Уо-А\/';; С - постоянная величина, зависящая от геометрических размеров деталей и других факторов, участвующих в переключении клапанов пульсатора, м3/( кПа • с).

Как видно из формулы (2), для обеспечения оптимальной стабилизации частоты пульсации в высокогорных условиях необходимо и достаточно соблюдения постоянства:

= СО!^.

Впервые составленная математическая модель молоковыве-дения серийным доильным аппаратом АДУ-1 на высокогорных пастбищах описывается формулой (3):

м _ Рб^ЬмгК___,(3)

где Мвыд - масса выдоенного молока, кг; ^ - вакуумметрическое давление, кПа; ^ - текущее время доения коровы, с; К - среднее количество молока, выдоенного за один пульсационный цикл одним доильным аппаратом, кг; £0 - длина канала, соединяющего рабочую камеру пульсатора с его управляющей камерой, м; т]в -динамическая вязкость воздуха, (обычно г|в= 18,1-Ю"6 Па-с); Бо-диаметр канала, соединяющего рабочую камеру пульсатора с его управляющей камерой, м; А, - вакуумметрический коэффициент, определяемый как отношение вакуумметрического давления Ь; к атмосферному давлению Р&; Б2, Ом -диаметры верхнего и нижнего клапанов и мембраны пульсатора, м; Ь1 и Ъг - вакууммет-

рические давления, при которых происходят переключения клапанов с верхнего положения в нижнее и с нижнего положения вверх, кПа.

Упростив формулу (3), можно записать:

Мвыд = 1Ч-К = п-1мгК, (4)

где N - среднее количество пульсов, совершенных в течение одного доения одной коровы.

Математическая модель, составленная для модифицированного доильного аппарата, отличается введением в формулы (3) и (4) коэффициента выжимающей способности усовершенствованного доильного аппарата. Значение коэффициента выжимающей способности доильного стакана АДВ.01.000А может быть определено как отношение суммы сил сжатия соска, направленных от основания к сфинктеру соска, к сумме сил сопротивления сжатию соска:

Е_рсж_ (а-Ь + гс-Рц -1ц)-11мк

РС ($с.р. ~~ ^"СОС ' ^ сос )' ^м ^н ' Ф Рсф где Е - коэффициент выжимающей способности модифицированного доильного стакана; Рсж - сила сжатия соска во время рабочего такта в доильном стакане, Н; Рс - сила сопротивления сжатию соска во время рабочего такта в доильном стакане, Н; (а • Ь + л • • €ц) - площадь сжатия соска во время рабочего такта, м2, здесь: а - расстояние между верхними кромками седловидных вырезов направляющей, м; Ь - высота (глубина) конусных седловидных вырезов направляющей, Ь = 50 мм; Бц и €ц - средние диаметр и длина верхней цилиндрической части, где действует выжимающее устройство, м; Ьмк - вакуумметрическое давление в межстенной камере доильного стакана, кПа; 8ср - средняя внутренняя площадь поверхности сосковой резины, м2; Ссос, £сос - средние величины, характеризующие диаметр и длину соска, м, Ссос~ 71" <1Сос, здесь (1сос - средний диаметр соска, м; Рм - манометрическое (остаточное) давление в подсосковой камере во время рабочего такта, кПа; Р„ - сила натяжения сосковой резины в доильном стакане, Н; ср - коэффициент потери вакуумметрического давления на прогиб сосковой резины; Рсф - сила сопротивления сжатию (растяжению) сфинктера соска, Н.

Введя выражение (5) в (4), получаем математическое описание молоковыведения модифицированным доильным аппаратом: М,в11Д=п-^-К-Е. (6)

Для оценки степени влияния изменения атмосферного давления на молоковыведение серийным и модифицированным доильными аппаратами в высокогорных условиях составили программу для ПЭВМ с использованием полученных теоретических зависимостей. Реализация этой программы позволила получить графические зависимости интенсивности молоковыведения серийным и модифицированным доильными аппаратами в высокогорных условиях.

На основе теоретических исследований молоковыведения серийным и модифицированным доильными аппаратами сформулировали цели и задачи экспериментальных исследований: установить адекватность составленных математических моделей молоковыведения серийным и модифицированным доильными аппаратами в высокогорных условиях.

В третьей главе «Методика экспериментальных исследований» ставятся следующие цели экспериментальных исследований:

- проверка адекватности составленных математических моделей серийного и модифицированного доильных аппаратов;

- проверка оптимальности процесса доения при новом способе стабилизации основных параметров модифицированного доильного аппарата в условиях пониженного атмосферного давления;

- исследование процесса работы выжимающих доильных стаканов;

- измерение поперечных прогибов резиновой оболочки выжимающего устройства доильного стакана.

Для реализации этой программы составлены и изготовлены экспериментальная установка и различные нестандартные устройства и приспособления, которые будут применяться на полнокомплектной доильной установке УДС-3. В экспериментальную установку включены барокамера, дополнительная вакуумная установка, точные весы для измерения выдоенного молока в процессе доения, пульсотестор, альтметр-высотомер, барометр-анероид, устройство для измерения поперечных прогибов резиновой оболочки направляющей выжимающего доильного стакана, секундо-

меры, приборы и приспособления для определения субклинического мастита, центрифуга для определения жирности молока.

Экспериментальная установка позволяла имитировать атмосферное давление, соответствующее заданной высоте над уровнем моря для записи режима работы и основных параметров сравниваемых доильных аппаратов и проводить достаточное количество опытов и измерений за непродолжительное время.

При сравнительных опытах доение будет проводиться по периодам. В первые десять дней доили серийным доильным аппаратом АДУ-1. Опытные данные заносили в журнал для АДУ-1 в течение всего процесса доения каждой коровы, через каждые 30 с. Второй период — переходный период (12 дней), в течение которого коровы привыкали к новому режиму доения. В течение этого времени доение коров осуществляли модифицированным доильным аппаратом АДВ-Ф-1А. После истечения переходного периода начали запись количества выдоенного молока также через каждые 30 секунд (в течение 10 дней).

Время доения измеряли секундомером, машинный додой производили в течение 5-6 пульсов доильного аппарата. После машинного додоя производили ручной додой. А затем сдаивали остатки молока в пробирки для определения субклинического мастита у каждой коровы. Исследование проб молока на субклинический мастит проводили по общепринятой методике. Подготовку и подбор группы коров производили по существующему стандарту.

Высоты над уровнем моря определяли альтметр-высотомером, атмосферное давление - барометр-анероидом; пуль-сограммы пульсатора записывали пульсотестором, подключенным к шлангу переменного вакуумметрического давления, идущего от испытуемого пульсатора.

Пульсограммы записывали при работе пульсатора с автоматической регулировкой частоты пульсации и при ручном ступенчатом регулировании частоты пульсации. Делали это как в барокамере так и на различных высотах над уровнем моря.

Для измерения величин поперечных прогибов резиновой оболочки направляющей выжимающего доильного стакана применяли специально переоборудованный доильный стакан модифицированного доильного аппарата. В переоборудованном доильном стакане, имеющем градуированные стержни для измерения попе-

речного прогиба резиновой оболочки направляющей на каждой 1-ой высоте при вертикальном его расположении, записывали величину и последовательность поперечных прогибов выжимающего устройства.

Все измеренные величины заносили в специальные таблицы. Полученные данные обрабатывали методами математической статистики с применением ЭВМ. Такая обработка позволила построить графики зависимостей согласно предварительно составленных общей и частной методик.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты экспериментов, подтверждающие правильность проведенных теоретических исследований и уточняющие оптимальные значения основных параметров модифицированного доильного аппарата.

Сравнительные испытания серийного АДУ -1 и модифицированного АДВ-Ф-1А доильных аппаратов в производственных условиях проводили на молочной ферме госплемсовхоза «Кенже».

По данным экспериментальных исследований построили графики, наглядно подтверждающие преимущества модифицированного доильного аппарата АДВ-Ф-1А перед серийным АДУ-1 по динамике молоковыведения. При этом математические модели молоковыведения серийным и модифицированным доильными аппаратами адекватно выражают процесс машинного доения коров в высокогорных условиях. В частности, на рис. 3 видно, что на участках кривых молоковыведения, расположенных от начала до 4-ой минуты доения, расхождения между экспериментальными и теоретическими данными составляют лишь 0. ..4%. На участках от 4-ой минуты до начала 6-ой минуты расхождения между теорией и экспериментами незначительные, а на участках от 6-ой минуты до конца доения расхождения составляют 2.. .4%.

Аналогичные результаты получены при обработке и сравне-ции теоретических и экспериментальных данных по серийному доильному аппарату АДУ-1.

Результаты обработки опытных данных по определению поперечных прогибов резиновой оболочки направляющей выжимающего устройства доильного стакана представлены в виде таблицы. Измерения проводили методом «чистых» опытов, то есть были устранены все посторонние факторы, которые могли бы

м,

В. = 90к Па

-лм-/ V/

ь /

- еоретич *ская/ у/ /

/ К экспе? жмент.

.У

/ У

//

у, и-' к .............-

ДО 60 90 120 150 1X0 210 240 270 300 350 360 390 420 450 420

,С

4

Рис. 3. Динамика молоковыведения модифицированным доильным аппаратом АДВ-Ф-1А

искажать работу резиновой оболочки, как выжимающий рабочий орган при переменном действии на нее возрастающего вакууммет-рического давления. По вертикали длина резиновой оболочки была разделена на три части и к каждому участку, был прикреплен один градуированный стержень для регистрации глубины прогиба этого участка. Длительность полного рабочего такта сжатия соска сверху книзу равна 0,63 с. Этот период был разделен на три равные части - по 0,21 с. В течение первой части длительности рабочего такта максимальный поперечный прогиб резиновой оболочки осуществляется в течение первой части длительности рабочего такта, равный 0,21 с; следующий средний участок резиновой оболочки максимально прогибался в течение следующей части рабочего такта - 0,21 с, и, наконец, в течение последней третьей части -0,21 с - завершался максимальный прогиб третей нижней части резиновой оболочки. Следовательно, процесс, происходящий последовательно во времени и в пространстве, характеризует выжимающую функцию резиновой оболочки, которая взаимодействует с конусной формой седловидных вырезов направляющей под воздействием возрастающего вакуумметрического давления в межстенной камере от нуля до 52 ± 2 кПа в течение 0,63 с.

В следующем такте - такте разгрузки - резиновая оболочка возвращалась в крайнее наружное положение в течение 0,27 с.

Результаты обработки опытных данных по определению частоты пульсаций в пульсаторе в высокогорных условиях, созданных в барокамере, сводили в соответствующую таблицу, а записи, произведенные на различных высотах над уровнем моря, отображались на пульсограммах.

Опыты показали, что частота пульсаций серийного пульсатора АДУ.02.100 доильного аппарата АДУ-1 уменьшилась пропорционально понижению атмосферного давления. Оптимальная частота пульсаций 1,1 с'1 в различных высокогорных условиях стабилизировалась соблюдением постоянства соотношения между изменяющимся атмосферным давлением и объемом управляющей камеры пульсатора.

В пятой главе «Внедрение результатов исследований и определение экономической эффективности» изложены положительные результаты экспериментальных исследований, внедряемых в 16 сельскохозяйственных предприятиях Кабардино-Балкарской

Республики. С этими предприятиями заключены договоры на внедрение модифицированных доильных аппаратов АДВ-Ф-1А и реконструкцию имеющихся серийных доильных аппаратов под этот доильный аппарат. Внедрение этого аппарата включено в план Научно-технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия Кабардино-Балкарской Республики. Поддерживается сотрудничество с заводами-изготовителями доильных установок и запасных частей к ним. В частности, имеется договор с ОАО «Челно-Вершинский машиностроительный завод» на изготовление верхнего корпуса АДВ.31.020 из легкого дюралюминиевого сплава, и поставки его для комплектования модифицированных аппаратов АДВ-Ф-1А. В результате этого металлоемкость снижается на 0,2 кг по каждому доильному аппарату.

В результате усовершенствования известных доильных аппаратов достигнут высокий коэффициент взаимозаменяемости используемых основных деталей.

Решая проблему выжимания молока тем же самым вакуум-метрическим давлением, которым производится отсасывание молока из соска, количество деталей доильного стакана АДВ.01.000А аппарата АДВ-Ф-1А относительно количества деталей серийного доильного стакана аппарата АДУ-1 увеличилось только на три детали.

Достигнута конструктивная возможность регулирования площади воздействия выжимающего устройства на сосок в зависимости от длины соска - для коротких сосков площадь воздействия уменьшается, передвигая направляющую вверх и фиксируя ее там, для длинных сосков каждую направляющую передвигаем вниз и увеличиваем площадь воздействия каждого выжимающего устройства на сосок.

Годовая экономическая эффективность от внедрения модифицированных доильных аппаратов АДВ-Ф-1А в составе доильной установки УДС-3 определялась с учетом повышения производительности, полноты выдаивания молока из вымени коров, оптимизации основных параметров и стабилизации режима работы доильных аппаратов в производственных условиях.

Расчетная годовая экономическая эффективность составляет 39910 рублей (в нынешних ценах).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Выявлено, что основной причиной резкого изменения длительностей тактов и цикла, частоты пульсации, величин поперечных прогибов резиновых деталей доильных стаканов и в целом интенсивности молоковыведения известными доильными аппаратами в высокогорных условиях является значительно пониженное атмосферное давление на пастбищах, расположенных на различных высотах над уровнем моря.

2. Установлено, что серийные доильные аппараты не реагируют на изменение атмосферного давления для стабилизации их режима работы на высокогорных пастбищах.

3. Уточнены зависимости основных рабочих параметров доильных аппаратов от атмосферного давления, по мере понижения которого удлиняются длительности тактов и цикла, а поэтому пропорционально понижается частота пульсации пульсатора и уменьшается производительность доильного аппарата.

4. Разработаны математическая модель молоковыведения серийным доильным аппаратом и математическая модель молоковыведения модифицированным доильным аппаратом в высокогорных условиях. С их помощью выявлена зависимость выжимающей способности модифицированного доильного стакана от геометрических размеров соска, сосковой резины, резиновой оболочки направляющей с седловидными вырезами, подсосковой камеры и вакуумметрического давления.

5. Усовершенствованы серийные пульсатор, коллектор и базовые выжимающие доильные стаканы, на которые получены патенты (1999 и 2000 г.г.). Достигнут высокий коэффициент унификации основных узлов и деталей серийного и модифицированного доильных аппаратов. При этом снижается металлоемкость на 0,2 кг по сравнению с серийным доильным аппаратом.

6. Оптимизированные рабочие параметры модифицированного доильного аппарата составляют: вакуумметрическое давление - 52 ± 2 кПа; соотношение тактов: рабочий такт - 70 % и такт разгрузки - 30 %; частота пульсации -1,1с"1, стабилизация которой обеспечивается с помощью соблюдения постоянства соотношения между атмосферным давлением и объемом управляющей камеры пульсатора.

7. Внедрено 24 модифицированных доильных аппарата и реконструировано 112 серийных пульсаторов в 16 сельскохозяйственных предприятиях Кабардино-Балкарской Республики (КБР).

8. По предложению КБГСХА включено в план Научно-технического совета Министерства сельского хозяйства и продовольствия КБР дальнейшее внедрение модифицированных доильных аппаратов.

9. Расчетная годовая экономическая эффективность от внедрения одного комплекта модифицированных доильных аппаратов для одной доильной установки УДС-3 и рекомендации для доения ими коров в высокогорных условиях составляет более 39910 рублей. Срок окупаемости дополнительных затрат не превышает 6 месяцев.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

1. Анализ режимов работы доильных аппаратов. // Материалы научно-практической конференции КБГСХА. - Нальчик, 1996, выпуск 2.

2. Реконструкция доильных установок для ферм Кабардино-Балкарии. // IX Международный симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных. - Оренбург, 1997 (в соавторстве).

3. Пульсатор. Патент РФ №2111654 от 27 мая 1998 (в соавторстве).

4. АДВ-Ф-1А в высокогорных условиях. // Сельский механизатор, 1999, №9 (в соавторстве).

5. Режим машинного доения коров на горных пастбищах. // Аграрная наука, 1999, №10 (в соавторстве).

6. Универсальный доильный аппарат АДВ-Ф-1 А. // Основные направления научного обеспечения агропромышленного комплекса КБР. - Нальчик, 1999, часть 3 (в соавторстве).

7. Теоретические исследования процесса машинного доения коров в высокогорных условиях. // Материалы научно-технической конференции ВНИПТИМЭСХ. г. Зерноград Ростовской области, 1999 (в соавторстве).

8. О математической модели процесса машинного доения коров в высокогорных условиях. // X Международный симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных. - Пере-славль-Залесский Ярославской области, 2000.

9. Варианты регулирования частоты пульсации доильных аппаратов в высокогорных условиях. // X Международный симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных. -Переславль-Залесский Ярославской области, 2000 (в соавторстве).

10. Статика резиновой оболочки доильного аппарата АДВ-Ф-1А. // Материалы научно-технической конференции ВНИПТИ-МЭСХ. -Зерноград, 2000.

11. Математическое описание молоковыведения доильными аппаратами на высокогорных пастбищах. // Материалы научно-технической конференции ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 2000 (в соавторстве).

12. Математическая модель молоковыведения доильными аппаратами в высокогорных условиях. // Аграрная наука, 2000, №4 (в соавторстве).

13. Об адаптивно-ландшафтных параметрах машинного доения на высокогорных пастбищах. // Международная научно-практическая конференция «Экологически безопасные технологии в сельскохозяйственном производстве XXI века». - Владикавказ, 2000 (в соавторстве).

14. Доильный стакан. Патент РФ № 2151498 от 27 июня 2000 (в соавторстве).