close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

9699.Теория технологий и технических средств в животноводстве.

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ужик В.Ф., Ужик О.В, Ужик Я.В.
ТЕОРИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В
ЖИВОТНОВОДСТВЕ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
УДК 631.363 (075.8)
ББК 40.729я73
Т33
Рецензент:
Карташов Лев Петрович, Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н.,
профессор ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный
университет»
Ужик В.Ф., Ужик О.В., Ужик Я.В. Теория технологий и технических
средств в животноводстве //Изд. ФГБОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия». Белгород, 2009. - 199 с.
В монографии изложена теория наиболее распространенных механизированных технологических процессов животноводства, а также приведены
методы расчета машин и оборудования, используемых в этих процессах.
Монография может быть полезна для студентов высших сельскохозяйственных учебных заведений, преподавателей, научных сотрудников и специалистов сельхозмашиностроения.
T
2702000000 33
2012
© ФГБОУ ВПО
академия», 2009
ББК 40.729я73
«Белгородская государственная сельскохозяйственная
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
ВВЕДЕНИЕ
Главная задача отрасли молочного скотоводства - дальнейшее
увеличение темпов производства молока на основе роста молочной
продуктивности коров, которая на 50-60 % зависит от кормления, на
20-30 % - от селекционно-генетических факторов, на 10-20 % - от технологии содержания животных. Решение последнего возможно путем
выращивания высокопродуктивных коров с применением передовых
технологий и технических средств для их реализации.
Анализ функционирования и технического оснащения высокоэффективных производств показывает, что бесстрессовые условия содержания животных возможны в случае наложения методов гибких
автоматизированных производств на технологический процесс выращивания высокопродуктивных коров, а также применения комплекса
технических средств нового поколения с регулируемыми параметрами
для инженерного оборудования. Для реализации указанного направления необходимо применение программно-управляемого технологического оборудования (технологических агрегатов и машин), сопрягаемого с программно - управляющими аппаратами. При этом следует
отметить, что наиболее эффективно работают гибкие производственные системы в случае модульной реализации технологического оборудования и управляющей системы. Поэтому дальнейшее развитие
механизации и автоматизации предусматривает использование гибких
механизированных и автоматизированных технологий производства
продукции животноводства и соответствующих им новых систем многофункциональных технических средств для обслуживания животных
на блочно-модульной основе 1…15 .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4
Глава 1. СИСТЕМА ВЫРАЩИВАНИЯ И СОДЕРЖАНИЯ
ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ КОРОВ
1.1. Звенья системы выращивания высокопродуктивных коров
Выращивание высокопродуктивных коров сопряжено со многими
трудностями и представляет собой сложную многоуровневую биотехническую систему. Различные воздействия на эту систему, при наличии взаимосвязи между физиологическими подсистемами биологических объектов, вызывают адекватную реакцию. Сущностью реакции
является стремление системы к равновесному состоянию.
По мнению Парина В.В. и Баевского Р.М. [16], биологические
процессы можно разделить на два типа: стационарные и переходные.
Так же как биологические процессы, физиологические системы могут
наблюдаться в двух состояниях - стационарном и переходном. Стационарное состояние системы характеризуются эргодичностью, а переходные представляют собой период перестройки физиологической
системы на новый стационарный режим.
На Рис. 1.1 приведена схема системы выращивания высокопродуктивных коров, состоящей из нескольких звеньев (подсистем). Основное ведущее звено системы - оператор.
Низшие элементы системы имеют черты автономности и представлены здесь подсистемой выращивания ремонтного молодняка;
подсистемой выращивания нетелей до 5 - 6 месячной стельности; подсистемой выращивания нетелей с 6-ти месячной стельности, а также
подсистемой, участвующей в доении первотелок.
Переходными состояниями, в данном случае, являются изменение
физиологического состояния животных под воздействием внешних
факторов и внутренних процессов, происходящих в организме.
Очевидно, что подсистемы схемы, приведенной на Рис. 1.1, могут, в свою очередь, также наблюдаться в двух состояниях: стационарном и переходном. Хотя, строго говоря, биологические объекты
постоянно находятся в динамичном развитии.
Выходной сигнал подсистемы выращивания ремонтного молодняка характеризуется ростом теленка, т.е. увеличением биомассы.
Функция его роста изменяется с изменением физиологического состояния. Этот период изучен довольно подробно [17]. Определенный
интерес представляют подсистемы выращивания нетелей, когда их
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5
выходной сигнал характеризуется одним из таких показателей, как
увеличение биомассы молочной железы.
Рис. 1.1 Система выращивания высокопродуктивных коров
Особо важным является период стельности животного, начиная с
5 - 6 месяца. Этому периоду присущи естественная активизация развития молочной железы, а также наличие входного возмущения
(входного сигнала), оказывающего влияние на систему путем непосредственного, или посредством технической части, воздействия на
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6
вымя нетели, что приводит к дополнительной стимуляции наращивания его биомассы.
Последующему состоянию системы предшествует изменение физиологического состояния животного, т.е. оно переходит в новое качество.
Выходной сигнал подсистемы доения - полнота выдаивания вымени первотелки и уровень заболеваемости маститом.
Входным сигналом подсистемы выращивания нетелей во второй
половине стельности является массаж вымени животных, который,
как отмечалось ранее, стимулирует его рост (наращивание биомассы).
Для подсистемы, участвующей в доении коров, входным сигналом
является воздействие на молочную железу, с целью стимуляции и извлечения молока, доильного аппарата.
Выходным сигналом системы выращивания высокопродуктивных
коров является уровень молочной продуктивности и заболеваемости
вымени животных маститом.
Таким образом, система выращивания высокопродуктивных коров состоит из нескольких звеньев, обладающих чертами автономности и испытывающих воздействие как случайных, так и управляемых
входных сигналов. Причем, низшие элементы системы включены последовательно, а ведущее звено - оператор - взаимодействует со всеми
подсистемами.
1.2. Взаимодействие звеньев системы
Как и всякая другая саморегулирующаяся система, предложенная
нами система выращивания высокопродуктивных коров, снабжена
обратной связью.
Однако особенностью данной системы является то, что существование ее подсистем относительно одного и того же животного, смещено во времени.
Поэтому саморегулирование системы для одного животного возможно лишь по параметру сиюминутного последействия направленного и случайного воздействия на систему, а также воздействия среды
обитания. В этом случае сигнал по каналам обратной связи поступает
к ведущему звену системы - оператору, откуда управляющий импульс
направляется к исполнительным устройствам направленного действия
и субстрату.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7
На Рис. 1.2 приведена схема системы выращивания высокопродуктивных коров и взаимодействие ее элементов.
Субстрат представляет собой среду обитания животных, который
определяет технологию их содержания, кормления, микроклимат.
Очевидно, что любой параметр субстрата может служить возмущающим фактором системы. В нашем случае положим, что субстрат соответствует параметрам, обеспечивающим оптимальные условия содержания животных.
Однако, как показано на Рис. 1.1, не исключается возможность
воздействия на систему и случайных факторов.
Рис. 1.2. Схема системы выращивания высокопродуктивных
коров и взаимодействие ее элементов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8
Саморегулирование системы по сигналу обратной связи длительного последействия обладает большой инерционностью задержки и
будет осуществляться уже для последующих животных.
Таким образом, для системы выращивания высокопродуктивных
коров характерным является то, что, так как звенья (подсистемы) системы включены последовательно, то информационный сигнал, поступающий по каналам обратной связи к ведущему звену, может оказывать влияние на управляющий импульс только текущей или предыдущей подсистемы (подсистем) и не оказывает влияния на управляющий
импульс последующих подсистем. Эффективность системы выращивания высокопродуктивных коров во многом зависит от эффективности входных возмущений, которыми являются массаж вымени нетелей, а также воздействие на молочную железу животных доильным
аппаратом.
1.3. Управление системой выращивания
высокопродуктивных коров
Разработка системы управления выращиванием высокопродуктивных коров включает ее динамическую оптимизацию с целью получения оптимальной целевой функции.
Эффективность системы зависит от ряда как случайных, так и направленных воздействий на ее звенья. Как отмечалось, система выращивания высокопродуктивных коров состоит из нескольких подсистем: выращивания ремонтного молодняка, выращивания нетелей, раздоя первотелок. Каждая подсистема характеризуется своим выходным
сигналом. Для первой подсистемы выходным сигналом является масса
теленка, для второй - масса вымени (объем), для третьей - полнота
выдаивания и уровень маститных заболеваний.
Очевидно, что каждая подсистема будет иметь свою целевую
функцию управления производственным процессом. В таком случае,
мы можем записать:
(1.1)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9
где
- целевая функция управления системой выращивания высокопродуктивных коров.
Процесс выращивания ремонтного молодняка предусматривает
увеличение их массы.
Из [17] известно, что условие оптимального управления (получение максимальной целевой функции) технологическим процессом выращивания телят, имеет вид:
(1.2)
Здесь
- средняя масса животных в момент постановки ее на доращивание;
- прирост среднего значения массы группы животных при переходе из состояния
, под воздействием управления
, в состояние
.
Таким образом, анализ равенства (1.2) показывает, что максимум
целевой функции может быт достигнут при условии максимальной
средней массы групп животных в момент постановки их на доращивание, и выборе оптимальных управлений zi, обеспечивающих максимальный привес.
Целевой функцией подсистемы выращивания нетелей является
получение максимальной массы (объема) их вымени. Особенность
данной подсистемы - наличие входного сигнала. Ее математической
моделью является интегратор [18, 19, 20], учитывающий влияние направленного воздействия на целевую функцию.
Выходная переменная подсистемы выращивания нетелей, со сменой режима работы в момент времени т, описывается системой:
(1.3)
где:
- масса вымени в момент времени τ;
- значение выходной переменной для первого режима (без учета внешнего воздействия);
- начальное для второго режима значение выходной
переменной;
- весовая функция для второго режима в период
времени τ;
- весовая функция для второго режима в период
времени и,
;
- воздействие.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10
Так как выходная переменная непрерывна при изменении режима, то:
(1.4)
В таком случае, уравнение (1.3) мы можем переписать
(1.5)
Здесь
- слагаемое выходной переменной при
, отражающее
"запоминание" конечного для первого режима его значения;
- учитывающее реакцию вымени на входное возмущение,
подаваемое в интервале
.
Эффективность функционирования системы в достаточной мере
характеризуется вектором математических ожиданий.
Математическое ожидание вектора выходных переменных подсистемы выращивания нетелей может быть представлено суммой двух
слагаемых, соответствующих возможному режиму функционирования:
.
(1.6)
Определим математические ожидания
выходных переменных первого и второго режимов.
Вначале рассмотрим первый режим.
Представляя рост вымени нетелей как стохастический процесс,
характеризуем его посредством множеств:
- множество возможных значений
массы вымени;
- множество возможных моментов
времени нахождения животных в первом режиме;
- множество, характеризующее распределение вероятностей принятия значений
из
множества M для всех моментов времени из Т.
Здесь
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11
Множество
является дискретным с шагом
сутки, т. е.:
Тогда, множество состояний масс вымени К можно описать уравнением вида:
(1.7)
или
.
(1.8)
Отсюда, состояние подсистемы выращивания нетелей в момент
времени t, будет характеризоваться множеством:
. (1.9)
Здесь
- случайный вектор состояния, положение которого
характеризуется распределением вероятностей получения значений
для возрастов в момент времени t.
Из изложенного следует, что описываемый процесс обладает
Марковским свойством и моделируется конечной Марковской цепью.
Вероятность происходящих событий может быть выражена через
систему условных вероятностей перехода вымени из одного состояния
в другое, которые образуют квадратную матрицу переходов Р.
(1.10)
Данная матрица должна отвечать условию:
(1.11)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
12
Для смежных моментов времени условная вероятность переходов
нетелей из состояния тβ, в момент времени τα, в состояние тβ+1, в момент времени τα+1, описывается равенством вида:
.
(1.12)
Здесь
- вероятность состояния животного в момент времени τ.
Как отмечалось, параметры случайного вектора состояний подсистемы выращивания нетелей во времени определяются подмножеством
, являющимся вектором вероятности системы.
Отсюда:
.
Тогда, начальный вектор состояния животного, характеризующий
распределение вероятностей параметров в начальный момент, будет
иметь вид:
.
(1.13)
Из сказанного вытекает, что между элементами векторов
существует зависимость:
или
(1.14)
Отсюда, зная начальное распределение, можно определить распределение вероятностей состояния вымени нетелей для каждого :
.
Или в общем виде:
(1.15)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13
.
(1.16)
Вычисляя значения векторов состояний
для всех остальных
, получим систему, которая будет решением модели технологического процесса подсистемы выращивания нетелей в первом режиме
(без учета внешнего воздействия на вымя):
…………………………………...…;
(1.17)
Таким образом, зная распределение вероятностей состояний вымени животных для каждого
, определим математические ожидания массы их молочных желез:
.
(1.18)
Во втором режиме вымя нетелей подвергается внешнему воздействию. Его можно характеризовать следующими множествами:
- множество возможных значений массы
вымени при наличии внешнего воздействия ;
- множество возможных моментов времени
нахождения животного во втором режиме
;
- множество, характеризующее распределение вероятности принятия значений
из множества
для всех моментов времени u0 из ;
- множество внешних воздействий.
Здесь
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
14
Как и в предыдущем режиме, множество
является дискретным,
с шагом одни сутки.
Очевидно, что каждому состоянию подсистемы соответствует определенное множество внешних воздействий . Тогда пространство,
образуемое множествами
и R, опишем следующим образом:
,
(1.19)
из чего вытекает, что для каждого элемента множества
будет
существовать своя матрица переходов .
Таким образом, рассуждая, как и в предыдущем случае, получим
систему уравнений для расчета математического ожидания массы вымени во втором режиме при наличии направленного воздействия, описываемого множеством R:
(1.20)
Переписав уравнение (1.5) с учетом (1.18) и (1.20), получим:
(1.21)
Таким образом, данное уравнение полностью определяет положение в пространстве подсистемы выращивания нетелей.
Запишем целевую функцию управления технологическим процессом выращивания нетелей:
(1.22)
Очевидно, что процесс выращивания нетелей преследует получение максимальной массы (объема) вымени. Поэтому условие оптимального управления технологическим процессом будет иметь вид:
(1.23)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15
Анализ уравнения (1.22) показывает, что максимум целевой
функции
может быть достигнут при максимуме функции первого режима, а также при выборе оптимальных управлений, обеспечивающих максимум прироста вымени, во втором режиме.
Целевая функция , подсистемы раздоя коров первотелок, имеет
два критерия: полнота выдаивания и влияние на заболеваемость вымени животных маститом. То есть:
(1.24)
где:
- целевая функция режима доения;
по зоотехническим нормам, и
- степень выдоенности
(1.25)
где:
- целевая функция режима контроля уровня заболеваемости
вымени коров маститом;
- уровень заболеваемости вымени коров
маститом по зоотехническим нормам.
Полученные нами целевые функции подсистем выращивания высокопродуктивных коров несопоставимы между собой. Поэтому целевая функция управления системой выращивания высокопродуктивных
коров может быть оценена суммарным коэффициентом эффективности подсистем:
(1.26)
Здесь
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
16
- масса теленка случного возраста по зоотехническим нормам;
- масса (объем) вымени нетели по зоотехническим нормам;
выдоенность коров по зоотехническим нормам;
- уровень заболеваемости коров маститом по зоотехническим нормам.
Динамическая оптимизация управления технологическим процессом выращивания высокопродуктивных коров выполняется с помощью ЭВМ путем поиска оптимальных управлений подсистемами, при
которых обеспечивается максимум целевой функции на любом шаге.
На Рис. 1.3 приведен алгоритм управления системой выращивания высокопродуктивных коров.
где:
Рис. 1.3. Алгоритм управления системой выращивания
высокопродуктивных коров.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
17
Одной из основных задач, предусматривающих повышение эффективности отрасли животноводства, является создание оптимальных условий обслуживания животных, обеспечивающих повышение
использования их генетического потенциала на основе реализации
инженерно-технологических факторов 1 .
1.4. Оценка процесса выращивания животных по базисным
критериям
При выборе технологии и технических средств выращивания животных целесообразным является вариант, позволяющий реализовать
их биопотенциал при ограниченном потреблении энергоресурсов и
минимальном влиянии на экологическое состояние среды и полученной продукции. При этом, в качестве оценочных, могут быть приняты
следующие базисные критерии: – биопотенциал животного, экологичность, энергоресурсы (Рис. 1.4) [9, 10, 11, 12].
Биологический потенциал животного обеспечивает получение
наибольшего количества продукции (суточный удой, прирост массы и
др.), и зависит от породы животного и его возраста, генетически заложенных продуктивных возможностей, соответствия средств механизации физиологическим особенностям животных, их кормления и условий содержания, параметров микроклимата, а также случайных воздействий (помех, стрессов, травм). Одновременно с этим, как отмечено ранее, технологический процесс не должен оказывать отрицательное воздействие на экологическое состояние среды и способствовать
получению экологически чистой продукции. Сохранность энергоресурсов определяется производительностью и энергоемкостью применяемых энергетических средств.
Схема модели процесса выращивания животных, разработанная с
учетом базисных критериев, приведена на Рис. 1.5 [10, 11].
Обобщенный показатель, характеризующий процесс выращивания животных по приведенным базисным критериям (себестоимость
продукции, суточный удой, прирост массы и др.)
ОП
f К БП , К ЭК , К ЭР , ,
(1.27)
где КБП - коэффициент реализации биопотенциала животного для получения продукции; КЭК - коэффициент, характеризующий экологич-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18
ность процесса; КЭР – коэффициент, характеризующий использование
энергоресурсов.
Рис. 1.4. Базисные критерии процесса выращивания животных
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19
q10
Полученная
продукция
q5
q6
q7
q8
Параметры
микроклимата
Случайное
воздействие
КЭК
Условия
содержания
Энергоемкость
средств
q12
механизации
Процесс
выращивание
животных
Окружающая
среда
Кормление
КЭР
Экологичность
q9
Энергоресурсы
Производительность
q11
средств
механизации
Биопотенциал
животного
Генетически заложенные продуктивные возможности
q3
q4
Соответствие
средств механизации физиологическим особенностям
животных
q2
Возраст
q1
Порода
КБП
Рис. 1.5. Схема модели процесса выращивания животных
Коэффициент реализации биопотенциала при выращивании молодняка равен отношению фактического прироста массы к биологически возможному
т ,
(1.28)
К БП
тБ
где m, m Б - прирост массы, соответственно, фактический и биологически возможный, а для молочного скотоводства – отношение
фактического удоя к биологически возможному, то есть
Q
,
(1.29)
К БП
QБ
где Q, QБ - соответственно фактический и биологически возможный
удой.
Коэффициент реализации биопотенциала зависит от ряда факторов, способствующих или противодействующих получению продукции требуемого качества
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20
К БП
f q1 , q 2 , q3 , q 4 , q5 , q6 , q7 , q8 ,
(1.30)
где q1 , q 2 , q3 , q 4 , q5 , q 6 , q 7 , q8 - весовые коэффициенты, характеризующие значимость соответственно породы, генетически заложенных
продуктивных возможностей, возраста, соответствия средств механизации физиологическим особенностям животных, кормления, условий
содержания, параметров микроклимата, случайных воздействий для
получения продукции.
Учитывая частичное влияние группы указанных факторов можно
представить
К БП
q1 К БП1 q 2 К БП 2 q 3 К БП 3 q 4 К БП 4 q5 К БП 5 q 6 К БП 6 q 7 К БП 7
q8 К БП 8 , (1.31)
где К БП1 , К БП 2 , К БП 3 , К БП 4 , К БП 5 , К БП 6 , К БП 7 , К БП 8 -коэффициент реализации биопотенциала, соответственно, за счет породы, генетически
заложенных продуктивных возможностей, возраста, соответствия
средств механизации физиологическим особенностям животных,
кормления, условий содержания, параметров микроклимата, случайных воздействий.
Коэффициент, характеризующий экологичность процесса
К ЭК
f 2 q9 , q10 ,
(1.32)
где q9, q10 – весовые коэффициенты, характеризующие, соответственно
влияние протекания процесса на экологическое состояние окружающей среды и получение экологически чистой продукции.
Коэффициент, характеризующий использование энергоресурсов
К ЭР
f3 q11 , q12 ,
(1.33)
где q11, q12 – весовые коэффициенты характеризующие, соответственно
производительность и энергоемкость средств механизации.
Следовательно, с учетом значимости переменных состояния в
достижении требуемого качества продукции, информации о характеристике работы средств механизации, физиологических процессах
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
21
роста животных, обобщенный показатель, характеризующий процесс
выращивания животных, будет иметь оптимальное значение.
1.5. Условия функционирования процесса выращивания
животных
Производственный процесс выращивания животных представляет
собой непрерывный поток преобразования материально – энергетических носителей в конечный продукт. Сбалансированная система материальных и информационных потоков в данном процессе будет представлять собой гибкий процесс, что и обеспечит получение требуемого количества продукции за установленное время [21, 22].
Технологический процесс выращивания животных в виде системы оператор – машина – животное - среда (Рис. 1.6) функционирует
при условии работоспособности всех ее элементов.
Рис .1.6. Структура принципиальной схемы выращивания
животных
Qо,Qм, Qж, Qс-показатели, характеризующие состояние элементов системы; qоi, qмi, qжi, qсi –компоненты, характеризующие состояние в момент времени t соответственно оператора, машины, животного, среды; i – число компонентов каждого показателя
Каждый из названных элементов системы определяется показателями
оператор Qо = {qоi (t)} ;
(1.34)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
22
машина Qм = {qмi (t) ;
животное Qж = {qжi (t)}
среда Qс = {qсi (t)} ,
;
(1.35)
(1.36)
(1.37)
где qоi, qмi, qжi, qсi –компоненты, характеризующие состояние в момент
времени t соответственно оператора (квалификация, психологическое
и физиологическое состояние и др.), машины (производительность,
энергоемкость и др.), животного (возраст, продуктивность и др.), среды (условия содержания, параметры микроклимата и др.); i – число
компонентов каждого показателя.
В случае отказа одного из элементов (по причине отклонения
компонентов) система переходит в неработоспособное состояние.
В производственном процессе выращивания животных их породу,
генетически заложенные продуктивные возможности, соответствие
средств механизации их физиологическим особенностям, кормление,
условия содержания, параметры микроклимата, случайные воздействия (помехи, стрессы, травмы) можно представить в виде одного
обобщенного входа [23] (Рис. 1.7.)
∆m,Q=ƒ[ Фпж(t), Фвж(t), Фпв(t), Фсс(t), Фкж(t), Фус(t), Фпм(t), Фсв(t)], (1.38)
где ∆m – прирост массы растущего животного; Q – удой лактирующего животного; Фпж(t), Фвж(t), Фпв(t), Фсс(t), Фкж(t), Фус(t), Фпм(t), Фсв(t) –
функции, определяющие породу и возраст животного, генетически
заложенные продуктивные возможности, соответствие средств механизации физиологическим особенностям животных, кормление, условия содержания, параметры микроклимата, случайное воздействие.
Протекание
процессов
преобразования
материальноэнергетических носителей в конечный продукт в зависимости от действия входных воздействий при обслуживании животных наиболее
полно описывается математической моделью в виде системы векторно-матричных уравнений - уравнения состояния и уравнения выхода
[22]
(1.39)
X (t ) AX( t ) BU(t )
(1.17
)
(1.40)
T
Y( t ) C X(t ) DU(t ),
(1.18)
где U (t ) – r - мерный вектор управления; X (t ) – n - мерный вектор
состояния системы; Y (t ) – n - мерный вектор выходов системы; A –
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
23
матрица состояний, n n ;B – матрица управлений, n r ;C – матрица наблюдений, 1 n ;D – матрица переходов, 1 r .
Фпж (t)
Фпж(t)
Фпж (t)
Фвж(t)
Фпж (t) →max
Фпв(t)
Фсс(t)
∆m, Q = f
Фпж (t) → max
Фкж(t)
Фпж (t) → max
Фус(t)
Фпж (t) → max
Фпм(t)
Фпж (t) → max
Фсв(t)
Фпж (t) → min
∆m,Q →max
Ж ИВОТНОЕ
Рис. 1.7. Структура модели функционирования процесса
выращивания животных
∆m – прирост массы растущего животного; Q – удой лактирующего животного; Фпж(t), Фвж(t), Фпв(t), Фсс(t), Фкж(t), Фус(t), Фпм(t),
Фсв(t) – функции, определяющие породу и возраст животного, генетически заложенные продуктивные возможности, соответствие
средств механизации физиологическим особенностям животных,
кормление, условия содержания, параметры микроклимата, случайное воздействие
При этом модель управления физиологическим объектом (растущим животным) (в области комплексного переменного S) можно
представить в следующем виде:
W ( s)Ф.О .
К К (T 2 s 1)
e
T1s 1
s
,
(1.41)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
24
где Т1, Т2 – постоянная времени, характеризующая соответственно
инерционность процесса преобразования корма в питательное вещество внутренней среды организма, степень форсирования процессов
преобразования корма в питательное вещество (зависит от физического и эмоционального состояния организма животного); КК – коэффициент преобразования дозированного корма в прирост; - время запаздывания (определяется длительностью физиологического процесса
преобразования питательного вещества внутренней среды организма в
клетки костной, мышечной и жировой ткани).
Последний представляет собой коэффициент наклона характеристики “дозированное количество корма–прирост” K K tg к, где к
– угол наклона указанной характеристики.
В производственном процессе выращивания животных для физиологических объектов (животных) входным параметром является
множество входных воздействий ui t
чества корма, а выходная переменная
n
1
в виде дозированного коли-
yi t
n
1
представлена в виде
продукции (молоко, ткани организма). В связи со сложностью протекания процессов пищеварения [24, 25, 26] функционирование организма растущего или лактирующего животного можно представить в
виде информационной схемы (Рис. 1.8) [9, 12].
На реализацию биопотенциала животного влияют биологические,
экзогенные и эндогенные факторы [24]. К первым, в частности, относятся порода и генетически заложенные продуктивные возможности,
ко вторым – кормление животных (качество корма, точность и равномерность его дозирования), условия содержания и др., к третьим внутренние пищевые реакции.
При этом изменение параметров объекта (оборудования, животных) происходит как в результате изменения переменных состояния
xm t
n
1
, так и под действием отклонений входных параметров от
номинальных значений (для оборудования - технические неисправности, для животных - стрессовые ситуации, болезнь, отклонение параметров микроклимата).
Так как процесс выращивания животных представляет собой непрерывный поток преобразования материально-энергетических носителей (кормов, воды, электрической энергии, ветпрепаратов, топлива
и др.) в конечный продукт (для лактирующего животного – молоко,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25
для растущего–прирост массы), то организационно-технологическая
схема выращивания животных на примере процесса кормления растущих или лактирующих животных будет иметь вид, приведенный на
Рис. 1.9 [24].
Внешняя среда
Рис. 1.8. Структура информационной схемы функционирования
организма растущего или лактирующего животного
ui t
n
1
- входное воздействие (доза корма);
xm t
n
1
состояние (образование продуктов обмена организма);
- переменное
yi t
n
1
- вы-
ходная переменная (продукция - молоко, ткани организма); ПЖ – порода животного; ПВ – генетически заложенные продуктивные возможности; ВЖ – возраст животного; СС – соответствие средств
механизации физиологическим особенностям животных; КЖ – кормление животных; УС – условия содержания; ПМ – параметры микроклимата; СВ – случайное воздействие (помехи, стрессы, травмы)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
26
Рис. 1.9. Организационно-технологическая схема выращивания
животных
1-компонеты корма; 2 –вода; 3-электрическая энергия; 4-топливо; 5подстилочный материал; С01, С02, С03 – показатель качества, фактическое значение, соответственно, подачи компонентов, приготовления, дозирования и раздачи корма; С1, С2, С3 – показатель качества,
установленный требованиями, соответственно, подачи компонентов, приготовления, дозирования и раздачи корма
Для достижения
∆m → max; Q → max,
(1.42)
необходимо выполнение условия
(│С01 - С1 │;│ С02 - С2│;│ С03 - С3│) → min , (1.43)
где С01, С02, С03 – показатель качества, фактическое значение, соответственно, подачи компонентов, приготовления, дозирования и раздачи
корма; С1, С2, С3 – показатель качества, установленный требованиями,
соответственно, подачи компонентов, приготовления, дозирования и
раздачи корма.
Состояние процесса выращивания животных, в частности, телят,
с возможностью прогнозирования роста и себестоимости продукции,
целесообразно анализировать при помощи модели учета информации
[22], схема которой приведена на Рис. 1.10.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
27
Рис. 1.10. Схема модели учета информации процесса
выращивания телят
Для объектов управления (приготовления корма, дозирования и
его раздачи, поения и др.) посредством естественных (Ко, До, По, Бо,
То, Но, Во, Фо) и вторичных (U ко, U до, U по, U бо, U то, U но, U во, U
фо) физических носителей информации производится сбор и оценка
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
28
изменений и преобразований (Ско, Сдо, Спо, Сбо, С то, С но, С во, С фо)
в отдельных подсистемах с оценкой состояния производственного
процесса в целом ({…}Ко, {…}До, {…}По, {…}Бо, {…}То, {…}Но, {…}Во,
{…}Фо) и формирование выходного показателя (Мо).
1.6. Управление процессом выращивания телят молочного
периода
Одним из самых важных формирования высокопродуктивной коровы является молочный период выращивания телят, а ответственным
процессом - их кормление, так как причина более 75 % потерь животных - желудочно- кишечные и легочные заболевания [27]. При этом
прогресс животноводческой отрасли на 50 – 60% зависит от кормления, на 20 – 30% - от селекционно-генетических факторов, на 10 –
20% - от технологии содержания животных [8].
На рис. 1.11 приведена схема системы выращивания телят молочного периода, состоящая из нескольких звеньев (подсистем) [28].
Основным, самым активным звеном рассматриваемой эргатической системы является оператор, выступающий непосредственным
производителем продукта. Низшие элементы системы имеют черты
автономности и представлены подсистемой выращивания новорожденных телят молозивного периода; подсистемой выращивания телят
послемолозивного периода до 30 дней; подсистемой выращивания телят от 1 до 3 месяцев. Активное звено, - оператор, взаимодействует со
всеми подсистемами, а последние включены последовательно.
Входным сигналом каждой из приведенных подсистем является
дозированное количество корма, а выходным сигналом – прирост живой массы животного. Рассматриваемые системы представляют определенный интерес, так как желудок теленка состоит из преджелудков
(рубца, сетки, книжки) и сычуга. С возрастом животного соотношение
отделов сложного желудка меняется, поскольку их рост происходит
неравномерно. У новорожденного теленка хорошо развит только сычуг, и соотношение емкостей преджелудки - сычуг равно 1:2, а в
трѐхмесячном возрасте уже 2:1 (Рис. 1.12).
Для телят молочного периода в пищеварении важную роль выполняет пищеводный желоб в виде мышечной складки с углублением
на стенке сетки, связывающий преддверие рубца с отверстием из сетки в книжку. При рефлекторном смыкании краев пищеводного желоба
образуется трубка, по которой жидкий корм перемещается через дно
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
29
книжки в сычуг, минуя рубец и сетку. Смыкание пищеводного желоба
происходит при сосании теленком сосков вымени коровы или соска
поилки.
Рис. 1.11. Схема системы выращивания телят молочного периода
С ростом животного (4-5 месяцев) и увеличением потребления
грубых кормов стенки желоба грубеют, неполно смыкаются, и пищевой желоб перестает функционировать. У взрослых животных жидкие
и плотные корма поступают в рубец [29]. Следовательно, у телят мо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30
лочного периода происходит интенсивный рост пищеварительной
системы и усиливается их функциональная деятельность. Для профилактики заболеваний, вызванных кормлением, необходимо учитывать
физиологические особенности процесса пищеварения в желудочнокишечном тракте животных [30]. Выпойка телят должна быть максимально приближена к естественным условиям (аналогично сосанию
вымени коровы) [31]. Поэтому физиологическим особенностям организма телят (Рис. 1.13) соответствует медленный способ потребления
жидкого корма, то есть через соски, особенно в первые дни жизни
[32].
Рис. 1.12. Схема роста желудка крупного рогатого скота
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
31
Рис. 1.13. Схема способов потребления жидкого корма
телятами
1-сычуг; 2-рубец; 3-сетка; 4-книжка
Рассмотрим процесс кормления телят во всем многообразии его
свойств и функциональных показателей. При этом будем учитывать,
что процесс кормления - биотехнический процесс, так как средства
механизации раздачи кормов, то есть технические звенья, вступают во
взаимодействия с животными и обслуживающим персоналом (биологическими звеньями).
Для телят молочного периода основным, хотя и не единственным,
является жидкий корм. С позиции системного анализа [33] процесс
кормления телят жидкими кормами представлен системой “оператор –
машина –животное – среда”, состоящей из ряда подсистем, расположенных на разных уровнях, в виде схемы (Рис. 1.14) [28]. В данной
системе взаимодействуют три звена – оператор, машина, животное,
которые осуществляют связи с внешней средой. Последняя представляет среду обитания животных, зависящую от технологии содержания
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32
и кормления животных, микроклимата. Рассматриваемая система обладает той особенностью, что существование ее подсистем относительно одного и того же животного смещено во времени. Саморегулирование системы для одного животного возможно только по параметру сиюминутного последействия направленного и случайного воздействия на систему и воздействия внешней среды. При этом сигнал по
каналам обратной связи поступает к активному звену системы (оператору), от которого сигнал управления сообщается исполнительному
устройству направленного действия и среде обитания [34].
Рис. 1.14. Схема системы кормления телят молочного периода
жидкими кормами с взаимодействием элементов подсистем
УДКВТ – устройство для доения коров и выпаивания телят;
УВТ – установка для выпойки телят; РЖКТ – раздатчик жидких кормов телятам; ЕК – емкость для корма; ДЖК – дозатор
жидких кормов; ВУ – выпоечное устройство; МУ – моечное
устройство; ВС – внешняя среда
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
33
В рассматриваемой системе (Рис. 1.11, Рис. 1.14) большое значение имеет первая стадия роста и развития животных (подсистема телят молозивного периода), обуславливающая проявление генетически
заложенных продуктивных возможностей, так как допущенные отклонения этого периода компенсировать невозможно. Эффективность
функционирования системы кормления телят зависит от эффективности входного возмущения, в качестве которого является дозированное
количество корма, выданное в соответствии с рационом.
Алгоритм управления процессом выращивания телят молочного
периода приведен на Рис. 1.15.
Рис. 1.15. Алгоритм управления процессом выращивания телят
молочного периода
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
34
1.7. Формирование вымени высокопродуктивных коров
1.7.1. Нейро-эндокринные связи подсистем
Организм животного связан с внешней средой через рецепторы,
нервную систему, нервные центры спинного и головного мозга. Одновременно управляющие центры получают информацию о процессах,
протекающих во внутренних органах.
Благодаря работам советских и зарубежных ученых [35, 36, 37,
38, 39, 40, 41, 42, 43 и др.], установлено, что регуляция различных
функций организма осуществляется нервным и нейрогуморальным
путем.
По данным академика Всяких А.С. [44, 45, 46] положительное
влияние массажа вымени нетелей обусловлено тем, что механическое
воздействие на рецепторы вымени и его периферические кровеносные
сосуды осуществляется по принципу рефлекторного механизма, который включает влияние гипоталамуса и других нейрогуморальных систем, обуславливающих рост и развитие молокообразующих тканей.
При этом усиливается деятельность гипофиза, в результате чего активизируется кровоснабжение молочной железы, стимулируется деятельность яичников, улучшается лимфоотделение.
Такого же мнения придерживаются и ряд других исследователей.
Например, Голиковым А.Н., Фоминой В.Д., Биволарски Б.А. и
Кетиладзе В.Ф. [47] обнаружены рефлекторные связи между выменем
и сердечно-сосудистой системой.
Жужа С.В., Любимов Е.И. и Листунов А.Д. отмечают [48, 49, 50],
что воздействие на вымя осуществляется по принципу рефлекторного
механизма, который включает в действие гипоталамус и гормональные системы, регулирующие рост и развитие молочной железы.
Как показывают исследования Карыбаева Д.К., Тулебаева Б. и
Платуновой В.И. [51], размер вымени нетели и размер его полостей
увеличивается за счет накопления секреторной жидкости, а количество продуцируемого молочной железой секрета зависит от скорости
обменных процессов в организме животного и величины секреторного
аппарата, размеры которого можно увеличить путем целенаправленного массажа, усиливающего кровоснабжение и улучшающего условия его питания.
К аналогичному выводу пришли Коломиец В.Г. и Тимошенко
В.Н. [52].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
35
По данным Мастакова Ю.Ф. и Пашкевича Г.В. [53], массаж вымени нетелей усиливает и возбуждает через нервную систему гормональную деятельность гипофиза и других желез внутренней секреции.
Следствием этого является улучшение снабжения артериальной кровью, что создает условия для быстрого роста и развития молочной железы.
Однако исследователями не отвергается и то, что деформация долей вымени и сосков массирующими импульсами также оказывает
положительное влияние на эффективность массажа.
Тот же академик Всяких А.С., указывая на нервную и нейрогуморальную регуляцию процессов, происходящих в вымени нетелей, отмечает [44 ,45, 46], что механическое воздействие на молочную железу стимулирует лимфо- и кровоток в венах и способствует удалению
из тканей продуктов обмена, застойных и отечных явлений.
Раскрывая механику массажа, автор поясняет, что глубоким поглаживанием кистью руки выдавливают лимфу из соединительных
промежутков и венозную кровь из капилляров, способствуя опорожнению сосудов, а также осуществляют прямое стимулирование и
сильное возбуждение мышц вымени. При растирании происходит
сдвигание, разъединение и растяжение тканей вымени и сосков, что
приводит к повышению сократительной функции мышц, повышается
температура, улучшается тканевый обмен и их питание.
Следовательно, на эффективность массажа вымени существенное
влияние оказывает качество стимулирующих воздействий как на рецепторы молочной железы, так и на ее ткани.
Достаточно полно исследован рефлекс молокоотдачи у коров [35,
37, 42, 54, 55, 56], который как отмечалось ранее, носит нейрогуморальный характер.
На Рис. 1.16 представлена схема нейро-эндокринных связей системы выращивания высокопродуктивных коров с возмущающим воздействием в нетельный период и период доения. Эта схема дает возможность проследить как сиюминутное, так и длительное последействие влияния входного сигнала на молочную железу.
Очевидно, что сиюминутное последействие заключается в повышении активности нейрогуморального механизма животного, улучшении лимфо- и кровотока в вымени, ускорении обменных процессов,
ускорении и усилении молокообразовательных и молоковыводных
процессов, а длительное последействие - в увеличении молочной про-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
дуктивности коров - первотелок и снижении заболеваемости маститом.
Рис. 1.16. Схема нейро-эндокринных связей системы
выращивания высокопродуктивных коров.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
37
1.7.2. Теория роста вымени нетелей.
Очевидно, что рост вымени нетелей осуществляется в результате
его энергетического питания организмом животного, а также поступления энергии извне.
В общем виде математическая модель процесса может быть описана дифференциальными уравнениями вида:
……………………………...
……………………………...
……………………………...
(1.44)
где:
- физические переменные, характеризующие систему;
- функции переменных х.
Молочную железу мы можем рассматривать как термодинамически открытую систему, в которой энтропия выражается суммой энтропии, произведенной внутри системы, энтропии, поступающей из
организма животного, и энтропии, поступающей извне [57, 58, 59]:
,
(1.45)
где: S - энтропия системы;
- энтропия, производимая внутри подсистемы;
- энтропия, поступающая из организма животного;
энтропия, поступающая извне.
При отсутствии внешнего воздействия, т.е. когда
, уравнение (1.45) приобретает вид:
,
(1.46)
При изменении энтропии организма животного на величину
,
происходит пропорциональное изменение энтропии вымени на величину
:
(1.4,7)
Тогда:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38
,
(1.48)
Здесь
- изменение энтропии системы.
В стационарном состоянии, при dS = 0, имеем:
(1.49)
Но понижение энтропии молочной железы приводит к повышению в ней активности биохимических реакций [60]., следствием чего
является наращивание биомассы (увеличение объема) вымени и возрастание энтропии. Это отражает сущность принципа Ле-Шателье Брауна:
(1.50)
Отсюда мы можем записать, что прирост массы вымени, в единицу времени t, пропорционален скорости продуцирования энтропии:
(1.51)
Взаимодействующие подсистемы характеризуется многими экстенсивными переменными. При их контакте происходит перенос
энергии, влияя на энтропию. Поэтому, изменение энтропии во времени (по М. В. Волькенштейну) [57] может быть представлено суммой
произведений обобщенных сил и обобщенных потоков энергии :
(1.52)
Из [59] известно, что в силу второго начала термодинамики:
(1.53)
где: - скорость продуцирования энтропии в единице объема; dV изменение объема.
Тогда мы можем записать:
(1.54)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39
или:
(1.55)
где п - удельный прирост единицы массы вымени.
Удельный прирост п - величина не постоянная и изменяется во
времени, в связи с изменением скорости биохимических реакций в
организме по мере его роста, по экспоненциальной зависимости:
(1.56)
где k - коэффициент, учитывающий изменение скорости биохимических реакций.
Интегрируя выражение (1.56) в пределах от
до , где
удельный прирост единицы массы вымени в период времени t =0, получим:
;
.
(1.57)
С учетом полученного уравнения (1.57), формула (1.55) приобретает вид:
(1.58)
Проинтегрировав данное выражение, получим:
.
(1.59)
Отсюда:
.
(1.60)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
40
Т.е. мы получили известное уравнение роста животных, которое
также будет приемлемым для расчета роста вымени нетелей.
Однако, подсистема выращивания нетелей во второй половине их
стельности испытывает направленное воздействие, т.е. массаж вымени. В таком случае, при рассмотрении энтропии молочной железы,
необходимо учитывать поступление внешней энергии.
Для этого рассмотрим упругие свойства молочной железы, сопоставляя ее с каучуком, так как она также обладает таким свойством, как
высокоэластичность. Из этого следует, что в условиях небольших деформаций на нее распространяется закон Гука. Очевидно, что деформация вымени массирующим воздействием будет вызывать изменение
энтропии. Это можно записать следующим образом:
.
где: - сила деформации;
- величина деформации;
энергия; Т - абсолютная температура.
Или:
.
(1.61)
- внутренняя
(1.62)
Но так как при деформации вымени изменение внутренней энергии не происходит, то:
.
(1.63)
Тогда:
.
(1.64)
Из данного уравнения следует, что:
.
(1.65)
В таком случае, с учетом равенства (1.50), мы можем записать:
(1.66)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
41
где
- изменение массы вымени под воздействием внешнего воздействия.
В этом уравнении
- не что иное, как мощность Р процесса
массажа. Тогда, полагая
, имеем:
(1.67)
Отсюда мы можем записать, что:
(1.68)
где
- удельный прирост массы вымени на единицу сообщаемой
мощности.
Но
здесь, как и в предыдущем случае, величина непостоянная,
и изменяется по мере старения организма животного по закону:
.
(1.69)
Здесь r - коэффициент, учитывающий изменение влияния сообщаемой мощности на прирост массы вымени по мере старения организма.
Интегрируя уравнение (1.68) в пределах от
до , где
удельный прирост массы вымени на единицу сообщаемой мощности в
период времени t=0, получим:
;
.
Решая данное уравнение относительно
.
С учетом полученного значения
вид:
(1.70)
, получим:
(1.71)
уравнение (1.68) приобретает
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
(1.72)
Из данного равенства вытекает, что прирост массы вымени нетелей под влиянием внешнего воздействия составит:
(1.73)
Проинтегрировав обе части равенства (1.73):
(1.74)
Здесь
и
- границы интервала интегрирования, причем,
суммарная масса вымени, а
- масса вымени, определяемая уравнением роста молочной железы (1.60). Из уравнения (1.74) получим:
(1.75)
После подстановки (1.60) в (1.75) последнее приобретет вид:
(1.76)
Таким образом, нами получено уравнение роста вымени нетелей с
учетом влияния внешнего воздействия (массажа) на молочную железу.
Из данного уравнения следует, что максимальная масса (объем)
вымени нетелей
зависит от начальной массы молочной железы,
удельного естественного прироста п0 в период t=0, удельного прироста вымени на единицу поступающей энергии извне, а также мощности
процесса массажа.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
43
Глава 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЯ КОРОВ И ТЕЛЯТ
Повышение эффективности животноводства базируется на росте
продуктивности животных и качестве молока, зависящие от применяемых технологий и технических средств машинного доения. При
этом машинное доение коров - завершающий процесс технологии получения молока и, наряду с кормлением животных, является наиболее
важным в технологическом процессе выращивания животных.
Анализ функционирования и технического оснащения высокоэффективных производств показывает, что бесстрессовые технологии
содержания животных, выращивания молодняка, а также применение
комплекса технических средств нового поколения с регулируемыми
параметрами для инженерного оборудования, возможны в случае перенесения методов гибких автоматизированных производств на технологический процесс выращивания животных 1…15 . Для реализации указанного направления необходимо применение программноуправляемого технологического оборудования (технологических агрегатов и машин), сопрягаемого с программно - управляющими аппаратами. При этом следует отметить, что наиболее эффективно работают
гибкие производственные системы в случае модульной реализации
технологического оборудования и управляющей системы. Поэтому
дальнейшее развитие механизации и автоматизации предусматривает
использование гибких механизированных и автоматизированных технологий производства продукции животноводства и соответствующих
им новых систем многофункциональных технических средств для обслуживания животных на блочно-модульной основе 9 . Набор модулей выбирается с учетом особенностей протекания технологического
процесса выращивания животных, определяемых рядом физиологических и санитарных требований. Для использования методов гибких
производств при выращивании животных (Рис. 2.1) [13], гибкость
процесса и средств механизации должна обеспечиваться за счет изменения режимов работы, норм дозирования, рационов и схем кормления, технологичности и уровня автоматизации, функциональной инвариантности и работоспособности. При этом гибкость средств механизации характеризуется эргономичностью, универсальностью, гибкой приспосабливаемостью, эксплуатационно-технической надежностью и монтажеремонтнопригодностью.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
44
Рис. 2.1. Структурная схема построения гибкого процесса
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
45
Для получения здорового ремонтного молодняка крупного рогатого скота необходимо обеспечить рациональные условия содержания
и кормления животных. С учетом задач, связанных с особенностями
содержания животных, для построения гибкого производственного
процесса выращивания телят необходимо выделить подпроцессы приготовления, дозирования и раздачи корма, поения, подачи подстилки,
поддержания микроклимата, уборки навоза, ветсанобработки животных.
Следовательно, для обеспечения протекания рассматриваемого
технологического процесса необходимо применение следующих технологических модулей – устройства для приготовления корма; устройства для дозирования и раздачи корма; устройства для поения;
устройства для подачи подстилки; устройства для поддержания микроклимата; устройства для уборки навоза; устройства для ветсанобработки животных (Рис. 2.2). Данные модули представляют собой технологические агрегаты и оборудование, являющиеся, с точки зрения
гибкого автоматизированного производства, объектами управления.
Поэтому при разработке технологического оборудования необходимо предусматривать возможность сопряжения входных устройств
и исполнительных элементов с управляющими модулями, или уже на
этапе проектирования технологических модулей вводить в их структуру встроенные локальные системы управления.
При этом комплекс машин для обслуживания крупного рогатого
скота можно представить математической моделью
Км
n
i 1
Tм1
n
i 1
Tм 2
n
i 1
Tм3
n
i 1
Tм 4
n
i 1
Tм5
n
i 1
Tм 6
n
i 1
Tм 7
n
i 1
Tм8
n
Tм9 ,
(2.1)
i 1
где Тм1, Тм2, Тм3, Тм4, Тм5, Тм6, Тм7, Тм8, Тм9 – технологические модули,
соответственно, для содержания животных, кормления, поения, доения коров, подачи подстилочного материала, уборки навоза, проведения ветсанобработки, контроля приростов живой массы, поддержания
параметров микроклимата; n – число разновидностей машин для выполнения определенной технологической операции.
В системе оператор – машина – животное - среда для оптимального использования биопотенциала животного последнее необходимо
рассматривать как активное функциональное звено указанной системы, а для оценки физиологичности средств механизации целесообраз-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
46
но воспользоваться моделью эффективности функционирования животного как элемента биотехнической системы.
Рис. 2.2.Схема иерархической структуры процесса выращивания телят
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
47
Так, модель эффективности функционирования животного при
использовании существующей техники без учета ее соответствия физиологии животного, предложенная доктором технических наук
Стремниным В.А., представлена в следующем виде [16]:
Qδ(t)= Qте-κλt,
(2.2 )
где Qδ-эффективность функционирования животного в реальной биотехнической системе; Qт- эффективность функционирования животного при отсутствии отказов; κ-коэффициент последействия потока; λ
–параметр потока отказов эргатической системы; t-время.
С учетом соответствия технических средств физиологии животного доктором технических наук Ожиговым В.П. была получена следующая модель [15]
Qδ(t)= κжQте-κλt,
(2.3)
где κж- коэффициент физиологичности технических средств (0≤κж≤1),
равный
κж= Qм/ Q.
(2.4)
Здесь Qм , Q- продуктивность животного, соответственно, при применении разработанных технических средств и при существующей технологии.
Рассмотренные выше требования были положены нами в основу
разработки средств механизации для обслуживания животных различных половозрастных групп.
2.1. Технико-технологические решения,
повышающие эффективность обслуживания новотельных коров с
телятами
Разрабатываемые технические средства нового поколения должны обеспечивать применение гибких, бесстрессовых технологий содержания животных и выращивания молодняка [13]. При этом необходимо согласование конструкции машины с психологическими и физиологическими возможностями оператора с учетом влияния окружающей среды и соответствия физиологии животного [61].
Разработке технологий содержания животных и перспективного
оборудования для животноводства, обоснованию их экономической
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
48
эффективности посвящены работы Аверкиева А.А., Артюшина А.А.,
Алешкина В.Р., Бабкина В.П., Барсова Н.А., Брагинца Н.В., Булавина
С.А., Вагина Б.И., Винникова И.К., Голикова В.А., Доценко С.М., Дубинина В.Ф., Завражнова А.И., Земскова В.И., Карташова Л.П., Квашенникова В.И., Кирсанова В.В., Кобы В.Г., Краснова И.Н., Кузьмина
А.Е., Кукты Г.М., Курочкина А.А., Куцына Л.М., Мельникова С.В.,
Морозова Н.М., Мкртумяна В.С., Некрашевича В.Ф., Овчинникова
А.А., Огородникова П.И., Ожигова В.П., Петухова Н.А., Скоркина
В.К., Соловьева С.А., Стремнина В.А., Текучева И.К., Ужика В.Ф.,
Филатова М.И., Хозяева И.А., Цоя Ю.А. и многих других отечественных и зарубежных ученых.
2.1.1. Оборудование для содержания коров с новорожденными
телятами
Предлагаемая конструкция бокса для содержания коров и телят включает боковые стенки 1 (Рис. 2.3 а, б), пол 2 и клетку для телят, представленную в двух вариантах – с боковыми ограждениями в
виде шарнирного многократного параллелограмма (рис 1.19 а); с боковыми ограждениями из створок (Рис. 2.3 б) [62, 63].
а.
б.
Рис. 2.3. Бокс для содержания коров и телят
а – клетка для телят с боковыми ограждениями в виде шарнирного многократного параллелограмма: 1 – стенки боковые; 2 –
пол; 3 – боковые ограждения; 4 – стенка передняя; 5 – калитка; 6,7 –
ползуны; 8,9 – стержни; 10 – рычаг; 11 – колесо опорное
б – клетка для телят с боковыми ограждениями из створок: 1стенки боковые; 2 – пол; 3 – створки; 4,5,9 – шарниры;
6 – стенка передняя; 7 – калитка; 8 – стержни; 10 – рычаг; 11 –
колесо опорное; 12 - фиксатор
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
49
Бокс снабжен кормушкой для коровы, трубопроводом для горячего и холодного водоснабжения, вакуум-проводом. Уборка навоза из
бокса механизирована. Стенки 1 выполнены сплошными, а полы 2
имеют хорошие теплозащитные свойства.
Клетка для телят в первом варианте (Рис. 2.3 а) включает боковые
ограждения 3 в виде шарнирного многократного параллелограмма и
переднюю стенку 4 с калиткой 5. Верхние части боковых ограждений
3 шарнирно связаны с ползунами 6 и 7, а нижние - с вертикальными
стержнями 8 и 9. Последний выполнен пустотелым и в нем расположены вертикальные участки П-образного рычага 10. В нижней части
стержня 9 закреплено опорное колесо 11.
Клетка для телят во втором варианте (Рис. 2.3 б) состоит из боковых ограждений, выполненных из створок 3, соединенных между собой шарнирами 4. К стенке 1 створки 3 закреплены при помощи шарниров 5. Передняя стенка 6 клетки выполнена с калиткой 7 и боковыми вертикальными стержнями 8. Створки 3 связаны с последними
шарнирами 9. Упомянутый стержень 8 снабжен П-образным рычагом
10 и опорным колесом 11, а створки 3-фиксаторами 12.
Предлагаемый бокс используют следующим образом.
После обработки корову помещают в бокс за 12-24 часа до отела.
При этом клетка для телят находится в сложенном состоянии. После
рождения теленка корова его облизывает, кормит молозивом. В дальнейшем для дозированого подсоса теленка помещают в клетку, предварительно переведя ее в рабочее состояние, то есть разложив.
Для этого в клетке первого варианта (Рис. 2.3 а) П-образный рычаг 10 перемещают вверх, выводя его вертикальные участки из отверстий, выполненных в полу 2. Переднюю стенку 4 вместе со стержнями
9 удаляют от противоположной стенки 1. При этом колеса 11 перекатываются по полу, а ползуны 6 и 7 перемещаются вниз соответственно
по стержням 9 и 8. Боковые ограждения 3 раскладываются, образуя с
передней стенкой 4 и противоположной стенкой 1 внутри бокса изолированную клетку. Через калитку 5 теленка помещают в клетку. Содержат животных на чистой подстилке. Для дозированного кормления
теленка в первые дни жизни периодически выпускают из клетки и
осуществляют подсос, а в дальнейшем применяют устройство для
доения коров выпаивания телят.
Для клетки второго варианта (Рис. 2.3 б) при переводе в рабочее
состояние аналогично с первым вариантом переднюю стенку 6 удаляют от противоположной стенки 1, предварительно приподняв рычаг
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
50
10. Створки 3, проворачиваясь на шарнирах 4, 5 и 9 раскладываются,
образуя с передней стенкой 6 и противоположной ей стенкой 1 клетку.
Створки 3 фиксируют между собой фиксатором 12.
После окончания срока содержания коровы с приплодом в соответствии с принятой технологией теленка переводят в профилакторий,
а корову – в индивидуальные стойла послеродового сектора. Бокс
тщательно обрабатывают, а клетку для теленка в обратно выше приведенной последовательности складывают. После этого бокс готов для
проведения следующего отела и содержания коровы с теленком.
2.1.2. Разработка технологии и оборудования для доения коров и
выпаивания телят
2.1.2.1. Разработка технологии и агрегата индивидуального доения коров и выпаивания телят в боксе
Агрегат индивидуального доения коров и выпаивания телят
включает тележку 1 (Рис. 2.4), на которой закреплен шланговый вакуумный насос 2, доильный аппарат и устройство для выпаивания телят.
При разработке агрегата нами учитывалась как необходимость управления вакуумным режимом доения коров в зависимости от интенсивности потока молока, так и снижение затрат энергии на привод вакуумного насоса [14, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71] .
Кроме того, необходимо обеспечить процесс выпойки телят в соответствии с их физиологическими особенностями.
Доильный аппарат включает доильное ведро 3 и доильные стаканы 4 с пульсаторами 5. Доильные стаканы 4 связаны с вакуумным насосом при помощи шлангов 6. Устройство для выпаивания телят состоит из насоса-дозатора 7 шлангового типа, выпоечного устройства 8
и емкости 9 для корма. Вакуумный насос 2 и насос-дозатор 7 снабжены механизмом привода 10. При этом насос-дозатор 7 содержит также
счетчик оборотов 11 и соединен с механизмом привода 10 при помощи электромуфты 12. В вакуумном насосе 2 установлен дополнительный шланг, связанный с выпоечным устройством 8 посредством
шланга 13 с регулятором вакуума 14 и вакуумметром 15.
Вакуумный насос содержит корпус 1 (Рис. 2.5), ротор 2 с роликами 3, установленными на эксцентриковых валах 4. Внутри корпуса 1
расположены шланги 5.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
51
15
14
3
6
5
13
4
8
9
7
11
12
10
2
1
Рис. 2.4. Агрегат индивидуального доения коров и выпаивания
телят
1– тележка; 2 – вакуумный насос; 3 – доильное ведро; 4 – доильные стаканы; 5 – пульсатор; 6, 13 – шланг; 7 – насос-дозатор; 8 –
выпоенное устройство; 9– емкость для корма; 10 – механизм привода; 11 – счетчик оборотов; 12 – электромуфта; 14 – регулятор вакуума; 15 – вакуумметр.
Рис. 2.5. Шланговый вакуумный насос
1 - корпус, 2 - ротор, 3 - ролики, 4 - вал, 5 – штанги.
Доильный аппарат для доения коров включает двухкамерные доильные стаканы 1 (Рис. 2.6) с пульсаторами 2. Подсосковая камера 3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
52
доильного стакана шлангом 4 связана с вакуумным насосом. Последний при помощи шлангов 5 сообщен с доильным ведром 6.
Рис. 2.6. Схема доильного аппарата
1 – доильный стакан; 2 – пульсатор; 3 – подсосковая камера; 4, 5
– шланг; 6 – доильное ведро; 7 – межстенная камера; 8 – отверстие;
9 – камера переменного вакуума; 10 – патрубок; 11 – камера атмосферного давления; 12, 16–пружина; 13, 19 – поршень; 14 – калиброванное отверстие; 15 – стакан; 17 – клапан; 18 – шток; 20 – демпфер; 21 – верхняя камера; 22 – нижняя камера; 23 – канал.
Межстенная камера 7 доильного стакана через отверстие 8 сообщена с камерой 9 переменного вакуума, связанной со шлангом 4 патрубком 10. Камера 9 переменного вакуума и камера 11 атмосферного
давления разделены подпружиненным пружиной 12 поршнем 13 с калиброванным отверстием 14 и стаканом 15 с подпружиненным пру-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
53
жиной 16 клапаном 17. Посредством калиброванного отверстия 14
упомянутые камеры 9 и 11 сообщены между собой. Штоком 18 поршень 13 соединен с поршнем 19 демпфера 20, выполненного в виде
верхней камеры 21 и нижней камеры 22, заполненных вязкой жидкостью. Упомянутые камеры сообщены между собой каналом 23, выполненном в поршне 19 [68, 71, 72].
Управление частотой вращения электродвигателя привода вакуумного насоса, в зависимости от интенсивности молокоотдачи при
доении коровы, осуществляется при помощи электронного блока 1
(Рис. 2.7), датчика 2 потока молока с поплавком 3, геркона 4 и магнита
5.
Оператор после проведения операций по подготовке коровы к
доению (обмывание вымени, массаж, сдаивание первых струек молока
в отдельную ѐмкость), включает в работу механизм привода 10 (Рис.
2.4). Теленок находится в боксе рядом с коровой в клетке. Под действием механизма привода ротор 2 (Рис. 2.5) вращается вместе с роликами 3. Последние, обкатываясь по шлангам 5, деформируют их до
закрытого положения, создавая при этом разрежение.
Рис. 2.7. Схема управления частотой вращения привода
вакуумного насоса
l – электронный блок; 2 – датчик потока молока; 3 – поплавок; 4
– геркон; 5 – магнит.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
54
В подсосковой камере 3 (Рис. 2.6) доильного стакана 1 поддерживается постоянное вакуумметрическое давление. Так как шланг 4 через патрубок 10 связан с камерой 9 пульсатора 2, то в упомянутой камере также устанавливается вакуумметрическое давление. В начальный момент времени поршень 13 находится выше отверстия 8, камера
9 переменного вакуума сообщена с межстенной камерой 7. При этом в
последней поддерживается разрежение. Доильные стаканы надевают
на соски вымени коровы, и начинается такт сосания (Рис. 2.8 а.). Извлекаемое молоко направляется в шланг 4 и под действием роликов 3
(Рис. 2.6) молоко перемещается по шлангам 5 в доильное ведро 6 (Рис.
2.8 а.).
а.
б.
Рис. 2.8. Схема работы пульсатора доильного аппарата,
а - такт сосания; б – такт сжатия
l – доильный стакан; 2 – пульсатор; 3 – подсосковая камера; 4,5
– шланг; 6 – доильное ведро; 7 – межстенная камера; 8 – отверстие;
9 – камера переменного вакуума; 10 – патрубок; 11 – камера атмосферного давления; 12, 16 – пружина; 13, 19 – поршень; 14 – калиброванное отверстие; 15 – стакан; 17 – клапан; 18 – шток; 20 – демпфер; 21 – верхняя камера; 22 – нижняя камера; 23 – канал.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
Под действием разности давлений в камере 11 атмосферного давления и камере 9 переменного вакуума поршень 13, сжимая пружину
12, перемещается вниз, перемещая при этом через шток 18 и поршень
19 демпфера 20. При этом жидкость из нижней камеры 22 по каналу
23 перемещается в верхнюю камеру 21, ограничивая скорость движения поршня 13. Когда поршень 13, уменьшив объем камеры 9 переменного вакуума, располагается ниже отверстия 8, то камера 11 атмосферного давления сообщается с межстенной камерой 7 доильного
стакана 1 (Рис. 2.8 б.). В межстенной камере 7 устанавливается атмосферное давление. При этом клапан 17 перекрывает патрубок 10,
разъединив камеру 9 переменного вакуума и подсосковую камеру 3
доильного стакана 1. Наступает такт сжатия.
Поступающий через калиброванное отверстие 14 в поршне 13
воздух увеличивает давление в камере 9. Под действием пружины 12
поршень 13 перемещается вверх и через шток 18 перемещает поршень
19 демпфера 20. Жидкость из верхней камеры 21 по каналу 23 перетекает в нижнюю камеру 22.
Так как характеристика пружины 16 выбрана такой, что еѐ усилие
при максимальном сжатии меньше усилия удержания клапана 17 в
закрытом положении, возникающего в результате разности давлений в
патрубке 10 и камере 9 переменного вакуума, а пружины 12 – больше
в момент полного сжатия пружины 16, то клапан 17 находится в нижнем положении до тех пор, пока не сомкнутся витки пружины 16. При
дальнейшем перемещении поршня 13 воздействие на клапан 17 возрастает, последний перемещается вверх и под действием упомянутой
пружины 16 (Рис. 2.8 а.) возвращается в исходное состояние относительно стакана 15. При этом длину штока клапана 17 выбирают такой,
чтобы в момент открытия патрубка 10 отверстие 8 находилось ниже
поршня 13 (в камере 9 переменного вакуума). При открытии патрубка
10 подсосковая камера 3 сообщается с камерой 9 и в последней также
устанавливается разрежение (Рис. 2.8). Такт сосания повторяется. Частоту пульсации пульсатора 2 регулируют изменением диаметра канала
23 и вязкости жидкости в демпфере 20.
При отсутствии молока или интенсивности потока ниже 200
мл/мин, поплавок 3 (Рис. 2.6) датчика 2 потока молока находится в
нижнем положении. При этом контакты геркона 4 под действием магнита 5 замкнуты, и электронный блок 1 устанавливает пониженную
частоту вращения двигателя привода вакуумного насоса.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56
Поэтому в доильных станках поддерживается пониженное вакуумметрическое давление доения. При возрастании интенсивности потока выше 200 мл/мин молоко накапливается в датчике 2 потока, не
успевая стекать через калиброванное отверстие. В результате этого
поплавок 3 всплывает в молоке, контакты геркона 4 размыкаются и
электронный блок 1 устанавливает повышенную частоту вращения
ротора, чем обеспечивается номинальный вакуум доения коровы. При
снижении интенсивности потока молока происходит обратное переключение. Этим обеспечивается щадящий режим доения коров.
2.1.2.2. Устройство для выпаивания телят
Доильные стаканы 1 (Рис. 2.9) доильного аппарата, снабженные
пульсаторами 2, посредством шлангов 3 сообщены с вакуумным насосом 4, а последний - с доильным ведром 5 при помощи шлангов 6. Насос-дозатор 7 устройства для выпаивания телят связан с доильным
ведром 5 и содержит шланг 8 с основанием 9 и штангу 10 с роликами
11. Шланг 8 соединяет ведро 5 с емкостью 12, сообщенной при помощи шланга 13 с выпоечным устройством 14. Последнее также связано
с вакуумным насосом 4 шлангом 15 с регулятором вакуума 16 и вакуумметром 17. Для мойки оборудования применяют распылители 18,
один из которых шлангом 19 связан с моечной воронкой 20, а остальные через шланги 21 с краном 22 – с ѐмкостью 12 [73].
Выпоечное устройство состоит из соски 1 (Рис. 2.10), соединенной со шлангом 2, проходящим через отверстие 3 в диске 4, установленном в торцевой части соски. Во внутренней части соски 1 расположен неподвижный рычаг 5, жестко закрепленный к диску 4, и подвижный рычаг 6, шарнирно прикрепленный к упомянутому диску посредством кронштейна 7.
Выпоечное устройство также снабжено силовой камерой 8, связанной со шлангом 9. Для обеспечения работы регулятора вакуума 10
в шланге 9 выполнено калиброванное отверстие 11 для подсоса воздуха. К шлангу 9 подключен вакуумметр 12. Силовая камера 8 посредством штока 13 и хомута 14 связана с одним из плеч рычага 6. Над
шлангом 2 расположен упор 15, жестко закрепленный на диске 4. Силовая камера 8 состоит из корпуса 16 и мембраны 17. Выпоечное устройство прикреплено к ограждению клетки, где содержится теленок,
при помощи пружины 18.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
57
Рис. 2.9. Схема агрегата индивидуального доения коров
и выпаивания телят
1 – доильные стаканы; 2 – пульсаторы; 3, 6, 8, 13, 15, 19, 21 –
шланг; 4 – вакуумный насос; 5 – доильное ведро; 7 – насос - дозатор;
9 – основание; 10 – штанг; 11 – ролики; 12 – емкость; 14 – выпоенное
устройство; 16 – регулятор вакуума; 17 – вакуумметр; 18 – распылители; 20 – воронка моечная; 22 – кран.
Рис. 2.10. Выпоечное устройство
1 – соска; 2, 9 – шланг; 3 – отверстие; 4 – диск; 5 – неподвижный
рычаг; 6 – подвижный рычаг; 7 – кронштейн; 8 – силовая камера; 10
– регулятор вакуума; 11 – калиброванное отверстие; 12 –
вакуумметр; 13 – шток; 14 – хомут; 15 – упор; 16 – корпус; 17 – мембрана; 18 – пружина.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
58
Для мойки выпоечного устройства используется моечный узел,
включающий воронку l (Рис. 2.11), во внутренней полости которой
установлена направляющая пластина 2, выполненная в виде спирали.
Внутренняя полость воронки l через отверстие 3 в боковой стенке сообщена с патрубком 4, связанным с гибким шлангом 5, который, в
свою очередь, соединен с одним из моечных распылителей.
В процессе доения коровы молоко или молозиво транспортируется в ведро 5 (Рис. 2.9). Под действием механизма привода приводится
во вращение насос-дозатор 7. Поэтому под действием штанги 10 ролик 11 перекатывается по шлангу 8, прижимая его к основанию 9.
Корм из ведра 5 роликом 11 перемещается по шлангу 8 в емкость 12.
Один из роликов 11 всегда перекрывает шланг 8. После того, как насос-дозатор 7 сделает необходимое число оборотов (соответствующее
подаче заданной дозы корма), учитываемое счетчиком оборотов, то
электромуфта отсоединит насос-дозатор от механизма привода и подача корма в емкость 12 прекращается. При потреблении жидкости
теленком из ѐмкости 12 количество корма, поступающего в полость
рта животного, регулируется выпоечным устройством 14.
Рис. 2.11. Моечный узел
1 – воронка; 2 – направляющая пластина; 3 – отверстие; 4 –
патрубок; 5 – шланг
В процессе выпойки теленка доение коровы продолжается. В
шланге 9 (Рис. 2.12) действует давление, меньше атмосферного. Поэтому внутри силовой камеры 8 также разрежение. Перемещающаяся
мембрана 17 через шток 13 и хомут 14 прижимает шланг 2 к упору 15.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
59
Шланг 1 (Рис. 2.12 а) перекрыт. Теленок захватывает соску 1 (Рис.
2.10) и начинает сосательные движения.
а.
б.
Рис. 2.12. Выпоечное устройство, вид сзади
а – в закрытом положении ; б – в открытом положении
1, 2 – шланг; 3 – отверстие; 4 – диск; 5 – рычаг; 6 – кронштейн;
7 – камера; 8 – шток; 9 – хомут; 10 – упор; 11 – пружина
При сжатии соски усилие передается на свободное плечо рычага
6. Последний проворачивается на шарнире 7, и другим плечом воздействует на хомут 14, перемещая его. Шланг 1 (Рис. 2.12 б) раскрывается. Корм из емкости 12 (Рис. 2.9) через шланг 13 и выпоечное устройство 14 поступает в полость рта животного. Контролируя величину
разрежения по вакуумметру 12 (Рис. 2.10), при помощи регулятора 10
изменяют давление в силовой камере 8. От величины вакуума в камере 8 усилие, приложенное к рычагу 6, будет различным. В зависимости от площади проходного сечения шланга 2 количество корма, поступающего в полость рта животного, будет изменяться. При этом за
каждое глотательное движение теленок получает порцию корма, необходимую для физиологически нормального пищеварения, что исключает желудочно-кишечные заболевания. Так как выпоечное устройство закреплено к ограждению клетки посредством пружины 18,
то при контакте животного с соской 1 последняя перемещается во
всех направлениях и представляется возможным имитировать процесс
сосания теленком вымени коровы-матери.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
60
Нахождение коровы рядом с теленком при его кормлении, а теленка - при доении коровы, не разрывает биологическую связь "корова-теленок".
После завершения процесса доения коровы доильные стаканы 1
(Рис. 2.9) снимают с сосков вымени [74, 75, 76, 77, 78, 79].
Для промывки агрегата доильное ведро 5 (Рис. 2.13) заполняют
моющей жидкостью. Кран 22 открыт. Доильные стаканы 1 надевают
на распылители 18.
Рис. 2.13. Агрегат индивидуального доения коров
и выпаивания телят, при промывке
1 – доильные стаканы; 2 – пульсаторы; 3, 6, 8, 13, 15, 19, 21 –
шланг; 4 – вакуумный насос; 5 – доильное ведро; 7 – насос - дозатор;
9 – основание; 10 – штанг; 11 – ролики; 12 – емкость; 14 – выпоечное
устройство; 16 – регулятор вакуума; 17 – вакуумметр; 18 – распылители; 20 – воронка моечная; 22 – кран.
После включения механизма привода вакуумного насоса 4 и насоса-дозатора 7 воронку 20 надевают на выпоечное устройство 14.
Моющую жидкость из доильного ведра 5 при помощи насоса 7 подают в емкость 12, далее по шлангам 21 через распылители 18 жидкость
попадает в доильные стаканы 1 и по шлангу 6 возвращается в ведро 5.
Так как один из доильных стаканов через шланг 19 связан с воронкой
20, то моющая жидкость, подаваемая по шлангу 13, проходит через
выпоечное устройство 14. При этом моющая жидкость через шланг и
отверстие в соске попадает во внутреннюю полость воронки 1 (Рис.
2.11), перемещается по направляющей пластине 2 и через отверстие 3,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
61
патрубок 4 и шланг 5 направляется в доильное ведро. В результате
принудительной циркуляции моющей жидкости через выпоечное устройство происходит интенсивная мойка его наружной и внутренней
поверхностей, непосредственно контактирующей с жидким кормом и
полостью рта животного, а также мойка доильного ведра, доильных
стаканов и молочных шлангов. После окончания мойки оборудования
использованную моющую жидкость сливают в специальный резервуар.
2.1.2.3. Разработка технологии и устройства для доения коров и
выпаивания телят в родильном отделении
Для помещений, оборудованных вакуумными установками, устройство для доения коров и выпаивания телят включает доильные
стаканы 1 (Рис. 2.14), связанные молочными 2 и вакуумными трубками 3 с коллектором 4, шланг 5 переменного вакуума, молочный шланг
6, пульсатор 7, магистральный шланг 8, доильное ведро 9. Магистральный шланг 8 через вакуумный кран 10 связан с вакуум-проводом
11. Доильное ведро 9 через трубопровод 12 с краном 13 сообщено с
узлом 14 дозирования корма (молока или молозива) для выпаивания
телят, включающим выпоечное устройство 15 со шлангом 16 и трехходовым краном 17. Выпоечное устройство 15 связано с магистральным шлангом 8 при помощи шланга 18 с регулятором вакуума 19 и
вакуумметром 20. Шланг 18 также снабжен краном 21. Для мойки
оборудования устройство содержит распылители 22, при этом три
распылителя через шланги 23 и кран 17 соединены с узлом 14 дозирования, а четвертый распылитель через шланг 24 соединен с моечным
узлом 25 для мойки соски выпоечного устройства 15. Конструкция
выпоечного устройства аналогична описанной ранее. Узел дозирования включает емкость 1 дозирующую (Рис. 2.15) и камеру 2 приемную, сообщаемые перекрываемым клапаном 4 отверстием 3.
Клапан 4 закреплен на нижней части трубки 5, установленной с
возможностью вертикального перемещения во втулке 6. В боковой
стенке трубки 5 выполнено отверстие 7, а в боковой стенке втулки 6 отверстие 8, снабженное элементом 9 звуковой сигнализации. Внутри
трубки 5 установлен шток 10, нижняя часть которого выполнена в виде трубки 11, проходящей через клапан 4. На нижней части штока 10
закреплен поплавок 12, расположенный в емкости 1, а в стенке трубки
11 выполнено отверстие 13. На поверхности упомянутого штока 10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
62
выполнены ячейки 14 для установления соответствующей дозы кормления теленка, и шток 10 снабжен фиксатором 15 и рукояткой 16. Емкость 1 через трехходовой кран 17 связана с выпоечным устройством,
а через трубопровод 18 с краном 19 с доильным ведром 20. Воздушная
область последнего сообщена с воздушной областью емкости 1.
11 12
Рис. 2.14. Устройство для доения коров и выпаивания телят,
общий вид:
1 – доильные стаканы; 2 – молочные трубки; 3 – вакуумные трубки; 4
– коллектор; 5, 6, 8, 16, 18, 23, 24 – шланг; 7 – пульсатор; 9 – доильное
ведро; 10 – вакуумный кран; 11 – вакуум-провод; 12 – трубопровод;
13, 21 – кран; 14 – узел дозирования; 15 – выпоечное устройство; 17 –
трехходовой кран; 19 – регулятор вакуума; 20 – вакуумметр; 22 –
распылители; 25 – моечный узел
Для доения коровы оператор открывает вакуумный кран 10 (Рис.
2.14) и надевает доильные стаканы 1 на соски вымени животного. Теленок находится в боксе рядом с коровой в клетке. При этом трехходовой кран 17 установлен в положение, при котором шланги 16 и 23
отсоединены от узла 14 дозирования.
При открытом кране 13 молоко или молозиво из доильного ведра
9 по трубопроводу 12 направляется в узел 14 дозирования. Из трубо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
63
провода 18 (Рис. 2.15) корм поступает в приемную камеру 2 и через
открытое отверстие 3 попадает в дозирующую емкость 1. По мере наполнения емкости 1 кормом поплавок 12 всплывает, перемещая вверх
шток 10. Вместе со штоком 10 перемещается трубка 5 с клапаном 4.
При достижении уровня жидкости в емкости 1, при котором объем
корма соответствует требуемой дозе кормления, клапан 4 перекрывает
отверстие 3 и поступление корма в емкость 1 прекращается.
12
Рис. 2.15. Узел дозирования, общий вид:
1 – емкость дозирующая; 2 – камера приемная; 3, 7, 8, 13 – отверстие; 4 – клапан; 5 – трубка; 6 – втулка; 9 – элемент звуковой сигнализации; 10 – шток; 11 – трубка; 12 – поплавок; 14 – ячейка; 15 –
фиксатор; 16 – рукоятка; 17 – трехходовой кран; 18 – трубопровод;
19 – кран; 20 – доильное ведро
В результате перемещения трубки 5 внутри втулки 6 отверстие 7
совмещается с отверстием 8, и атмосферный воздух через элемент 9
звуковой сигнализации, отверстия 8, 7, 13 и трубку 11 поступает в емкость 1, и в последней устанавливается атмосферное давление. Услышав сигнал элемента 9 звуковой сигнализации, оператор закрывает
кран 19. После этого трехходовой кран 17 ставят в такое положение,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
64
при котором выпоечное устройство 15 через шланг 16 соединено с
узлом 14 дозирования, открывают кран 21 и начинается выпойка теленка. При этом процесс доения коровы продолжается. В шланге 18
действует давление, меньше атмосферного. Поэтому количество корма, поступающего в полость рта животного, регулируется выпоечным
устройством. Давление в шланге 18 устанавливают при помощи регулятора 19,а контролируют по вакуумметру 20.
После кормления теленка кран 21 закрывают, а после окончания
доения коровы оператор снимает доильные стаканы 1 с вымени и закрывает вакуумный кран 10.
Для изменения дозы жидкого корма для выпаивания телят изменяют расстояние между поплавком 12 и дном емкости 1. Для этого
при помощи рукоятки 16 шток 10 перемещают внутри трубки 5 и фиксируют фиксатором 15 в определенной ячейке 14. Для увеличения дозы корма расстояние между поплавком 12 и дном емкости 1 увеличивают, а для уменьшения дозы корма - уменьшают.
После обслуживания животных доильное ведро 9 заполняют
моющей жидкостью, кран 13 открывают, а трехходовой кран 17 ставят
в положение, при котором узел 14 дозирования связан со шлангами 16
и 23.
Доильные стаканы 1 надевают на распылители 22, открывают вакуумный кран 10 и моечный узел 25 надевают на выпоечное устройство 15. Моющая жидкость из доильного ведра 9 по трубопроводу 12
поступает в емкость узла 14 дозирования, далее по шлангам 23, 16,
выпоечное устройство 15 с моечным узлом 25 и шланг 24 циркулирует через доильные стаканы 1 и возвращается в ведро 9. В результате
принудительного движения моющей жидкости обеспечивается качественная мойка оборудования [80, 81].
2.2. Основы совершенствования технических средств
обслуживания коров с новорожденными телятами
2.2.1. Теория рабочего процесса и обоснование конструктивнорежимных параметров агрегата индивидуального доения коров
2.2.1.1. Обоснование частоты вращения ротора насоса
В момент пуска вакуумного насоса доильного агрегата происходит изменение давления в вакуумной магистрали. Поскольку процесс
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
65
расширения воздуха при откачивании из доильных стаканов и трубопроводов изотермический, то для определения объема откачанного
воздуха приемлем закон Бойля-Мариотта [82]. В таком случае скорость изменения вакуума можно записать в виде:
x
t
P otk ,
a V
k
(2.5)
где x - текущее значение переменного вакуума, Па; Ра - атмосферное
давление, Па; Votk – расход воздуха при откачке, м3/с; Vk - объем доильного стакана и магистральных трубопроводов, м3.
Расход воздуха Votk будет зависеть от конструктивно-режимных
параметров шлангового насоса. Объем воздуха V1, откачиваемого
шланговым насосом (Рис. 2.16) за один оборот ротора при взаимодействии со шлангом одного выжимающего ролика при атмосферном
давлении Ра равен:
V1
d2 2 R
.
.
4 2
0.25 d 2 R ,
(2.6)
где: d - внутренний диаметр шланга, м; R - радиус средней линии установки шланга в корпусе насоса, м; φ - угол взаимодействия ролика
со шлангом, рад.
Для непрерывного откачивания воздуха должен обеспечиваться
контакт выжимающего ролика со шлангом на протяжении полного
оборота ротора. Это возможно при установке z роликов на роторе. В
таком случае расход воздуха V2 при угловой скорости ω вращения ротора составит:
V2
0.25 d 2 R 1 z .
(2.7)
где φ1 - угол установки роликов, рад.
При этом для обеспечения работоспособности насоса угол φ1 установки роликов должен быть не больше угла поворота ротора, на
протяжении которого один ролик взаимодействует со шлангом насоса.
Так как шланговый насос откачивает воздух с замкнутого пространства, образованного магистральным трубопроводом и доильным
стаканом, то в последнем поддерживается разрежение.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
66
Рис. 2.16. Схема работы насоса
Поэтому уравнение для расчета расхода воздуха при откачивании
насосом примет вид:
(2.8)
0.25 d 2 R 1 z ,
otk
где
x
- манометрический коэффициент,
Pa
или
otk
0.25
x
d 2 R 1z ,
Pa
(2.9)
Здесь х – текущее значение вакуумметрического давления, кПа.
Подставив (2.9) в уравнение (2.5) и проинтегрировав его в пределах величины разрежения от h2 до h1, получим уравнение для расчета
длительности переходных процессов в вакуумной системе доильного
аппарата:
x
t
P
a
h1
t
x d 2 R 1z
4P V
a k
4Vk x
x d 2 R 1z
h2
x d 2 R 1z
,
4V
k
4Vk
h
ln 1 .
h2
d R 1z
2
(2.10)
(2.11)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
67
На стабильность вакуума оказывают влияние два основных фактора:
1. Поступление молока в подсосковую камеру и далее вакууммолокопроводную магистраль в такте сосания;
2. Поступление порции воздуха из межстенной камеры
доильного стакана при сообщении ее переключающим устройством с
подсосковой камерой в переходный период к такту сосания.
Длительность такта сосания зависит от частоты пульсаций пульсатора, соотношения длительности тактов сосания и сжатия и длительности переходных периодов.
Частоту пульсаций f определяют как обратную величину длительности цикла tc:
1 .
(2.12)
f
tc
По С.В. Мельникову [83] длительность цикла tс складывается из
длительности такта сосания ts и длительности такта сжатия tsg:
При этом
а
tc = ts + tsg
(2.13)
ts= t1 - t0 + tb,
(2.14)
tsg = t2 – tb + t0,.
(2.15)
где: t1 - время от начала откачки воздуха из межстенной камеры до
окончания установившегося режима такта сосания, с; t2 - время от начала впуска воздуха в межстенную камеру доильного стакана до
окончания установившегося режима такта сжатия,с; t0 - время от начала откачки воздуха до начала молокоотдачи, с; tb - время от начала
впуска воздуха в межстенную камеру до прекращения молоковыведения, с.
Соотношение n тактов пульсаций равно:
n
Отсюда
ts
.
t sd
(2.16)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
68
ts
.
n
t sd
(2.17)
Подставив уравнение (2.17) в (2.13), получим:
tc
ts
.
n
ts
(2.18)
Тогда уравнение (2.12) , с учетом равенства (2.18), примет вид:
1
f
.
(2.19)
n
.
f (n 1)
(2.20)
ts
ts
n
Поэтому
ts
Выводимое из доли вымени за один цикл доильного аппарата молоко, с интенсивностью qs, должно синхронно перекачиваться насосом
в приемное устройство за время ts.
Количество выводимого молока Qm за один цикл, будет равно:
Qm
qs
.
f
(2.21)
Поэтому фактическая интенсивность qf выведения молока из вымени коров в такте составит:
qf
Qm
,
ts
(2.22)
qs (n 1)
.
n
(2.23)
или с учетом (2.20) и (2.21):
qf
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
69
Для выполнения условия (4.5) производительность насоса в установившемся вакуумном режиме должна быть:
Qn
qf .
(2.24)
Подставив в последнее выражение равенства (2.7) и (2.23), получим:
qs (n 1)
n
0.25 d 2 R 1 z .
(2.25)
Задаваясь конструктивными параметрами шлангового насоса, из
(2.25) можно получить минимально допустимую частоту вращения
ротора ω, при которой будет обеспечена синхронная перекачка молока. Однако это будет возможно при условии отсутствия откачки воздуха, что вполне возможно в установившемся режиме такта сосания:
q s (n 1)
.
0.25n d 2 R 1 z
(2.26)
При такте сосания из межстенной камеры 1 (Рис. 2.17) воздух по
каналу 2, диаметром d1 и длиной l1, откачивается в подсосковую камеру 3. Скорость возрастания вакуумметрического давления в межстенной камере 1 доильного стакана можно записать как:
h
ts1
Pa
о
Vmk
,
(2.27)
где h - текущее значение вакуума в межстенной камере, Па; ts1 - длительность процесса, с; vо - скорость откачки воздуха, м3/с; Vmk - объем
межстенной камеры, м3.
Скорость откачки воздуха vо из межстенной камеры, с учетом коэффициента Пуазейля, равна [83]:
vo
d14
(h Pw ) ,
128 1l1
(2.28)
где: 1 - динамическая вязкость воздуха, Па.с; Рw - давление в подсосковой камере, Па.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
70
Рис. 2.17. Схема работы пульсатора
Тогда, подставив равенство (2.28) в (2.27) и проинтегрировав его
в пределах изменения давления в межстенной камере от Ра до h3 , получим время изменения вакуумного режима в межстенной камере в
заданных пределах:
h
ts1
h3
ts1
Pa d14
(h Pw ) ,
128 1l1Vmk
128 1l1Vmk
h
.
4
Pa d1 h Pw
Pa
128Vmk 1l1 Pa Pw
ln
, (2.29)
Pa d14
h3 Pw
где h3 → Pw .
Известно, что начало извлечения молока из вымени коров не
совпадает с достижением в межстенной камере доильного стакана вакуума, равного вакууму в подсосковой камере, а начинается раньше,
т.е. при:
Рa > hnd > Рw ,
(2.30)
где hnd - давление начала извлечения молока в межстенной камере, Па.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
71
Тогда уравнение (2.27) мы можем переписать следующим образом:
to
128Vmk 1l1 Pa Pw
,
ln
Pa d14
hnd Pw
(2.31)
ts
128Vmk 1l1 hnd Pw
.
ln
Pa d14
h3 Pw
(2.32)
а также
Теперь, используя уравнения (2.11) и (2.31), определим необходимую частоту вращения ротора насоса ω, при которой обеспечивается достижение давления hnd в межстенной камере доильного стакана за
время t0 :
4Vk
d R 1z
ln
2
o
o
h1
h2
128Vmk 1l1 Pa Pw
,
ln
Pa d14
hnd Pw
(Vk Vmk ) Pa d14 (ln Pa ln hnd )
. (2.33)
32 1l1d 2 R 1 z[ln( Pa Pw ) ln(hnd Pw )]Vk
По аналогии с вышеизложенным, определим необходимую частоту вращения ротора насоса ωs, при которой обеспечивается изменение
давления в межстенной камере от hnd до h3 за время ts:
o
(Vk Vmk ) Pa d14 (ln hnd ln h3 )
.
32 1l1d 2 R 1 z[ln(hnd Pw ) ln(h3 Pw )]Vk
(2.34)
Однако уравнение (2.30) не учитывает поступление молока в период ts.
Поэтому необходимая частота вращения ротора ωn в момент откачки молока с одновременным отсосом воздуха из межстенной камеры доильного стакана до достижения давления h3 будет состоять из
двух слагаемых, описываемых уравнениями (2.26) и (2.34):
или:
ωn = ωs + ωs,
(2.35)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ωn =
qs (n 1)
0.25n d 2 R 1 z
72
(Vk Vmk ) Pa d14 (ln hnd ln h3 )
. (2.36)
32 1l1d 2 R 1 z[ln(hnd Pw ) ln(h3 Pw )]Vk
Таким образом, для обеспечения выполнения условия работоспособности шлангового насоса выбирают большее значение частоты
вращения из определяемых уравнениями (2.22), (2.30) и (2.32).
2.2.1.2. Обоснование конструктивных параметров насоса
Очень важным для обеспечения работоспособности насоса является устойчивость цилиндрической формы шланга при поддержании
вакуумметрического давления в его полости, а также ее восстановление после прекращения воздействия внешней деформирующей силы.
Рассмотрим устойчивость шланга при поддержании в нем вакуумметрического давления Рw. Тогда внешнее давление, сжимающее
шланг, будет равно:
q = Рa – Рw..
(2.37)
Из [84] известно, что критическое давление Pkr для длинных труб,
нагруженных внешним давлением, определяется выражением:
(n 2 1) E 3
Pkr =
,
12(1 2 )rs
(2.38)
где Е - модуль упругости материала шланга, Па; ε - толщина стенок
шланга, м; n - коэффициент запаса; χ - коэффициент Пуассона; rs - радиус средней линии стенок шланга, м.
Для данного случая мы можем записать:
(n 2 1) E 3
Pa - Pw <
.
12(1 2 )rs
(2.39)
Так как
rs
то
d
2
2
1
(d
2
),
(2.40)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
73
2(n 2 1) E
Pa - Pw <
2
3(1
) R(d
3
)
.
(2.41)
Решив уравнение (2.41) относительно ε, определим минимально
допустимую толщину стенок шланга вакуумного насоса:
d 3 3( Pa
3
2 E (n
2
1)
2
Pw )(1
3
3( Pa
)
Pw )(1
.
2
(2.42)
)
2.2.1.3. Определение потребной мощности шлангового насоса
В процессе работы вакуумного насоса эластичный шланг подвергается воздействию роликов, в результате чего он деформируется до
смыкания внутренних стенок. Деформацию оболочки шланга можно
рассматривать как деформацию множества прямоугольных пластин,
закрепленных по четырем краям. В таком случае, для определения
необходимого усилия деформации шланга мы можем воспользоваться
уравнением, предложенным в [84], которое характеризует прогиб плоской пластины под внешней нагрузкой:
m
Pа 4
,
1
E 3
(2.43)
где m - наибольший прогиб, м; Р – внешнее давление деформации, Па;
α1 - табличный коэффициент, зависящий от b/a; a - меньшая сторона
пластины, м; b - большая сторона пластины, м.
Отсюда давление деформации будет равно:
P
mE 3
.
4
1a
(2.44)
На Рис. 2.18 показана схема взаимодействия ролика со шлангом.
Разложим равнодействующую F реакции шланга на вертикальную Y и
горизонтальную X составляющие.
В установившемся режиме равнодействующая F проходит через
ось О ролика.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
Используя принцип Д’Аламбера составим следующие уравнения
для ролика:
(2.45)
X 0,
Y
0
(2.46)
Рис. 2.18. Схема взаимодействия ролика со шлангом
Отсюда имеем:
Ft =X,
(2.47)
Fpr =Y,
(2.48)
где Ft – сила перекатывания ролика по шлангу, Н; Fpr – сила деформации шланга, Н.
Сила деформации шланга равна:
Fpr =PS,
(2.49)
где S – площадь контакта ролика со шлангом, м2.
В режиме покоя пятно контакта ролика со шлангом имеет форму
эллипса. Погружение ролика в шланг составляет величину его внутреннего диаметра d. В таком случае одна ось b эллипса будет равна:
b
d
.
2
(2.50)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
75
Другая ось а эллипса будет равна длине дуги АВ круга радиуса r,
образуемой хордой АВ, соединяющей крайние точки касания А и В
ролика к шлангу (Рис. 2.19).
Рис. 2.19. К определению площади контакта ролика со
шлангом
Вначале определим длину хорды АВ. Так как
АЕ =
AF 2 ( AF
ED ) 2 ,
(2.51)
АЕ =
AO 2 ( AO CD ED) 2 ,
(2.52)
а также
то
AF 2 ( AF
ED ) 2 =
AO 2 ( AO CD ED) 2 .
(2.53)
Отсюда:
.
.
2
ED = 2 CD AO CD .
2( AF
(2.54)
AO CD )
В таком случае длина хорды АВ будет равна:
AB
2 AF 2 [ AF
2 CD AO CD 2 2 .
]
2( AF AO CD)
(2.55)
Очевидно, что длина дуги АВ, с учетом значений буквенных обозначений в уравнениях (2.51...4.55), будет равна:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
76
2dr d 2 2
R [R
]
2( R r d )
r
.
(2.56)
S
arcsin
r
1800
Определив площадь эллипса S контакта ролика со шлангом и
подставив в уравнение (2.49), найдем вертикальную составляющую Fpr
равнодействующей F:
2
АВ
Fpr
π 3 dr
arcsin
14400
2
R2
P 3 dr
arcsin
14400
[R 2
2dr d 2 2
]
2( R r d )
r
R 2 [R 2
;
(2.57)
2dr d 2 2
]
2( R r d )
. (2.58)
r
Положим, что равнодействующая F реакции шланга приложена в
точке К, являющейся центром тяжести половины эллипса с образующей СВ (Рис. 2.20).
β
Рис. 2.20. К определению усилия перекатывания ролика по
шлангу
Тогда горизонтальная составляющая X будет равна:
X = Fprtgβ, или Ft = Fprtgβ
(2.59)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
77
Определим значение угла β. Для этого вначале определим положение точки К. Она расположена на большой оси эллипса на расстоянии СК:
СК
r
arcsin
10800
2dr d 2 2
]
2( R r d )
.
r
R 2 [R 2
(2.60)
Но так как угол β определяется из выражения:
180 CK
,
r
(2.61)
то, с учетом (2.60), равенство (2.61) приобретает вид:
R 2 [R 2
1
arcsin
6
2dr d 2 2
]
2( R r d )
.
r
(2.62)
Подставив в уравнение (2.57) равенства (2.44), (2.58) и (2.60), и
учитывая выражение (2.47), определим силу перекатывания ролика по
шлангу:
Ft
mE 3 r
arcsin
90 1 d 3
1
tg arcsin
6
R 2 [R 2
R2 [R2
2dr d 2 2
]
2( R r d )
r
2dr d 2 2
]
2( R r d )
r
(2.63)
.
Но так как крутящий момент на валу насоса равен:
M kr
Ft L ,
(2.64)
где L - радиус вращения оси ролика, м., то потребная мощность Рn на
привод вала насоса с деформацией одного шланга будет равна:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78
Pn
M kr .
(2.65)
Подставив в (2.65) равенства (2.64) и (2.63), а также учитывая (2.38),
получим в окончательном виде уравнение для расчета потребной
мощности насоса с четырьмя деформируемыми шлангами:
3( Pa
[
Pn
2.9 10
6
mEl d
r2
3
2 E (n
2
1)
Pw )(1
3
3( Pa
2
1
)
2
Pw )(1
]3
)
2
R 2 [R
[arcsin
tg
2
1
arcsin
6
R 2 [R 2
2dr d
2( R r d ] 2
r
2dr d 2 2
]
2( R r d )
.
]3
(2.66)
r
2.3. Теория рабочего процесса и обоснование основных
конструктивно-режимных параметров устройства для
выпаивания телят
Технологический процесс выращивания коров с новорожденными
телятами обеспечивается в результате применения технических
средств механизации данного процесса в виде установок, устройств,
раздатчиков. Как было отмечено ранее, для повышения эффективности процесса выращивания животных, важным показателем такого
оборудования является возможность его быстрой регулировки на другие режимы, нормы дозирования, рационы и схемы кормления.
Система оценочных показателей работы средств механизации
выращивания животных показывает, что наиболее эффективны технические средства в случае модульной реализации технологического
оборудования и управляющей системы. При этом набор модулей выбирается в зависимости от специфики задач, характерных процессу
выращивания коров с новорожденными телятами.
Поэтому выявление резервов и путей совершенствования качественных и технико-экономических показателей работы средств механизации представляют научный и практический интерес.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
79
2.3.1. Исследование параметров сосательного аппарата теленка
Физический процесс потребления жидкого корма телѐнком заключается в перемещении жидкости в результате периодического
снижения давления в полости рта животного ниже атмосферного. Он
характеризуется числом сосательных движений. Последние включают
фазу сосания и фазу глотания в соотношении 3:1.
По изучению параметров, характеризующих процесс сосания телѐнком, проведѐн ряд исследований. Однако полученные результаты
различны, а порой и противоречивы.
По данным Мартюгина Д.Д. [85] число сосаний у различных телят колеблется от 103 до 150 в минуту, по результатам Пейновича
М.Л. [86] среднее число сосательных движений 122,3 в минуту, E.
Sych [87] и F. Happel [88] – 150, J. Mc. Donald, D. Witzel – 117 в минуту [89].
При изучении процесса сосания телѐнком Зейналов Г.З. установил, что число глотательных движений колеблется от 48 до 41 в минуту для телят до 3-х месячного возраста. При этом число глотков с ростом животного падает, так как увеличивается объѐм полости рта. Следовательно, растѐт количество корма, потребляемое в единицу времени (до 2-х месячного возраста 680 мл/мин, при 3-х месячном возрасте
818 мл/мин).
Доктор технических наук Петухов Н.А. указал, что процесс сосания телѐнка включает три фазы – извлечение молока под действием
перепада давлений; извлечение молока под действием перепада давлений и силы сжатия соска; отдых [90].
Для поступления в желудок животного за каждое глотательное
движение потребного для нормального пищеварения количества корма, необходимо обеспечить согласованную работу полости рта животного, как вакуумного насоса и выпоечного устройства, как дозатора [15].
Одним из способов регулирования подачи жидкого корма является создание определѐнного гидравлического сопротивления [91].
Как и следовало ожидать, с увеличением возраста животного возрастают и сила воздействия на соску, и вакуумметрическое давление в
полости рта. Так, для двухдневного телѐнка сила воздействия на соску
составляет 42 - 43 Н, а для месячного возраста - 84 - 87 Н. Вакуумметрическое давление в полости рта соответственно 8 кПа и 30 кПа.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
80
Возрастание силы воздействия на соску связано с укреплением
мышц сосательного аппарата телѐнка, а вакуумметрического давления
– с увеличением объѐма полости рта.
Существенное увеличение силы воздействия теленка на соску
наблюдается в течение первых двадцати дней жизни. Так, если для
двухдневного возраста теленка сила равняется 42 - 43 Н, то для пятидневного – уже 62 Н, то есть увеличивается в 1,5 раза. А вот уже с
возраста 20 дней за пять суток сила воздействия возрастает только в
1,06 раза и изменяется от 78 Н до 83 Н. В возрасте 30 дней сила воздействия составляет 84 Н, то есть в течение 5 суток увеличилась лишь
в 1,01 раза.
2.3.2. Определение силы прижатия клапана дозатора
поплавкового типа
При дозировании корма дозатором поплавкового типа после поступления требуемого объема корма в дозирующую емкость истечение жидкости прекращается, так как отверстие, соединяющее доильное ведро с дозирующей емкостью, закрывается клапаном. При этом
сила прижатия клапана зависит от подъемной силы поплавка.
Осевая составляющая силы прижатия клапана (Рис. 2.21) [92]
Т = Рд ,
(2.67)
где Рд – подъемная сила поплавка, а радиальная составляющая
N=
3Pд .
(2.68)
С учетом условия равновесия
Pn – Gn - P/жк - S шт (pаm – p/) = 0,
(2.69)
где Gn - вес поплавкового узла (поплавка, клапана, штока), Н; P/жк сила давления поступающего жидкого корма на клапан, Н; S шт - площадь поперечного сечения штока, находящаяся под действием атмосферного давления, м2; pаm - атмосферное давление, Па; p/ - абсолютное давление в дозирующей емкости, Па, подъемная сила поплавка
Pn = Gn + P/жк + S шт (pаm – p/).
(2.70)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
81
Рис. 2.21. Схема к определению силы прижатия клапана
Поэтому сила прижатия клапана к посадочной поверхности
2
2
Pкл = [Gn P 'жк Sшт ( pam - p )] { 3[Gn P 'жк Sшт ( pam - p )]} . (2.71)
2.3.3. Определение производительности и потребной
мощности шлангового насоса-дозатора
При дозировании корма шланговым насосом объем жидкости,
подаваемый за один оборот ротора (Рис. 2.22) при работе одного ролика
Vн
0.25πd 02 R 0
к
VП ,
(2.72)
где d0 - внутренний диаметр шланга, м; R0 - радиус положения оси
шланга в корпусе насоса, м; к - угол контакта ролика со шлангом,
рад.; Vп – объем переходной фигуры при деформации шланга, м3.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
82
Рис. 2.22. Схема взаимодействия ролика со шлангом
Для обеспечения непрерывной подачи жидкости насосом контакт
ролика со шлангом должен обеспечиваться при полном обороте ротора. Поэтому число роликов Zp , а производительность насоса
QН
где:
0,25 d 02 R0
p
VФ Z p n ,
(2.73)
p – угол установки роликов, рад.; n – частота вращения ротора
насоса, об/мин.
Перемещение жидкости происходит под воздействием ролика при
деформации шланга. Сила внешнего давления на шланг, оказываемого
роликом [92, 93]
Рр = (Eж + Cш1hш1) Sp ,
(2.74)
где Eж – модуль упругости жидкого корма, Па; Cш1 – коэффициент
объемной жесткости шланга, Па/м3; hш1 – поперечная деформация
шланга, м; Sp – площадь воздействия ролика на шланг, м2.
Так как величина деформации шланга равна его внутреннему
диаметру, то есть hш1 = d 0 , то
Рр = (Eж + Cш1d 0) Sp .
(2.75)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83
Равнодействующую реакцию шланга РR (Рис. 2.22) при его деформации роликом разложим на вертикальную и горизонтальную составляющие. Вертикальная составляющая равнодействующей реакции
шланга равна силе внешнего давления Pp, то есть силе деформации
шланга, а горизонтальная составляющая – силе перекатывания ролика
по шлангу Рr. В установившемся режиме равнодействующая РR проходит через ось О ролика.
Сила внешнего давления на шланг, оказываемая роликом
π d o ro
С ш1 d 0 )
arcsin
1440o
3
Pp
(Еж
R o2
Ro
2
2d 0 r0 d 02
2(R 0 r0 d 0 )
.
(2.76)
r0
Для определения горизонтальной составляющей Рr равнодействующей реакции шланга предположим, что равнодействующая РR
приложена в точке К, которая является центром тяжести половины
эллипса с образующей CN. Тогда
3
Pг
PP tg
E0
c ш1 d 0
1440o
R02
1
tg arcsin
6
R
d 0 r0
R0
2
0
R0
arcsin
2d 0 r0 d 02
2 R0 r0 d 0
2d 0 r0 d 02
2 R0 r0 d 0
2
r0
2
.
(2.77)
r0
Крутящий момент на валу насоса определим из следующего выражения:
Мкр=Рг l ,
(2.78)
где l – радиус вращения оси ролика, м, а потребную мощность на привод вала насоса – из выражения:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
84
Nn = Mкрωo ,
(2.79)
где ωo – угловая скорость вращения ролика насоса, с-1.
С учетом приведенных выражений и затрат энергии на перемещение жидкости (на подъем жидкости, потерь энергии по длине и на
местных сопротивлениях, перепада давления на свободной поверхности жидкости в емкости для корма и доильном ведре), потребная
мощность на привод насоса равна:
3
NП
E0
c ш1 d 0
R
d 0 r0
1440o
pg
2d 0 r0 d 02
2 R0 r0 d 0
R0
2
l
r0
R0 Р
d0
2
2d 0 r0 d 02
2 R0 r0 d 0
r0
1
tg arcsin
6
p ат
R0
arcsin
R02
ghГ
2
0
0
+
2
1
2

n
2
W К ,(2.80)
где g – ускорение свободного падения, м/с2; hг – высота подъема жидкости, м; pq - абсолютное давление в доильном ведре, Па; ρ – плотность корма, кг/ м3; λ – коэффициент гидравлического сопротивления;
ξ1, ξ2 ,…ξn – коэффициент местного сопротивления;
- среднее зна-
чение скорости перемещения жидкости, м/с; Wк – объем жидкого корма, подаваемый насосом в единицу времени, м3/с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
85
Алгоритм расчета основных конструктивно-режимных параметров шлангового насоса-дозатора агрегата доения коров и выпаивания
телят приведен на (Рис. 2.23).
Qн=f(t)
dш1
Да
Нет
dш2
Да
Нет
dш3
Да
Нет
dшn
Да
dc1
Да
d p1
Нет
dc2
Да
Нет
d p2
Нет
dc3
Да
Нет
Да
dcn
Да
Да
Нет
d p3
Да
Нет
d pn
Да
n=f(Qн, dшn, dcn)
N=f(Qн, n, Eш, dшn, dcn)
Рис. 2.23. Алгоритм расчета основных конструктивнорежимных параметров шлангового насоса дозатора выпоечного
устройства:
Qн – подача насоса, м3/c; t - продолжительность дозирования
корма, с; dш1… dшn - диаметр шланга, м; dс1… dсn - диаметр статора
насоса, м; dр1… dрn - диаметр роликов, м; n – частота вращения ротора, 1/c; Eш – модуль упругости шланга, Н/м2.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
86
2.3.4. Определение конструктивно-режимных параметров
выпоечного устройства
Управление потреблением корма животными с учетом физиологических их особенностей осуществляется изменением площади поперечного сечения шланга, соединяющего соску с дозирующей емкостью. Без учета потерь на трение при изменении поперечного сечения
на шланг действует сила внешнего давления хомута с учетом силы
давления атмосферного воздуха на жесткий центр мембраны (Рц) (Рис.
2.24) и на кольцо мембраны (Рк), упругости мембраны (Рм) и шланга
(Рш2), внутреннего давления жидкого корма в шланге (Ржк), тяжести
подвижных частей (РG). Кроме того, в системе действуют силы воздействия животного (Рж), упругости соски (Pс), давления атмосферного воздуха на подвижный рычаг.
Уравнение равновесия сил системы имеет вид
PЦ
PК
PМ
PШ 2
PG
PЖК
PЖ
p Вж S Ж
l1
l2
PС
0,
(2.81)
где p// – абсолютное давление в полости рта животного; Sж – площадь
подвижного рычага, воспринимающая давление животного, и находящаяся под действием атмосферного давления; l1, l2 - плечо приложения силы.
Сила от давления атмосферного воздуха на жесткий центр мембраны
Рц = (πd2/4)∆р,
(2.82)
где d – диаметр жесткого центра, м; ∆р – перепад давлений (вакуумметрическое давление в управляющей камере pв).
Сила от давления атмосферного воздуха на кольцо мембраны [83,
94]
Pк
(D2 d 2 )
p
4
где D – диаметр мембраны.
1
3
d
D
d
D
2d
1
D
d
D
2
,
2
(2.83)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
87
D
PК
PЦ
h
d
PМ
PЖК
PС
PШ2
PЖ
PG
l2
l1
Рис. 2.24. Схема действия сил при взаимодействии животного
с выпоечным устройством
Эластичные мембраны обладают малой жесткостью на изгиб и их
можно считать абсолютно гибкими. С учетом уравнения характеристики абсолютно гибкой мембраны с жестким центром [95]
μ
7
ρ
Ρ
(1
μ) 1
3
ΔπΡ4
Εβ 4
2
1
ρ
Ρ
4
4
ρ
Ρ
2
(3 μ)2 ρ
1 μ Ρ
1
ρ
Ρ
2
η3
β3
2
,
(2.84)
где R – радиус мембраны (R = D/2), м; r – радиус жесткого центра ( r =
d/2), м; E – модуль упругости материала мембраны, Па; b – толщина
мембраны, м; μ – коэффициент Пуассона; h – перемещение жесткого
центра мембраны, м, перепад давлений равен:
Eb 4
7
3
1
r
R
2
r
R
p
R4 1
1
r
R
4
4
1
3
1
r
R
2
r
R
2
h3
.
(2.85)
2 2
b3
С учетом приведенных уравнений, сил упругости мембраны,
шланга и соски [95], силы тяжести подвижных частей, силы внутрен-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
него давления жидкого корма в шланге [92], перепад давлений в
управляющей камере
Сm h
p
(D2 d 2 )
l
( Еж Cш 2 hш 2 ) S x mn g ( Pж pвж S ж ) 1 Cc hc Sc
, (2.86)
4
l2
4
d 2 (D2 d 2 )
1 d
3 D
d
D
2d
1
D
d
D
2
2
где См – коэффициент объемной жесткости мембраны, Н/м3; Сш2 – коэффициент объемной жесткости шланга; hш2 – поперечная деформация
шланга, м; Sx – площадь воздействия деформирующего элемента (хомута) на шланг, м2; mп – масса подвижных частей (мембраны с жестким центром, штока и хомута), кг; pвж – величина вакуумметрического
давления в полости рта животного, Па; Сс – коэффициент объемной
жесткости соски; hc – поперечная деформация соски, м; Sс – площадь
воздействия животного на соску (равна площади контакта соски с
подвижным рычагом), м2.
При этом расход жидкого корма через выпоечное устройство за
одно глотательное движение (необходимый для нормального пищеварения)
qф
где
0
0
S0 2g H
pвж
,
g
(2.87)
– коэффициент расхода; S0 – площадь регулируемого попереч-
ного сечения шланга, м2; H – напор жидкого корма на выходе из отверстия соски, м.
Алгоритм расчета основных конструктивно-режимных параметров выпоечного устройства приведен на Рис. 2.25.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
89
qт=f(Т)
d т1
Да
Нет
d т2
Да
d м2
Да
Нет
Да
Нет
d тn
Да
Нет
Нет
d т3
d м1
Да
d м3
Да
Нет
d мn
Да
Pвак=f(qт, dтn)
Рис. 2.25. Алгоритм расчета основных конструктивно-режимных
параметров выпоечного устройства:
qт – интенсивность потребления корма в зависимости от возраста
теленка, м3/c; T - возраст теленка, сут.; dт1… dтn - диаметр питающей трубки, м; dм1… dмn - диаметр мембраны вакуумной камеры, м;
Eт – модуль упругости питающей трубки, Н/м2.
Исходной величиной для определения конструктивно-режимных
параметров выпоечного устройства является задаваемая интенсивность потребления корма в зависимости от возраста телят.
2.3.5. Определение силы давления моющей жидкости
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
90
После кормления животных проводят мойку соски выпоечного
устройства моечным узлом. Качество мойки поверхности соски зависит от величины силы давления моющей жидкости на поверхность
соски (Рис. 2.26).
Рис. 2.26.Схема к определению силы давления моющей
жидкости на поверхность соски
Для определения силы давления моющей жидкости на поверхность соски определим силу давления жидкости на внутреннюю поверхность моечной воронки. Воспользуемся уравнением изменения
количества движения для рассматриваемой массы моющей жидкости
[95, 96].
Уравнение изменения количества движения для массы жидкости
в отсеке, ограниченном сечениями 1 - 1 и 2 - 2 (Рис. 2.26) в проекциях
на ось О–О, имеет вид:
ρ m Q2 2cos α 2
Q1
1
R Bcos α1 ,
(2.88)
где ρ m - плотность моющей жидкости, кг/м3; Q1, Q2 - расход моющей
жидкости соответственно в сечении 1–1 и 2–2, м3/с; 1 , 2 - средняя
скорость перемещения моющей жидкости соответственно в сечениях
1–1 и 2–2, м/с; RB - сила реакции стенки воронки, равная по величине
силе давления моющей жидкости на стенку воронки, но имеющая
противоположное направление, Н, а на ось, перпендикулярную оси О–
О-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
91
ρ mQ2
С учетом
m Q2 2
2
sinα 2
m Q1 1
R B sinα1 .
(2.89)
, решая совместно (2.88) и (2.89) име-
ем:
RB
ρ m Q1
ρ m Q1
1
1
cosα 2 1
2 1 cosα 2
2
sin 2 α 2
2ρ m Q1 1sin
α2
. (2.90)
2
Так как расход моющей жидкости в сечении 1–1 равен
Q1 ω1 1, где ω1 - площадь струи моющей жидкости в сечении 1-1,
то выражение для определения силы давления моющей жидкости на
поверхность соски имеет вид:
α
(2.91)
P0 2ρ mω1 12sin 2 .
2
2.4. Технико-технологические решения,
повышающие эффективность формирования вымени высокопродуктивных коров
2.4.1. Теория упругих свойств вымени нетелей
Массаж вымени животных является входным сигналом подсистемы выращивания нетелей. Осуществляемый механическим путем, он
вызывает деформацию молочной железы, тем самым стимулируя нейрогуморальную деятельность организма, а также сообщая энергию
непосредственно тканям вымени, что активизирует процессы наращивания его биомассы.
Величина деформации тканей ограничена болевой реакцией организма животного, и от нее зависит количество возможного поступления энергии к железе.
Для выявления закономерности изменения деформации долей
вымени нетелей в процессе массажа, рассмотрим их под воздействием
различных нагрузок - нажатия на долю и растяжения под воздействием вакуума.
2.4.1.1. Теория деформации доли вымени при механическом
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
92
нажатии
Упругость вымени животных должна иметь энтропийный характер, поскольку главные биологические функциональные вещества макромолекулярные [56, 57].
Энтропийный характер означает, что при массаже происходит переход от более вероятного к менее вероятному расположению цепей
макромолекул, к флуктуации энтропии вымени.
Состояние системы
в таком случае определяется выражением:
,
(2.92)
где:
- энтропия вымени; х - деформация вымени при массаже.
Относительная флуктуация пропорциональна изменению энтро-
пии:
.
(2.33)
В большинстве случаев макромолекулы - длинные цепи с несопряженными связями. При деформациях происходят повороты вокруг
единичных осей звеньев макромолекул. В отсутствие деформации
макромолекулы спонтанно сворачиваются в клубок (многими способами), обеспечивая максимум энтропии в состоянии равновесия.
Если макромолекулы состоят из К звеньев длиной L, то вытянутое состояние цепи длиной KL реализуется лишь одним способом, а
свернутое состояние, которому отвечает длина цепи
- многими
способами.
При небольших деформациях относительная флуктуация, как известно, пропорциональна корню квадратному из числа звеньев:
.
(2.94)
Но число звеньев макромолекул, участвующих в деформации,
пропорционально величине деформации, т.е.:
.
(2.95)
Тогда с учетом этого из (2.93) и (2.94) имеем:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
93
.
(2.96)
Внешнее воздействие df, приводящее к изменению энтропии, очевидно прямопропорционально изменению энтропии и величине деформации dx:
,
(2.97)
где
- коэффициент пропорциональности.
Решая данное дифференциальное уравнение, получаем зависимость удельной силы сопротивления вымени деформации от величины деформации:
,
где
(2.98)
- коэффициент пропорциональности, м7/2.
2.4.1.2. Теория деформации долей вымени под воздействием
вакуумметрического давления
Доли вымени представляют собой оболочку из тонкой эластичной
кожи, заполненной паренхимой, которая пронизана кровеносными,
лимфатическими сосудами и нервами [97, 98].
Допустим, что паренхима не оказывает влияния на упругие свойства кожного покрова. В таком случае, долю вымени мы можем рассматривать как оболочку с толщиной стенки h, подвергаемую воздействию давления Р, величина которого будет зависеть от величины
внутривыменного кровяного давления и разрежения в вакуумной воронке (Рис. 2.27):
.
(2.99)
где:
кПа.
вакуум в массажной воронке, кПа;
- давление крови,
Из [34] известно, что форма поверхности долей вымени нетелей
описывается уравнением:
(2.100)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94
где x, y, z – координаты точек поверхности, м; p, q – эмпирические коэффициенты, м.
Рис. 2.27. Схема сил, воздействующих на оболочку.
Причем, ось Y направлена вдоль доли, а начало координат расположено в ее центре.
Допустим, доля вымени представляет собой часть поверхности
вращения. Тогда мы можем рассматривать ее как симметричную оболочку и определять возникающие напряжения в ней по безмоментной
теории [99, 100].
Для этого на поверхности доли вымени (Рис. 2.28) меридиональными и нормальными коническими сечениями выделим элемент со
сторонами ds1 и ds2.
Согласно уравнению Лапласса, мы можем записать:
,
(2.101)
где:
- меридиональное напряжение, Н/м2;
- окружное напряже2
ние, Н/м ;
- радиус кривизны дуги меридиана, м; радиус кривизны нормального сечения, м.
Уравнение меридиана доли вымени, проходящего через начало
координат (Рис. 2.28), согласно уравнению (2.43), имеет вид:
.
(2.102)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
95
Y,мм
Z,мм
X, мм
Рис. 2.28. Схема выделения элемента ds1 и ds2 .
В общем виде радиус кривизны представлен уравнением [101]:
,
(2.103)
где: R - радиус кривизны, м; yо - функция.
Тогда, продифференцировав уравнение (2.102) и подставив в
уравнение (2.103), получим радиус
кривизны дуги меридиана доли вымени (для у=0):
.
(2.104)
Уравнение линии нормального сечения, проходящего через начало координат, вытекающее из уравнения (2.100), имеет вид:
.
(2.105)
Отсюда, радиус кривизны данного нормального сечения будет
равен:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
96
.
(2.106)
где
- радиус кривизны нормального сечения, проходящего через
начало координат, м.
Определим радиус кривизны нормального сечения для любого
значения х. Для этого рассмотрим меридиональное сечение доли вымени.
Очевидно, что для нашего случая расстояние от оси X (Рис. 2.29)
до условной оси симметрии MN является функцией от х и для каждого
конкретного х будет иметь свое значение. Это расстояние складывается с ординаты выбранной точки поверхности и радиуса кривизны параболы при у=0, образованной секущей плоскостью Х=х.
Z
C
E
B
A'
D
X
x
A
Рис. 2.29. К расчету радиуса кривизны сечения.
Из (2.102) для точки N, при х=а, ордината равна:
.
(2.107)
Уравнение параболы в плоскости х=а будет иметь вид:
(2.108)
а радиус ее кривизны г определяется выражением:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
97
.
(2.109)
Из вышеизложенного следует, что расстояние от оси X до оси
симметрии MN, для точки M сечения оболочки, равно:
.
(2.110)
или
.
(2.111)
Для у=0 и любого значения х уравнение (2.111) приобретает вид:
.
(2.112)
Из Рис. 2.29 следует, что:
.
(2.113)
Из подобия треугольников A'CD и ВСЕ определим длину отрезка
CE:
.
(2.114)
Отсюда:
.
(2.115)
где ED - искомый радиус кривизны rt, нормального сечения, м.
Так как отрезок
равен:
.
(2.116)
то отрезок А'С равен:
.
(2.117)
А длину отрезка СВ определим из уравнения:
,
(2.118)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
98
подставив в него значения радиуса
и уравнение (2.112):
.
(2.119)
Подставив в уравнение (2.115) уравнения (2.104), (2.117) и
(2.119), получим радиус кривизны нормального сечения rt для любого
значения х:
.
(2.120)
Тогда, с учетом уравнений (2.114) и (2.120) уравнение (2.101)
приобретает вид:
. (2.121)
Для поверхности, описанной уравнением (2.100) можно составить
еще одно уравнение равновесия, проектируя все силы на ось X оболочки. Для этого отсекаем ее часть плоскостями х = а и z =b (Рис.
2.30).
Z
b
M
a
0
X
Рис. 2.30. Схема сечения оболочки плоскостями.
В сечении плоскости х = а - получим параболу (Рис. 2.31), описываемую уравнением:
.
(2.122)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
99
Z
Sk
Sd
b
-y 1
0
Y
+y 1
Рис. 2.31. К расчету площади сечения оболочки.
Тогда уравнение равновесия будет иметь вид:
,
(2.123)
где: F - равнодействующая внешних сил, H;
тельной к параболе
в точке М (a;
- угол наклона каса- площадь сечения обо-
);
лочки плоскостью x=a, ограниченной по высоте плоскостью z=b, м2;
Площадь сечения Sk равна:
,
(2.124)
где L - длина дуги сечения поверхности по уравнению (2.122) плоскостью х=а и ограниченной по высоте плоскостью z = b, м; h - толщина
оболочки, м.
Из [101] известно, что длина дуги плоской кривой у = f(х) вычисляется по формуле:
,
где
(2.125)
- границы интервала интегрирования (Рис. 2.31), м.
Границы интервала определим из (2.122), приняв, что z=b:
.
(2.126)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
100
Тогда, продифференцировав уравнение (2.122) и подставив результат в равенство (2.125), получим интегральное выражение для
расчета длины дуги L:
(2.127)
Для решения данного уравнения положим, что y/q = t. Отсюда:
dy = qdt.
Тогда получим:
В окончательном виде уравнение (2.127) получим, подставив в
предыдущее равенство значение t:
(2.128)
Подставив полученный результат в уравнение (2.124), определим
искомую площадь сечения оболочки Sk:
(2.129)
Для определения косинуса угла α, составляющего уравнения
(2.123), установим угловой коэффициент касательной к параболе
в точке М (a;
). Его мы получим продифференцировав данное
уравнение и подставив в результат значение ординаты х точки M:
или
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
101
где
.
Исходя из условия, что:
,
получим:
(2.130)
Равнодействующую внешних сил F определим из выражения:
(2.131)
где
- площадь сечения доли вымени плоскостью х=а ,ограниченной
по высоте плоскостью z=b, м .
Из Рис. 2.31 очевидно, что:
,
(2.132)
где:
- площадь сечения, ограниченная параболой по уравнению
(2.122) и плоскостью z=b, м2;
- площадь сечения, ограниченная
плоскостью z = b и интервалом интегрирования (-у1 ...+у1), м2.
Площадь сечения S1 получим интегрируя уравнение (2.122) в интервале от –у1 до +у1:
(2.133)
Очевидно, что площадь сечения S2 равна:
(2.134)
Подставив уравнения (2.76) и (2.77) в равенство (2.75) определим
площадь сечения доли вымени плоскостью х = а:
(2.135)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
102
Отсюда, равнодействующая внешних сил F равна:
(2.136)
С учетом уравнений (2.129), (2.130) и (2.136) уравнение равновесия, описанное формулой (2.134), примет вид:
(2.137)
Решив равенство (2.80) относительно
и заменив а на х, получим уравнение в общем виде для расчета меридионального напряжения для любого х, возникающего в оболочке доли вымени, расположенной в плоскости у = 0:
(2.138)
Уравнение для расчета тангенциального напряжения, возникающего в
оболочке в плоскости у = 0, получим, подставив уравнение (2.138) в
равенство (2.121):
(2.139)
Согласно уравнения (2.102)
. Подставив данное выражение
в равенства (2.138) и (2.139), упростим их:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
103
(2.140)
(2.141)
Так как исследуемая нами поверхность доли вымени, представленная уравнением (2.100), не является поверхностью вращения, то, с
учетом принятых нами допущений, полученные выражения для расчета меридиональных и тангенциальных напряжений в оболочке будут
справедливы только для области доли вымени, максимально приближенной к оси X.
Для получения равенств для расчета меридиональных и тангенциальных напряжений, возникающих в плоскости сечения доли вымени х = 0, проведем аналогичные исследования оболочки.
Уравнение Лапласса, так же как и в предыдущем случае, будет
иметь вид:
,
(2.142)
где:
- меридиональное напряжение, Н/м2;
- окружное напря2
жение, Н/м ;
- радиус кривизны дуги меридиана, м;
- радиус
кривизны нормального сечения, м.
Уравнение меридиана доли вымени, проходящего через начало
координат в плоскости х = 0, согласно уравнению (2.100), имеет вид:
,
(2.143)
Тогда, продифференцировав уравнение (2.143) и подставив в
уравнение (2.103), получим радиус
кривизны дуги меридиана доли вымени (для х=0):
.
(2.144)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
104
Уравнение линии нормального сечения, проходящего через начало координат, вытекающее из уравнения (2.100), имеет вид:
(2.145)
Отсюда, радиус кривизны данного нормального сечения будет
равен:
.
(2.146)
где
- радиус кривизны нормального сечения, проходящего через
начало координат, м.
Рассматривая оболочку доли вымени в плоскости х = 0, по аналогии с вышеизложенным, получим, что уравнение для расчета радиуса
нормального сечения
для любого у будет иметь вид:
.
(2.147)
Тогда с учетом уравнений (2.81447) и (2.147) уравнение (2.142)
приобретает вид:
,
(2.148)
Составив второе уравнение равновесия для сечения доли вымени
плоскостями у = а и z = b, так же как и для случая у = 0, и решив его
относительно
, получим равенство для расчета искомого меридионального напряжения, которое в окончательном виде будет иметь вид:
(2.149)
Зная чему равно меридиональное напряжение
ределим тангенциальное напряжение:
, из (2.148) оп-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
105
(2.150)
Принимая во внимание, что )
, преобразуем равенства
(2.149) и (2.150):
(2.151)
(2.152)
Под воздействием возникающих напряжений происходит растяжение оболочки вымени, в результате чего увеличивается его объем.
Определив удлинение поверхности доли вымени в плоскостях х =
0 и у = 0, мы сможем получить уравнение для расчета прогиба поверхности молочной железы, подвергающейся воздействию внешних
сил.
Определим вначале деформацию оболочки доли в плоскости у = 0
под воздействием меридионального напряжения
. Так как данное
напряжение носит нелинейный характер, то абсолютное удлинение
определим из выражения [99, 100]:
,
(2.153)
где: Е - модуль упругости тканей вымени, Н/м2; - длина образующей
поверхности доли вымени для условия у=0.
Длину
образующей поверхности доли вымени определим из
равенства:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
106
,
(2.154)
где х - границы интервала интегрирования.
Тогда, длина
образующей доли вымени, подверженной внешнему растягивающему воздействию, в плоскости , будет равна:
,
или, с учетом (2.153) и (2.154):
,
(2.155)
В таком случае, используя (2.155), мы можем определить первообразную функцию К(х) образующей поверхности доли вымени длиной . Она будет иметь вид:
(2.156)
Теперь мы можем перейти к определению прогиба
в плоскости у=0 поверхности доли под внешней нагрузкой, который выразится как разность радиусов кривизны r1 и r2 начальной и упругой поверхности:
(2.157)
Для этого по известным формулам из (2.154) и (2.156) определим
r1 и r2, и подставив результат в (2.157), получим:
.
(2.158)
Рассуждая аналогичным способом, получим уравнение для расчета деформации доли вымени sm(y) под воздействием меридионального
напряжения
в плоскости х=0:
.
(2.159)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
107
Здесь f(у) - первообразная функция образующей начальной поверхности доли вымени нетели в плоскости х=0.
Уравнения, характеризующие упругие свойства молочной железы
животных, могут быть использованы при расчете потока энергии, сообщаемой вымени в процессе массажа. Для этого определим увеличение объема долей вымени под воздействием внешней нагрузки. Воспользуемся выражением:
,
(2.160)
где: - объем напряженной доли вымени; - первоначальный объем
доли вымени.
Уравнение образующей напряженной доли вымени в плоскости
х=0 имеет вид:
(2.161)
Тогда, поверхность напряженной доли вымени опишется равенством:
(2.162)
Отсюда, зная уравнения начальной и напряженной поверхностей
доли вымени, по известным [34] уравнениям определим :
(2.163)
Теперь мы можем определить энергию J, сообщаемую вымени в
процессе массажа:
,
или
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
108
(2.164)
Таким образом, нами получены дифференциальные уравнения
для расчета деформаций доли вымени нетелей в плоскостях х=0 и у=0
под воздействием вакуума, а также уравнение для расчета потока
энергии, сообщаемой вымени в процессе массажа, что позволит оптимизировать конструктивные и режимные параметры массажников, а
также прогнозировать рост вымени нетелей и молочную продуктивность первотелок.
2.4.2. Расчет конструктивно-режимных параметров машин
2.4.2.1. Расчет конструктивно-режимных параметров устройства для массажа вымени нетелей
Основываясь на анализе литературы [102], а также результатах
исследований процесса массажа вымени нетелей, можно сделать вывод, что целесообразно развивать следующее направление в создании
массажных устройств – разработка аппаратов, обладающих пневмомеханическим способом воздействия на молочную железу.
Одним из вариантов устройства такого типа является устройство,
которое наряду с механическим раздражением доли вымени оказывает
периодическое воздействие на нее вакуумметрическим давлением
(Рис. 2.32.) [103].
Устройство содержит пневматический пульт управления, обеспечивающий при соответствующей установке рабочих органов семь режимов массажа долей вымени (Рис. 2.33): "А-1" - поглаживание долей
сверху вниз; "А-2" - поглаживание долей снизу вверх; "Б-1" - попеременное нажатие на доли; "Б-2" - нажатие с последующим оттягиванием; "Б-3" - растирание долей при нажатии и оттягивании; "Б-4" - растирание долей при нажатии; "Б-5" - воздействие переменным вакуумом.
Режим "А" работы массажного устройства реализуется при взаимодействии с долями вымени массажных роликов 5 (Рис. 2.32), а режим "Б" - при взаимодействии вакуумных воронок 6 рабочих органов
1,2, 3 и 4. Для этого рабочие органы имеют возможность проворачиваться в П-образных рамках 7 и фиксироваться в необходимом положении.
Фиксация массажного устройства на вымени осуществляется посредством манипулятора 8.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
109
4
3
5
6
7
2
1
8
Рис. 2.32. Устройство для массажа вымени нетелей:
1…4 – рабочий орган; 5 – массажный ролик; 6 – массажная воронка;
7 – рамка; 8 – манипулятор.
Ре ж и м р а б о т ы
А
1
Б
2
1
2
3
4
5
Рис. 2.33. Режимы работы массажного устройства:
«А-1» - поглаживание долей сверху вниз; «А-2» - поглаживание долей
снизу вверх; «Б-1» - попеременное нажатие на доли; «Б-2» - нажатие
с последующим оттягиванием; «Б-3» - растирание долей при нажатии и оттягивании; «Б-4» - растирание долей при нажатии; «Б-5» воздействие переменным вакуумом.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
110
В процессе массажа рабочие органы осуществляют попарное
взаимодействие с долями вымени.
В работах [104, 105, 106] нами рассматривалось взаимодействие
с выменем нетелей устройства для массажа с механическим способом воздействия на доли. При этом установлено, что основным условием работоспособности устройства является удержание егб на
вымени в процессе массажа. Для этого должны выполняться следующие условия:
1. Горизонтальные составляющие сил воздействия рабочих
органов на вымя животного должны пересекаться в одной точке;
2.
Сумма
всех
горизонтальных
составляющих
сил
воздействия рабочих органов на вымя нетелей F . должна
равняться нулю:
.
(2.165)
Из этого вытекает, что для обеспечения устойчивого положения
устройства на вымени нетели его рабочие органы должны располагаться по диагонали, а направления сил воздействия диаметрально
противоположных рабочих органов лежать в одной плоскости (Рис.
2.34).
Fg 4
Fg 3
Fg 1
Fg 2
Рис. 2.34. К условию удержания устройства для массажа вымени
нетелей в горизонтальной плоскости.
Для выполнения массажа вымени нетелей необходимым условием является также обеспечение необходимого усилия прижатия устройства
к вымени (Рис. 2.35):
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
111
Fb 3
Fb 4
Fb 2
Fb 1
Fn
Rb
Рис. 2.35. К условию удержания устройства для массажа вымени
нетелей в вертикальной плоскости.
.
(2.166)
где
- сила прижатия устройства к вымени нетели, Н;
- реакция
вымени, Н;
- вертикальная составляющая силы воздействия соответствующего рабочего органа, H.
Или при попарной работе рабочих органов:
.
(2.167)
Такие же условия работоспособности приемлемы и для устройства с пневмомеханическим способом воздействия на вымя нетелей,
описание конструкции которого изложено в предыдущей главе настоящей работы. Однако, эти условия будут характерны лишь для определенных режимов его работы, сходных с режимом работы механического массажного устройства.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
112
Выражение (2.166) будет справедливо при работе пневмомеханического устройства в режиме "А-1" - поглаживание долей сверху вниз;
"А-2" - поглаживание долей снизу вверх; "Б-1" - попеременное нажатие на доли; "Б-4" - растирание долей при нажатии.
В режиме "Б-2" - нажатие с последующим оттягиванием и в режиме "Б-3" - растирание долей при нажатии и оттягивании, удержание
устройства на вымени возможно под воздействием вакуума в результате присасывания к долям вакуумных воронок рабочих органов. Как
отмечалось ранее, рабочие органы работают попарно в противофазе.
То есть, если одна пара диаметрально противоположных рабочих органов осуществляет нажатие на доли, то вторая пара - воздействует
вакуумом с одновременным их оттягиванием. В таком случае условие
удержания устройства на вымени животного будет иметь вид:
(2.168)
где:
- вертикальная составляющая усилия присасывания, H;
вертикальная составляющая усилия оттягивания, H; - вес подвесной
части устройства, H.
Возможен вариант работы устройства в режиме фиксации рабочих органов на вымени нетелей путем их прижатия к долям посредством манипулятора усилием
, равным:
,
где
(2.169)
- усилие, развиваемое манипулятором, H.
В таком случае будет справедливо неравенство вида:
(2.170)
Очевидно, что выполнение условий работоспособности устройства возможно при определенных его конструктивно -- режимных параметрах.
Для удовлетворения условий работоспособности массажного
пневмомеханического устройства отдельные элементы конструкции
должны иметь определенные параметры, обеспечивающие выполнение операции массажа в заданном режиме.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
113
Рассмотрим вначале рабочий орган устройства. Его силовым элементом, являются спаренные сильфоны 1 и 2 (Рис. 2.36), соединенные
между собой основанием 3. К сильфону 1 посредством устройства
вращения 4 прикреплена массажная воронка 5, а к сильфону 2, посредством шарнирного многократного параллелограмма прикреплены
массажные ролики 6.
5
4
3
6
2
1
Рис. 2.36. Схема рабочего органа массажного устройства:
1 и 2 - сильфоны; 3 - основание; 4 - устройство вращения; 5 - массажная воронка; б - массажные ролики.
Усилие воздействия рабочего органа на долю вымени F можно
представить в виде (Рис. 2.37):
,
(2.171)
где - сила, возникающая в сильфоне под воздействием вакуума, Н;
- сила сопротивления перемещению, Н.
Взаимосвязь между силой, возникающей в сильфоне, и величиной
вакуума осуществяется посредством эффективной площади поперечного сечения сильфона :
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
114
где
,
- вакуум, подаваемый в сильфон, Н/м2,
(2.172)
Fn
Rn
Rv
Fc
Fk
Рис. 2.37. К определению силы нажатия рабочего органа на долю.
При осесимметричной нагрузке сильфона эффективная площадь
сильфона практически постоянна. Поэтому эффективную площадь
сильфона определяем по среднему радиусу Rc:
,
(2.173)
здесь
,
где:
- наружный радиус сильфона, м;
сильфона, м.
Отсюда:
(2.174)
- внутренний радиус
(2.175)
Подставив уравнение (2.175) в равенство (2.172) получим уравнение для определения усилия в сильфоне в общем виде:
(2.176)
Из уравнения (2.171) следует, что на усилие воздействия рабочего
органа на долю вымени оказывает влияние сила сопротивления пере-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
115
мещению сильфонов рабочих органов, которая зависит от их характеристики.
Сильфоны 1 и 2 рабочего органа (Рис. 2.36) соединены последовательно и растянуты на половину своего рабочего хода посредством
тяги. И если в процессе работы один сильфон сжимается, то другой на
эту же величину растягивается, перемещаясь относительно основания.
При условии осесиммѐтричной нагрузки сильфона его характеристика близка к линейной. Поэтому приближенно для одного сильфона
мы можем записать:
(2.177)
где:
- сила сопротивления растяжению сильфона, H; k - жесткость
сильфона, H/м; х - перемещение, м,
Рассматривая силовой элемент рабочего органа в целом, мы можем представить графическую интерпретацию его работы (Рис. 2.38).
Рис. 2.38. К расчету сопротивлению перемещению сильфонов рабочих органов.
Из Рис. 2.38 следует, что сопротивление растяжению сжатого
сильфона можно описать уравнением:
(2.178)
где:
- жесткость сжатого сильфона, H/м;
- перемещение, м.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
116
На Рис. 2.38 его характеристика показана линией 1.
Тогда растянутый сильфон можно характеризовать уравнением:
(2.179)
где:
- жесткость растянутого сильфона, H/м; L - рабочий ход рабочего органа, м.
Очевидно, что сопротивление перемещению рабочих органов будет равно разности сопротивлений растяжению сильфонов:
(2.180)
Подставив в уравнение (2.180) равенства (2.179) и (2.178), получим:
(2.181)
Приняв, что жесткости сильфонов
и
равны, т.е.
,
из уравнения (2.181) получим:
(2.182)
Из (2.182) следует, что при перемещении основания рабочего органа в положение:
,
сильфоны будут находиться в равновесии.
Рассматривая сильфон как набор плоских шайб, соединенных
между собой по наружному и внутреннему контуру, можно представить его расчетную схему, одним из основных показателей которой
является жесткость.
По данным Пономарева С. Д. и Андреевой Л. Е. приближенно
жесткость сильфона при нагружении силой можно представить в виде
[107]:
,
(2.183)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
117
где:
- модуль упругости материала сильфона, H/м2; h - толщина
стенки сильфона, м; п - число гофр;
- коэффициент, зависящий от
параметра относительной глубины гофр.
Подставив равенство (2.183) в (2.182), получим:
,
(2.184)
Таким образом, уравнение (2.171) для расчета усилия, развиваемого рабочим органом, приобретает вид:
(2.185)
Задаваясь исходными данными, определяем искомый параметр
рабочего органа, удовлетворяющий уравнению (2.185).
Как отмечалось, основным условием работоспособности массажного устройства, в режиме воздействия на долю вымени вакуумом с
одновременным оттягиванием, является удержание массажной воронки на вымени.
Так же как и усилие нажатия на долю, усилие оттягивания, развиваемое рабочим органом, определяется уравнением (2.185). Для удержания воронки на доле в присосанном состоянии усилие удержания Fy
должно быть больше усилия оттягивания :
.
(2.186)
Усилие удержания зависит от площади массажной воронки
прикладываемой к доле и величины вакуума:
(2.187)
где
- вакуум в массажной воронке, H/м2.
Если воронка круглая, то:
(2.188)
,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
118
где D - диаметр вакуумной воронки, м.
Суммарное усилие оттягивания устройства с вымени животного
зависит от режима работы манипулятора и определяется уравнениями
(2.168) и (2.170) (Рис. 2.39).
При условии равенства веса подвесной части устройства Рy и усилия, развиваемого манипулятором Рm, из уравнения (2.169) вытекает,
что Рpr=0. В таком случае применимо неравенство (2.170).
Исходя из этого, мы можем записать:
.
(2.189)
Или с учетом уравнений (2.185) и (2.187):
(2.190)
Fb
Fy
Fy
Fg
Fo
Fb
Fg
Pm
Fo
Py
Рис. 2.39. К расчету конструктивно-режимных параметров
устройства.
Преобразовав неравенство (2.190) получим уравнение для расчета
диаметра массажной воронки при Рpr=0:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
119
(2.191)
Если рабочие органы массажного устройства испытывают воздействие подвесной части, то для процесса справедливо выражение
(2.168). Очевидно, что при различных углах установки рабочих органов в массажном устройстве (Рис. 2.39.) вертикальные составляющие
сил их воздействия на доли неравнозначны. В таком случае должно
выполняться неравенство:
,
(2.192)
где:
- сила удержания переднего рабочего органа, H;
- сила
удержания заднего рабочего органа, H;
- сила оттягивания переднего рабочего органа, H;
- сила оттягивания заднего рабочего органа, H; - угол установки переднего рабочего органа; - угол установки заднего рабочего органа.
Переменными параметрами рабочих органов устройства могут
служить размеры сильфонов, массажных воронок, а также их вакуумный режим. Пользуясь неравенством (2.192), с учетом равенств (2.185)
и (2.188), устанавливают взаимосвязь соответствующих параметров
передних и задних рабочих органов, обеспечивающих выполнение
условия работоспособности массажного устройства.
При взаимодействии с долями вымени массирующих роликов 6
существенное значение имеет равномерность распределения массирующего воздействия на доли.
В соответствии с описанием конструкции устройства массирующие ролики установлены в шарнирах многократного параллелограмма.
Усилия массирующего воздействия, возникающие на роликах при
нажатии на доли рабочими органами, определяют следующим образом.
По нашему допущению усилие , определяемое по уравнению
(2.185), равномерно распределяется между массирующими роликами
1, 2, 3 и 4 (Рис. 2.4):
,
(2.193)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
120
- сила нажатия на долю массирующим роликом, H.
Для расчета используют метод виртуальных перемещений, исходя из общего уравнения статистики [108]:
где:
.
(2.194)
Рассмотрим равновесие нашего устройства. Ролики воздействуют
на вымя в вертикальной плоскости силой
, а также в горизонтальной плоскости массирующим усилием перекатывания роликов
по доли
. Опорные ролики 5, б и 7 также оказывают сопротивление складыванию параллелограмма силами
и . На
звенья параллелограмма воздействует также силой
пружина механизма регулировки массирующего усилия.
F1
F2
P2
P1
l
m
F3
F4
P3
P4
P8
P5
P6
P7
Рис. 2.40. К расчету массажных роликов устройства.
Даем виртуальное перемещение
звеньям параллелограмма. Из
(2.194) сумма элементарных работ равна нулю:
(2.195)
где:
- виртуальное перемещение системы по оси У;
- виртуальное перемещение системы по оси X.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
121
Определим виртуальное перемещение соответствующих точек
нашего устройства. Для этого рассмотрим звено второго массажного
ролика (Рис. 2.40). Его проекция на ось
X будет равна:
,
(2.196)
где:
- угол наклона звена; - длина звена, м.
А на ось У –
(2.197)
Тогда, виртуальное перемещение ролика 2 по осям X и У,
, будет равно:
и
(2.198)
Принимая, что параллелограмм устройства симметричен относительно продольной оси, определим виртуальные перемещения остальных точек. Очевидно, что для первого массажного ролика оно будет
равно:
(2.199)
Для третьего массажного ролика:
(2.200)
Для четвертого массажного ролика:
(2.201)
Виртуальные перемещения опорных роликов 5, 6 и соответствуют виртуальным перемещениям второго, третьего и четвертого массажных роликов соответственно.
По аналогии с вышеизложенным, виртуальное перемещение точки крепления пружины к звену параллелограмма равно:
(2.202)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
122
где т - расстояние от точки крепления пружины до шарнира, м.
Подставив в уравнение (2.195) равенства (198...202), с учетом
уравнения (2.193), получим:
(2.203)
или
(2.204)
Исходя из соображения, что массажные ролики должны осуществлять одинаковое давление на доли вымени в горизонтальной плоскости из уравнения (2.40) можно записать:
(2.205)
а
(2.206)
Тогда:
(2.207)
И, соответственно:
(2.208)
(2.209)
В таком случае, должно соблюдаться равенство:
(2.210)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
123
где В2; В3; В4 - ширина второго, третьего и четвертого массирующих
роликов, м.
Из (2.210) следует, что:
(2.211)
или
(2.212)
(2.213)
(2.214)
где К - удельный коэффициент сопротивления перекатывания массирующего ролика по доле вымени, H/м.
Таким образом, полученные уравнения позволяют получить основные конструктивные параметры рабочих органов устройства для
массажа вымени нетелей с пневмомеханическим способом воздействия на доли.
2.5. Технико-технологические решения,
повышающие эффективность машинного доения коров
2.5.1. Разработка устройства для измерения интенсивности
молокоотдачи коров.
Известно, что используемые доильные аппараты обладают недостаточной пропускной способностью. В процессе доения наблюдается
переполнение доильного аппарата на участке доильный стакан - коллектор и коллектор - молокоприемное устройство (доильное ведро или
молокопровод). Это приводит к нестабильности вакуумного режима в
подсосковой камере доильного стакана, следствием чего является
торможение процесса выведения молока из вымени, а также заболеваемость последнего маститом.
Поэтому критерием оценки доильных аппаратов может служить
стабильность вакуума в подсосковой камере доильного стакана или
время истечения молока из подсосковой камеры в коллектор и далее в
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
124
молокосборник при других способах извлечения молока из вымени
коров.
Разработка новых доильных аппаратов, предназначенных для
доения высокопродуктивных коров, требует полного знания динамики
выведения молока из вымени животных. Это необходимо для того,
чтобы выявить максимальную интенсивность молокоотдачи, какая
достигается в процессе доения.
Аналогичные исследования необходимы также при селекционной
работе с животными, определении пригодности коров к машинному
доению, а также установлении физиологичности применяемого доильного оборудования.
В нашей стране и за рубежом известен целый ряд устройств для
контроля скорости молокоотдачи коров, измерителей и счетчиков молока. Однако они не в полной мере выявляют характер процесса выведения молока из вымени, так как большинство из них обладают
дискретными датчиками потока и дают усредненный результат измерений за определенный промежуток времени.
Поэтому устройство для измерения интенсивности молокоотдачи
коров должно быть переносным и отвечать следующим требованиям:
1. Обеспечивать непрерывное измерение и регистрацию потока
молока;
2. Не оказывать влияния на процесс доения коров.
В Белгородском СХИ разработано устройство для непрерывной
регистрации потока молока, схема которого приведена на Рис.
2.41.[109, 110].
Основным элементом данного устройства для измерения интенсивности молокоотдачи коров является поплавок с иглой переменного диаметра по длине, закрывающей сливное отверстие в молокоприемной камере.
Устройство работает следующим образом: поплавок 4 пружиной
9 связан с тензоэлементом 11, который посредством тензоусилителя
10 соединен с самописцем 12. Перемещение поплавка 4, при поступлении молока в поплавковую камеру 5, вызывает изменение натяжения пружины 9, что приводит к изменению усилия воздействия на
тензоэлемент 11, а, значит, к изменению регистрируемого сигнала.
Как следует из приведенного выше описания, работа устройства
заключается в истечении молока через отверстие в дне поплавковой
камеры, дросселируемое иглой.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
125
9
10
11
12
8
13
7
14
6
5
4
15
3
2
1
Рис. 2.41. Устройство для измерения интенсивности молокоотдачи
коров с тензоэлементом:
1 - игла; 2 - щель; 3 - отверстие; 4 - поплавок; 5 -поплавковая камера; б - приемная камера; 7 - патрубок; 8 -перегородка; 9 - пружина; 10 - тензоусилитель; 11 тензоэлемент; 12 - самописец; 13 - патрубок; 14 - трубка; 15 - доильное ведро.
Так как диаметр иглы выполнен переменным по ее длине, поплавок занимает промежуточное положение в поплавковой камере на
расстоянии от дна, зависящем от интенсивности поступления потока
молока. Каждому положению поплавка в поплавковой камере соответствует определенное усилие воздействия пружины на тензоэлемент, а, значит, и определенная точка на ленте самописца. Вследствие
конструктивных особенностей предлагаемого устройства, при расчете
параметров будем рассматривать его рабочий процесс как истечение
жидкости через отверстие в дне при постоянном уровне (Рис. 2.42)
[109, 111]. Этот процесс характеризуется уравнением Д. Бернулли,
имеющем вид [112, 113]:
,
(2.215)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
126
где:
- давление над жидкостью, кПа;
- давление в точке истечения, кПа;
;
- коэффициент Кориолиса;
- скорость подхода
жидкости к отверстию;
- средняя скорость течения в сжатом сечении, м/с;
- коэффициент местного сопротивления; - геометрический напор, м; - ускорение свободного падения, м/с2.
Устройство выполнено таким образом, что давление воздуха в
точке истечения Р и давление воздуха над жидкостью Р равны. Кроме
того, вследствие незначительности скорости перемещения жидкости в
поплавковой камере, скоростным напором можно пренебречь. В таком
случае для расчета можно использовать уравнение расхода жидкости:
,
(2.216)
где: - коэффициент расхода; - площадь отверстия, м2;
- напор
истечения, м.
Задаваясь максимальным расходом жидкости Qmax , аравно максимальной интенсивностью молокоотдачи, которую должен регистрировать прибор, а также высотой подъема уровня жидкости Hmax в поплавковой камере при максимальном расходе (Hmax=H0), из уравнения
(2.216) мы можем определить диаметр сливного отверстия D:
,
(2.217)
P1
V1
P2
V2
Рис. 2.42. Схема рабочего процесса устройства.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
127
Для обеспечения работоспособности устройства диаметр иглы Di
в месте прикрепления к поплавку должен стремиться к диаметру отверстия D0, Рис. 2.43:
.
(2.218)
Диаметр свободного конца иглы должен быть равен нулю. Это
позволит при максимальном подъеме поплавка полностью открыть
сливное отверстие.
В таком случае, пренебрегая погружением поплавка с иглой в
жидкость, мы можем записать, что длина иглы должна быть не более
высоты подъема жидкости Нmax в поплавковой камере:
.
(2.219)
Di
Ho
l
Do
Рис. 2.43. К расчету параметров иглы и сливного отверстия.
На сложность обработки результатов исследований интенсивности молокоотдачи оказывает зависимость между перемещением поплавка в поплавковой камере и расходом жидкости через устройство.
В идеальном случае эта зависимость должна быть линейной.
Из уравнения (2.216) следует, что расход жидкости Q находится в
линейной зависимости от площади сливного отверстия и в степенной
зависимости - от высоты подъема жидкости в поплавковой камере.
Поэтому форма иглы должна иметь такой профиль, который учитывает нелинейную зависимость между расходом жидкости и ее напором
истечения.
В таком случае уравнение (2.216) приобретает вид:
,
(2.220)
где а - коэффициент пропорциональности, равный:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
128
,
(2.221)
Отсюда мы можем записать:
,
(2.222)
где: r - радиус сливного отверстия, м; х - текущее значение радиуса
иглы, м.
При максимальном подъеме поплавка в поплавковой камере соблюдается условие:
(2.223)
a
(2.224)
Тогда из уравнения (2.222), с учетом уравнений (2.223) и (2.224),
получим:
(2.225)
Отсюда:
,
(2.226)
Располагая начало координат О на свободном конце иглы поплавка, Рис. 2.44, имеем:
(2.227)
Решая уравнение (2.226) относительно у, с учетом уравнения
(2.227), имеем:
(2.228)
Отсюда, общее уравнение поверхности иглы устройства имеет
вид:
(2.229)
Таким образом, для обеспечения линейной зависимости между
расходом жидкости через устройство для измерения интенсивности
молокооотдачи коров и перемещением поплавка в поплавковой каме-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
129
ре игла, дросселирующая сливное отверстие, должна иметь поверхность, описываемую уравнением (2.229).
Y
Ho
l
x
y
0
X
Рис. 2.44. К расчету формы поверхности иглы.
2.5.2. Расчет конструктивно-режимных параметров доильного аппарата
Одним из путей предотвращения вредного воздействия высокого
вакуума на сосок вымени коровы, при отсутствии в нем молока как в
начальный период доения, так и при его завершении, а также его колебаний в процессе доения, является использование различных автоматизированных систем, обладающих достаточной пропускной способностью и обеспечивающих изменение вакуумного режима в зависимости от интенсивности молокоотдачи животного, либо своевременное отключение доильного аппарата.
Так как коровы обладают ярко выраженной неравномерностью
развития долей вымени, то целесообразно иметь доильный аппарат,
обеспечивающий изменение вакуумного режима по каждой доле в
отдельности. В Белгородском СХИ был разработан доильный аппарат
такого типа [114, 115, 116].
На Рис. 2.45 приведена его схема.
Для определения некоторых конструктивных параметров доильного аппарата, при которых обеспечивается его работоспособность,
нами были проведены теоретические исследования [117].
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
130
При этом исходили из того, что скорость изменения вакуума в
камере при впуске или откачке из нее воздуха, зависит от глубины
разрежения [83, 112, 118].
Рис. 2.45. Доильный аппарат с управляемым режимом доения по каждой доле:
1 - клапан;, 2, б, 13, 15, 16, 21, 24, 25 - камера; 3 -коллектор; 4 - поплавок; 5, 20, 22, 23, 36 - патрубок; 7 -молоколовушка; 8, 11, 26...28, 34 отверстие; 9 - выступ; 10, 17 - мембрана; 12 - доильный стакан; 14 регулятор вакуума; 18, 31 - щель; 19 - перегородка; 29 - острие; 30 гнездо; 32 - паз; 33, 35 - игла.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
131
Тогда, в нашем случае, скорость изменения вакуума в управляющей камере 4 (Рис. 2.46) регулятора вакуума будет равна:
,
(2.230)
где: h - текущее значение давления в управляющей камере, Па; t время процесса, с;
- атмосферное давление, Па; - скорость откач3
ки воздуха, м /с;
- скорость поступления воздуха, м3/с; - объем
управляющей камеры, м3.
Скорость откачивания воздуха
из управляющей камеры 4 через отверстие 6, прикрытое иглой 2 поплавка 1, находящегося в нижнем положении, равна:
,
(2.231)
где: d1 - приведенный диаметр отверстия, м; l1 - длина отверстия, м;
- давление в вакуумной магистрали, Па; - динамическая вязкость
воздуха, Па∙с.
4
5
3
2
6
1
Рис. 2.46. К расчету конструктивных параметров доильного
аппарата:
1 - поплавок; 2 - игла; 3 - камера переменного вакуума; 4 - управляющая камера; 5 - калиброванное отверстие; 6 - отверстие.
Уравнение скорости поступления воздуха
в управляющую камеру 4 через калиброванное отверстие 5 имеет вид:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
132
,
(2.232)
где: d2 - диаметр калиброванного отверстия, м; l2 - длина калиброванного отверстия, м.
B установившемся стимулирующем режиме при нижнем положении поплавка 1, т.е. при достижении в камере переменного вакуума 3
стимулирующего вакуума Рc, для управляющей камеры 4 будет справедливо равенство:
(2.233)
Расшифровав уравнение (2.233) с учетом коэффициента Пуазейля, получим:
,
(2.234)
где f - коэффициент, учитывающий жесткость мембраны.
Отсюда:
(2.235)
Преобразовав уравнение (2.230), с учетом выражений (2.231),
(2.232) и (2.235), и принтегрировав его в пределах от Рa до h1, получим
расчетное время t включения доильного аппарата в стимулирующий
режим работы:
(2.236)
или
(2.237)
где
.
Задаваясь временем t и давлением , мы можем из уравнения
(2.236) определить приведенный диаметр d1 отверстия 6 для откачки
воздуха из управляющей камеры 4 при нижнем положении поплавка
1:
(2.238)
Размер калиброванного отверстия для впуска воздуха найдем из
уравнения (2.235) с учетом равенства (2.238):
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
133
(2.239)
После начала интенсивной молокоотдачи, поплавок вместе с иглой поднимается вверх, увеличивая проходное сечение щели для откачки воздуха из управляющей камеры.
По аналогии с вышеизложенным, время переключения t доильного аппарата на оптимальный режим доения, при изменении давления в
управляющей камере от Рcf до h2, будет определяться выражением:
(2.240)
или
(2.241)
где: d3 - приведенный диаметр отверстия для откачки воздуха при
верхнем положении поплавка, м;
- номинальное давление доения,
Па;
.
Отсюда, приведенный диаметр отверстия для откачки воздуха
из управляющей камеры при верхнем положении поплавка в номинальном режиме доения должен быть не менее:
(2.242)
Жескость мембраны вносит существенные изменения в фактические значения стимулирующего вакуума Рc. Это связано с тем, что
при перетекании молока из молочного патрубка доильного стакана
через регулятор вакуума в поплавковую камеру коллектора, положение мембраны будет изменяться по высоте в зависимости от интенсивности потока молока и режима работы доильного аппарата.
Движение молока в регуляторе вакуума можно рассматривать
как истечение жидкости через незатопленное отверстие прямоугольной формы. В таком случае, расход молока Q будет определяться из
равенства:
,
(2.243)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
134
где:
- коэффициент расхода молока; а - высота щели, образуемой
перегородкой мембраны, м; b - длина перегородки, равная
, где D диаметр перегородки;
- напор истечения, м; - коэффициент вертикального сжатия струи, определяемый отношением
.
Напор истечения
зависит от динамического и статического
напора
молока в молочной трубке, а также разности давлений
в подсосковой камере доильного стакана и в камере переменного
вакуума регулятора вакуума.
Эта разность не должна превышать 2,5...6,63 кПа.
В таком случае:
,
(2.244)
где п - коэффициент перевода, равный 0,1.
Произведением
в равенстве (2.243) можно пренебречь. Отсюда, мы можем определить высоту щели а:
(2.245)
Однако в положение мембраны относительно дна регулятора вакуума вносит коррективы поступающий в подсосковую камеру доильного стакана через калиброванное отверстие атмосферный воздух.
Уравнение скорости поступления воздуха
в подсосковую камеру через калиброванное отверстие диаметром d4 имеет вид:
(2.246)
Здесь Pd - вакуум доения, равный в стимулирующем режиме Рc, и Рb в режиме доения при интенсивной молокоотдаче; l3 - длина отверстия.
Тогда, скорость отсоса воздуха из камеры переменного вакуума
через щель между перегородкой и дном, будет равна:
(2.247)
где: d5 - приведенный диаметр щели, м; l4 - толщина перегородки, м.
Отсюда, высоту щели а для отсоса воздуха определим из равенства:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
135
(2.248)
Здесь В - диаметр перегородки, м.
Максимальная высота А щели составит:
или
(2.249)
Из (2.249) очевидно, что прогиб ω мембраны, в процессе работы
регулятора, составит:
,
(2.250)
и будет равен:
(2.251)
Мембрана регулятора вакуума подвержена воздействию различных давлений: Рb - со стороны поплавковой камеры; Pd -со стороны камеры переменного вакуума; Рy - со стороны управляющей
камеры.
Так как Pd>Рy, а Рy>Рb, то мембрана в различных участках будет иметь разные направления стрел прогиба (Рис. 2.47).
Py
Py
Pd
Pb
Рис. 2.47. К расчету прогиба мембраны регулятора вакуума.
Поэтому прогиб мембраны w в зоне прикрепления перегородки
будет равен разности прогиба мембраны w под воздействием разности
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
136
давлений в камере переменного вакуума и управляющей камере, и
прогиба w под воздействием разности давлений в управляющей камере и камере постоянного вакуума:
.
(2.252)
Будем рассматривать мембрану как круглую пластинку с двумя
жесткими центрами.
Вначале рассмотрим мембрану в зоне камеры переменного вакуума. В этой зоне мембрана испытывает давление:
.
(2.253)
На основании равновесия и совместности деформации, а также
закона Гука для двухосного напряженного состояния дифференциальное уравнение в общем виде мембраны в области малых перемещений
имеет вид:
.
(2.254)
Здесь
- угол поворота нормали к срединной поверхности; r текущий радиус; D - цилиндрическая жесткость, определяемая выражением:
(2.255)
где: E - модуль упругости; h - толщина мембраны, м.
Поперечная сила F находится из условия равновесия центральной
части пластинки, т.е.:
(2.256)
Откуда:
(2.257)
После двукратного интегрирования равенства (2.254), с учетом
(2.257), находим:
(2.258)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
137
Угол поворота мембраны в месте прикрепления перегородки (при
r=В/2) должен быть равен 0. В таком случае С2 = 0. Тогда, равенство
(2.258) приобретает вид
(2.259)
При условии r = R - наружному диаметру мембраны, то также будет справедливо то, что = 0. В таком случае:
(2.260)
С учетом (2.260) уравнение (2.259) приобретает вид:
(2.261)
Прогиб ω мембраны связан с углом поворота
шением:
нормали соотно(2.262)
Откуда прогиб:
(2.263)
Интегрируя (2.263), с учетом (2.251), получим:
(2.264)
Постоянная С3, как и в предыдущем случае, определится из того
условия, что у заделки (r = R) прогиб = 0:
(2.265)
Тогда, с учетом (2.265), равенство (2.264) примет вид:
(2.266)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
138
Тогда, перемещение
перегородки мембраны, под воздействием разности давлений в зоне камеры переменного вакуума, получим,
подставив в равенство (2.266) значение r = В/2:
(2.267)
Теперь рассмотрим участок мембраны, разделяющий управляющую камеру и камеру постоянного вакуума. В этой зоне мембрана
будет подвержена воздействию давления, равному:
.
(2.268)
Жесткий центр мембраны выполнен диаметром M. В таком случае, по аналогии с вышеизложенным, уравнение прогиба
мембраны, под воздействием давления Р2, будет иметь вид:
(2.269)
Отсюда, фактическое перемещение ω мембраны, согласно уравнению (2.252), будет равно:
(2.270)
Теперь, подставив в уравнение (2.270) равенство (2.251), определяющее величину перемещения перегородки мембраны, при котором
обеспечивается работоспособность регулятора, а также равенства
(2.253) и (2.268), определим необходимое давление Рy в управляющей
камере:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
139
.
(2.271)
Теперь, подставляя равенство (2.271) в уравнения (2.235...2.242),
вместо Рcf, и задаваясь параметрами мембраны, мы можем определить
соответствующие диаметры иглы и отверстий для отсоса и поступления воздуха, при которых обеспечивается заданный режим работы
регулятора вакуума.
Таким образом, полученные уравнения позволяют обосновать основные конструктивно-режимные параметры доильного аппарата,
обеспечивающие его работу в щадящем и номинальном вакуумных
режимах.
Вместе с тем, предотвращение вредного воздействия на молочную железу коровы по завершению ее доения возможно также в случае применения автоматов доения, обеспечивающих снятие доильного
аппарата с вымени.
2.5.3. Разработка конструкции переносного адаптивного
манипулятора доения коров
2.5.3.1. Алгоритм управления и конструкция манипулятора
Разработка конструкции переносного адаптивного манипулятора
доения коров велась согласно требованиям и перспективным направлениям в создании таких устройств, сформировавшимися в результате
системного анализа результатов исследований и известных технических решений [119, 120, 121, 122]. Блок-схема переносного адаптивного манипулятора доения коров и алгоритм его работы, которые были положены в его основу, приведены на рис. 2.48 и рис.2.49. Он состоит из доильного аппарата 1 (Рис. 2.50), тросом 2 связанного с
пневмоцилиндром 3, который посредством скобы 4, (с возможностью
качания) прикреплен к стойке 5, и блока управления 6, который посредством разъема 7 прикреплен к молокопроводу 8 и вакуумпроводу
9 доильной установки АДМ-8 [123, 124].
Блок управления 6 содержит молоколовушку 10 с поплавком (на
схеме не показан), обладающую пороговой интенсивностью потока
молока начала вспытия поплавка – 50 мл/мин, сообщающуюся с молокопроводом 8 и посредством молочной трубки 11 - с молокоприем-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
140
ной камерой 12 коллектора 13, а также снабженный электрогенератором 14 двухполупериодный пульсатор 15, входным патрубком сообщающийся с вакуумпроводом 9, а двумя выходными - посредством
спаренной вакуумной трубки 16 с распределительной камерой 17 коллектора 13 и далее патрубком 18 с камерой управления 19 пневмоклапана 20 и клапанной коробкой 21 регулятора вакуума 22 однокамерного доильного стакана 23.
П ЕР Е Н О С Н О Й А ДА П ТИ В Н Ы Й М А Н И П У Л Я Т О Р Д О Е Н И Я К О Р О В
С А В ТО Н О М Н Ы М И С ТО Ч Н И КО М П И Т А Н И Я
ДОИЛЬНЫЙ АППАРАТ
Доильный
стакан
Доильный
стакан
Доильный
стакан
Доильный
стакан
Пневмоклапан
Пневмоклапан
Пневмоклапан
Пневмоклапан
Датчик
потока молока
Датчик
потока молока
Датчик
потока молока
Датчик
потока молока
Регулятор
вакуума
Регулятор
вакуума
Регулятор
вакуума
Регулятор
вакуума
КОЛЛЕКТОР
СИСТЕМА
СНЯТИЯ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА
ИСТОЧНИК ПНЕВМОИМПУЛЬСОВ
И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Датчик потока молока
системы снятия доильного аппарата
Гидростабилизированный
пульсатор
Элементы пневмоавтоматики
коммутации воздушных потоков
Электрогенератор
Пневмоцилинд снятия
доильного аппарата
Рис. 2.48. Блок-схема переносного адаптивного манипулятора
доения коров с автономным источником питания
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
141
Подключение
Ручная блокировка датчика потока
молока системы управления пневмоцилиндром
снятия доильного аппарата
Доение
Датчик доильного
стакана потока молока
< 50 мл/ мин
Да
33 кПа
Нет
48 кПа
Датчик доильного
стакана потока молока
< 50 мл/ мин
Да
33 кПа
Нет
48 кПа
Датчик доильного
стакана потока молока
< 50 мл/ мин
Да
33 кПа
Нет
48 кПа
Датчик доильного
стакана потока молока
< 50 мл/ мин
Да
33 кПа
Нет
48 кПа
Датчик потока
молока системы управления пневмоцилиндром
снятия доильного аппарата
> 50 мл/ мин
Да
Автоматическое разблокирование
датчика потока молока системы
управления пневмоцилиндром
снятия доильного аппарата
Следящий режим датчика потока
молока системы управления
пневмоцилиндром снятия
доильного аппарата
< 50 мл/ мин
Нет
Визуальный контроль
потока молока
Ручное разблокирование
датчика потока молока системы
управления пневмоцилиндром
снятия доильного аппарата
Автоматическое снятие доильного аппарата
Рис. 2.49. Алгоритм управления переносным адаптивным манипулятором доения коров с автономным источником питания
Электрогенератор 14 электрической цепью через геркон 24, установленный на молоколовушке 10 и управляемый постоянным магнитом, смонтированным в поплавке молоколовушки 10, соединен с электропневмоклапаном 25, включенным в разрыв трубопровода 26, предназначенным для сообщения пневмоцилиндра 3 в открытом положе-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
142
нии с вакуумпроводом 9, а в закрытом – с атмосферой. Для установки
поплавка в стартовое положение молоколовушка 10 снабжена рычагом 27, связанным с поплавком. Трос 2 пневмоцилиндра 3 соединен со
свободным концом рычага 28, соединенного с клапаном 29 отключения доильного аппарата.
Рис. 2.50. Общая схема переносного
адаптивного манипулятора доения коров:
1 – доильный аппарат; 2 – трос; 3 - пневмоцилиндр; 4 –скоба; 5 –
стойка; 6 – блок управления; 7 –разъем: 8 – молокопровод: 9 – вакуумпровод; 10 –молоколовушка; 11- молочная трубка;12 – молокоприемная камера; 13 – коллектор; 14 – электрогенератор; 15 – пульсатор; 16 – трубка; 17 – распределительная камера; 18 – патрубок; 19
– камера управления; 20 – пневмоклапан; 21 – клапанная коробка; 22 –
регулятор вакуума; 23 – стакан; 24 – геркон; 25 –электропневмоклапан; 26 –трубопровод; 27, 28 – рычаг; 29 –клапан.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
143
Рис. 2.51. Схема доильного стакана:
20 – пневмоклапан; 21 – клапанная коробка; 22 – регулятор вакуума;
23 – стакан; 24 – геркон; 25 –электропневмоклапан; 26 –
трубопровод; 27, 28 – рычаг; 29 –клапан; 30 –мембрана; 31 – камера;
32 –клапан; 33 –подсосковая камера; 34 –молоколовушка; 35 – мембрана; 36 – камера; 37 –патрубок; 38 –камера управления; 39 – электроклапан; 40 –переливная трубка; 41 – калиброванная щель; 42 –
поплавок; 43 – магнит; 44 –геркон; 45 – клапан; 46 – трубка; 47 – калиброванная щель.
Пневмоклапан 20 (Рис. 2.51) однокамерного доильного стакана 23
выполнен в виде разделенных гибкой мембраной 30 камеры управления 19 и камеры 31 атмосферного давления. Мембрана 30 соединена с
клапаном 32, предназначенным для перекрытия сообщения между камерой 31 атмосферного давления и подсосковой камерой 33 доильного стакана 23 и обеспечения дозированного поступления атмосферного воздуха в подсосковую камеру 33 в открытом своем положении.
Регулятор вакуума 22 доильного стакана 23 выполнен в виде молоколовушки 34 и разделенных гибкой мембраной 35 молокоотводной камеры 36, патрубком 37 сообщающийся с молокоприемной камерой 12
коллектора 13 , и камеры управления 38 с клапанной коробкой 21 и
электроклапаном 39. В центре молоколовушка 34 содержит соосно и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
144
свободно установленную переливную трубку 40 с выступом в верхней
части и с вырезом в нижней для образования с дном молоколовушки
34 калиброванной щели 41 для истечения молока с определенной интенсивностью, например 50 мл/мин, и коаксиально установленный
поплавок 42 с магнитом 43. Магнит 43 предназначен для взаимодействия с герконом 44, установленным на молоколовушке 34. В центре
мембрана 35 содержит клапан 45, образующий с выпускной трубкой
46 калиброванную щель 47. Причем, для обеспечения работоспособности регулятора вакуума должно выполняться условие (Рис. 2.52):
Dm>Dv,
где Dm - диаметр мембраны 35 регулятора вакуума; Dv – диаметр выпускной трубки 45.
Рис. 2.52. Параметры регулятора вакуума доильного стакана:
22 – регулятор вакуума: 35 – мембрана; 36 – камера; 38 –камера
управления; 46 – трубка. Dm – диаметр мембраны;Dv – диаметр
трубки;Рупр – вакуумметрическое давление в камере управления;Рномноминальное вакуумметрическое давление;Рд- вакуумметрическое
давление доения.
При этом, исходя из условия равновесия и пренебрегая упругими
свойствами мембраны 35 регулятора вакуума 22 (при условии малых
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
145
ее перемещений), для диаметра Dm мембраны 35, при управляющем
вакуумметрическом давлении Рупр в камере управления 38, номинальном вакуумметрическом давлении Рном в молокоотводной камере 36 и
необходимом вакуумметрическом давлении Рд доения коров, диаметр
Dv выпускной трубки 46 равен:
Dv
Dm
Рном
Рупр
Рд
.
(2.272)
Клапанная коробка 21 (Рис. 2.51, 2.53) регулятора вакуума 22 содержит впускной 48 и выпускной 49 клапаны (Рис. 2.53), а также обратный клапан 50, закрываемый электроклапаном 39, электрической
цепью через геркон 44 связанным с электрогенератором 14. Клапаны
ятвзаимодейстор
ной манипул51,
Переносмеханизмами
39, 48, 49 и 50 снабжены пружинными
ия коров– обеспечение
для доенмеханизма
вующими с ними. Особенность пружинного
увеличения, а затем уменьшения до нуля усилия прижатия клапана 39
(48, 49, 50) (Рис. 2.54) по мере его удаления от посадочного гнезда 52 .
А- А
51
21
49
50
18
39
48
Рис. 2.53. Схема клапанного механизма регулятора вакуума:
18 – патрубок; 21 – клапанная коробка; 39 – электроклапан; 48 –
впускной клапан; 49 – выпускной клапан; 50 – обратный клапан; 51 Фиг. 3
пружинный механизм.
.
Это стало возможным в результате того, что пружинный механизм
51 выполнен в виде двух пружин 53 и 54 (Рис. 2.54.), установленных
симметрично и под углом к штоку 55 клапана 39 (48, 49, 50).Этим
достигается более полное открытие клапанов, а значит и увеличение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
146
его пропускной способности, что, в конечном счете, приводит к ускоПереносной манипулятор
рению смены режимов работы доильного аппарата, а значит и к повышению его эффективности. для доения к оров
c
53
55
a
39 (48, 49, 50)_
F1
l
о
x
b
54
52
Рис. 2.54. Схема пружинного механизма:
иг–. гнездо
4
39(48, 49, 50) – клапан;Ф52
клапана; 53, 54 – пружина; 55 –
шток клапана.
Зависимость усилия F1 на клапане 39 от его перемещения x, описывается выражением:
F1
2k ( a 2
l2
a2
(l
x) 2 ) Sinarctg
l
x
a
(2.273)
где: k - коэффициент жесткости пружины, Н/м; a – расстояние от штока 55 клапана 39 до точки b (c) крепления пружины 53 (54), м; l – отклонение пружин 53 и 54 от вертикали в исходном положении, м.
Характер этой зависимости представлен на рис. 2.55.
Приведенное уравнение, а также характеристика, построенная по
примеру, приведенному на Рис. 2.55, предназначены для выбора необходимого режима работы пружинного механизма, а также необходимого предварительного сжатия пружин 53 и 54 на величину x, при котором обеспечивается усилие F1 на клапане 39 (Рис. 2.54), соответствующее заданному давлению его открытия. Переносной манипулятор
работает следующим образом: пневмоцилиндр 3 (Рис. 2.50) манипулятора скобой 4 устанавливают на стойку 5, а его блок управления 6 по-
для доения коров
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
147
средством разъемного соединения 7 соединяют с молокопроводом 8 и
вакуумпроводом 9 доильной установки (на схеме не показана).
F
F1
x
X
Ф иг. 5
Рис.2.55. Графическая зависимость усилия на клапане от его
перемещения:
F1 – усилие на клапане; х – перемещение клапана.
При этом вакуумметрическое давление из вакуумпровода 9 распространяется в двухполупериодный пульсатор 15 и далее уже чередующееся с атмосферным вакуумметрическое давление по спаренной
вакуумной трубке 16 через распределительную камеру 17 и трубку 18
поступает в камеру управления 19 (Рис. 2.51) пневмоклапана 20 и клапанную коробку 21 регулятора вакуума 22 однокамерного стакана 23.
При этом в пневмоклапане 20 мембрана 30, прогнувшись под воздействием разности давлений в сторону камеры управления 19, закрывает
клапан 32, тем самым перекрыв сообщение между камерой 31 атмосферного давления и подсосковой камерой 33 доильного стакана 23, а
в камере управления 38 регулятора вакуума 22, в результате откачки
воздуха через подпружиненный пружинным механизмом 51 с пружинами 53 и 54 (Рис. 2.54) клапан 49 (Рис. 2.53), устанавливается пониженное вакуумметрическое давление (33 кПа). При смене такта в
пульсаторе 15 (Рис. 2.50) атмосферное давление по той же цепочке:
трубка 16, распределительная камера 17, патрубок 18 поступает в камеру управления 19 (Рис. 2.50, 2.51 ) пневмоклапана 20 и клапанную
коробку 21 регулятора вакуума 22.В результате, мембрана 30 выравнивается и освобождает клапан 32, который открывает сообщение
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
148
между камерой 31 атмосферного давления и подсосковой камерой 33
доильного стакана 23, а в камере управления 38 (Рис. 2.51, 2.53) регулятора вакуума 22, за счет впуска атмосферного воздуха через впускной подпружиненный пружинным механизмом 51 с пружинами 53 и
54 (Рис. 2.54) клапан 48 (Рис. 2.52), устанавливается остаточное вакуумметрическое давление (10 кПа). Причем, характеристика пружинного механизма 51 прижатия клапанов подобрана таким образом, что
предварительное значение сжатия пружин x соответствует максимальному значению F1 для этого механизма (Рис. 2.54), тем самым
обеспечив уменьшение усилия по мере открытия клапана, а значит
увеличение его пропускной способности, что обеспечивает сокращение времени смены режимов доильного аппарата. Этим обеспечивается повышение его эффективности.
В процессе работы пульсатора 15 (Рис. 2.50) электрогенератор вырабатывает электроэнергию, подводимую по электрической цепи к
электроклапану 39 регулятора вакуума и к электропневмоклапану 25.
В начальный момент при отсутствии молока в молоколовушке 34
(Рис. 2.50, 2.51) регулятора вакуума 22 доильного стакана 23 поплавок
42 расположен внизу и под воздействием магнитного поля магнита 43
геркон 44 разомкнут. В результате этого электроклапан 39 обесточен и
пружинным механизмом 51 с пружинами 53 и 54 (Рис. 2.53, 2.54)
прижат к посадочному гнезду. Обратный клапан 50 закрыт. При отсутствии молока в молоколовушке 10 ее поплавок также находится в
нижнем положении и под воздействием магнитного поля магнита, установленного в поплавке, геркон 24 разомкнут и электропневмоклапан
25 обесточен. При этом вакуумметрическое давление из вакуумпровода 9 через электропневмоклапан 25 по трубопроводу 26 поступает в
пневмоцилиндр 3, под воздействием которого его поршень втягивает
трос 2, удерживая тем самым доильный аппарат 1 в исходном положении.
Одновременно с этим вакууметрическое давление из молокопровода 8 поступает в молоколовушку 10 и далее по молочной трубке 11
к коллектору 13 доильного аппарата 1. Клапан 29 отключения доильного аппарата при этом закрыт.
Рычагом 27 устанавливают поплавок молоколовушки 10 в стартовое положение. При этом магнит поплавка удаляется от геркона 24 и
он замыкается, включив питание электропневмоклапана 25, который
отключает пневмоцилиндр 3 от вакуумпровода 9 и соединяет его с
атмосферой. В результате трос 2 свободно вытягивают из пневмоци-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
149
линдра 3, освобождая доильный аппарат 2. Затем открывают клапан
29 и вакуумметрическое давление распространяется в молокоприемную камеру 12 коллектора 13 и далее по патрубку 37 в молокоотводную камеру 36 регулятора вакуума 22, откуда по переливной трубке
40 поступает в молоколовушку 34 и через калиброванную щель 47,
образованную установленным в центре мембраны 35 клапаном 45 и
выпускной трубкой 46 – в подсосковую камеру 33 доильного стакана
23. Причем, так как в камере управления 38 регулятора вакуума 22
вакуумметрическое давление ниже, чем в молокоотводной камере 36,
то мембрана 35, прогибаясь вверх, прижимает клапан 45 к выпускной
трубке 46, тем самым затрудняя откачку воздуха из подсосковой камеры 33 доильного стакана 23. В результате в подсосковой камере 33
устанавливается вакуумметрическое давление, зависящее от давления
в камере управления 38 регулятора вакуума 22, изменяющегося в соответствии с переключением пульсатора 15. При этом при подаче в
клапанную коробку 21 регулятора вакуума 22 и камеру управления 19
пневмоклапана 20 атмосферного давления клапан 32 открыт и атмосферный воздух дозированным потоком поступает в подсосковую камеру 33 доильного стакана 23, способствуя установлению в ней пониженного вакуумметрического давления, а также, при наличии, транспортировке молока.
Доильный аппарат 1 устанавливают на вымя коровы и начинают
процесс доения.
В такте сосания молоко поступает в выпускную трубку 46 доильного стакана 23 и через калиброванную щель 47 стекает в молоколовушку 34, откуда через калиброванную щель 41, образованную переливной трубкой 40 с дном молоколовушки 34, поступает в молокоотводную камеру 36 и далее по патрубку 37 в молокоприемную камеру
12 коллектора 13, откуда через открытый клапан 29 по молочной
трубке 11 поступает в молоколовушку 10 и далее в молокопровод 8.
При смене такта в пульсаторе 15 (Рис. 2.50) атмосферное давление по
цепочке: трубка 16, распределительная камера 17, патрубок 18 поступает в камеру управления 19 (Рис. 2.51, 2.52) пневмоклапана 20 и клапанную коробку 21 регулятора вакуума 22. В результате, мембрана 30
выравнивается и освобождает клапан 32, который открывает сообщение между камерой 31 атмосферного давления и подсосковой камерой
33 доильного стакана 23, а в камере управления 38 (Рис. 2.51, 2.53)
регулятора вакуума 22, за счет впуска атмосферного воздуха через
впускной подпружиненный пружинным механизмом 51 с пружинами
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
150
53 и 54 (Рис. 2.54.) клапан 48, устанавливается остаточное вакуумметрическое давление (10 кПа). Снижение вакуумметрического давления
в камере управления 38 приводит к возрастанию усилия прижатия
мембраной 35 клапана 44 к выпускной трубке 46, что при одновременном впуске атмосферного воздуха через клапан 32 приводит к
снижению вакуумметрического давления в подсосковой камере 33
доильного стакана 23 и, за счет впуска воздуха, активизации процесса
транспортировки молока по указанной цепочке в молокопровод 8. При
этом при интенсивности выведения молока из доли вымени не более
50 мл/мин, оно не накапливается в молоколовушке 34 и поплавок 42 с
магнитом 43 сохраняет свое нижнее положение. При этом геркон 44
разомкнут и электроклапан 39 обесточен.
Так осуществляют доение каждой доли вымени коровы в отдельности в щадящем режиме.
При возрастании интенсивности потока молока выше 50 мл/мин,
происходит его накопление в молоколовушке 34, что приводит к
всплытию поплавка 42. В результате удаления магнита поплавка 42
геркон 44 замыкается и подается напряжение от электрогенератора 14
к электроклапану 39, который открывает обратный клапан 50, что
обеспечивает беспрепятственную откачку воздуха из камеры управления 38, минуя клапан 49 и в то же время исключает поступление атмосферного воздуха из клапанной коробки 21 в камеру управления 38,
кроме как через клапан 48. При этом в такте сосания вакуумметрическое давление в камере управления 38 и молокоотводной камере 36
устанавливается одинаковым, что приводит к выравниванию мембраны 35 и, в результате этого, возрастанию вакуумметрического давления в подсосковой камере 33 доильного стакана 23 до номинального
значения. В такте сжатия в камере управления 38, а значит и в подсосковой камере 33 доильного стакана 23, как и при доении в щадящем
режиме, сохраняется остаточное вакуумметрическое давление, обеспечивающее удержание доильного стакана на соске. При существенном увеличении интенсивности потока молока в молоколовушке 34
поплавок 42 всплывает выше своего хода. При этом, взаимодействуя с
выступом переливной трубки 40, поплавок приподнимает ее, тем самым увеличив щель 41, что приводит к увеличению ее пропускной
способности и снижению уровня молока в молоколовушке 34.
Одновременно происходит накопление молока и в молоколовушке
10, поплавок всплывает и освобождает рычаг 27, что приводит к переводу поплавка в следящий режим.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
151
Так проводят доение коровы в номинальном режиме.
При снижении интенсивности потока молока в доильном стакане
23 ниже 50 мл/мин, поплавок 42 опускается и геркон 44 размыкается,
обесточив электроклапан 39, тем самым закрыв обратный клапан 50.
Снова начинается доение в щадящем режиме.
При снижении общего потока молока от всех доильных стаканов
доильного аппарата 1 ниже 50 мл/мин, поплавок с магнитом в молоколовушке 10 опускается вниз, геркон 24 замыкается, подключив тем
самым электропневмоклапан 25 к электрогенератору. При этом вакуумметрическое давление из вакуумпровода 9 через электропневмоклапан 25 по трубопроводу 26 поступает в пневмоцилиндр 3, под воздействием которого его поршень втягивает трос 2, который за свободный конец рычага 28 закрывает клапан 29, отключает доильный аппарат 1 и снимает его с вымени коровы, зафиксировав в исходном положении. Таким образом осуществляют доение коров с управляемым
режимом доения по каждой доле вымени коров в отдельности и снимают доильный аппарат по завершению доения.
2.5.3.2. Теоретическое обоснование конструктивно-режимных
параметров регулятора вакуума доильного стакана
Из приведенного описания конструкции и работы переносного
адаптивного манипулятора доения коров следует, что в подсосковой
камере однокамерного доильного стакана вакуумметрическое давление изменяется как в зависимости от интенсивности потока молока,
так и по мере чередования такта сосания и такта сжатия.
На рис. 2.56 приведена схема регулятора вакуума с указанием
конструктивно-режимных параметров, характеризующих его.
Очевидно, что его работоспособность возможна при условии,
что диаметр Dм гибкой мембраны больше диаметра Dт трубки:
Dм >Dт.
(2.275)
Равновесное состояние мембранно-клапанного механизма данного регулятора вакуума мы можем описать следующим выражением:
Fм = Fк,
(2.276)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
152
где: Fм - усилие, развиваемое на мембране, Н; Fк, - усилие, развиваемое на клапане, Н.
Но усилие, развиваемое на мембране мы можем представить как
разность фактического усилия Fф и усилия деформации мембраны Fд :
3
Dтр
2
4
Рд
5
1
6
7
Рном
Рупр
8
Dц
Dм
Рис. 2.56. К расчету параметров регулятора вакуума:
1 – гибкая мембрана; 2 – жесткий центр мембраны; 3 – подсосковая
камера; 4 – трубка; 5 – клапан; 6 – шток клапана; 7 – молокоотводная камера; 8 – камера управления.
Fм = Fф- Fд
(2.277)
Из [95, 96] следует, что усилие Fм, развиваемое на мембране, мы
можем представить в виде:
Fм
p м1
( Dм2
4
Dс2 )
1
3
1
Dс
Dм
2 Dс
Dм
Dс
Dм
Dс
Dм
2
2
Dc2
.
(2.278)
Здесь: Dм – диаметр мембраны, м; Dc – диаметр жесткого центра мембраны, м; ∆рм1 – разность давлений в молокоотводной камере 7 Рном и
камере управления 8 Рупр1, при котором обеспечивается равновесие
мембранно-клапанного механизма без учета потерь энергии на деформацию мембраны, кПа:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
153
∆рм1 = Рном - Рупр1.
Отсюда:
2 Dс
Dм
4 Fм 1
p м1
( D м2
Dс
Dм
1
3
Dс2 )
Dс
Dм
Dс
Dм
(2.279)
2
. (2.280)
2
Dc2 1
2 Dс
Dм
Dс
Dм
2
Эластичные мембраны обладают малой жесткостью на изгиб, и их
можно считать абсолютно гибкими. С учетом уравнения характеристики абсолютно гибкой мембраны с жестким центром, приведенном
в [95]:
7
μ
3
ΔpR4
E 4
1
2
r
R
(1 μ) 1
r
R
r
R
4
(3 μ)2 r
1 μ R
4
1
r
R
2
b1
2 2
3
,
(2.281)
3
где R – радиус мембраны, м; r – радиус жесткого центра, м; E – модуль упругости материала мембраны, Н/м2; δ – толщина мембраны, м;
μ – коэффициент Пуассона; b1 – перемещение жесткого центра мембраны, м, применительно к нашему случаю мы можем записать:
16E
4
1
7
μ1
3
1
Dc
Dм
2
Dс
Dм
pм2
4
м
D (1
μ1 ) 1
Dс
Dм
4
4
1
(3 μ1 )2
1 μ1
Dс
Dм
2
Dс
Dм
2
a3
. (2.282)
2
3
1
Здесь δ1 – толщина мембраны, м; μ1 – коэффициент Пуассона; а – перемещение жесткого центра, м.
В таком случае мы можем записать, что суммарный перепад давлений на гибкой мембране 1 ∆рм, при котором обеспечивается работоспособность регулятора вакуума, будет равен:
или:
∆рм = ∆рм1 + ∆рм2 ,
(2.283)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
154
2 Dс
Dм
4 Fм 1
pм
( D м2
16E
Dс2 )
4
1
7
μ1
3
Dс
Dм
1
3
Dс
Dм
Dc
Dм
1
4
м
D (1 μ1 ) 1
2
. (2.284)
2
Dc2 1
Dс
Dм
Dс
Dм
2
Dс
Dм
4
4
1
2 Dс
Dм
Dс
Dм
(3 μ1 )2 Dс
1 μ1 Dм
Dс
Dм
2
2
a3
.
2 2
3
1
А усилие Fк, развиваемое на клапане под воздействием разности
давлений Рном и Рд в молокоотводной камере 7 и подсосковой камере
3, можно записать как:
Fк = Sт(Рном – Рд).
(2.285)
где Sт – площадь трубки, м2:
Sт
Dт – диаметр трубки, м,
или:
Fк
Dт2
;
4
Dт2
( Рном
4
(2.286)
Рд ) .
(2.287)
Очевидно, что перемещение клапана а обусловлено интенсивностью потока молока, перетекаемого из подсосковой камеры 3 доильного стакана в молокоотводную камеру 7, а также интенсивностью
откачивания воздуха по этому же пути:
а = а1 + а2 .
(2.288)
Здесь а1 – перемещение клапана, зависящее от интенсивности потока
перетекаемого молока, м; а2 – перемещение клапана, зависящее от интенсивности потока откачиваемого воздуха, м.
Отметим, что кольцевую щель, образуемую клапаном 5 и трубкой
4 будем рассматривать как незатопленное отверстие прямоугольной
формы. В таком случае для описания движение молока через эту щель
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
155
с интенсивностью Q можно воспользоваться известным выражением
[83, 92, 96]:
Q
w 2g (H о
k ),
(2.289)
где: µ- коэффициент расхода жидкости через прямоугольное отверстие; w – площадь поперечного сечения отверстия истечения жидкости, м2; H0 – напор истечения, м; ε – коэффициент вертикального сжатия струи, определяемый соотношением а/Но; k – высота щели истечения жидкости, м; g – ускорение свободного падения, 9.81 м/с2.
В нашем случае площадь поперечного сечения отверстия истечения молока w будет равна:
w = πDт a1.
(2.290)
Напор истечения Н0 молока будет зависеть от динамического и
статического напора в трубке 4. В силу малых скоростей перемещения
молока, динамическим напором можно пренебречь, а статический напор Н0 представим как сумму статического напора Нс молока в трубке
и напора, возникающего под воздействием разности давлений в молокоотводной камере 7 Рном и подсосковой камере 4 Рд:
Но = Нс + (Рном - Рд)/γ,
(2.291)
Здесь γ – удельный вес молока, Н/м3.
Следует заметить, что перепад давлений Рпер между молокоотводной и подсосковой камерой, согласно зоотехническим требованиям [125], не должен превышать 2,5…6,63 кПа.
Отсюда:
Q
Dт а1 2 g[ H c
( Рном
Рд ) /
a1 ] . (2.292)
И теперь, разработав по уравнению (2.292) программу для ЭВМ,
так как уравнения такого типа трудно решаемы аналитическим путем,
мы можем получить частные решения этой задачи для конкретных
конструктивных параметров данного устройства. Например, можно
представить данную зависимость расхода жидкости Q от перемещения
мембраны а1 в виде таблицы значений или в графическом виде с учетом перепада давлений в молокоотводной и подсосковой камере:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
156
Рпер = Рном – Рд .
(2.293)
Для определения перемещения мембраны а2 в связи с необходимостью образования щели для откачки воздуха из подсосковой камеры доильного стакана, воспользуемся известным выражением [83]:
d п4
128 в
Qв
( Рном
Рд ) ,
(2.294)
k
где: Qв – расход воздуха, м3/с; dп – приведенный диаметр отверстия
для расхода воздуха, м; μв - динамическая вязкость воздуха, Па.с.
Приведенный диаметр dп можно представить в следующем виде:
dп = πDтрa2.
(2.295)
Тогда уравнение (2.294) с учетом (2.295) приобретает вид:
5
Qв
4
Dтр
a24
128
в
( Рном
Рд ) ,
(2.296)
k
И теперь, преобразовав выражение (2.296), получим искомое значение а2:
a2
4
5
128 в k Qв
,
4
Dтр
( Рном Рд )
(2.297)
Как следует из описания работы манипулятора, режим работы регулятора вакуума определяется вакуумметрическим давлением Рупр в
камере управления, которое можно представить как:
Рупр = Рном - ∆р,
(2.298)
и которое, с учетом уравнений (2.284), (2.287), (2.288), (2.293) и
(2.297), приобретает вид:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
157
Dт2 ( Рном
Р упр
Рном
( D м2
16E
4
1
7
μ1
3
1
Dc
Dм
Dм4 (1 μ1 ) 1
2
Dс
Dм
1
3
Dс2 )
4
Dс
Dм
Dс
Dм
4
1
2 Dс
Dм
Рд ) 1
Dс
Dм
2
Dc2 1
(3 μ1 )2 Dс
1 μ1
Dм
Dс
Dм
Dс
Dм
2
2
2 Dс
Dм
(2.299)
Dс
Dм
2
3
3
. а
1
4
128 в k Qв
5
4
Dтр
( Рном Рд )
.
Переносной манипулятор
для доения коров
2
2
3
1
dко
Следующий шаг – определение диаметров отверстий впускного
клапана 1, электроклапана 2 и выпускного 3 клапана (Рис. 2.57.) камеры управления регулятора вакуума. В процессе работы регулятора
происходит либо впуск воздуха в такте «Сжатие», либо откачка воздуха в такте «Сосание».
3
dоэ
1
dкв
2
Рис. 2.57. Схема камеры управления регулятора вакуума:
1 – впускной клапан; 2 - электроклапан; 3 - выпускной клапан.
Из [83] известно, скорость изменения вакуума в камере управления можно представить как:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
158
dh
dt
Pa
U oo
.
Vку
(2.300)
Здесь h – текущее давление воздуха в камере управления в абсолютном исчислении, кПа; Uoo – расход воздуха, м3/с; Vку – объем камеры управления, м3.
Очевидно, что объем камеры управления регулятора вакуума –
величина переменная, т.к. при изменении давления в ней деформируется мембрана. Для упрощения расчетов рассмотрим случай, когда Vку
= Const.
При включении режима «Сосание» в камере управления под воздействием абсолютного давления Рном происходит изменение от давления Руд удержания доильного стакана на соске до давления Рупр1
доения в стимулирующем режиме (при интенсивности потока молока
ниже 50 мл/мин), либо от Руд до давления Рупр2 доения в номинальном
режиме (при интенсивности потока молока свыше указанной). При
включении режима «Сжатие» происходит обратное движение воздуха
под воздействием атмосферного давления Ра. При этом значение Руд,
Рупр1 и Рупр2 определяем по уравнению (2.299), задаваясь давлением Рд
в зависимости от режима доильного стакана в текущий момент.
Расход воздуха Uоо через отверстие выпускного клапана 3, сообщающего камеру управления с источником номинального давления
Рном (пульсатором) можно представить в виде:
U oo
d kо4
(h Pном ) ,
128 l k
(2.301)
где: dkо – диаметр отверстия выпускного клапана, м; lk – длина канала,
м.
Тогда, преобразовав уравнение (2.300) с учетом (2.301) и проинтегрировав его в пределах от Рупр1 до Руд, получим расчетное время
tстим включения стимулирующего режима доения:
Р уд
tстим
Pупр1
или
128 lkVку
4
kо a
d P
dh
,
(h Рном )
(2.302)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
159
tстим
128 lкVку
4
kо а
d P
ln
( Руд
Pном )
( Рупр1
Рном )
,
(2.303)
а проинтегрировав в пределах от Рупр2 до Руд, получим расчетное время
tном включения номинального режима доения. При этом следует
учесть, что включение номинального режима доения осуществляется
путем откачки воздуха через отверстие электроклапана диаметром dоэ
и длиной канала lкэ :
128 lкэVку
t ном
4
оэ а
d P
ln
( Р уд
( Р упр 2
Pном )
Рном )
.
(2.304)
И теперь, задаваясь временем процесса включения соответствующего режима, мы можем определить минимально допустимое значение диаметра канала. Так, диметр выпускного клапана 3 должен
быть:
d kо
4
128 lкVку
Pаtстим
ln
( Руд
Pном )
( Рупр1
Рном )
( Р уд
Pном )
,
(2.305)
а диаметр электроклапана 2 –
d оэ
4
128 lкэVку
Pа t ном
ln
( Р упр 2
Рном )
.
(2.306)
В процессе включения режима «Сжатие» доильный стакан переходит в режим удержания на соске. При этом расход воздуха Uво через
отверстие впускного клапана 1, сообщающего камеру управления с
источником атмосферного давления Ра (пульсатором), можно представить в виде:
U вo
d kв4
( Pa
128 l kв
h) ,
(2.307)
где: dkв – диаметр отверстия впускного клапана, м; lkв – длина канала,
м.
Здесь Ра →0
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
160
Тогда, преобразовав уравнение (2.300) с учетом (2.307) и проинтегрировав его в пределах от Рстим до Руд, получим расчетное время tуд1
включения режима удержания со стимулирующего режима доения:
Р уд
t уд1
128 l kвVку
( Pa
ln
Pa Pстим
,
Ра Руд
d Pa
Pстим
dh
4
kв
h)
,
(2.308)
или
t уд1
128 lквVку
4
kв а
d P
(2.309)
а проинтегрировав в пределах от Рном до Руд, получим расчетное время
tуд2 включения режима удержания с номинального режима доения:
Р уд
t уд 2
128 l kвVку
4
kв
d Pa
Pном
dh
Ра
h
,
(2.310)
Ра
Ра
Pном
,
Р уд
(2.311)
или
128 l квVку
t уд 2
4
kв
d Pа
ln
И теперь, задаваясь временем включения режима удержания с
различных режимов доения, определим диаметр отверстия впускного
клапана 1 для обоих случаев:
включение режима удержания со стимулирующего режима
доения:
d kв
128 l квVку
4
Pа t уд1
ln
Pa Pстим
,
Ра Р уд
(2.312)
включение режима удержания с номинального режима доения:
d kв
128 l квVку
4
Pа t уд 2
ln
Ра
Ра
Pном
,
Р уд
(2.313)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
161
Полученные значения диаметров отверстий клапанов используем
при расчете потребной мощности привода электрогенератора, а также
пружинно-клапанного механизма регулятора вакуума. При этом очень
важным является максимальное открытия клапана для обеспечения
заданной скорости движения воздуха. В нашей конструкции прижатие
клапана 1 к посадочному гнезду 2 осуществляется пружинным механизмом, схема которого приведена на Рис. 2.58. Его особенность –
обеспечение уменьшения усилия прижатия клапана 1 по мере его удаления от посадочного гнезда 2. Это стало возможным в результате того, что пружины 3 и 4 установлены симметрично и под углом к штоку
5 клапана 1.
Рассмотрим теорию рабочего процесса пружинного механизма
[100]. Согласно закону деформации упругого тела [100], усилие сжатия (растяжения) пружины находится в линейной зависимости от ее
деформации. Причем крутизна характеристики пружины зависит от ее
коэффициента жесткости с размерностью Н/м. В таком случае для
пружин 3 и 4 мы можем записать:
F2 = kc,
(2.314)
где: F2 - сила сжатия пружины, Н;k - коэффициент жесткости пружины, Н/м; c – сжатие пружины, м.
Рис. 2.58. Схема пружинного механизма прижатия клапана:
1 – клапан; 2 – посадочное гнездо; 3, 4 – пружина; 5 – шток клапана.
Отсюда усилие F1 прижатия клапана 1 к посадочному гнезду 2
можно представить в виде:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
F1
162
2F2 Sin ,
(2.315)
Здесь α – угол отклонения пружин 3 и 4 от вертикали, град.
Из Рис. 2.58. видно, что:
l
(2.316)
arctg ,
a
где : a – расстояние от точки о штока 5 клапана 6 до точки b (c) крепления пружины 3 (4), м; l – отклонение пружин 3 и 4 от вертикали, м.
При воздействии на клапан 1 силой F1 и перемещении его на расстояние x, происходит сжатие пружин. При этом происходит изменение их длины, а также меняется и угол α.
Первоначальная длина пружины ас (ав) равна:
a2
ac
l2 .
(2.317)
А после перемещения точки a крепления пружин вместе со штоком на расстояние х в точку a’, ее длина a’с (a’в) станет равной:
a 'c
a2
x) 2 .
(l
(2.318)
В таком случае сжатие с пружины составит:
c
a2
l2
a2
(l
x) 2 ,
(2.319)
а уравнение (2.3) приобретает вид:
arctg
l
x
a
,
(2.320)
Отсюда, с учетом исходного выражения (2.314), характеризующего упругие свойства пружины, а также промежуточных выкладок
(2.319), (2.320), из равенства (2.315) получим в окончательном виде
выражение, характеризующее зависимость усилия на клапане от его
первоначального положения относительно точек крепления пружин,
их длины, коэффициента жесткости, а также перемещения клапана:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
163
2k ( a 2
F1
l2
a2
l
x) 2 )Sinarctg
(l
x
a
. (2.321)
Из этого уравнения следует, зависимость между перемещением
штока клапана и усилием на нем – нелинейная. Для нахождения экстремума данного уравнения, продифференцируем его:
l x
l x
dF1 d (2k a 2 l 2 Sinarctg
2k a 2 (l x)2 )Sinarctg
)
a
a
2k a
2
2
l Cosarctg
k
a2
x) 2
(l
2k a 2
.Sinarctg
l
x
a
x
l2 .
l
a
3
a2
(l x) 2
x
a
(l
x
a
l
)
2k a
x
2k a
a
d (arctg
2k a 2
a
l
d (arctg
a
l 2 Cosarctg
l
2k a 2
x
..( 2 x 2l ) Sinarctg
l 2 Cosarctg
2k a 2
l
l
x
a
.
a
2
2
l Cosarctg
l
d
x
a
2
(l
x) Cosarctg
1 (
l
x
a
l
x
a
l
x
a
)2
l
d
x
a
.
1 (
l
x
a
)2
1
) k (a 2
x) 2 ) 2 d ( a 2
(l
a2
(l x) 2
3
x) 2 Cosarctg
2k
a2
2
(l
x) 2
x) 2 ) Sinarctg
(l
2k
a
l
x
a
( x l ).
l
2
)
(2.322)
2
.
x
a
x
a
( x l ).
x) 2
(l
l
a3
a
(l
,
x) 2
2k a 2
(l
x) 2 .
a
3
a2
,
(l x) 2
и после преобразований приравняем его нулю:
a 3 (a 2
(l
x) 2 ) a 3 (a 2
l 2 )(a 2
(l
x) 2 )
(l
x) 2 ( a 3
(l
x) 2 )
0, (2.323)
Решив данное уравнение относительно х, мы получим уравнение
для расчета величины перемещения клапана, при котором достигается
максимальное усилие на штоке клапана, развиваемое пружинным ме-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
164
ханизмом, а также сможем построить кривую, характеризующую этот
процесс.
Однако решение уравнения (2.323) в аналитическом виде достаточно затруднительно. Поэтому нами разработана программа для
ЭВМ при помощи которой можно произвести расчет для конкретного
исполнения пружинного механизма и определить как математически,
так и графически экстремум функции.
2.5.3.3. Теоретические исследования рабочего процесса
гидростабилизированного пульсатора
Рассмотрим пульсатор как гидравлическую систему. На рис. 2.59
приведена схема его гидравлического контура.
При подключении к вакуумной магистрали в вакуумной камере 1
создается номинальное вакуумметрическое давление, которое посредством мембраны 3 воздействует на трубку 2, которая, в свою очередь,
деформируя вторую мембрану в камере 4, вытесняет жидкость из камеры 4 в камеру 5 по трубке 2 с калиброванным отверстием 6. Рассмотрим этот процесс более подробно. Для этого условно разделим
гидравлическую систему пульсатора на три части (Рис. 2.59) и выделим потоки жидкости, ограниченные сечениями 1-1 – 2-2; 2-2 – 3-3; 33 – 4-4.
Известно, что движение жидкости описывается уравнением Бернулли [92]. Так как в нашем случае плоскость сравнения О’ – О’ горизонтальна, то для участка I-I – II-II ( Рис. 2.59) можно записать:
2
1
2g
p1
2
2
2g
p2
hwI
II
,
(2.324)
где: α – коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность
распределения скоростей по сечению потока; 1 - скорость движения
жидкости в камере, м/с;
2 - скорость движения жидкости в трубке,
м/с; p1 - давление жидкости в камере, Па; p2 - давление жидкости в
трубке, Па; hwI II - потери напора на участке I-I – II-II, м;
- удель3
ный вес жидкости, Н/м .
Для участка II – III (рис. 2.59) уравнение Бернулли будет иметь
вид:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
165
2
2
p2
2
3
p3
2g
hwII
2g
III
,
(2.325)
где: p3 - давление в жидкости на выходе из трубки, Па;
3
- скорость
жидкости на выходе из трубки, м/с; hwII III - потери напора на участке
II - III, м.
Для участка III – IV (Рис. 2.59) уравнение Бернулли будет иметь
вид:
2
3
p3
2
4
p4
2g
hwIII
2g
IV
.
(2.326)
Здесь р4 – давление жидкости в камере, Па; hwIII-IV – потери напора
на участке III – IV, м.
Подставляя выражения (2.325) и (2.326) в (2.324), получим:
2
1
p1
2
4
p4
2g
hwI
2g
h
II
hwII
III
hwIII
I
(2.327)
Pж1
d3
d4
d2
II
III
о'
d1
о о'
5
III
II
b
4
,
IV
6
Pж2
IV
I
рa
рв
2
1
3
IV
Рис. 2.59. Схема гидравлического контура пульсатора:
1, 4, 5 – камера; 2 – трубка; 3 – мембрана; 6 – калиброванное отверстие.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
166
Известно [92], что общие потери напора равны сумме потерь напора по длине и местных:
hw = hl + hM .
(2.328)
Здесь hl – потери напора по длине трубки, м; hM – местные потери
напора, м.
Величины местных потерь напора hwI-II, hwII-III и hwIII-IV можно определить по формуле [92]:
2
hМ
2g
,
(2.329)
где
- скорость движения жидкости непосредственно вблизи местного сопротивления, м/с; - коэффициент местного сопротивления.
Применительно к вышесказанному, можно записать, что
hMI
где
1
d12
d 22
2
2
II
1
2g
,
(2.330)
2
1 ; ζ1 – коэффициент местного сопротивления – вход
в трубку; hwI-II – местные потери напора на участке I – II, м; 2 - скорость движения жидкости при входе в трубку, м/с; d1 - диаметр мембраны, м; d2 - диаметр трубки, м.
На участке II – III местное сопротивление – калиброванное отверстие диаметром d3:
hMII
где
2
d 22
d 32
2
2
III
2
2g
,
(2.331)
2
1 ; δ2 – коэффициент местного сопротивления – ка-
либрованное отверстие; d 3 - диаметр калиброванного отверстия, м;
hwII-III – местные потери напора на участке II – III, м.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
167
На участке III – IV местное сопротивление – внезапное расширение потока при выходе из трубки в камеру. Оно описывается следующим выражением:
2
2
hMIII
где
3
1
IV
3
,
2g
(2.332)
2
d 22
; δ3 – коэффициент местного сопротивления – вне-
d 12
запное расширение потока; hwIII-IV – местные потери напора на участке
III – IV, м.
Для определения потерь напора по длине трубки воспользуемся
известным уравнением Пуазейля-Гагена [92]:
32
gd 22
hl
2
l,
(2.333)
где
-кинематическая вязкость жидкости, м2/с; l - длина трубки, м;
Подставив выражения (2.330), (2.331), (2.332) и (2.333) в (2.327),
получим:
2
2
2
p1 32
1
2
3
2
1
4
. (2.334)
l
2
2g
2g
2g
gd 22
Но так как
1 →0
p1
и
4 →0,
32
gd 22
то мы можем записать:
1
2l
2
2
2
3
2g
.
(2.335)
Представив выражение (2.335) в виде:
1
2
3
2
2
2g
P1
32 l
gd 22
2
0,
(2.336)
и обозначив:
1
2
2g
3
a;
32 l
gd 22
m;
P1
c;
(2.337)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
168
перепишем уравнение (2.336) как квадратное уравнение:
a
2
2
m
c
2
0,
(2.338)
корни которого находим как:
m2
2a
m
2
Так как скорость
4ac
.
(2.339)
0 , то значим лишь корень:
m2
2a
m
2
4ac
,
(2.340)
или, с учетом (2.336)
32 l
gd 22
32 l
gd 22
2
1
4
2
3
р1
2g
.
(2.341)
2
1
2
3
g
Расход жидкости определяем по выражениям Q
, или Q V ,
t
приравнивая правые части которых, получим:
V,
t
(2.342)
где V - объем перемещаемой жидкости, м3; t - время перемещения
жидкости, с;
- площадь поперечного сечения трубки, м2.
Время перемещения жидкости можно представить также как
t
30 ,
n
где n - частота пульсаций пульсатора, пул/мин.
(2.343)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
169
Подставив (2.343) в (2.342), решаем его относительно n:
30
V
n
.
(2.344)
Так как мембрана 3 (Рис. 2.59) с жестким центром, то объем V
можно рассчитать как объем двух усеченных конусов, то есть
V
2
1
h d12
12
d 22
d1 d 2 ,
(2.345)
где d1 - диаметр мембраны, м; d2 - диаметр трубки (диаметр жесткого
центра мембраны), м.
Высоту конуса h можно найти как половину длины хода трубки,
или
b,
(2.346)
h
2
где b - длина хода трубки, м;
С учетом выражения (2.346) получим:
1
b d12
12
V
d 22
d1 d 2 .
(2.347)
Площадь поперечного сечения трубки
d 22
,
4
(2.348)
Подставив (2.341), (2.346) и (2.347) в (2.344), и решив его относительно p1 с учетом (2.348), получим значение давления жидкости,
обеспечивающем заданную частоту пульсаций пульсатора (заданную
скорость перетекания жидкости) при определенных его конструктивных параметрах:
2g
p1
n b(d12
d 22
d1 d 2 )(
90 d 22 g
(
1
1
)
2
2
3
3
)
32 l
gd 22
2
32 l
gd 22
2
. (2.349)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
170
D
Однако следует заметить, что усилие мембраны 3 (рис. 2.59.) затрачивается не только на создание давления жидкости за счет перемещения посредством трубки 2 второй мембраны, но и на деформацию мембран, для преодоления сил трения в механизме коммутации
воздушных потоков доильного аппарата, а также привод электрогенератора.
Рассмотрим вначале потребную мощность привода электрогенератора. Для этого выполним расчет соленоидного электромагнита,
обеспечивающего управление пневмоклапанами коммутации воздушных цепей системы управления режимом доения доильного аппарата.
В связи с этим нами были выполнены теоретические исследования на
предмет определения потребной мощности элементов питания, необходимой для управления электромагнитами переносного доильного
автомата.
На рис. 2.60 показана схема механического взаимодействия клапана, коммутирующего воздушные потоки и сердечника электромагнита.
Рэ
F
Рис. 2.60. Схема взаимодействия сердечника соленоида
и клапана
Усилие удержания клапана в закрытом состоянии зависит от диаметра D отверстия и вакуумметрического давления Рвак в коммутируемой цепи и определяется выражением:
F
Pвак
D2
.
4
(2.350)
В таком случае усилие электромагнита Рэ должно быть больше
усилия F удержания клапана в закрытом состоянии:
Рэ > F.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
171
Известно, что для соленоидного электромагнита сила определяется по приближенной формуле:
Рэ = Рэ мах f(х),
(2.351)
где Рэ мах – максимальная электромагнитная сила, равная
РЭМАХ
a1b1c1
2
C
F02 S
.
(2.352)
Здесь F0 – удельная МДС катушки, А/м; S - боковая поверхность сердечника, м2; a1 – коэффициент, учитывающий влияние на величину
силы диаметра сердечника dc (м) при условии равенства его длины lc
(м) длине катушки lk , Н/А2:
а1 = 7,85 10 –6(lc /dc – 2,9).
(2.353)
Безразмерные коэффициенты b1, c1 , c , a, определяющие влияние
остальных размеров на величину силы, равны:
b1 = 1,2(lc /lk) – 0,18;
с1 = 0,7[1,29 + (dc /dcp)2,75];
с
а
= dc /4lc;
(2.354)
(2.355)
(2.356)
1 (d ср / 2lк ) 2
d ср / 2lк ,
(2.357)
где dcp – средний диаметр катушки электромагнита, м:
d ср
dн
dв
2
.
(2.358)
Здесь dн – наружный диаметр катушки, м; dв - внутренний диаметр
катушки, м.
Выражение для функции f(х) (где х – глубина погружения подвижного сердечника в катушку, м), обуславливающей знакопеременную характеристику Рэ = f(х), имеет следующий вид:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
172
0,95х
f ( х) k 1 sin
0,95х
k 2 sin 2
l К lС
l К lС
где k1 = 0,91, k2 = 0,25, а коэффициент равный:
= 0,8 (dcp /2lk)2.
, (2.359)
(2.360)
Значение х = ХMAX , соответствующее максимуму силы, равно
Х МАХ
l С l К (0,626
) / 0,95 .
(2.361)
Выбор типа электромагнита и определение его размеров можно
производить в зависимости от величины конструктивного показателя
ПК:
ПК
РЭ /
Н
,
(2.362)
Здесь Н - начальный рабочий зазор , м.
Длину lk цилиндрической бескаркасной катушки при длительном
режиме работы определяют по формуле:
lК
3
FY2
2k ЗМ k Т (
n
ДОП
0
)
.
(2.363)
Здесь и ниже FY – установившееся значение МДС катушки, А;
FY = k3FТР,
(2.364)
где k3 – коэффициент запаса, равный 1,1 2; FТР - МДС трогания, равная:
FТР = kП F ,
(2.365)
kП – коэффициент, учитывающий падение магнитного потенциала в
стали и паразитных зазорах, равный 1,2 … 1,5; F - падение магнитного потенциала в рабочем зазоре;
- удельное электрическое сопро-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
173
тивление провода в нагретом состоянии, Ом м; kЗ.М – коэффициент
заполнения по меди; kТ – коэффициент теплопередачи; ДОП – допустимая температура, 0С; 0 – температура окружающей среды, 0С.
При расчете обмоточных данных используются следующие формулы:
- диаметр d провода, м:
(2.366)
d
4 l СР FY /( U ) ,
где U – напряжение питания обмотки, В; lСР – средняя длина витка, м,
равная:
l СР
d 0 h0 .
(2.367)
Здесь d0 – диаметр обмотки (для бескаркасной катушки d0=dC), м;
h0 – толщина обмотки, м.
- число N витков обмотки:
(2.368)
N 4Q0 k ЗМ / d 2 ,
где Q0 – площадь обмоточного окна, м2; kЗ.М – коэффициент заполнения по меди.
При d > 0,3 10 –3, м (для рядовой обмотки) число витков
N = N1N2,
где число витков N1 в слое при длине окна l0 и диаметре провода с
изоляцией d1 (м) равно:
(2.369)
N 1 0,95 l 0 / d 1 1 ,
- число слоев N2:
(2.370)
N 2 h0 / d 1 .
- площадь Qo обмоточного окна, м2:
Q0 = h0l0 .
(2.371)
- сопротивление r обмотки, Ом:
r
4
lСР N / d 2 .
(2.372)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
174
- мощность, потребляемая катушкой, Вт:
U2 d2 .
4 l cp N
P
(2.373)
Таким образом, мы получили уравнение для расчета потребной
мощности электромагнита, при которой исполнительный механизм
обеспечит коммутацию воздушных магистралей доильного аппарата,
тем самым обеспечив изменение вакуумного режима доения доильного аппарата в зависимости от интенсивности потока молока.
Отсюда потребная мощность привода электрогенератора будет
равна:
U 2 d 2к
,
(2.374)
Pпр
4 lcp N 1 2
где: к – число потребителей электрической энергии; ε1 – коэффициент
полезного действия генератора; ε2 – коэффициент полезного действия
привода.
Теперь мы можем определить параметры пульсатора, при которых он обеспечит сообщение генератору необходимой мощности на
его привод.
Перемещение трубки 2 пульсатора осуществляется на расстояние
b за время t . Отсюда скорость t трубки:
t
Но здесь
b
.
t
30
.
n
t
Отсюда
t
Тогда мы можем записать:
Рпр
nb
.
30
t
Fпр ,
(2.375)
(2.376)
(2.377)
(2.378)
где : Fпр – усилие на трубке, необходимое для привода электрогенератора, Н.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
175
Подставив в уравнение (2.378) равенство (2.377), получим:
Fпр nb
(2.379)
Рпр
.
30
Но здесь
n
,
60
f
(2.380)
где f – частота пульсаций пульсатора, Гц.
Тогда прировняв равенства (2.378) и (2.379) с учетом (2.380):
2 Fпр fb
Pк
1
,
(2.381)
2
определим необходимое усилие на трубке пульсатора для привода
электрогенератора:
Pk
2 fb 1
Fпр
.
(2.382)
2
Теперь рассмотрим более подробно воздействие на мембрану 3
(Рис. 2.59) вакуумметрического давления Рв в камере 1. При этом последнюю можно рассматривать как мембрану с жестким центром. Так
как трубка 2 пульсатора выполнена тонкостенной, то пренебрегая
толщиной ее стенки мы можем записать уравнение, характеризующее
зависимость силы Fx мембраны 3 от давления Рж1 жидкости на кольцо
мембраны [95] со стороны камеры 5 в результате подачи в камеру 1
вакуумметрического давления:
Fx
(d12
d 22 )
4
1
3
p1
1
d2
d1
2d 2
d1
Тогда, подставив (2.382) в (2.383):
d2
d1
d2
d1
2
.
2
(2.383)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
176
(d12
d2
d1
1
3
d 22 )
p1
4
2d 2
d1
1
2
d2
d1
d2
d1
,
Pk
2 fb 1
2
(2.384)
2
и решив уравнение относительно ∆р1 определим необходимое значение перепада давлений в камерах 2 и 5 пульсатора для привода электрогенератора:
2d 2
d1
2 Pk 1
p1
(d12
d 22 ) fb
1
d2
d1
d2
d1
1
3
2
2
d2
d1
2
(2.385)
.
Здесь ∆р1 – перепад давлений (вакуумметрическое давление в вакуумной камере pв), кПа.
Рассматривая мембрану пульсатора как мембрану, обладающую
малой жесткостью на изгиб, как и в предыдущем случае, ее можно
считать абсолютно гибкой. С учетом уравнения характеристики абсолютно гибкой мембраны с жестким центром, [95], перепад давлений
Δрм, необходимый для деформации обеих мембран пульсатора, будет
равен:
32E
4
7
μ
3
pм
d14 (1
1
d2
d1
μ) 1
2
d2
d1
d2
d1
4
4
1
(3 μ)2 d 2
1 μ
d1
d2
d1
2
2
b1
3
, (2.386)
2
3
где E – модуль упругости материала мембраны, Н/м2; δ – толщина
мембраны, м; μ – коэффициент Пуассона; b1 – перемещение жесткого
центра мембраны, м;
И, наконец, из уравнения (2.383), опустив промежуточные преобразования, определяем перепад давлений Δртр, необходимый для преодоления сил Fтр трения в механизме коммутации воздушных потоков
доильного аппарата:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
177
1
4 Fтр
p тр
(d
2
1
2d 2
d1
2
2
d ) 1
3
d2
d1
d2
d1
d2
d1
2
1
4 Рком S к f тр
2
(d
2
1
2d 2
d1
2
2
d ) 1
3
d2
d1
d2
d1
d2
d1
2
, (2.387)
2
где: Рком – коммутируемое вакуумметрическое давление, Па; Sк – площадь ползуна коммутатора, м2; fтр – коэффициент трения.
Отсюда, при условии, что давление Рж1 в камере 5 пульсатора
равно атмосферному давлению, вакуумметрическое давление рв в камере 2, при котором обеспечивается работоспособность пульсатора с
обеспечением привода электрогенератора, описывается следующим
выражением:
(2.388)
рв р1
р1
рм
ртр ,
Или с учетом уравнений (2.349), (2.385), (2.386) и (2.387):
2g
2 fb(d12
d 22
d1 d 2 )(
3d 22 g
pв
(
2 Pk 1
(d12
d 22 ) fb
2d 2
d1
1 2
d2
d1
1
3
d2
d1
2
7
32E
)
2
1
2
3
μ
3
1
d2
d1
2
4 Рком S к f тр
2
1
2
2
d ) 1
3
d2
d1
d2
d1
d2
d1
d2
d1
d2
d1
d (1 μ) 1
2d 2
d1
32 l
gd 22
2
)
4
1
1
2
32 l
gd 22
3
2
d2
d1
(d
1
4
(3 μ)2 d 2
1 μ d1
4
1
d2
d1
2
2
b1
3
2
2
.
(2.389)
2
Данное уравнение устанавливает взаимосвязь между всеми конструктивно-режимными параметрами пульсатора и позволяет задаваясь одними получать другие их значения.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
178
Глава 3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МАШИН
Расчет экономической эффективности применения комплекса
машин можно выполнять путем последовательного расчета эффективности использования технических средств на основе известных
методик [126…131].
3.1. Экономическая эффективность устройства для массажа
вымени нетелей
3.1.1. Годовая экономическая эффективность по приведенным
затратам
Согласно существующим методикам для определения экономической эффективности проверяемого устройства полученные экономические показатели сравниваем с аналогичными показателями базового объекта. При этом следует учитывать, что массажные устройства
монтируют в станках доильной установки типа "Тандем", тем самым
создавая массажную установку, включающую шесть этих устройств.
За базовый объект, в нашем случае, принят ручной массаж вымени нетелей.
Годовой экономический эффект установки определим по приведенным затратам из уравнения:
,
(3.1)
где:
- годовой экономический эффект по приведенным затратам,
руб.;
- годовые приведенные затраты по базовому варианту, руб.;
- годовые приведенные затраты по новому устройству, руб.
Приведенные затраты
расчитываются по формуле:
,
(3.2)
где: И - годовые эксплуатационные расходы, руб.; К1 - капитальные
вложения, руб.; ЕН - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, ЕН = 0,15.
Для расчета сроков окупаемости капитальных вложений воспользуемся уравнением, представляющим собой отношение новых капитальных вложений К2 к годовой экономии эксплуатационных расходов:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
179
,
(3.3)
где: Т - срок окупаемости капитальных вложений, лет; К2 - новые капитальные вложения, руб.
Величина капитальных вложений экспериментальной массажной
установки рассчитывается по формуле:
,
(3.4)
где: Сp - стоимость шести комплектов устройств для массажа вымени
нетелей, руб.; Кj - коэффициент транспортных расходов; Кm - коэффициент монтажных работ.
Число ежедневно массируемых нетелей Nc, при кратности S, равно:
,
(3.5)
где: М - поголовье дойного стада комплекса, гол.; m - процент ввода в
стадо первотелок; L - продолжительность массажа, мес.
Годовой объем работ найдем из уравнения:
,
(3.6)
где Г - число дней в году.
Производительность установки для массажа вымени нетелей определим из соотношения:
,
(3.7)
где: n - число станков, шт.; t - время полного цикла массажа, мин.
Время полного цикла массажа найдем из уравнения:
,
(3.8)
где: tm - время массажа, мин.; tp - время ручных работ, мин.
Число часов работы в сутки одного оператора Тc находим из соотношения суточного объема работы и производительности массажа:
(для ручного)
;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
180
(для установки)
(3.9)
где f - число операторов.
Годовое использование установки для массажа вымени определим из уравнения:
,
(3.10)
где Тг - время использования установки в течение года, ч.
Годовые затраты труда Зг определим как
//
,
(3.11)
где Зс - суточные затраты труда, определяемые из уравнения:
,
(3.12)
Фонд заработной платы определяем по формуле:
.
(3.13)
где
- часовая ставка оператора, руб.
Годовые расходы на текущий ремонт и технические уходы определяется на основании норм отчислений:
(3.14)
где q2 - норма отчислений, q2 = 0,18.
Амортизационные отчисления:
(3.15)
где q3 - норма отчислений, q3 =0,2.
Годовой расход электроэнергии определим из уравнения:
(3.16)
где:
- мощность эл. двигателя, кВт;
- коэффициент использования мощности,
=0,8;
- коэффициент, учитывающий потери электроэнергии,
= 1,03.
Годовая стоимость электроэнергии определяется установочной
мощностью электродвигателя вакуумной установки:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
181
(3.17)
где
- отпускной тариф электроэнергии, руб./кВт.-час.
Расчет экономии труда от внедрения экспериментальной установки для массажа вымени нетелей производим по формуле:
(3.18)
где
- затраты труда на единицу продукции по наименее производительному варианту;
- затраты труда на единицу продукции по
наиболее производительному варианту;
- количество продукции,
полученной при использовании наиболее производительного варианта.
Отсюда, число высвобождаемых рабочих определим, разделив
экономию рабочего времени на годовой фонд среднегодового рабочего (2090 с.):
.
(3.19)
Стоимость продукции определим из выражения:
,
(3.20)
где: СМ - закупочная стоимость молока, руб.; Д - годовое производство
молока, кг.
Годовое производство молока равно:
Д=АМm,
(3.21)
где А - продуктивность животных, кг/год.
3.1.2. Расчет лимитной цены
Использование предложенных устройств для массажа вымени нетелей не требует демонтажа доильного оборудования со станков доильных установок, изменения строительной части доильных залов.
Поэтому для расчета лимитной стоимости установки для массажа вымени нетелей мы можем использовать формулу:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
182
,
(3.22)
где:
- заработная плата с начислениями на выполнение ручного
массажа вымени, руб.;
- годовые эксплуатационные расходы при
использовании массажной установки, руб.; - коэффициент перевода
оптовой цены установки в ее балансовую стоимость, = 1,2;
- доля
отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление установки (при сроке службы 5 лет
= 0,1638).
3.2. Экономическая эффективность доильного аппарата
Экономическая эффективность экспериментального доильного
аппарата складывается из эффективности от снижения ручных затрат
при его использовании и от увеличения продуктивности животных.
3.2.1. Экономическая эффективность доильного аппарата от
снижения ручных затрат
Экономический эффект от снижения ручных затрат при использовании экспериментального доильного аппарата можно определить
по формуле:
, (3.23)
где: Эа - годовой экономический эффект на один аппарат за счет снижения ручных затрат, руб.;
- приведенные затраты на дойку
одной коровы, проводимой с помощью доильного аппарата ДА-2М и
нового доильного аппарата, руб.;
- годовой объем работы (число
доек в год, приходящихся на один экспериментальный аппарат), шт.;
- себестоимость дойки одной коровы, проводимой базовым и
экспериментальным доильным аппаратом;
- нормативный коэффициент капитальных вложений,
=0,15;
- удельные капитальные вложения в производственные фо нды при доении базовым и экспериментальным доильным аппаратом.
Здесь
и
определяются как:
;
,
(3.24)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
183
где:
- время ручных операций, затрачиваемых при доении
базовым и экспериментальным доильным аппаратом, ч.;
- тариф,
р/ч., а
и
- как:
;
(3.25)
где:
- оптовая цена базового аппарата, руб.;
вого аппарата, руб.
- лимитная цена но-
3.2.2. Лимитная цена экспериментального доильного аппарата
Расчет лимитной цены экспериментального доильного аппарата
осуществляется по формуле:
,
(3.26)
где: - коэффициент заменяемости аппарата базового новым при годовом объеме
доек; - удельные эксплуатационные затраты по
базовому доильному аппарату;
- удельные эксплуатационные затраты по новому аппарату без учета отчислений на амортизацию; коэффициент снижения издержек, = 0,8;
- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений,
= 0,125;
- коэффициент амортизационных отчислений,
= 0,14.
Удельные эксплуатационные затраты
определяются как отношение годовых эксплуатационных затрат Иb и годового объема работы GH:
, или
,
(3.27)
где:
- основная и дополнительная зарплата, руб.;
- отчисления
на амортизацию и ремонт, руб. Амортизационные отчисления определяют по равенству:
,
(3.28)
где
- торгово-транспортные расходы, руб.,
а основную и дополнительную заработную плату
равенству:
определяют по
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
184
(3.29)
Удельные эксплуатационные затраты по экспериментальному доильному аппарату ( ) осуществляют по формуле:
,
(3.30)
где:
3.2.3. Экономическая эффективность доильного аппарата от
увеличения продуктивности коров.
Экономический эффект использования экспериментального доильного аппарата от увеличения продуктивности животных рассчитывается по формуле:
,
(3.31)
где:
- годовой экономический эффект на 1 ц произведенного молока, руб./ц.;
- годовой экономический эффект от увеличения продуктивности животных, обслуживаемых одним аппаратом, руб.;
- количество молока, полученного за год от коров, обслуживаемых одним
новым аппаратом, ц.; ,
- стоимость молока по сравниваемым вариантам в закупочных ценах, руб.:
Здесь qb и qH - годовая продуктивность животных при доении базовым
и экспериментальным доильными аппаратами; М - число коров, обслуживаемых одним аппаратом;
- закупочная цена 1 ц молока.
,
- годовые эксплуатационные затраты, руб.;
- нормативный коэффициент эффективности; К1, К2 - капитальные вложения по
сравниваемым вариантам, руб.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
185
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Морозов Н.М. Технологическое и техническое обеспечение производства продукции животноводства //Техника в сельском хозяйстве.
-2003 .- №6, с.3-6.
2. Кормановский Л.П. Стратегия машинно-технологического обеспечения отрасли молочного животноводства до 2010 года //Научнотехнические проблемы механизации и автоматизации животноводства
“Перспективные технологии и технические средства для животноводства: проблемы эффективности и ресурсосбережения“. Подольск,
2003.Т.12, ч.1, с.43-54.
3. Гайдук В.И., Вороков С.С. Повышение конкурентоспособности
производства продукции животноводства //Механизация и электрификация сельского хозяйства.- 2004.-№1, с.14-15.
4. Ревякин Е.Л. Материально-техническая база животноводства: состояние, проблемы, пути развития //Научно-технические проблемы
механизации и автоматизации животноводства «Перспективные технологии и технические средства для животноводства: проблемы эффективности и ресурсосбережения» Подольск, 2003.Т.12,ч.1, с.8-18.
5. Макаровская З.В. Технологические основы повышения эффективности работы доильных аппаратов. Автореф. дис. д.т.н. – Оренбург,
2004.- 36 с.
6. Назин Е.И. Состояние и основные направления развития инженерно-технической базы животноводства //Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства «Перспективные технологии и технические средства для животноводства: проблемы эффективности и ресурсосбережения». Подольск,2003.Т.12,ч.1,
с.3-7.
7. Морозов Н.М. Проблемы ресурсосбережения и эффективности
производства продукции животноводства //Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства “Перспективные технологии и технические средства для животноводства: проблемы эффективности и ресурсосбережения “. Подольск,2003.Т.12,ч.1, с.
19-34.
8. Касмалиев М. Санитарно - гигиенические и технологические режимы выращивания телят в раннем возрасте //Животноводство Киргизии в условиях интенсификации. Тр. Кирг. НИИЖ, Фрунзе, 1987, вып.
39, с. 74 - 82.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
186
9. Корнейко А.А., Ужик В.Ф., Скляров А.И., Жаворонко Н.А., Ужик
О.В. Функционирование животного в гибком производственном процессе //Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения /Материалы VIII международной научно-производственной конференции. – Механизация. - Белгород, 2004,
с.116.
10. Ужик В.Ф, Корнейко А.А., Скляров А.И., Жаворонко Н.А., Ужик
О.В. Оценка процесса выращивания животных по базисным критериям //Конструирование, использование и надежность машин с/х назначения. Сб. научн. работ. Брянск: Издательство Брянской ГСХА, 2004,
с.85-88.
11. Ужик В.Ф, Корнейко А.А., Скляров А.И., Жаворонко Н.А. Моделирование выращивания животных //Техника в сел. хоз-ве. -2004. –
N1. - С. 34- 35.
12. Ужик В.Ф, Корнейко А.А., Скляров А.И., Ужик О.В. Повышение
эффективности процесса выращивания животных //Механизация и
электрификация сел. хоз-ва. -2004. - N.6. - С. 18-19.
13. Ужик В.Ф, Корнейко А.А., Скляров А.И., Жаворонко Н.А., Ужик
О.В. Гибкий процесс выращивания телят /Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения
//Материалы VIII международной научно-производственной конференции. – Механизация. - Белгород, 2004, с.115.
14. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Совмещение выпойки телят и доения коров // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -2004. - N.5. - С. 15-16.//
15. Ожигов В.П. Совершенствование биотехнических систем в животноводстве. Диссертация в виде научного доклада докт. техн. наук. Новосибирск, 1997. - 42 с.
16. Парин В. В., Баевский Р.М. Введение в медицинскую кибернетику. - М.: Изд-во "Медицина"; Прага (ЧССР). 1966. - 300 с.
17. Булавин С. А. Системы и оборудование для выращивания
телят. Учебное пособие.. - Белгород, 1991. - 198 с.
18. Скляревич A. E , Скляревич Ф. К. Вероятностные модели
объектов с возможными изменениями. - Рига: "Зинатне", 1989.
- 366 с.
19. Поляк Б. Т. Введение в оптимизацию. - М.: ."Наука",1983. - 384 с.
20. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее
инженерные приложения. - М.: "Наука", 1988. - 480 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
187
21. Корнейко А.А.Модели технических подпроцессов выращивания
телят/ Механизация и электрификация сельского хозяйства.- 2003.№2, с.16-18.
22. Корнейко А.А., Булавин С.А., Ужик В.Ф., Скляров А.И., Жаворонко Н.А. Разработка моделей процесса выращивания телят /Вестник
Харьковского государственного технического университета сельского
хозяйства. Выпуск 20 «Механизация сельскохозяйственного производства». Харьков, 2003,- с. 455-460.
23. Булавин С.А., Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И. Основы
технического обеспечения выращивания телят. /Техника в сельском
хозяйстве.- 2003.-№2, с.53-54
24. Алиев А.А. Обмен веществ у жвачных животных.– М., 1997.-419с.
25. Азимов Г.И. и др. Физиология сельскохозяйственных животных. –
М., 1954. – 544с.
26. Курилов Н.В., Кроткова А.П. Физиология и биохимия пищеварения жвачных. – М., 1971. – 432 с.
27. Свечин Н.Б. Индивидуальное развитие сельскохозяйственных животных. - К.: Урожай, 1976. – 228 с.
28. Булавин С.А., Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И. Основы
технического обеспечения выращивания телят. /Техника в сельском
хозяйстве.- 2003.-№2, с.53-54.
29. Георгиевский В.И. Физиология сельскохозяйственных животных.
- М.: Агропромиздат, 1990. - 511 с.
30. Бондаренко Г. К вопросу сохранности новорожденных телят. Молочное и мясное скотоводство, 1993, № 4, с. 23 - 24.
31. Кузнецов А.Ф. Гигиена кормления сельскохозяйственных животных. – Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. – 160 с.
32. Семериков Н.С., Крючин Г.М. Влияние способов и кратности выпойки молока телятам профилакторного периода на их рост и развитие. - Труды Урал. НИИСХ, 1988, т. 51, с. 32 - 36.
33. Карташов Л.П., Соловьев С.А. Повышение надежности системы
человек-машина-животное. Екатеринбург: УрОРАН, 2000. – 275 с.
34. Ужик В.Ф. Механизация выращивания высокопродуктивных коров: Уч. пособие. Белгород, 1993. - 200 с.
35. Азимов Г. И. Как образуется молоко. - М.: Колос, 1965.
36. Барышников И. А. Регуляция процессов молокообразования
и молоковыведения. Известия АН СССР. Серия биологическая,
1959, N. 4.
37. Грачев И. И. Рефлекторная регуляция лактации. - М.: МГУ, 1964.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
188
38. Келпис Э. А. Научные основы создания доильных установок для
ферм промышленного типа. Автореф. дисс. на соиск уч.
степ. докт. тех. наук. - Елгава: Латвийская CXА, 1973.
39. Кокорина Э. П. и др. Методические рекомендации по физиологической оценке доильных аппаратов. -Л. :ВНИИРГЖ, ВАСХНИЛ,
1973.
40. Куликов Л.В. Физиологические основы доения коров.
М.: Россельхозиздат, 1969.
41. Тверской Г.Б. Регуляция секреции молока. - Л: Наука, 1972.
42. Эспе Д. Секреция молока. - М.: Издательство иностранной литературы, 1950.
43. Сысоев А. А. Физиология сельскохозяйственных животных.
44. Всяких А.С. Технология и организация выращивания
высокопродуктивных коров для молочных комплексов. - Тр. ВНИИМЖ. Вопросы механизации, технологии и строительства в животноводстве. Том 6, Подольск, 1975. С. 1-7.
45. Всяких А.С. Методы выращивания и отбора коров для молочных
комплексов
//Повышение
эффективности
промышленного
животноводства. Сб. науч. трудов, М.: Агропромиздат, 1985. С. 30-38.
46. Всяких А.С. Эффективность массажа вымени нетелей //Молочное
и мясное скотоводство. 1987» N3. с 52-56.
47. Голиков А.Е., Фомина В.Д., Биволарски Б.Л. Кетиладзе В.Ф. О
механизме действия пневмомассажа вымени, //Физиология продуктивных животных - решению продовольственной программы СССР.
Материалы Всесоюзной конференции. Ч. 1, Таллин, 1990 с. 20-21.
48. Жужа С.В. и др. Эффективность пневмомассажа вымени нетелей
при подготовке их лактации. - Животноводство, 1983. N6.
49. Жужа С.В., Листунов А.Д., Любимов Е.И. Пневмомеханический
массаж вымени нетелей //Животноводство. 1987, N8. С. 40-43.
50. Жужа С.В. , Любимов Е.И. Пневмомассаж вымени нетелей при
подготовке их к лактации //Рекомендации Госагропрома СССР по
внедрению достижений науки и практики в производство. 1987. Выт
12. С. 60-63.
51. Карыбаев Д.К , Тулебаев Б. , Платунова В.И. Адаптация нетелей к
использованию в условиях промышленной технологии /Вестник с.-х.
науки Казахстана. N6. С. 69-71.
52. Коломиец В.Г. Тимошенко В.Н. Развитие морфологических и
функциональных свойств вымени нетелей посредством направленного
массажа //Физиология продуктивных животных -решению продоволь-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
189
ственной программы СССР. Материалы Всесоюзной конференции. Ч.
1. Таллинн, 1990. С. 169-170.
53. Мастаков Ю.Ф., Пашкевич Г.В. Эффективность массажа молочной железы нетелей в условиях промышленного комплекса //Сб. научных трудов Северо-Западного НИИСХ /Промышленная технология
производства молока в Северных районах. Ленинград, 1988. С. 71-77.
54. Пейнович М.Л. Новое в физиологии лактации и доения. Новосибирск: Западно-Сибирское книжное издательство, 1966.
55. Орлов А. Ф. Рефлекторные влияния с молочной железы на
гипоталамо-эндокринную систему. Дис. на соиск. ученой степ,
докт. биол. наук. - Л.: Ленинградский СХИ, 1970.
56. Brooks L.A. Proper vakuum-neyto good milking Elektr. Farm", 37,
N.1, 1964.
57. Волькенштейн М.В. Биофизика. -M.: "Наука", 1981. -575 с.
58. Мэрион Дж.Б. Общая физика с биологическими примерами. - Е:
"Высшая школа", 1986. - 623 с.
59. Драганов Б.X. и др. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве.- М.: ВО "Агропромиздат", 1990 .- 463 с. : 19000 экз.
60. Диксон М. , Уэбб Э. Ферменты. - М.: Мир, 1982. – 22 см. Т.1-3.
61. Жерновой И.П., Дацишин А.В. О соблюдении требований системы «человек – машина – среда – животное» при создании машин для
животноводства. – Исследование и конструкция машин для животноводства и кормопроизводства, ВНИИживмаш, 1985, с.99-101.
62. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Боксы
для коров с новорожденными телятами //Сельский механизатор. -2004.
– №6. - С. 29.
63. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Оборудование для содержания коров с новорожденными телятами
//Молочное и мясное скотоводство.-2004. – №5. - С.33-34
64. Ужик В.Ф., Скляров А.И. Агрегаты индивидуального доения коров //Учебное пособие. Изд.-во Белгородской ГСХА. Белгород, 1996.72 с.
65. Скляров А.И. Разработка и обоснование конструктивнорежимных параметров агрегата индивидуального доения коров со
шланговым вакуумным насосом //Диссертация на соиск. канд. техн.
наук. Белгород,1996. – 205 с.
66. Скляров А.И. Разработка и обоснование конструктивнорежимных параметров агрегата индивидуального доения коров со
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
190
шланговым вакуумным насосом //Автореферат диссертации на соиск…канд.техн.наук. Оренбург, 1996. – 20 с.
67. Пономарев А.Ф., Ужик В.Ф., Скляров А.И., Борозенцев В.И. Агрегат индивидуального доения коров для крестьянских подворий
//Тезисы докладов 1 международной научно-производственной конференции "Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения. Растениеводство, механизация и
экономика. Белгород, 1997, с.96-97.
68. Пат. 2096950 РФ. Агрегат для дойки коров //Ужик В.Ф, Скляров
А.И. МКИ А01J 5/04. N.95112069/13 Заявлено 12.07.95; Опубл.
27.11.97, Бюл. N.33; Приоритет 12.07.95. -8 с.: ил.
69. Пономарев А.Ф., Ужик В.Ф., Скляров А.И., Борозенцев В.И.,
Корнейко А.А., Алейник С.Н. Агрегат индивидуального доения коров
со шланговым вакуумным насосом //(Теория и расчет). Белгород, 1998
г. – 28 с.; ил.
70. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Универсальный агрегат //Сельский механизатор. -2003. - N.12. - С. 24.
71. Скляров А.И. Доильный аппарат //Инф. листок № 07-015-03, Серия Р 68.85.39 ЦНТИ.- Белгород,2003, 3с.
72. Скляров А.И., Совершенствование доильного аппарата с управляемым режимом доения //Механизация и электрификация сел. хоз-ва.
-2004. - N.2. - С. 10-11.
73. Корнейко А.А., Скляров А.И., Кашун О.В. Установка для выпаивания телят //Сельский механизатор. - 2004. - №1, с.23.
74. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Совмещение выпойки телят и доения коров //Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -2004. - N.5. - С. 15-16.
75. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Обоснование параметров выпоечного устройства для телят //Техника в сел.
хоз-ве. -2003. - N.4. - С. 16- 18. Библиогр.: с. 18 (5 назв.).
76. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Совершенствование выпоечного устройства для новорожденных телят
//Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -2003. - N.8. - С. 10 - 11.
Библиогр.: с. 11 (4 назв.).
77. Ужик В.Ф., Скляров А.И., Борозенцев В.И., Ульянцев Ю.Н. Создание мобильного агрегата с манипулятором доения для личных и
фермерских хозяйств //Научно-технические проблемы механизации и
автоматизации животноводства. Перспективные технологии и технические средства для животноводства: проблемы эффективности и ре-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
191
сурсосбережения. /Сб. Науч. Тр. ВНИИМЖ. Том 12, ч.2. Подольск,
2003г., с. 71-75.
78. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И. Алейник С.Н., Жаворонко Н.А. Механизация выпойки новорожденных телят //Научнотехнические проблемы механизации и автоматизации животноводства. Перспективные технологии и технические средства для животноводства: проблемы эффективности и ресурсосбережения. /Сб. Науч.
Тр. ВНИИМЖ. Том 12, ч.3. Подольск, 2003г., с. 60-64.
79. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н. Искусственный сосок //Сельский механизатор. -2004. – №4. - С. 25.
80. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н., Жаворонко Н.А. Дозирующее устройство для кормления телят
//Механизация и электрификация сел. хоз-ва. -2003. - N.10. - С. 15 - 16.
Библиогр.: с. 16 (6 назв.).
81. Ужик В.Ф., Корнейко А.А., Скляров А.И., Алейник С.Н., Жаворонко Н.А. Оборудование для доения коров и кормления новорожденных телят //Проблемы сельскохозяйственного производства на современном этапе и пути их решения /Материалы VII международной научно-производственной конференции. – Ч II: Механизация, Экономика, Блок социальных наук. - Белгород, 2003, с. 26.
82. Савельев И.В. Курс общей физики //Учебное пособие для студентов ВТУЗов. – 2-е изд., перераб. – М.: Наука, 1982, - 22 см. – (В пер.) –
Т.1-3.
83. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов //Учебное пособие для студентов вузов. – 2-е
изд. перераб.. – Л.: Агропромиздат, 1985. – 640 с.: ил.
84. Пономарев С.Д., Бидерман В.Л., Лихарев К.К. и др. Расчет на
прочность в машиностроении. – Под редакцией С.Д. Пономарева. Том
II. М.: МАШГИЗ, 1958. – 974с.
85. Мартюгин Д.Д. Изучение акта сосания у телят. – Труды ТСХА
(Сообщение 1-е), 1944, т.31, с.149-172, 173-184.
86. Пейнович М.Л. Новые данные по физиологии доения. – Труды
Сибирского НИИ животноводства. Вып. 13, 1957. – 93 с.
87. Sych E. Uber Intensitat und Rhytmus des Kalbersagens. – Tierzucht,
1961, №4, Bd 15, s. 162-164.
88. Happel F. Die Wesentlichen unterschiede zwischen dem Maschienenmelken und den charakterischen Merkmalen beim saugen des Kalbes. –
Tierarztl. Umschou, 1963, №11, Bd 18, s. 597-600.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
192
89. Mc. Donald J., Witzel D. Differential pressurеs across the bovine teat
canal during three methods of milk removal. – J. Diary Sci., 1966, №2, vol
49, p.176-178.
90. Петухов Н.А. Совершенствование технологической системы машинного доения коров. Диссертация в форме научного доклада...докт.
техн. наук. – Новосибирск, 1996. - 47с.
91. Елисеев В.А., Матвеев С.В. Обоснование гидравлических параметров сосковых устройств для выпойки телят //Механизация и электрификация сельского хозяйства, №6, 1985, с. 39-41.
92. Собашвили Р.Г. Гидравлика, гидравлические машины и водоснабжение сельского хозяйства. – М.: Колос, 1997. – 479 с.
93. Карташов Л.П. Машинное доение коров. – М.: Колос, 1982.–301 с.
94. Ибрагимов И.А., Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Элементы и системы
пневмоавтоматики. – М.: Высш. школа, 1975. – 360с.
95. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов.– М.: МАШГИЗ, 1962.
– 456 с.
96. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и
аэродинамика. – М.: Стройиздат, 1987. – 414 с.
97. Демин Д. Оптимальный срок отъема телок с подсоса.
//Животноводство, 1980, N8, с.44-45.
98. Есиков В. Ускоренный метод выращивания телят в молочном скотоводстве.- Молочное и мясное скотоводство, 1981, N1, с.16.
99. Тимошенко С.П. Пластинки и оболочки. -М.: "Наука", 1966. - 635
с: 17000 экз.
100. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: "Наука", 1972. 544 с: 100000 экз.
101. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике.11-е изд.,
стереотип. - М.: "Наука", 1976. - 870 с: 100000экз.
102. Ужик
В.Ф. К обоснованию
конструкции массажных
устройств для вымени нетелей с пневмомеханическим способом
воздействия /Ужик В. Ф.; Белгородский СХИ. - Белгород, 1991. 140с.: ил. - Библиогр.: 153 назв. - Деп. Во ВНИИТЭИагропром, N. 128
ВС-91.
103. А.с. N.1717020 СССР, МКИ А 01 j 7/00. Система для массажа вымени /В.Ф. Ужик (СССР).- N.4796654/30-15; Заявлено 28.02.90; Опубл.
07.03.92; Бюл. N.9.
104. Ужик В.Ф. Оптимизация конструктивно-режимных параметров
устройства для массажа вымени нетелей //Комплексная механизация
ферм крупного рогатого скота. Подольск, 1986. С. 84 - 90.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
193
105. Ужик В.Ф. Разработка и обоснование параметров устройства для
массажа вымени нетелей: Дис. ... канд. тезн. наук: 05.20.01. - Защищена 28.11.84. М. , 1984. -.196 с: ил. - Библиогр. : с. 159 - 172.
106. Ужик В.Ф. Теория массажного устройства с механическим способом воздействия на вымя нетелей /Ужик В.Ф.; Белгородский СХИ.Белгород, 1988. - 17 с.: ил. - Библиогр.: 5 назв. - Деп. во ВНИИТЭИагропром, N. 216 ВС-88.
107. Пономарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчет упругих элементов машин
и приборов «Машиностроение», 1980. - 325 с.: 11000 экз.
108. Гернет М.М. Курс теоретической механики: Учебник для студентов высших учебных заведений. - М.: "Высшая школа", 1973. - 461 с:
45006 экз.
109. Ужик В.Ф. Измерение интенсивности молокоотдачи коров /Ужик
В.Ф.; Белгородский СХИ. - Белгород, 1989. - 55 с.:ил. - Библиогр.: 53
назв. - Деп. во ВНИИТЭИагропром, N. 130 ВС-89.
110. А.с. N.1556600 СССР, МКИ А 01 j 7/00. Устройство для измерения интенсивности молокоотдачи //В.Ф. Ужик и др. (СССР).N.4248150/30-15: Заявлено. 18.05.87; Опубл. 15.04.90; БЮЛ. N.42. .111. Ужик В.Ф., Перелыгин С.Г. и Борозенцев В.И., К расчету устройств для измерения интенсивности молокоотдачи //Техника в сел.
хоз-ве: - 1991. – N.3 - С. 61-62.
112. Седов Л.И. Механика сплошной среды: Учебник для студентов
университетов. - М.: Наука 1970. - 22 см. - Т. 1-2.
113. Латышенков A.М. Основы гидравлики: Учебник для гидрометеорологических техникумов; - 2-е изд., перераб. - Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1971. - 247 с.: ил.; 22см.: 12000 экз.
114. А.с. N.1371639 А01J5/04. Доильный аппарат //В. Ф. Ужик и др.
(СССР), №4059157/30-15; Заявлено 22.04.86; Опубл. 07. 02.88; Бюл.
N.5.
115. А.с. N.1507265 СССР, МКИ А01j5/04. Доильный аппарат /В.Ф.
Ужик и др.: -(СССР).- N. 4221069/30-15; Заявлено 06. 04. 87; Опубл.15.
09. 89; Бюл. N. 34.
116. Ужик В.Ф. Обоснование и разработка доильного аппарата для высокопродуктивных коров /Ужик В.Ф.; Белгородский СХИ. - Белгород,
1991. - 17 с: ил. - Библиогр.: 5 назв. - Деп. во ВНИИТЭИагропром,
N.106 ВС-91.
117. Исследование работы доильного аппарата с управляемым режимом доения /Ужик В. Ф.; Белгородский СХИ.Белгород, 1988. - 9с: ил. Библиогр.: 3 назв. - Деп. Во ВНИИТЭИагропром, N. 217 ВС-88.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
194
118. Темпель Ф.Г. Механика газовых потоков: Прикладные аспекты. Л. "Недра", 1972. -213 с: ил. - Библиогр.: с. 202-211. : 40000 ЭКЗ.
119. Ужик В.Ф., Борозенцев В.И., Скляров А.И., Ульянцев Ю.Н.,
Ужик О.В. К автоматизации заключительных операций машинного
доения коров //Труды XI международного симпозиума по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и
переработке молока. Казань, 2003, С.103-106.
120. Ужик В.Ф., Борозенцев В.И. Ужик О.В. Переносные манипуляторы доильных установок //Учебное пособие. Изд-во Белгородской
ГСХА. Белгород, 2000. – 72 с.
121. Ужик В.Ф., Мазуренко Р.В., Ужик О.В. Доильные аппараты с
однокамерными стаканами //Учебное пособие. Изд.-во Белгородской
ГСХА. Белгород, 2000.- 38 с.
122. Корнейко А.А., Ужик О.В. Автоматизация доения коров на доильных установках типа АДМ-8 //Проблемы сельскохозяйственного
производства на современном этапе и пути их решения /Материалы
IX международной научно-производственной конференции. – Механизация. - Белгород, 2005, с. 163.
123. Заявка №2001126600/(13), RU, МПК 7 А01J5/007 Переносной
манипулятор для доения коров //Пономарев А.Ф., Скляров А.И.,
Ужик В.Ф., Ужик О.В., Борозенцев В.И. (RU). – №2001126600/(13);
Заявлено 10.01.2001; Опубл. 10.10.2003, Бюл. №28, с. 5.
124. Патент N.2221417, RU, МКИ А 01 J 5/04 Переносной манипулятор для доения коров //Пономарев А.Ф., Скляров А.И., Ужик В.Ф.,
Ужик О.В., Борозенцев В.И. (RU). – N.2001126600/12; Заявлено
01.10 .01; Опубл. 20.01.2004; Бюл. N.2.
125. Каpташов Л.П. Машинное доение коpов. - М.: Колос, 1982.-301с.
126. Методические рекомендации по определению техникоэкономического уровня машин для животноводства. УкрНИИМЭСХ.
Киев, 1983. – 52 с.
127. Морозов Н.М. Программа и методика проведения исследований
по разработке систем машин для комплексной механизации животноводства и птицеводства на период до 2000 года. М., ВИЭСХ, 1981.81с.
128. Власов Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1968. – 128 с.
129. Морозов Н.М. Эффективность комплексной механизации животноводческих ферм. – М.: Колос, 1972. – 360 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
195
130. Коба В.Г. Расчет экономической эффективности работы кормораздающих машин на основе сравнительной оценки погрешностей
дозирования кормов. – Сб. науч. работ Сарат. СХИ, 1983, с. 124 – 129.
131. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. – М.: ВНИИПИ, 1983. – 148 с.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
196
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. СИСТЕМА ВЫРАЩИВАНИЯ И СОДЕР-ЖАНИЯ
ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ КОРОВ
1.1
Звенья
системы
выращивания
высокопродуктивных коров
1.2
Взаимодействие звеньев системы
1.3
Управление системой выращивания
высокопродуктивных коров
1.4.
Оценка процесса выращивания животных по
базисным критериям
1.5.
Условия функционирования процесса выращивания
животных
1.6.
Управление
процессом
выращивания
телят
молочного периода
1.7.
Формирование вымени высокопродуктивных коров
1.7.1.
Нейро-эндокринные связи подсистем
1.7.2.
Теория роста вымени нетелей.
Глава 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЯ КОРОВ И ТЕЛЯТ
2.1.
Технико-технологические решения, повышающие
эффективность обслуживания новотельных коров с
телятами
2.1.1.
Оборудование для содержания коров с
новорожденными телятами
2.1.2.
Разработка технологии и оборудования для
доения коров и выпаивания телят
Разработка технологии и агрегата
2.1.2.1.
индивидуального доения коров и
выпаивания телят в боксе
Устройство для выпаивания телят
2.1.2.2.
Разработка
технологии
и
2.1.2.3.
устройства для доения коров и
выпаивания телят в родильном
отделении
2.2. Основы совершенствования технических средств обслуживания коров с новорожденными телятами
2.2.1.
Теория рабочего процесса и обоснование
конструктивно-режимных
параме-тров
агрегата индивидуального доения коров
Обоснование частоты вращения
2.2.1.1.
ротора насоса
Обоснование
конструктивных
2.2.1.2.
3
4
4
6
8
17
21
28
34
34
37
43
47
48
50
50
56
61
64
64
64
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
197
2.3.
2.4.
2.5.
параметров насоса
Определение
потребной мощ2.2.1.3.
ности шлангового насоса
Теория рабочего процесса и обоснование основных
конструктивно-режимных параметров устройства
для выпаивания телят
2.3.1.
Исследование параметров сосательного аппарата теленка
2.3.2.
Определение силы прижатия клапана дозатора поплавкового типа
2.3.3.
Определение производительности и потребной мощности шлангового насоса-дозатора
2.3.4.
Определение конструктивно-режимных параметров выпоечного устройства
2.3.5.
Определение силы давления моющей жидкости
Технико-технологические решения, повыша-ющие
эффективность формирования вымени высокопродуктивных коров
2.4.1.
Теория упругих свойств вымени нетелей
Теория деформации доли вымени
2.4.1.1.
при механическом нажатии
Теория деформации долей вымени
2.4.1.2.
под воздействием
вакуумметрического давления
2.4.2.
Расчет
конструктивно-режимных
параметров машин
Расчет конструктивно-режимных
2.4.2.1.
параметров устройства для массажа вымени нетелей
Технико-технологические решения, повышающие
эффективность машинного доения коров
2.5.1.
Разработка устройства для измерения интенсивности молокоотдачи коров
2.5.2.
Расчет конструктивно-режимных параметров доильного аппарата
2.5.3.
Разработка конструкции переносного адаптивного манипулятора доения коров
Алгоритм управления и конструк2.5.3.1.
ция манипулятора
Теоретическое обоснование конст2.5.3.2.
руктивно-режимных параметров
регулятора вакуума доильного
73
78
79
80
81
86
90
91
91
92
93
108
108
123
123
129
139
139
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
198
стакана
Теоретические исследования
2.5.3.3.
рабочего процесса гидростабилизированного пульсатора
Глава 3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
МАШИН
3.1.
Экономическая эффективность устройства для
массажа вымени нетелей
3.1.1.
Годовая экономическая эффективность по
приведенным затратам
3.1.2.
Расчет лимитной цены
3.2.
Экономическая эффективность доильного аппарата
3.2.1.
Экономическая эффективность доильного
аппарата от снижения ручных затрат
3.2.2.
Лимитная цена экспериментального доильного аппарата
3.2.3.
Экономическая эффективность доильного
аппарата от увеличения продуктивности
коров.
БИБЛИОГРАФИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ
164
178
178
178
181
182
182
183
184
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
199
Монография
Ужик Владимир Федорович, д.т.н., профессор
Ужик Оксана Владимировна, к.т.н., доцент
Ужик Яна Владимировна, экономист
(ФГОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная
академия»)
ТЕОРИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В
ЖИВОТНОВОДСТВЕ
На русском языке
Ответственный за выпуск_______________
Компьютерный набор и верстка _____________
Подписано к печати
Бумага тип №2.
Формат 60х84 1/16. усл. печатн. листов 11 Тираж 500 пр.
Издательство ФГОУ ВПО «Белгородская государственная
сельскохозяйственная академия им. В.Я. Горина»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
42
Размер файла
6 011 Кб
Теги
животноводство, технология, технические, средств, 9699, теория
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа