Методика разработки блока имитации внутривыменного давления испытательного стенда для доильных аппаратов



Молоковыведение, или молокоотдача в физиологическом понимании — согласованные рефлекторные реакции миоэпителия и гладкой мускулатуры вымени, стенок и сфинктера соска в ответ на соответствующие раздражения кожи сосков и вымени в определенной обстановке (при доении или сосании теленком). Молокоотдачу характеризуют скрытый период рефлекса, изменение внутривыменного давления и скорости молоковыведения, а также различная степень торможения, или «задержки», молока. Молокоотдача протекает синхронно во всех четвертях вымени. Нервная система оказывает значительное влияние на эти процессы. Между секрецией, молоковыделением и молоковыведением существует тесная взаимосвязь и согласованность. Эффективность молоковыведения зависит от степени заполнения вымени и соответственно от распределения молока в отделах емкостной системы и достигнутого внутрицистернального давления [1].

Внутривыменное давление является одним из важных факторов, определяющих возбуждение полноценного рефлекса молокоотдачи, что, в свою очередь, влияет на процесс быстрого и полного опорожнения вымени. Поэтому целью нашего исследования явилось определение влияния величины внутривыменного давления на процесс доения, а, в частности, на интенсивность молоковыведения.

Для того чтобы изучить влияние внутривыменного давления на молоковыведение, необходимо понять его сущность. Физическую сущность внутривыменного давления можно раскрыть при помощи известного уравнения гидростатики, когда действуют только силы тяжести:

,

где Р_вн — внутривыменное давление; Р₀ — давление, развиваемое мышечными элементами альвеол и протоков на высоте h; h — столб молока в молочном протоке, по высоте которого отсутствуют или минимальны силы поверхностного натяжения Р_к; — избыточное гидростатическое давление, максимальную величину которого определяют «диктующие» значения одного или нескольких протоков с наибольшим значением h. Конечно, составляющие этого уравнения в различные периоды секреции и экскреции молока в вымени животных являются переменными величинами, поэтому для более глубокого изучения их необходимо рассматривать раздельно [2].

Разные типы доильных аппаратов и установок, их конструктивные особенности и режим работы могут заметно изменять показатели молокоотдачи у одних и тех же коров. При этом необходимо знать, какие показатели и в какой степени могут измениться, когда применяемые на ферме аппараты сменяют на прибор, используемый для селекционной оценки молокоотдачи у коров.

Разрабатываемые и имеющиеся в эксплуатации доильные аппараты, подлежат обязательному обследованию на соответствие с техническими и технологическими требованиями.

Для исследования доильных машин мы разработали испытательный стенд, позволяющий оценить не только технические характеристики, но и адаптивность известных и новых конструкций к физиологическим особенностям животных.

Стенд включат в себя функциональный ряд имитирующих блоков, на которые, авторами получены патенты и авторские свидетельства:

‒ блок имитации интенсивности молокоотдачи;

‒ блок имитации внутривыменного давления;

‒ блок имитации изменения упругости (тургора) вымени и соска;

‒ блок имитации изменения тугодойности в процессе выведения молока.

Одним из основных имитационных блоков, представляющих конструкцию стенда для испытания доильных аппаратов, является блок имитации внутривыменного давления.

В основу разработки блока имитации внутривыменного давления были положены исследования, проведенные Э. А. Келписом [3] и Л. П. Карташовым [4], которые установили характер изменения внутривыменного давления при различных способах выведения молока из вымени (режим I и II) (рис. 1). Режим № 1 — изменение внутривыменного давления при доении двухтактным доильным аппаратом, режим № 2 — изменение внутривыменного давления в катетеризованной четверти при доении остальных четвертей этим же аппаратом.

Из приведенных графических зависимостей видно, что внутривыменное давление в процессе доения изменяется в значительных интервалах. Введем следующие обозначения: Р_В1 — минимальное внутривыменное давление; Р_В2 — изменение внутривыменного давления после начала подготовительных операций; P_В3 — внутривыменное давление перед надеванием доильных стаканов и началом отсоса молока; Р_В4 — максимальное внутривыменное давление.

В силу того, что изменение внутривыменного давления по второму режиму происходит неравномерно, на кривой изменения давления можно выделить 4 участка: 1 — БВ, 2 — ВГ, 3 — ГД, 4 — от точки Д до окончания доения.

Рис. 1. Изменение внутривыменного давления в процессе доения: I — Режим № 1, II — Режим № 2

Можно сделать допущение, что на этих участках изменение давления происходит по линейному закону.

Второй режим работы стенда обеспечивает имитацию практически всех возможных вариантов реальных процессов изменения внутривыменного давления.

В качестве технического решения имитации внутривыменного давления было взято изменение напора, создаваемого насосом. Определим давление для характерных точек кривой изменения внутривыменного давления. Для точки (Б) Р_Б = 3,0 кПа; для точки (В) Р_В = 6,5 кПа; для точки (Г) Р_Г = 1,5 кПа; для точки (Д) Р_Д = 2,5 кПа; для точки (К) Р_К = 1,5 кПа.

Соответственно время изменения давления между характерными точками будет равно. На участке включения стенда давление линейно с постоянной скоростью должно изменятся от 0 до Рmax в диапазоне времени t₁ от 10 до 90 с. На рабочем участке должно поддерживаться постоянное давление Рmax в диапазоне времени t₂ от 120 до 360 с. На участке выключения давление линейно с постоянной скоростью должно изменятся от Рmax до 0 Па в диапазоне времени t₃ от 30 с до 120 с.

В блок имитации внутривыменного давления (рис. 2а) входит емкость с имитатором молока 1, электродвигатель 2, насос малой производительности 3, трубопровод подачи 4, имитатор вымени 5, искусственные соски 6, регулируемый перепускной клапан 7, обратный трубопровод 8, манометр 9. Имитация внутривыменного давления происходит следующим образом. Подается напряжение на электродвигатель 2, насос малой производительности 3 начинает перекачивать имитатор молока имитатор вымени 5 по трубопроводу подачи 4. В имитаторе вымени 5 создается давление, которое отслеживается по манометру 9.

Рис. 2. Структурно-функциональная схема имитационного блока испытательного стенда: а) схема блока имитации внутривыменного давления (пояснения в тексте); б) электрическая схема подключения электродвигателя блока имитации внутривыменного давления

Создаваемое давление начинает воздействовать на регулируемый перепускной клапан 7, который в свою очередь настроен на величину открытия, превышающую 3 кПа, что соответствует внутривыменному давлению перед началом дойки. После включения вакуумного насоса и надевания доильных стаканов повышают обороты электродвигателя 2 тем самым, увеличивая производительность насоса 3. Электрическая схема подключения электродвигателя блока имитации внутривыменного давления приведена на рис. 2б.

При имитации кривой изменения внутривыменного давления второго режима на отрезке Б — В (рис. 1), электродвигатель 2 постепенно увеличивает обороты до максимальных повышая тем самым производительность насоса 3, который в этот момент создает максимальное внутривыменное давление (7 кПа). Создаваемое внутривыменное давление ограничивается максимальной величиной 7 кПа за счет регулирования перепускного клапана 7.

Имитация спадающей ветви кривой (отрезок В — Г) достигается за счет уменьшения оборотов электродвигателя 2 и снижения производительности насоса 3. Производительность насоса 3 и величина срабатывания перепускного клапана 7 настраиваются так, чтобы давление составляло 5,5–6 кПа, что соответствует концу доения.

Изменяя обороты электродвигателя 2 и регулируя величину срабатывания перепускного клапана, можно имитировать различное давление, соответствующее характерным точкам любой кривой изменения внутривыменного давления и исследовать его влияние на эффективность работы доильного аппарата.

Габаритные размеры резервуара для имитатора молока выбираем из конструктивных особенностей стенда для испытания доильных аппаратов, а также имитации участка кривой внутривыменного давления находящейся за точкой Д.

В связи с тем, что изменение давления можно достичь за счет регулирования напора, необходимо знать потребный напор на отдельных участках кривой изменения внутривыменного давления. При этом учитываем, что расход имитатора молока является величиной переменной и соответствует изменению интенсивности молокоотдачи коровой.

Приведенные кривые изменения внутривыменного давления на выделенных нами ранее участках, достаточно достоверно, характеризуют изменение интенсивности молокоотдачи для различных технологических групп животных путем изменения «внутривыменного давления».

С помощью разработанного блока имитации внутривыменного давления, входящего в устройство стенда для испытания доильных аппаратов, нами были проведены эксперименты по определению влияния величины внутривыменного давления на параметры молоковыведения доильных аппаратов.

При проведении экспериментов мы использовали доильный аппарат «Нурлат». Испытания проводили следующим образом. После подключения доильного аппарата к источнику вакуума надевали доильные стаканы на искусственные соски имитатора вымени. Далее шла подготовка стенда, которая заключалась в настройке нужной величины внутривыменного давления. Первый опыт проводили при максимальном значении (7 кПа), при этом через каждые 15 секунд регистрировали количество жидкости прошедшей через доильный аппарат. После окончания доения процесс повторяли при внутривыменном давлении 2,5 кПа, 3 кПа, 4 кПа, 5 кПа, 6 кПа.

Поскольку давление в процессе молокоотдачи изменяется волнообразно, то мы могли зафиксировать, как максимальную интенсивность молоковыведения, так и среднюю. Также при каждом фиксированном значении величины внутривыменного давления нами отмечался и средний удой. Результаты проведенных нами экспериментов графически показаны на рис.3.

Рис. 3. Зависимость средней интенсивности молоковыведения доильного аппарата «Нурлат» от величины внутривыменного давления

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что максимальная величина внутривыменного давления оказывает существенное влияние на машинное доение. Значения величины удоя средней и максимальной интенсивности возрастают с увеличением давления. Величина внутривыменного давления зависит от степени возбуждения рефлекса молокоотдачи и поддержания его во время доения, поэтому необходимо разрабатывать и применять доильные аппараты, адекватные молокоотдаче животного.

Литература:

1. Гарькавый Ф. Л. Селекция коров и машинное доение. — М.:Колос, 1974. — 158 с.
2. Кузьмин А. Е. Гидравлическая характеристика доильных установок. — Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1997. — 176с.
3. Келпис Э. А. Научные основы создания доильных установок для ферм промышленного типа: Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. — Елгова: Латвийская СХА, 1973. — с. 9.
4. Карташов Л. П. Машинное доение коров. — М.: Колос, 1982. — 300 с.