Аппарат с автоматическим регулированием соотношения тактов

12.11.2014

Аспирант ВИЭСХа С. Я. Горм разработал доильный аппарат с автоматическим регулированием соотношения тактов по интенсивности молокоотдачи. Такой аппарат на холостом ходу имеет низкое соотношение тактов — безвредное для вымени» стимулирующее припуск молока. С повышением скорости доения такт сосания удлиняется до некоторого физиологически приемлемого максимума. С понижением скорости доения соотношение тактов пропорционально уменьшается (сокращается такт сосания) до первоначального значения.
Соотношение тактов аппарату задает пульсатор. Все доильные аппараты, выпускаемые в России, имеют пульсаторы мембранного типа, поэтому разработка автоматического регулятора сделана применительно к мембранному пульсатору. Для решения этой задачи С. Я. Горм принял, что регулируемая величина (соотношение тактов) в пульсаторе типа ДА-3 определяется формулой (18).
Как видно из этой формулы, соотношение тактов зависит от пределов изменения вакуума в управляющей камере пульсатора. Для вычисления этих пределов он вывел формулы, учитывающие реальные условия работы мембраны в пульсаторах типа ДА-3. Согласно формуле (28).

Аппарат с автоматическим регулированием соотношения тактов

где Lм — рабочий диаметр мембраны;
D1 — диаметр верхнего клапана;
D2 — диаметр нижнего клапана;
dш — диаметр шайбы пульсатора, равный меньшему диаметру кольцевой камеры атмосферного давления.
В этих формулах не учтен вес подвижных частей пульсатора. С учетом веса получим
Аппарат с автоматическим регулированием соотношения тактов

где q — вес подвижных частей.
Кимограммы изменения вакуума в рабочей камере пульсатора, представленные на рис. 89, иллюстрируют влияние веса подвижных частей на соотношение тактов. Вес этот в обычном пульсаторе не превышает 30 г, поэтому при расчете соотношения тактов им пренебрегают. Если оценить приведенные формулы с точки зрения выбора регулирующего воздействия, то именно вес подвижных частей является единственной величиной, которой можно воспользоваться для автоматического изменения ее во время доения, так как изменять размеры клапанов или мембраны в процессе доения в зависимости от интенсивности молокоотдачи практически нельзя. Воздействовать на стержень пульсатора весом поступающего из вымени молока гораздо проще. Для этого достаточно направить молоко в подвешенную к стержню пульсатора молоколовушку с отверстием, расход молока через которое обеспечивал бы количество молока в ловушке, пропорциональное скорости доения.
Изложенные соображения легли в основу механизмов управления соотношением тактов доильных аппаратов. Принципиальная схема одного из таких механизмов представлена на рис. 90.
Аппарат с автоматическим регулированием соотношения тактов

Механизм состоит из доильного ведра 1, крышки 2, пульсатора 3, молоколовушки 4, коллектора, доильных стаканов, молочных и вакуумных шлангов и трубок (на рисунке не показаны). Молоколовушка подвешена на стержне пульсатора посредством шарнира 5 и опирается пятой 6 на опору 7.
После установки доильных стаканов на вымя аппарат будет работать по трехтактному способу с минимальной относительной длительностью такта сосания. Молоко будет сливаться в молоколовушку и вытекать через тарированную щель 8 в стенке ловушки с переменной скоростью, зависящей от уровня его в ловушке. Если Скорость доения выше скорости вытекания молока из ловушки, то последняя будет наполняться. С наполнением ловушки будет плавно возрастать ее вес, плавно расти усилие, действующее на стержень пульсатора через шарнир 5 вниз, и так же плавно будет увеличиваться относительная длительность такта сосания до тех пор, пока не сравняются скорости наполнения и опорожнения ловушки или пока относительная длительность такта сосания не достигнет 100%. В последнем случае аппарат перейдет на режим непрерывного отсасывания, а молоко из ловушки будет перетекать через край. К концу доения скорость падает, и количество молока в ловушке начнет уменьшаться. При этом будет уменьшаться вес ловушки и усилие, действующее на стержень пульсатора вниз.
Аппарат с автоматическим регулированием соотношения тактов

Аппарат из режима непрерывного отсасывания вернется к пульсирующему режиму, после чего относительная длительность такта сосания будет уменьшаться пропорционально уменьшению скорости доения.
Когда ловушка полностью опорожнится, аппарат будет работать с минимальной относительной длительностью такта сосания, а если у животного возникнет вторичный припуск молока, процесс повторится.
Применение рычага вызвано необходимостью управлять описанным процессом при небольшой емкости ловушки (200—250 г) без уменьшения стандартного диаметра мембраны пульсатора.
Воздействуя на стержень пульсатора, можно не только увеличивать соотношение тактов, но и уменьшать его. В рассмотренной схеме (рис. 90) воздействие веса мслоколовушки всегда направлено вниз и поэтому может только увеличивать соотношение тактов. Между тем, представляет практический интерес регулирование соотношения тактов и в направлении его снижения, с тем чтобы на холостом ходу такт сосания равнялся нулю, т. е. чтобы аппарат автоматически отключался в конце доения. Очевидно, для этого необходимо воздействовать на стержень пульсатора силой, направленной вверх. Такое регулирование осуществляется в аппарате, принципиальная схема которого дана на рис. 91.
Аппарат с автоматическим регулированием соотношения тактов

Аппарат состоит из доильного ведра 1, пульсатора 7, механизма управления, смонтированного под крышкой 4, коллектора, доильных стаканов, молочных и вакуумных шлангов и трубок (на рисунке не показаны). Механизм управления состоит из поплавка 2, поплавковой камеры 13, упоров 9 и 40 и пускового клапана 6. Молоко от коллектора через патрубок крышки 4 сливается в поплавковую камеру и может вытекать из нее через калиброванное отверстие 14, тарированную щель переменного сечения 12 и окно 15. Поплавок, опираясь рычагом 11 на один из упоров — 9 или 10, может воздействовать на стержень пульсатора через шарнир 8. При определенном уровне молока в поплавковой камере рычаг поплавка занимает нейтральное положение между упорами 9 и 10, и воздействие его на стержень пульсатора будет ничтожно. При наполнении камеры выше этого уровня рычаг будет оттягивать стержень пульсатора вниз с силой, пропорциональной разности между весом вытесненной поплавком жидкости и его собственным весом. При опорожнении поплавковой камеры ниже уровня, соответствующего нейтральному положению рычага, последний будет давить на стержень пульсатора вверх с силой, пропорциональной разности весов поплавка и вытесненной им жидкости.
Объем и вес поплавка и соотношение плеч рычага могут быть выбраны такими, что сила, действующая на стержень, будет достаточной для удержания нижнего клапана пульсатора при наполненной поплавковой камере постоянно открытым, а при опорожненной камере — постоянно закрытым.
Пусковой клапан 6 связан с поплавком 2 гибкой связью 16 и удерживается в верхнем положении фиксатором 5. Этот клапан служит также для впуска воздуха в сосуд перед снятием крышки. Для пуска аппарата нужно поднять клапан в верхнее положение. При этом поплавок повиснет на связи 16 и шарнире 8, а рычаг 11 займет нейтральное положение между упорами 9 и 10. Вес поплавка должен быть сосредоточен под клапаном, для того чтобы основная часть его воспринималась связью 16 и лишь незначительная часть — стержнем пульсатора, тогда пульсатор начнет работать в нормальном режиме.
Надев доильные стаканы на соски животного, дояр должен подождать несколько секунд, пока молоко не заполнит поплавковую камеру до уровня, соответствующего нейтральному положению рычага, затем установить клапан в нижнее положение и заняться выполнением других операций.
Дальнейшее управление аппаратом автоматизировано и протекает следующим образом. Тарированная щель переменного сечения 12 обеспечивает переменную скорость вытекания молока из поплавковой камеры. Если скорость доения выше этой скорости, камера постепенно наполняется. По мере наполнения камеры будет возрастать усилие, действующее на стержень пульсатора вниз, и увеличиваться относительная длительность такта сосания до тех пор, пока не сравняются скорость доения и скорость вытекания молока из камеры, либо до тех пор, пока относительная длительность такта сосания не достигнет 100%. В последнем случае аппарат перейдет на режим непрерывного отсасывания, а молоко из камеры будет вытекать через окно 15.
К концу доения его скорость уменьшится и камера начнет опорожняться. По мере опорожнения камеры будет уменьшаться усилие, действующее на стержень пульсатора вниз. Аппарат с непрерывного отсасывания вернется к пульсирующему режиму, а затем будет сокращаться относительная длительность такта сосания до тех нор, пока рычаг 11 не займет нейтрального положения между упорами 9 и 10, и молоко из камеры будет вытекать только через калиброванное отверстие 14. При этом аппарат будет работать в таком режиме, как и при пуске, с небольшой относительной длительностью такта сосания.
Если у животного возникнет вторичный припуск молока, та процесс повторится. Если же скорость отдачи коровой молока снизится до величины, которую можно принять за окончание доения, то через некоторое время поплавковая камера полностью опорожнится через отверстие 14 и поплавок, опираясь рычагом 11 на упор 10, закроет нижний клапан пульсатора. В результате в межстенном пространстве и в воздушной камере коллектора давление повысится до атмосферного и наступит непрерывный такт отдыха, т. е. аппарат выключится и стаканы спадут с сосков.
При стандартном диаметре мембраны пульсатора и диаметре нижнего клапана, равном 14 мм, для управления описанным процессом потребуется поплавок объемом не более 400 см3 и весом не более 100 г. Аппараты, выполненные по рассмотренным схемам, могут быть использованы в любых доильных установках, если изготовить несложные приспособления, обеспечивающие нормальную работу автоматов.
Результаты испытаний опытных образцов в лаборатории и на молочной ферме позволяют положительно оценить новый принцип доения. При испытании опытных аппаратов выявлено увеличение скорости выдаивания в среднем по девяти опытным коровам на 51% по сравнению с серийным трехтактным аппаратом. Коровы выдаивались без ручного додоя. Время машинного додаивания сократилось на 60%. В дальнейшем требуется провести физиологические исследования по определению оптимальных параметров аппарата, главным образом физиологически приемлемых пределов регулирования.
С помощью этого аппарата можно окончательно установить влияние изменения соотношения тактов на процесс доения различных коров. Установлено, что автоматическое изменение соотношения тактов не увеличивает скорости доения у многих коров, но способствует более полному их выдаиванию. На это указывают величины удоев, ручного додоя и содержание в них жира, а также общее количество жира в суточном удое.
Дальнейшие исследования в этом направлении подтвердят или опровергнут полезность автоматического регулирования соотношения тактов доильного аппарата.