Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника План урока
    Содержание дисциплины

    Механизация уборки, удаления и хранения навоза
    Содержание дисциплины

    Механизация доения коров

    Учебная тема
    Механизация доения коров

    МЕХАНИЗАЦИЯ ДОЕНИЯ КОРОВ

    План

      1. Технология машинного доения коров и зоотехнические требования к ней.
      2. Доильные машины, их узлы и принцип работы.
      3. Расход воздуха доильной машиной.
      4. Принцип работы и подача лопастного ротационного воздушного насоса.
      5. Классификация доильных установок.
      6. Технологический расчет доильных установок.
      7. Контрольные вопросы.
      8. Дополнительная литература.

      1. Технология машинного доения коров и зоотехнические требования к ней

    Технология машинного доения коров предусматривает выполнение следующих операций:

    а) создание вакуума в воздушной системе доильной машины (установки);

    б) подготовка вымени коровы к доению;

    в) одевание доильных стаканов на соски;

    г) доение и транспортировка молока в накопительную емкость;

    д) снятие стаканов с сосков.

    Все наиболее трудоемкие операции машинного доения выполняются механизировано. Исключение составляет подготовка вымени коровы к доению, одевание и снятие доильных стаканов, которые занимают 15…20 % от общего времени доения. В последнее время разработаны (главным образом за границей – Голландия, США) роботизированные доильные установки, в которых поиск сосков коровы, одевание стаканов, их снятие после окончания доения производится автоматически. Подмыв и массаж вымени также автоматизированы.

    Главным образом в организации доения коров являются кратность и промежутки между дойками. Кратность доения устанавливается с учетом емкости вымени и других биологических особенностей коров, а также от конкретных хозяйственных условий содержания животных.

    Интенсивность молокоотдачи зависит от наполнения вымени молоком. При наполнении его меньше, чем на половину доить коров не рекомендуется.

    Молоко из вымени можно извлекать естественным способом (сосание теленка) ручным и машинным доением.

    Машинное доение может осуществляться двумя способами: отсос молока с использованием вакуума и выжимание молока из сосков. Последний способ, который подражает ручному доению, не получил распространения из-за сложности конструкции доильных машин.

    Для выполнения технологии машинного доения создаются технологические линии, которые представляют собой систему взаимоувязанных между собой машин и узлов, выполняющих все необходимые операции доения.

    Зоотехнические требования, предъявляемые к технологии машинного доения, обусловлены физиологией животного, о чем вам говорилось в курсе ТППЖ, и сводится к следующему.

      1. Подготовительные операции на вымени должны быть закончены в течение одной минуты.
      2. Доильные стаканы должны одеваться после того, когда корова припустила молоко.
      3. Выдаивание самых высокопродуктивных коров должно быть закончено за 4…6 мин. (скорость доения до 2л/мин.).
      4. Должен быть предусмотрен полный отвод молока из подсосковых камер доильных стаканов в период наибольшей молокоотдачи.
      5. Необходимо обеспечить полное выдаивание коровы машиной без ручного додаивания.
      6. Для двухтактных аппаратов нельзя оставлять доильные стаканы на сосках после прекращения истечения молока из вымени.

    В соответствии с требованиями к технологии возникают и требования к доильным аппаратам. Они должны легко и быстро обеспечивать открытие сфинктера соска, не подвергать соски чрезмерному сжатию, не вызывать раздражения; создавать вакуум и продолжительность такта сосания в соответствии с внутривыменным давлением и скоростью молокоотдачи. Доильные стаканы должны подходить к соскам различных размеров, не наползать на вымя и не пережимать верхнее устье соскового канала. Они должны удерживаться на вымени без применения специального приспособления.

    Доильная машина должна быть простой в изготовлении и обслуживании, надежной в работе, не должна требовать ручной регулировки в процессе доения, должна обеспечивать возможность удобного визуального контроля за истечением молока из вымени.

      1. Доильные машины, их узлы и принцип работы
      2. Доильная машина включает вакуумную систему, контрольно-регулирующие приборы, систему, обеспечивающую пульсирующий вакуум (пульсаторы), один или несколько доильных аппаратов, молокоприемник, установку для мойки и дезинфекции аппаратов.

        Доильный аппарат является основным исполнительным рабочим органом, служащим для извлечения молока из вымени коровы и сбора его в емкость или молокопровод. Рабочим органом доильного аппарата являются доильные стаканы.

        Пульсатор обеспечивает создание переменного давления (разрежения), атмосферного или избыточного) в камерах доильного стакана.

        Коллектор позволяет распределить переменное давление по доильным стаканам, принять от них выдаиваемое молоко и направить его в молокоприемник.

        Время, в течение которого на сосок вымени оказывают физиологически однородное воздействие доильным стаканом, называется тактом. Время, в течение которого совершается совокупность разнородных тактов, называются циклом или пульсом.

        По принципу действия вакуумные доильные машины можно разделить на двухтактные и трехтактные. В двухтактных доильных машинах имеются такт сосания и такт сжатия, в трехтактном – сосания, сжатия и отдыха. При этом чередование тактов может происходить одновременно во всех стаканах и попарно в двух передних и двух задних стаканах.

        На протяжении одного цикла в камерах доильных стаканов давление изменяется от атмосферного до вакуума 48…53 кПа, в зависимости от конструкции доильного стакана.

        Доильные стаканы могут быть одно- и двухкамерными. Наиболее распространенными являются двухкамерные доильные стаканы. Они состоят из гильзы, сосковой резины, смотрового стекла, молочного и вакуумного шлангов. Наружная гильза и сосковая резина образуют две камеры – межстенную и подсосковую. Когда в обеих камерах создается одинаковый вакуум, сосковая резина не испытывает деформаций, а молоко под действием разности давлений в вымени и под соском струей вытекает в подсосковую камеру, оттуда по молочному шлангу через коллектор в доильное ведро или молокопровод. Происходит такт сосания.

        При повышении давления в межстенной камере до атмосферного сосковая резина, деформируясь, обжимает сосок, сфинктер закрывается, истечение молока прекращается. Происходит такт сжатия. На этом в двухтактных доильных машинах цикл заканчивается и начинается новый.

        В трехтактных доильных машинах к перечисленным тактам добавляется третий, когда в обеих камерах образуется атмосферное давление. Это третий такт отдыха.

        Трехтактный режим работы в большей мере отвечает физиологии животного, обеспечивает стимуляцию процесса молокоотдачи и не опасен для здоровья животного в случае передоя. В двухтактных аппаратах в конце доения, когда перестает течь молоко, вакуум может проникнуть внутрь соска и вызвать воспаление (мастит).

        Существуют четырехтактные доильные машины: сжатие – сосание – сжатие – отдых, а также двухтактные, в цикле которых происходит сосание – отдых. Этот цикл применяется при использовании однокамерных доильных стаканов.

        Вакуумная система состоит из воздушного (вакуумного) насоса с приводом, баллон-ресивера, регулятора разряжения, измерителя давления и системы трубопроводов с арматурой.

        Вакуумный насос предназначен для создания разряжения в вакуумных системах и обеспечивает быстрое восстановление заданной величины вакуума при попадании воздуха в систему. В настоящее время применяются следующие типы вакуумных насосов: УВУ – 60/45, VZ – 40/130V (ФРГ), РВН – 40/350 ротационного типа.

        На комплексах вместо большого числа ротационных насосов устанавливают водокольцевые вакуумные насосы ВВН-6 и ВВН-12, не требующие смазки ротора.

        Вакуумные ротационные насосы одинаковы по устройству и отличаются производительностью (УВУ – 60/45 Q = 60 и 45 м3/ч, VZ – 40/130V – Q=30 м3/ч, РВН – 40/350 – Q = 40 м3/ч) и расходом масла (15…30; 10…25; 5…10; 8…12 г/ч ) соответственно. Внутри неразъемного корпуса вращается ротор, расположенный эксцентрично относительно оси статора. В роторе имеются четыре паза, расположенных тангенциально (УВУ – 60/45) или радиально (РВН – 40/350), в которые свободно вставлены пластинчатые лопатки. При вращении ротора центробежная сила выталкивает их из пазов и прижимает к внутренней поверхности статора.

        Так как статор и ротор расположены эксцентрично, каждая лопатка образует замкнутое пространство, переменное по объему. Возле всасывающего патрубка объём увеличивается и воздух засасывается в межлопаточное

        пространство, возле выхлопного патрубка объем уменьшается, воздух сжимается и выталкивается наружу. Для герметизации объема и уменьшения трения лопатки обильно смазываются маслом, поступающим из фитильных масленок.

        В вакуумных насосах типа ВВН пространство переменного объема образуется кольцевым потоком воды, вращающимся по внутренней поверхности статора, и лопатками, выполненными заодно с ротором.

        Причем лопатки не касаются стенок статора, поэтому смазки не требуется.

        Сжатый воздух вместе с небольшим количеством воды выбрасывается в выхлопную трубу и дальше в разделитель потока, откуда охлажденная вода дозировано опять подается в насос вместе с засасываемым в него воздухом.

        Вакуумный баллон служит для выравнивания колебаний вакуума, предотвращает попадание влаги из вакуумпровода в насос и служит сливной емкостью при промывке вакуумной системы. Емкость отечественных вакуумбаллонов – 0,025 м3, установки “Импульс” – 0,02 м3. Баллон при отсутствии вакуума в системе должен быть открытым.

        Вакуумные регуляторы предназначены для поддержания устойчивого рабочего вакуума в системах установок. В зависимости от их типа вакуум может составлять 45…58 кПа. Регулируется вакуум при помощи установки грузов или поджатием пружины.

        Вакуумметр – указатель дифференциального давления, служащий для определения величины вакуума в системе. Градуируется в мм. рт. ст., кг/см2 или по системе СИ в Па.

        Вакуумный трубопровод обычно разделяется на несколько участков. Основной из них – рабочий участок – часть вакуумного трубопровода, на котором располагаются краны для подключения исполнительных механизмов – доильных аппаратов. Вакуумные трубопроводы и их арматура должны изготавливаться из материалов с антикоррозионным покрытием (например, из оцинкованных труб) и должны выдерживать вакуум до 700  мм.рт.ст. (93 кПа). В установках с переносными ведрами потери вакуума на всех участках вакуумпровода не должны превышать 5 % от производительности насосов, и в установках с молокопроводом – 10 %. Диаметр вакуумпровода обычно делают не менее 25 мм, чтобы потери давления по всей длине достигали не более 5 мм.рт.ст (670 Па).

        Молокопровод должен обеспечивать спокойное прохождение по нему молока без чрезмерного перемешивания его с воздухом, который при определенных условиях может отрицательно повлиять на его состав и свойства.

        Диаметр молокопровода должен выбираться таким, чтобы потери давления по всей его длине не превышали 1330 Па в процессе доения коров. Колебания вакуума не должны превышать также 1330 Па при работающих аппаратах. Минимально допустимый диаметр молокопровода – 25…30 мм. Молокопроводы должны хорошо промываться, очищаться и дезинфицироваться при помощи циркуляционной системы.

      3. Расход воздуха доильной машиной
      4. Расход воздуха доильными аппаратами зависит от глубины вакуума, частоты пульсаций, типа аппарата, вместимости камер и трубок, в которых действует переменное разрежение.

        При изотермическом процессе расширения согласно закону Бойля-Мариотта

        ,

        откуда

        (1)

        где VaVh объёмы воздуха, занимаемые соответственно при атмосферном pa и , соответствующем разрежению в вакуумной системе h.

        Пониженное давление, соответствующее разрежению h, можно выразить

        тогда

        , (2)

        т.е. объём, занимаемый воздухом при давлении ph , будет больше объема при атмосферном давлении ра .Поскольку вместимость камер и трубок доильного аппарата неизменна, при понижении давления необходимо откачать объем воздуха за один цикл

        . (3)

        Этот объем необходимо привести к нормальным условиям (атмосферному давлению). Согласно закону Бойля-Мариотта

        . (4)

        Если в уравнение (4) подставить значения Vц из (1) и (3), то получим

        . (5)

        При частоте пульсаций расход воздуха доильным аппаратом

        .

        Из формулы (5) следует, что при разрежении h = 52 кПа из камер и шлангов необходимо откачать примерно половину находящегося в них воздуха. Объем аппарата “Волга” (ДА-3М) составляет 0,7 л (дм3).

        Тогда расход за один цикл составит 0,35 л. При работе 10 аппаратов и частоте пульсаций 1 с-1 расход воздуха согласно выражению (6) составит

        .

        В связи с несовершенством аппаратов – утечкой воздуха при перемещении клапанов – расход воздуха превышает теоретическое значение на 35%. Кроме того, необходимо учитывать негерметичность системы доильной установки путем введения в формулу (6) коэффициента А.

        .

        Согласно экспериментальным данным Королев В.Ф. рекомендует определять коэффициент А по формуле

        где – учитывает утечки воздуха в соединениях труб и кранов α1 – 10 %; через зазоры между сосками вымени и сосковой резиной α2 =5%; через доильные стаканы при плохом одевании их на соски α3 +20%; при случайном отсоединении шлангов α4 =25%; при ухудшении работы насоса в жаркое время из-за разжижения смазки α5 +20% и повышения температуры откачиваемого воздуха α6 =20%.

        Таким образом, общие потери могут достигать величины потребной производительности. С учетом запаса подачи насосом воздуха следует принимать А=2.

      5. Принцип работы и подача лопастного ротационного воздушного насоса
      6. При вращении ротора лопатки перемещаются по его пазам под действием центробежных сил, благодаря наличию эксцентриситета “е”. Объемная подача ротационного насоса зависит от площади АА1В1В камеры всасывания, длины ротора и частоты его вращения (см. рис.).

        Площадь АА1В1В является переменной величиной, зависящей от угла поворота ротора φ . Роторные насосы обычно делают таким образом, чтобы в момент образования максимальной площади она перекрывалась от всасывающего патрубка и открывалась в сторону нагнетания. Это происходит, если длина дуги статора, перекрывающая межлопастное пространство, будет немногим больше угла

        между лопатками, а расстояние всасывающего и нагнетающего патрубков будет располагаться по оси, перпендикулярной оси эксцентриситета.

        Точное значение максимального и минимального межлопаточного объемов можно получить, составив дифференциальное уравнение изменения площади межлопаточных секторов по углу поворота ротора φ и проинтегрировав его в соответствующих пределах.

        Мы сделаем приближенный расчет для четырехлопастного насоса. Примем радиус статора при максимальном межлопаточном объеме, равном

        ,

        где

        R – радиус (фактический) статора;

        е – эксцентриситет.

        Тогда с некоторым превышением над фактической площадь сектора О1СА

        .

        При четырех лопатках β = π / 2, тогда

        .

        Площадь сектора ротора О1С1А1

        .

        Современные насосы изготавливаются с минимальным зазором (70…100 мкм) между ротором и статором. В таком случае можно считать, что

        ,

        или

        ,

        тогда

        ,

        а максимальная межлопаточная площадь

        .

        Для определения минимального межлопаточного объема примем также с некоторым превышением центральный угол статора α равным углу между лопатками ротора β . Тогда площадь сектора с радиусом R

        и площадь сектора с радиусом rp

        .

        Минимальная площадь между лопатками

        .

        Эффективность работы насоса определяется разностью максимальной и минимальной межлопаточной площади

        ,

        где Д – диаметр статора.

        Полезный объем межлопаточной камеры

        ,

        где L – длина ротора.

        При четырех лопатках и угловой скорости вращения ротора ω подача насоса составит

        .

        Отсюда следует, что теоретическая подача воздушного насоса прямо пропорциональна его геометрическим размерам (е, Д, L) и угловой скорости вращения ротора.

        Действительная производительность насоса

        ,

        где ηм – манометрический коэффициент, учитывающий условия вакуума

        .

        В доильных установках разрежение составляет h=47…66 кПа, тогда ηм=0,52…0,32.

        ηн – коэффициент заполнения камеры, зависит от конструкции насоса и частоты его вращения. По данным Мжельского Н.И. он может колебаться в довольно широких пределах ηн=0,3…0,9.

        Мощность на привод насоса

        ,

        где η = 0,75…0,85 – кпд насоса.

      7. Классификация доильных установок
      8. В настоящее время в нашей стране выпускаются четыре типа доильных установок в зависимости от их назначения, определяемого способом содержания животных и условиями использования:

        – стационарные для доения коров в стойлах коровников;

        – стационарные для доения коров в специальных доильных залах;

        – передвижные универсальные для доения коров в летний период на пастбищах, а зимой в доильных помещениях или коровниках;

        – передвижные специальные.

        Установки для доения в стойлах коровников применяются при содержании коров на привязи. По способу перемещения аппаратов от коровы к корове они подразделяются на переносные вручную и передвижные в тележках. По способу сбора молока – в переносные доильные ведра, передвижные бидоны или резервуары, в молокопровод.

        К этому типу относятся доильные установки для доения коров в переносные доильные аппараты с напольными ведрами АД-100А, ДАС-2Б, "Импульс" М-610/12 (ГДР) и установки для доения коров переносными аппаратами со сбором молока в молокопровод АДМ-8, "Импульс" М – 620/20 (ГДР) (плакаты).

        Установки для доения коров в специальных залах применяются преимущественно при беспривязной системе содержания коров, но могут применяться и при привязной, в особенности, если имеется автоматическая групповая привязь. Установки этого типа состоят из доильных стаканов с аппаратами, стационарно монтируемыми в помещениях или перемещающимися на специальных платформах.

        На доение коров перегоняют от мест их содержания по очереди или группами, впускают в доильное помещение и размещают в станках. После окончания доения коровы возвращаются на прежние места, а в доильные станки загоняют следующих коров.

        Стационарные станки установок бывают индивидуальные и групповые. Индивидуальные располагаются последовательно в два ряда с боковым входом и выходом животных ("Тандем"). Установки с групповыми станками отличаются количеством мест в станках и их расположением: по прямой в два параллельных ряда ("Елочка"), по окружности (круговая "Елочка"), по контуру квадрата. Коровы в станках располагаются по краю траншеи (параллельно ей или под углом), в которой находятся операторы машинного доения.

        На установках с подвижными станками коровы непрерывно едут на платформе, а оператор находится на одном месте, одевает или снимает доильные стаканы. Такие конвейерные установки оборудуются индивидуальными станками.

        Конвейерные установки различаются на кольцевые, растянутые и ленточные. Кольцевые установки выполнены в виде кольцевой платформы, вращающейся вокруг оси. Станки на ней расположены радиально ("Карусель" с проходными станками), последовательно ("Карусель" со станками "Тандем") и под углом ("Карусель" со станками "Елочка").

        Растянутые конвейерные доильные установки представляют собой цепочку станков на индивидуальных подвижных платформах, шарнирно соединенных между собой и перемещающихся вокруг траншей для операторов машинного доения (установка шведской фирмы "Альфа Лаваль Агри" "Унилактор".

        Из установок для доения коров в специальных залах в СНГ на комплексах применяются отечественные установки "Тандем" УДТ-6, УДА-8А и "Елочка" УДЕ-8, УДА-12Е, УДА-16А, и поставляемые ранее из Германии установки "Импульс" М-362 (типа "Елочка") и "Импульс" М-691-40 (типа "Елочка").

        Универсальные передвижные доильные установки применяются при привязном и беспривязном содержании коров. В зимний период такие установки используют в доильных помещениях как стационарные, а летом на пастбищах как передвижные. К ним относятся универсальная доильная станция УДС-3А и М-685-12 (ГДР).

        Передвижные специальные доильные установки применяются на фермах с привязным и беспривязным содержанием. Они оснащаются доильными аппаратами, емкостями для сбора молока и вакуумными установками, которые монтируются на тележках, перемещаемых вручную, на наземных и подвесных рельсовых платформах и на автомашинах различного класса.

        Характеристика доильных установок унифицированного ряда

      Показатели

      Тип и марка доильной установки

      в стойлах коровника

      в доильном помещении

      на пастбище

      ДАС-2Б с ведрами

      АД-100А с ведрами

      АДМ-8 с молокопроводом

      УДТ-6 "Тандем"

      УДЕ-8 "Елочка"

      УДС-3А

      100 гол.

      200 гол.

      Обслуживаемое поголовье

      100

      100

      100

      200

      100-150

      200-400

      100-200

      Количество операторов на установку

      3-4

      3-4

      2

      4

      2

      2

      2

      Количество одновременно обслуживаемых голов

      8

      8

      6

      12

      6

      16

      8

      Количество станков

      -

      -

      -

      -

      3х2

      8х2

      8

      Производительность в час:

      а) доильной установки

      64

      50

      50

      100

      60

      80-90

      50

      б) на одного оператора

      14-16

      14-16

      26-29

      26-29

      30

      40-45

      25

      Марка доильного аппарата

      2х такт

      ДА-2М

      3х "Волга"

      2х тактный ДА-2М "Майга"

      3х

      "Волга"

      Все установки за исключением ДАС-2Б и АД-1000А комплектуются молочным насосом НМУ-6, индивидуальными счетчиками молока по количеству доильных аппаратов УЗМ-1, охладителем молока, фильтром молока, системой автоматической промывки. Кормораздатчик имеется только на трех последних установках. Вакуумный насос УВУ-60/45 имеется на всех установках, агрегат АД-100 комплектуется системой РВН 40/350.

    1. Технологический расчет доильных установок

    Технологический расчет машинного доения коров сводится к определению потребного количества аппаратов на оператора, количества операторов для обслуживания всего поголовья, количества доильных установок и их производительности.

    Количество доильных аппаратов на одного оператора

    (1)

    где

    tц – время полного рабочего цикла доения, с;

    tм – машинное время доения, tм = 240…300 с и практически не зависит от типа аппарата;

    tр – время на выполнение ручных операций

    tр = tосн + tвсп + tтр,

    где tосн – время на выполнение основных технологических операций.

    tвсп – время на вспомогательные операции при доении одной коровы.

    tтр – время на транспортные операции.

    Время на выполнение вспомогательных и транспортных операций может быть сведено к нулю. В целом время на выполнение ручных операций зависит от типа доильной установки. При доении в ведра tр = 180…240 с. в молокопровод tр = 120…180 с, при использовании установки "Елочка" tр = 50…60 с.

    Количество операторов, необходимых для обслуживания всего поголовья

    , (2)

    где

    mоб – общее количество подлежащих выдаиванию коров;

    Tд – общая продолжительность дойки, устанавливается зоотехническими требованиями и составляет 1,5…2,25ч.

    Один аппарат за время дойки может обслужить коров

    , гол/аппарат (3)

    Общее количество аппаратов на всех коров, подлежащих выдаиванию

    . (4)

    Общую продолжительность доения можно выразить

    . (5)

    Тогда

    , (6)

    т.е. общее количество аппаратов определяется общим поголовьем коров и поголовьем, обслуживаемым одним аппаратом.

    Из уравнения (3)

    . (7)

    Приравняв(5) и (7), получим

    ,

    откуда

    т.е. получаем зависимость (1).

    Количество коров, которое может обслужить один оператор за время дойки, определяется уравнением

    . (8)

    Эту величину называют еще загрузкой оператора.

    Производительность оператора-дояра

    гол/ч.

    Количество доильных установок

    ,

    где - количество доильных аппаратов на одной установке.

    гол/ч.

    Контрольные вопросы.

    1. Какие параметры доильного аппарата влияют на процесс извлечения молока из вымени коровы?

    2. От чего зависит расход воздуха доильной машиной и как он определяется?

    3. От каких параметров зависит производительность вакуумного насоса (ротационного и водокольцевого) и как она определяется?

    4. Как определяется мощность на привод вакуумных насосов и от чего она зависит?

    5. В чем состоит технологический расчет доильных установок?

    6. Как изменится подача вакуумного насоса доильной установки АДС-200, если его эксплуатировать при вакуумметрическом давлении 42 кПа, 53 кПа и будут подключены все 12 доильных аппаратов?

    7. Как рассчитать технологическую линию доения коров?

    Дополнительная литература

      1. Кололев В.Ф. Доильные машины. Теория, конструкция, расчет. -М.:Машгиз, 1962.
      2. Велиток И.Г. Технология машинного доения коров. - М.: Колос, 1975.
      3. Кацыгин В.В., Рыбников А.П. Современные доильные установки. -Мн.: Ураджай, 1977.
      4. Монтаж и эксплуатация доильных установок. Под. ред. Покваленского. - М.: Россельхозиздат, 1967.
    - Содержание дисциплины

    Механизация уборки, удаления и хранения навоза

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Механизация первичной обработки молока