Пенза, Пензенская область, Россия
Пенза, Пензенская область, Россия
УДК 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
Цель исследований – обоснование параметров пневматической составляющей рабочего процесса устройства для массажа вымени нетелей. Рассмотрена проблема повышения эффективности подготовки нетелей к лактации. Обоснована конструктивно-технологическая схема модернизированного устройства для комбинированного массажа вымени нетелей, позволяющего регулировать интенсивность пневматической составляющей массажного воздействия на ткани молочной железы животного. На основе полученной диаграммы изменения давления в колоколе и массажном элементе устройства (присоске) проведен общий анализ рабочего процесса массажных устройств, работающих по двух-камерной схеме. Предложено техническое решение, позволяющее устранить недостатки прототипа за счет более рациональной диаграммы изменения давления в массажном колоколе и его исполнитель-ном механизме – массажном элементе. К положительной стороне модернизированной конструктивно-технологической схемы массажного устройства можно отнести возможность раздельного регулиро-вания интенсивности пневматической и механической составляющих массажа, что позволяет полу-чить два технологических режима работы устройства с целью подготовки нетелей к лактации в раз-личные периоды их стельности. Первый режим реализуется при установке в дне массажного колокола сменной вставки диаметром 3,0 мм и выкрученном регулировочном винте в распределителе воздуха, второй – при использовании вставки диаметром 1,5 мм и максимальном вкручивании регулировочного винта. Такая модернизация позволила упростить регулирование давления воздуха (вакуума) в колоколе массажного устройства и его исполнительном механизме – массажном элементе. Разработанное устройство обеспечивает регулируемые параметры пневматической составляющей массажа для колокола и элемента, соответственно, в интервалах 10-17 и 19-28 кПа, что хорошо согласуется с требованиями к технологическому процессу подготовки нетелей к лактации.
нетель, молочная железа, массажное устройство, конструктивно-технологическая схема, комбинированный массаж, вакуум, пульсатор
Подготовка нетелей к лактации относится к одному из наиболее важных технологических приемов повышения продуктивности коров-первотелок. Она служит для приучения животных к машинному доению в период их лактации и предусматривает массаж вымени нетелей за 2-3 месяца до их отела с помощью специальных технических средств [1, 2, 6, 7]. При этом, несмотря на многочисленные работы, выполненные за последние 40-45 лет в части изыскания рациональных технологических и технических параметров устройств для массажа молочной железы нетелей, результатов, приемлемых для реального производства, не получено. В связи с этим исследования, направленные на решение данной проблемы все еще остаются актуальными как для науки, так и для производства. В настоящее время стало очевидным, что наиболее существенное противоречие разработанных ранее массажных устройств заложено в их конструктивно-технологической схеме. Проявляется это в первую очередь в том, что стремление к решению базовых задач технологии – облегчить адаптацию организма животного к доильному аппарату и интенсифицировать рост и развитие молочной железы животных, привело к значительному усложнению конструкции технических средств, а также существенно повысило трудоемкость технологического процесса и требования к обслуживающему персоналу. Рациональным подходом в решении этой проблемы, является применение массажных устройств с комбинированным пневмомеханическим принципом воздействия на вымя нетели. При этом в идеальном случае параметры пневматического и механического массажа должны достаточно просто регулироваться, а молочная железа животных после окончания массажа легко восстанавливать свой штатный физиологический статус [4, 5].
С точки зрения такого подхода в качестве объекта модернизации может быть рассмотрен агрегат для пневмомассажа вымени нетелей АПМ-1-Ф, до недавнего времени выпускавшийся промышленностью серийно. При этом следует учитывать не только сильные стороны его конструкции, но и очевидные недостатки, которые в основном относятся к его исполнительному механизму, непосредственно взаимодействующему с молочной железой животного – устройству для пневмомассажа вымени нетелей (УПВН).
Устройство представляет собой жесткую конструкцию в виде полусферы (колокола), размеры и форма которой учитывают конфигурацию молочной железы. Внутри полусферы смонтирована полиэтиленовая подпружиненная решетка. Полость полусферы посредством шланга связана с пульсатором, который, в свою очередь, с помощью магистрального шланга подключается к вакуумной системе агрегата [3]. Механическое воздействие устройства на вымя животного осуществляется с помощью подпружиненной пластмассовой решетки с выступами, которой снабжены два типоразмера (из трех) колокола, различающихся по объему полости. В днище полусферы выполнено дренажное отверстие диаметром 1,5 мм, которое прикрывается оператором в момент установки колокола на вымя животного, а в последующем обеспечивает необходимое значение вакуума в УПВН.
Очевидные недостатки УПВН проявляются в процессе анализа диаграммы изменения давления в его массажном колоколе и включают незначительную амплитуду изменения рабочего вакуума (5-7 кПа), а также отсутствие полноценной разгрузки вымени животного от действия вакуума по причине того, что в колоколе на протяжении всего рабочего цикла давление воздуха не восстанавливается до значения атмосферного [4].
Следует особо отметить, что второй недостаток для данной конструктивно-технологической схемы УПВН является неустранимым, так как остаточный вакуум служит для удержания колокола на вымени животного в такте разгрузки. Таким образом, такт разгрузки не является полноценным с точки зрения восстановления нормального кровообращения в тканях вымени животного и для данной конструкции какие-либо приемлемые решения по устранению этого недостатка практически отсутствуют.
Замена остаточного вакуума в массажном колоколе на атмосферное давление в такте разгрузки возможна в конструктивно-технологической схеме, при которой два колокола, или их аналоги, изменяют давление в противофазе. В настоящее время разработаны и запатентованы несколько конструкций двухкамерных устройств для комбинированного массажа вымени нетелей, которые могут быть приняты за базу для дальнейшей их модернизации [4-7].
Цель исследований – обоснование параметров пневматической составляющей рабочего процесса устройства для массажа вымени нетелей.
Задачи исследований – анализ пневматического воздействия на вымя животных путем изучения диаграммы изменения давления в рабочих органах двухкамерного массажного устройства.
Материалы и методы исследований. Объект исследований – модернизированное устройство для комбинированного (пневмомеханического) массажа нетелей двухкамерного типа. Реализованные в исследованиях методы позволили получить диаграмму изменения давления в массажном колоколе и присоске устройства. Исследования выполнены на базе экспериментальной установки, в составе которой искусственное вымя коровы, вакуумная система доильной установки, измерительная и записывающая аппаратура. Регулирование величины рабочего давления (вакуума) осуществлялось с помощью вакуум-регулятора АДМ 08.010.
Преобразование давления воздуха в массажном устройстве в электрические сигналы и их запись осуществляли с помощью схемы, приведенной на рисунке 1.
Рис. 1. Схема преобразования давления воздуха в массажном устройстве в электрические сигналы
Результаты исследований. Для проведения исследований было изготовлено массажное устройство, конструктивно-технологическая схема которого представлена на рисунке 2. Устройство снабжено распределителем золотникового типа, позволяющим обеспечить раздельное (независимое) регулирование интенсивности пневматического массажа вымени нетелей с помощью массажного колокола, а также механического воздействия на молочную железу за счет и массажного элемента. В качестве прототипа устройства было взято техническое средство для реализации способа подготовки нетелей к отелу, защищенного авторским свидетельством на изобретение [4]. В конструкцию этого массажного устройства внесены следующие изменения:
1. Исключен регулировочный винт, ограничивающий перемещение поршня распределителя в его верхнем положении.
2. Вместо двух калиброванных отверстий в дне массажного колокола предусмотрено использование двух сменных вставок диметром 1,5 и 3,0 мм. Такая модернизация позволила упростить регулирование давления воздуха (вакуума) в колоколе массажного устройства и его исполнительном механизме – массажном элементе. При этом устройство может настраиваться на работу в одном из двух режимов: повышенного и пониженного вакуума. Первый режим реализуется в случае установки сменной вставки диаметром 3,0 мм и при выкрученном регулировочном винте, второй – при наличии в дне колокола вставки диаметром 1,5 мм и максимальном вкручивании регулировочного винта.
Основой устройства является массажный колокол 1 (рис. 2), снабженный резиновым уплотнителем 3 и силовой пневмокамерой 14. В камеру встроен шток, на конце которого закреплен массажный элемент 3, выполненный в виде резинового кольца.
Рис. 2. Конструктивно-технологическая схема массажного устройства:
1 – массажный колокол; 2 – уплотнитель; 3 – массажный элемент; 4, 6, 8, 12 – соединительные шланги;
5 – пульсатор; 7 – поршень распределителя; 9 – распределитель; 10 – регулировочный винт;
11 – калиброванное отверстие распределителя; 13 – полый шток; 14 – силовая пневмокамера; 15 – отверстие
В дне массажного колокола выполнено отверстие 15, соединяющее полости колокола и силовой камеры. В отверстии имеется возможность фиксирования одной из двух сменных вставок
с диаметром отверстий 1,5 и 3,0 мм. Распределитель имеет по два входных и выходных патрубка. Один из входных патрубков соединен с пульсатором 5, а другой с помощью шланга 8 и магистрального шланга – с вакуум-проводом. Верхний выходной патрубок распределителя с помощью шланга 4 соединен с силовой пневмокамерой, а посредством нижнего патрубка с помощью шланга 12 и полого штока 13 воздух подается и отсасывается из массажного элемента массажного устройства. Пульсатор 5 служит для преобразования постоянного по величине пониженного давления (вакуума) в переменное. Внутри распределителя под действием переменного давления, создаваемого пульсатором, перемещается фигурный поршень 7. Ход поршня до крайнего нижнего положения может регулироваться посредством винта 10, а подача воздуха в массажный элемент при верхнем расположении поршня обеспечивается за счет отверстия 15 с соответствующей вставкой.
Рабочий процесс массажного устройства осуществляется следующим образом. С помощью пульсатора 5 в верхней части распределителя образуется пониженное давление, поршень 7 перемещается в верхнее положение, в результате чего в полости силовой пневмокамеры 14 с помощью шланга 4 образуется вакуум. При этом в массажном колоколе за счет отверстия 15 давление воздуха также понижается. Силовая камера под действием вакуума сжимается и перемещает шток 13
с массажным элементом 3 вверх. В кольцевом пространстве массажного элемента за счет калиброванного отверстия 11, шланга 12, а также полого штока 13 давление воздуха повышается до атмосферного. Таким образом, в части молочной железы животного, ограниченной массажным колоколом, осуществляется пневмомассаж, а другая ее часть, на которую воздействует массажный элемент, подвергается механическому массажу.
В следующем рабочем цикле массажного устройства в верхнюю часть его распределителя с помощью пульсатора подается воздух, и поршень перемещается в нижнее положение. При этом в полости силовой камеры давление воздуха повышается до атмосферного. Камера восстанавливает свою первоначальную форму, а полый шток 13 с массажным элементом перемещается вниз. Из силовой камеры воздух посредством отверстия вставки поступает в массажный колокол. В этот момент массажный колокол удерживается на вымени животного за счет массажного элемента, в кольцевом пространстве которого за счет полого штока 13, шланга 12 и вакуум-провода создается пониженное давление (вакуум). Величина вакуума в массажном элементе зависит от степени перекрытия отверстия в штуцере распределителя и регулируется вкручиванием или выкручиванием регулировочного винта 10. Сменные вставки с отверстиями диаметром 1,5 и 3,0 мм позволяют перераспределять давление в силовой пневмокамере и в полости массажного колокола. Увеличение интенсивности механического массажа достигается путем установки вставки с меньшим диаметром отверстия. Это приводит к снижению скорости откачивания воздуха из массажного колокола, давление воздуха в нем будет превышать этот параметр в силовой пневмокамере. Данный режим работы устройства соответствует относительно высокой интенсивности механического массажа и низкой – пневматического массажа. Установка сменной вставки с большим диаметром позволяет перевести работу массажного устройства в режим усиленного пневматического массажа и менее интенсивного механического.
На рисунке 3 представлена диаграмма изменения давления в модернизированном массажном устройстве, которая свидетельствует о возможности изменения регулируемых параметров пневматического воздействия на вымя нетели, как в массажном колоколе, так и в массажном элементе (присоске).
|
|
|
а |
|
|
|
б |
Рис. 3. Диаграмма изменения давления в массажном устройстве:
а – в массажном колоколе; б – в массажном элементе
В массажном колоколе при замене сменной вставки с диаметром отверстия 3,0 мм (левая часть диаграммы) на диаметр 1,5 мм (правая часть диаграммы) можно уменьшить величину вакуума, действующего на ткани вымени, с 17 до 10 кПа. Более щадящий режим работы массажного устройства позволяет в такте разгрузки повышать давление до величины атмосферного, тогда как в первом режиме в полости колокола сохраняется небольшой вакуум – примерно 3 кПа. Приведенное соотношение давлений характерно и для силовой камеры, что позволяет сделать вывод о возможности регулирования интенсивности механической составляющей массажа при работе модернизированного устройства.
Величина вакуума в массажном элементе (присоске) регулируется вкручиванием регулировочного винта 10 (левая часть соответствующей диаграммы) и его выкручиванием (правая часть). Полное выкручивание регулировочного винта позволяет снизить величину вакуума в массажном элементе (присоске) с 28 до 19 кПа. При этом более интенсивный режим характеризуется тем, что в период разгрузки в массажном элементе сохраняется незначительный вакуум – примерно 2 кПа.
Следует отметить, что более высокий вакуум в присоске по сравнению с массажным колоколом объясняется необходимостью удержания массажного устройства на вымени животного в цикле разгрузки, когда в колоколе давление повышается до величины, соответствующей атмосферному. Теоретически снижение вакуумной нагрузки на участок молочной железы нетели, взаимодействующий с массажным элементом, возможно в случае меньшей массы устройства или увеличения площади контакта рабочей поверхности массажного элемента с выменем. При этом целесообразность этих вариантов неочевидна, так как механическая составлявшая массажного устройства обеспечивает восстановление нормального кровообращения на этой, относительно небольшой, части молочной железы животного.
Заключение. Конструктивно-технологическая схема модернизированного массажного устройства позволяет устранить недостатки, присущие образцу, принятому за прототип. Достижение этой цели основано на рациональной диаграмме изменения давления в массажном колоколе и его исполнительном механизме – массажном элементе. Применение устройства позволяет обеспечить значения регулируемых параметров пневматической составляющей массажа для колокола и элемента, соответственно, в пределах 10-17 кПа и 19-28 кПа, что хорошо согласуется с требованиями к технологическому процессу подготовки нетелей к лактации.
1. Андрианов Е. А., Андрианов А. М., Андрианов А. А. и др. Адаптация первотелок к машинному доению и качество молока в связи с массажем вымени нетелей в период подготовки их к лактации // Вестник Воро-нежского государственного аграрного университета. 2012. № 1. С. 36–38.
2. Емельянов Д. Г. Каюмов Р. Р., Сафиуллин Н. А. Эффективность подготовки нетелей к лактации // Уче-ные записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. 2013. Т. 215. С. 114–118.
3. Жужа С. В. Механизация процесса массажа вымени нетелей в условиях современных комплексов: ав-тореф. дис. … канд. техн. наук. М., 1984.
4. Курочкин А. А. Экспериментальные исследования устройства для массажа вымени нетелей двухкамер-ного типа // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П. А. Костычева. 2017. № 2(34). С. 70–74.
5. Курочкин А. А., Зимняков В. М., Фролов Д. И. Методика технико-экономической оценки технологии подго-товки нетелей к лактации // Вестник НГИЭИ. 2018. № 7(86). С. 39–48.
6. Ужик О. В. Разработка и теоретическое обоснование технологий и технических средств для молочного скотоводства: дис. … д-ра. техн. наук. Белгород, 2014.
7. Ужик В. Ф., Чехунов О. А. Обоснование устройства для массажа вымени нетелей // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2018. № 2(18). С. 51–66.
