Разработка и обоснование технических средств и способа оценки машинного доения коров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Цвяк, Алексей Владимирович

• Цвяк, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цвяк, Алексей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОЛОКОВЫВЕДЕНИЯ ПРИ ДОЕНИИ КОРОВ.

1.1 Влияние рефлекса молоковыведения на эффективность молоковыведения.

1.2 Классификация оценочных показателей эффективности молоковыведения при доении коров.

1.3 Анализ способов и методов оценки эффективности молоковыведения

1.4 Выводы из анализа состояния вопроса оценки эффективности молоковыведения при доении коров. Цель и задачи исследования.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ МОЛОКОВЫВЕДЕНИЯ.

2.1 Оценка эффективности молоковыведения на основе показателя — обратный ток молока.

2.1.1 Предлагаемый сосок искусственного вымени.

2.1.2 Тренажер для обучения сдаиванию молока из вымени коровы.

2.1.3 Выбор материала для эластичного баллона соска искусственного вымени.

2.1.4 Влияние физико-механических свойств сосковой резины и геометрических размеров соска вымени на величину обратного тока молока.

2.1.5 Исследование характера сжатия соска сосковой резиной

2.2 Математическая модель передачи теплоты от вымени

2.3 Выводы.

3 МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Исследование изменения температуры вымени во время доения.

3.2 Обоснование способа оценки эффективности молоко-выведения по изменению максимальной температуры вымени до надевания доильных стаканов и непосредственно после доения.

3.3 Сравнительная оценка доильных аппаратов.

3.3.1 Оценка эффективности молоковыведения доильными аппаратами по показателю — изменение температуры вымени во время доения.

3.3.2 Результаты оценки эффективности молоковыведения доильными аппаратами по показателю — изменение температуры вымени во время доения.

3.3.3 Оценка эффективности молоковыведения доильными аппаратами по показателю - обратный ток молока.

3.4 Подбор материала для эластичного баллона соска искусственного вымени.

3.4.1 Методика подбора материала для эластичного баллона соска искусственного вымени.

3.4.2 Результаты подбора материала для эластичного баллона соска искусственного вымени.

3.5 Производственные испытания тренажера для обучения сдаиванию молока из сосков.

3.6 Выводы.

4 ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

МОЛОКОВЫВЕДЕНИЯ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и обоснование технических средств и способа оценки машинного доения коров»

Особое место в отрасли молочного животноводства занимает машинное доение коров, как наиболее трудоемкий и ответственный процесс, значительно облегчающий труд доярки, повышающий его производительность. Применение специального оборудования позволяет получать молоко высокого качества при сокращении затрат ручного труда.

Машинное доение по трудовым затратам занимает 40.65% совокупных затрат на производство единицы продукции, этот показатель с достаточной определенностью указывает на резервы повышения эффективности молочного производства. Организационные, технологические, технические нарушения непосредственно влияют на экономику производства молока и являются факторами, исключение которых достижимо через рациональные управленческие решения. Однако исследователи и практики, как на наиболее значительный резерв повышения эффективности, указывают на дальнейшее совершенствование автоматизации и механизации машинного доения коров.

Машинное доение прочно вошло в практику молочного скотоводства. Оно помимо увеличения производительности и облегчения труда доярок, позволяет наиболее эффективно использовать особенности рефлекса молокоотдачи - его кратковременность и диффузный характер, т.е. одновременное выделение молока всеми четвертями вымени. Однако, процесс машинного доения еще далек от совершенства. Многолетняя практика показала, что для внедрения эффективного машинного доения оказалось недостаточным механическое копирование основных параметров акта сосания и ручного доения.

В настоящее время накоплен достаточно большой теоретический и экспериментальный материал по физиологии доения и конструированию доильных машин, однако опыт использования доильных установок в различных регионах России и за рубежом свидетельствует о том, что машинное доение нередко оказывается неэффективным и приводит к снижению продуктивности животных, ухудшению качества молока, увеличению себестоимости продукции.

Как показывает анализ, одной из основных причин низкой эффективности процесса молоковыведения являются недостатки технического плана, то есть, несовершенство конструкции доильных машин, используемых для эвакуации молока из вымени животного, а также применение неадекватных раздражителей оператором при подготовке коровы к доению. Один из резервов роста молочной продуктивности коров — полнота выведения молока из вымени коров, которая зависит от качества проведения преддоильной подготовки способной наиболее полно вызвать рефлекс молокоотдачи, а также от того насколько полно и безопасно доильный аппарат способен вывести молоко из вымени.

Эффективность работ, связанных с созданием конструкции доильного аппарата, удовлетворяющего физиологическим требованиями и. разработка приемов позволяющих наиболее полно вызвать рефлекс молокоотдачи полностью зависит от результатов исследований их влияния на организм животного. Кроме того, чтобы обеспечить универсальность, необходимо рассматривать животное не как усредненный биологический объект определенного вида, а как индивид.

В настоящее время создано и применяется достаточно много специальных методик оценки доильных машин и качества проведения преддоильной подготовки вымени коров, однако проблема оценки качества процесса молоковыведения стоит достаточно остро.

Для решения указанной проблемы была поставлена цель работы -повышение достоверности оценки эффективности работы доильных аппаратов и преддоильной подготовки вымени коров.

Объектом исследования выбран процесс преддоильной подготовки вымени коров и работы доильных аппаратов.

Предметомисследования является закономерность эффективности молоковыведения при доении коров.

Методика исследования

В работе использованы аналитический, экспериментальный и расчетно-конструктивный методы.

Аналитический метод включал изучение технологического процесса с применением методов моделирования, классической механики и термодинамики, системы современных средств ЭВМ.

В экспериментальных исследованиях были использованы методы физического моделирования для проверки положений и выводов теории. С помощью расчетно-конструктивного метода, на основе результатов математического и экспериментального моделирования были получены оптимальные значения конструктивных и технологических параметров устройств, способа оценки работы доильных аппаратов и эффективности молоковыведения при доении коров.

Результаты исследований обрабатывали с применением известных методов математической статистики.

Научная новизна работы состоит: в совокупности теоретических и практических положений, обосновывающих необходимость применения новых средств, способа оценки работы доильных аппаратов и эффективности молоковыведения на основе показателей величины обратного тока молока и изменения температуры вымени во время доения; в выявлении аналитических зависимостей величины обратного тока молока от физико-механических свойств сосковой резины и геометрических параметров сосковой резины и соска; в получении математической модели передачи теплоты от вымени животного в окружающую среду; в разработке методики оценки эффективности качества преддоильной подготовки вымени коров и работы доильных аппаратов на основе показателей величины обратного тока молока и изменения температуры вымени во время доения.

Практическую ценность имеют: способ оценки работы доильных аппаратов и эффективности молоковыведения при машинном доении коров; конструкция искусственного соска муляжа вымени; конструкция тренажера для обучения сдаиванию молока из сосков; результаты проверки предложенных решений для оценки работы доильных аппаратов и эффективности молоковыведения в лабораторных и производственных условиях.

Апробация

Общие положения диссертации опубликованы в материалах международных научно-практических конференций Оренбургского ГАУ (2005, 2006, 2007), региональных научно-практических конференций молодых ученых и специалистов (Оренбург, 2005, 2006), X международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Троицк, 2006) и XIII Международного симпозиума по машинному доению коров (Гомель, Белоруссия, 2006).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в т.ч. получены 2 патента на изобретения.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов. Работа изложена на 121 странице машинописного текста, включая список литературы из 117 наименований, 29 рисунков, 8 таблиц и 3 приложения.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Цвяк, Алексей Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ литературных источников показал, что оценка технологических процессов в животноводстве, в частности, машинного доения коров, остается актуальной задачей, требующей дальнейшего решения. При этом оценка эффективности процесса молоковыведения может быть максимально достоверной только при учете влияния доильных аппаратов и качества проведения преддоильной подготовки на организм животного.

2. С целью разработки способа оценки качества работы доильных аппаратов и процесса молоковыведения была проведена классификация основных физиологических и технологических показателей процесса, благодаря чему выявлены наиболее информативные - изменение температуры вымени во время доения и величина обратного тока молока при такте сжатия доильного аппарата.

3. Для проведения лабораторных исследований по определению величины и закономерности изменения обратного тока молока был разработан искусственный сосок муляжа вымени, который позволил оценить работу современных доильных аппаратов («Alfa Laval Agri», «Westfalia Surge», «SAC») и действия оператора машинного доения коров при подготовительных операциях. Чтобы исключить возможные ошибки оператора при обработке вымени, предложен тренажер для овладения навыками ручного сдаивания молока из сосков. Каждый оператор перед проведением исследований прошел обучение на этом тренажере.

4. Анализ деформации сосковой резины, проведенный методом конечных элементов, позволил установить, что на величину обратного тока молока существенное влияние оказывает длина соска, а влияние физико-механических параметров сосковой резины составляет не более 10%.

5. Построена математическая модель изменения температуры вымени, из которой следует, что между температурой поверхности вымени и тепловым состоянием вымени есть прямая зависимость. Это создает предпосылки для оценки эффективности молоковыведения на основе изменения температуры поверхности вымени.

6. Чтобы получить достоверные данные об эффективности работы доильных аппаратов «Alfa Laval Agri», «Westfalia Surge», «SAC», были разработаны способ и методика оценки эффективности молоковыведения по изменению максимальной температуры вымени перед надеванием доильных стаканов и непосредственно после доения. Наиболее физиологичным по этому показателю оказался доильный аппарат «Alfa Laval Agri» (2,08°С).

7. Для определения достоверности разработанного способа установлена связь между объемом остаточного молока и величиной, обратной изменению максимальных температур вымени. Коэффициент корреляции составил 0,87. Следовательно, изменение максимальной температуры вымени до надевания доильных стаканов и непосредственно после доения является достоверной характеристикой эффективности молоковыведения.

8. Искусственный сосок, изготовленный из силикона, по твердости в поперечном сечении и по продольному удлинению в наибольшей степени соответствует соску вымени коровы, разница составляет не более 2%.

9. Производственные испытания показали, что эффективность молоковыведения при работе обученного на тренажере оператора выше, так как разница максимальных температур вымени коров при доении обученным на тренажере оператором больше на 16,7%, чем необученным. Кроме того, разница в разовых удоях коров у обученного и необученного оператора составляет 5,8%.

10. Годовой экономический эффект от внедрения предложенных разработок составил 1730 руб./гол. при надое 4500 кг на одну фуражную корову.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цвяк, Алексей Владимирович, 2008 год

1. Азимов, Г.И. Как образуется молоко. М.: Колос, 1965.

2. Аливердиев, A.A. Изучение в.н.д. у лактирующих коров // В сб: Физиология сельскохозяйственных животных. М.: ВАСХНЙЛ, ВИЖ, 1962.

3. Алямовский A. A. SolidWorks/COSMOS Works. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс, 2004.

4. A.c. 1248566 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок / Колотиец А.П. Опубл. 07.08.86. Бюл. № 29.

5. A.c. 940710 AI SU МКЛ A01J7/00 Сосок искусственного вымени/ Курочкин A.A., Аверкиев A.A., Соловьев С.А. Опубл. 07.07.82. Бюл. № 25.

6. A.c. 967420 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок вымени/ Корж Г.П. Опубл. 23.10.82. Бюл. № 39.

7. A.c. 1301362 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок вымени/ Карташов Л.П., Гордиевских М.Л., Анисимов Н.Г. Опубл. 07.04.87. Бюл. № 13.

8. A.c. 257213 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок вымени/ Караваев Ю.С. Опубл. 11.11.69. Бюл. № 35.

9. A.c. 293577 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок вымени/ Караваев Ю.С. Опубл. 26.01.71. Бюл. № 6.

10. A.c. 257213 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок вымени/ Караваев Ю.С. Опубл. 11.11.69. Бюл. № 35.

11. A.C. № 918961 СССР МКЛ G 09 В 9/00. Тренажер для обучения машинному доению/ Карташов Л.П., Поздняков В.Д. Заявл. 13.02.76; Бюл. №13, 07.04.82.

12. A.C. № 1442140 СССР МКЛ А 01 J 7/00. Тренажер для обучения машинному доению/ Карташов Л.П., Соловьев С.А., Поздняков В.Д., Корнилова Т.Н. Заявл. 14.11.86; Бюл. № 45, 07.12.88.

13. A.C. № 1511758 СССР МКЛ G 09 В 9/00, А 01 J 7/00. Комплексный тренажер для обучения машинному доению/ Карташов Л.П., Поздняков В.Д., Каскинова H.H. Заявл. 26.01.88; Бюл. № 36, 30.09.89.

14. A.C. № 1683590 СССР МКЛ G 09 В 9/00, А 01 J 7/00. Тренажер для формирования навыков машинного доения/ Э.Ф. Фелько, B.C. Елисеев,Ю.А. Кусков, Н.М. Быков, В.Д. Поздняков Заявл. 09.11.89; Бюл. №38, 15.10.91.

15. A.c. 648173 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок вымени/ Побединский В.М. Опубл. 25.02.79. Бюл. № 7.

16. A.c. 1355187 AI SU МКЛ A01J7/00 Искусственный сосок вымени/ Корж Г.П. Опубл. 30.11.87. Бюл. № 44.

17. Асратян, Э.А. Очерки по физиологии условных рефлексов. М.: Наука, 1970.

18. Астахов, А. С. Измерительные устройства для учета количества молока в потоке и эффективность их применения на фермах колхозов и совхозов. М.: ЦНИИТЭМ, 1969.

19. Барышников, И.А. Физиологические основы машинного доения // Физиологические механизмы машинного доения. Л.: Наука, 1964.

20. Барышников, И.А. Современное состояние физиологиимашинного доения// Вопросы физиологии машинного доения: Науч. тр. М: Колос, 1970.

21. Барышников, И.А. Регуляция процессов молокообразования и молоковыведения // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1959. №4.

22. Башкиров, Б.А. Качество преддоильной подготовки в биотехнической системе: «оператор животное - аппарат»/ Б.А Башкиров, В.Л. Губинский // VI Всесоюзный симпозиум по машинному доению с/х животных: Тез. докл. Алма-Ата М., 1985.

23. Большой энциклопедический словарь. М.: Большая российская энциклопедия, 1998.

24. Вальдман, Э.К. Физиология машинного доения коров. М.: Колос, 1977.

25. Велиток, И.Г. Технология машинного доения коров. М.: Колос, 1975.

26. Велиток, И.Г. Технологические факторы производства молока. М.: Знание, 1987.

27. Велиток, И.Г. Физиологическая оценка доильных аппаратов на основе учета остаточного молока// Физиология и механизация доения коров. Сб. трудов. Рига, 1986.

28. Велиток, И.Г. О депонировании остаточного молока в вымени коров. // Животноводство. 1963, № 3.

29. Велиток, И.Г. Об условиях полного выдаивания молока. // Молочное и мясное скотоводство. 1963, № 7.

30. Владимирова, А. Д. Материалы о рефлекторной регуляции выделительной функции молочной железы// Общая биология, 16.

31. Владимирова, А.Д. О рефлекторной регуляции кровоснабжения молочной железы. // Вестник ЛГУ, 3, 99,1963.

32. Власов, В.З. Общая теория оболочек. // Избранные труды. М.: Изд33,34.