КОЛЛЕКТОР ДОИЛЬНОГО АППАРАТА С ЗАПИРАЕМЫМИ КАМЕРАМИ
COLLECTOR OF MILKING MACHINE WITH LOCKING CHAMBERS

Настоящее изобретение относится к коллектору доильного аппарата, содержащему верхнюю часть корпуса по меньшей мере с двумя входными патрубками и нижнюю часть корпуса по меньшей мере с двумя камерами, каждая из которых сообщается с выходным патрубком через выпускное отверстие.
Для дойки животных, прежде всего коров, используются доильные аппараты. Доильный аппарат включает в себя коллектор, соединенный с доильными стаканами посредством соответствующих коротких молочных шлангов. Доильный стакан содержит гильзу, в котором расположена сосковая резина. Сосковая резина соединена с коротким молочным шлангом. Известно, что сосковая резина и короткий молочный шланг используются как единое целое, в виде так называемого моноблока. Короткий молочный шланг соединен с входным патрубком. Молоко, поступающее в коллектор доильного аппарата по молочным шлангам, выводится из него через выходной патрубок. Коллектор доильного аппарата соединен с молокопроводом. Для соединения используется длинный молочный шланг.
Для дойки овец и коз, как известно, используются коллекторы доильных аппаратов, имеющие два входных патрубка. Коллекторы доильных аппаратов, предназначенные для дойки коров, как известно, имеют четыре входных патрубка. Количество входных патрубков соответствует числу сосков выдаиваемого животного.
Из публикации US 4434744 известен коллектор доильного аппарата, имеющий корпус. Корпус образован верхней частью и нижней частью. Предусмотрены по меньшей мере два входных патрубка. Внутри корпуса предусмотрены по меньшей мере две камеры, каждая из которых сообщается с выходным патрубком через выпускное отверстие.
В публикации DE 102005017094 А1 описан еще один вариант выполнения коллектора доильного аппарата. В этом документе описан коллектор доильного аппарата с корпусом, в котором предусмотрены четыре камеры. Камеры соединены с входными патрубками. Поступающее в камеры молоко выходит из коллектора доильного аппарата через выходной патрубок.
В процессе доения может возникнуть ситуация, когда доильный стакан спадает с соска или отделяется выдаиваемым животным. Если доильный стакан спадает с соска, через него и короткий молочный шланг внутрь коллектора доильного аппарата попадает воздух. Вместе с воздухом в коллектор доильного аппарата, а в конечном счете, и в молокоприемник, может попасть грязь. Для перекрытия воздушного потока известно выполнение входных патрубков таким образом, чтобы молочный шланг перегибался у свободного конца всасывающего патрубка, прерывая таким образом поступление воздуха. Вместе с тем, пара "выходной патрубок - молочный шланг" функционирует в качестве клапана неудовлетворительно. Эта проблема уже достаточно известна. В публикациях US 4483272 и СH 667973 А5 предлагалось предусмотреть в доильном стакане клапан, с помощью которого можно перекрыть выход из доильного стакана. Клапан образован запорным элементом, прижимаемым к седлу разрежением или силой гравитации.
В основу настоящего изобретения положена задача усовершенствования известного коллектора доильного аппарата с целью еще большего улучшения его функциональности.
Согласно изобретению эта задача решается в коллекторе доильного аппарата, охарактеризованном признаками пункта 1 формулы изобретения. Целесообразные усовершенствования и варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы.
Предлагаемый в изобретении коллектор доильного аппарата имеет корпус. Корпус образован верхней частью и нижней частью. Коллектор доильного аппарата имеет по меньшей мере два входных патрубка. Каждый входной патрубок открывается в соответствующую камеру, образованную в корпусе. Каждая камера через выпускное отверстие сообщается с выходным патрубком. Кроме того, по меньшей мере одна камера имеет дно, в котором выполнена впадина, предусмотрен запорный элемент, который в первом положении находится во впадине ниже выпускного отверстия, а во втором положении - над впадиной, между запорным элементом в его первом положении и стенкой впадины предусмотрен зазор, впадина имеет участок, который, смотря в продольном направлении впадины, имеет по существу круглое поперечное сечение, и в стенке впадины предусмотрен канал.
Если запорный элемент занял первое положение, освободив выпускное отверстие камеры, молоко, поступающее в камеру через входной патрубок, может попадать в выходной патрубок через выпускное отверстие. Во втором положении, которое может занять запорный элемент, этот элемент расположен напротив выпускного отверстия таким образом, что он плотно запирает выпускное отверстие, в результате чего сообщение между камерой и выходным патрубком по существу прерывается.
В процессе доения доильные стаканы закреплены на сосках. Сосковые резины доильного стакана как можно полнее облегают соски. Во время доения молоко либо молочно-воздушная смесь поступает в коллектор доильного аппарата. Молоко либо молочно-воздушная смесь выходит из камеры через выпускное отверстие и попадает в выходной патрубок. Запорный элемент находится во впадине. При этом молоко, либо молочно-воздушная смесь, обтекает запорный элемент.
Если же доильный стакан спадает с соска, воздух, находящийся под давлением окружающей атмосферы, резко и с большой скоростью устремляется в сосковую резину, откуда через короткий молочный шланг он попадает в соответствующую камеру. Поток воздуха создает эффект подсоса, действующий на запорный элемент, находящийся во впадине. Этот запорный элемент выходит за счет всасывания из впадины и оказывается в своем втором положении при уплотнительной кромке выпускного отверстия камеры. Разность давлений между разрежением в выходном патрубке и давлением окружающей среды в сосковой резине, а значит, и в камере, создает прижимающую силу, достаточную для удержания уплотняющего запорного элемента напротив выпускного отверстия камеры, т.е. перед ним.
Важное преимущество предлагаемого в изобретении коллектора доильного аппарата усматривается также в том, что функция запирания выпускного отверстия сохраняется даже при неблагоприятных положениях и ориентации коллектора доильного аппарата, в отличие от коллекторов доильных аппаратов, известных из уровня техники.
Если доильный стакан спал с соска, в камеру устремляется воздух, находящийся под давлением окружающей среды. Он проходит через камеру и покидает ее через выпускное отверстие. Воздух увлекает за собой молоко, находящееся между запорным элементом и впадиной. Это уменьшает связывающее действие молочной пленки, в результате чего запорный элемент присасывается к выпускному отверстию камеры. Для уменьшения количества воздуха, проходящего через коллектор доильного аппарата, а значит, для сокращения времени, необходимого для запирания выпускного отверстия, в стенке впадины предусмотрен канал, соединяющий впадину с камерой. Благодаря наличию канала увеличивается количество покидающего впадину молока. Это уменьшает время запирания, в результате чего количество воздуха, проходящего через коллектор доильного аппарата, может быть снижено.
Запорный элемент предпочтительно выполнен таким образом, чтобы иметь по существу сферическую форму. Это, в числе прочего, имеет преимущество, заключающееся в отсутствии необходимости заранее задавать ориентацию запорного элемента.
В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении коллектора доильного аппарата запорный элемент может иметь поверхность, состоящую по меньшей мере из одного материала, совместимого с пищевыми продуктами. Особенно предпочтительным является выполнение запорного элемента из высококачественной стали, желательно из нержавеющей стали.
В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении коллектора доильного аппарата запорный элемент может иметь массу от 5 до 10 г, предпочтительно 7 г. Было установлено, что запорный элемент, имеющий такую массу, с одной стороны, не всплывает в молоке, а с другой - достаточно легок для того, чтобы притягиваться к выпускному отверстию за счет подсоса.
Впадина имеет поперечное сечение, согласованное с поперечным сечением запорного элемента. При использовании коллектора доильного аппарата молоко в процессе доения поступает в зазор, предусмотренный между запорным элементом и стенкой впадины, так что между запорным элементом и поверхностью впадины образуется жидкостная пленка. Поверхностное натяжение этой жидкостной пленки оказывает на запорный элемент связывающее действие. Возникающая при этом сила сцепления противодействует подсасывающей силе, действующей на запорный элемент вследствие обтекания потоком части его поверхности, расположенной в потоке, и таким образом обеспечивает поток молока с относительно высоким расходом без извлечения запорного элемента из впадины подсасыванием и притягивания его к выпускному отверстию во время прохождения потока молока.
Особенно предпочтительным является при этом вариант, в котором ширина зазора составляет от 0,1 до 1 мм, в частности 0,25 мм.
Впадина в предпочтительном варианте осуществления изобретения имеет по существу плоское дно.
Особенно целесообразно выполнение зазора по существу кольцевой формы. Предпочтительно, чтобы у участка впадины, который, смотря в продольном направлении впадины, имеет по существу круглое поперечное сечение, это сечение было постоянным. Если поперечное сечение по существу постоянно, то этот участок имеет практически цилиндрическую форму.
Для достижения зазора по существу постоянной ширины в предпочтительном варианте выполнения коллектора доильного аппарата предлагается предусмотреть средство, обеспечивающее центрирование запорного элемента во впадине. По меньшей мере одно такое средство может включать в себя структуры на стенке впадины. Особенно предпочтителен вариант, в котором структуры представляют собой по меньшей мере три ребра. При наличии ребер их предпочтительно располагать на одинаковом расстоянии друг от друга в окружном направлении впадины.
Ребра, или центрирующие средства, выполнены таким образом, чтобы запорный элемент имел свободу перемещения в продольном направлении впадины.
В предпочтительном варианте выполнения коллектора доильного аппарата, предлагается предусмотреть во впадине по меньшей мере одну упруго деформируемую стенку. При этом упруго деформируемая впадина обеспечивает фиксацию уплотняющего запорного элемента за счет разности давлений. Если разность давлений уменьшается, впадина в некоторой мере восстанавливает свою форму, освобождая запорный элемент. Запорный элемент может попасть к выпускному отверстию.
Для присоединения доильного стакана к соску необходимо создать в доильном стакане разрежение. Это разрежение создается также в коллекторе доильного аппарата. С этой целью выпускное отверстие, к которому прилегает запорный элемент, имеет зазор, что позволяет отсасывать определенное количество воздуха из камеры коллектора, молочного шланга и сосковой резины. Этот поток воздуха должен быть с одной стороны как можно меньшим, но с другой стороны достаточно большим, чтобы обеспечить присоединение доильного стакана за допустимое время. Для обеспечения стабильности прикладываемого вакуума и высокого качества молока, поток воздуха должен быть как можно меньшим. Быстрое же и удобное присоединение доильного стакана достигается тогда, когда в доильном стакане может быть быстро создано разрежение. Это достигается при большом воздушном потоке, поскольку доильный стакан может быть освобожден, только если запорный элемент уже не расположен напротив выпускного отверстия и если создан довольно сильный присасывающий вакуум. Поэтому величину зазора предпочтительно выбирать таким образом, чтобы запорный элемент отходил от выпускного отверстия менее чем за 5 секунд. Особенно предпочтительным является такой размер зазора, при котором запорный элемент "отваливается" от выпускного отверстия менее чем за 1 секунду.
Процесс присоединения доильного стакана, либо создание вакуума в доильном стакане и камере может быть еще более ускорено, если рядом с выпускным отверстием предусмотрен по меньшей мере один упругий элемент, который при нахождении запорного элемента во втором положении действует на запорный элемент усилием, направленным по существу от выпускного отверстия.
Дальнейшие детали и преимущества предлагаемого в изобретении коллектора доильного аппарата рассматриваются ниже на примере вариантов его выполнения, не ограничивающих возможностей осуществления изобретения и представленных на чертежах, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный разрез коллектора доильного аппарата;
на фиг.2 - вид сверху коллектора доильного аппарата, показанного на фиг.1;
на фиг.3 - увеличенный местный вид камеры коллектора доильного аппарата с запорным элементом;
на фиг.4 - схематичный разрез коллектора доильного аппарата с молочным шлангом и доильным стаканом, когда запорный элемент находится в первом положении;
на фиг.5 - схематичный вид предлагаемого в изобретении коллектора доильного аппарата с молочным шлангом и доильным стаканом, когда запорный элемент находится во втором положении;
на фиг.6 - местный вид в разрезе еще одного варианта выполнения впадины;
на фиг.7 - увеличенный вид в разрезе вдоль линии А-А на фиг.6;
на фиг.8 - график зависимости скорости потока от времени; и
на фиг.9 - вид в разрезе еще одного варианта выполнения коллектора доильного аппарата, соединенного с молочным шлангом и доильным стаканом.
На фиг.1 и 2 представлены собой схематичные изображения вариантов выполнения предлагаемого в изобретении коллектора доильного аппарата.
Коллектор доильного аппарата имеет корпус 1. Корпус 1 выполнен из двух частей. Он имеет верхнюю часть 2 и нижнюю часть 3. Верхняя часть 2 и нижняя часть 3 корпуса соединены с помощью соединительных средств (не показаны). Как верхняя часть 2, так и нижняя часть 3 имеют уплотняющие поверхности, что позволяет соединять части 2, 3 корпуса коллектора герметичным образом.
В изображенном варианте осуществления изобретения верхняя часть 2 соединена с входными патрубками 4, 5. Входные патрубки 4, 5 имеют отверстия, открывающиеся в соответствующие камеры коллектора доильного аппарата. Коллектор доильного аппарата, предназначенный для дойки коров, имеет четыре входных патрубка. С каждым входным патрубком соединен молочный шланг (не показан).
Входные патрубки не обязательно должны быть размещены на верхней части 2 корпуса. Также допустимо размещение входных патрубков на нижней части. Под "входным патрубком" может также пониматься входное отверстие. Если предусмотрено входное отверстие, в него может вводиться концевая часть молочного шланга. Эта концевая часть может иметь кольцевой паз, в которую может заходить кромка входного всасывающего отверстия.
В изображенном варианте осуществления изобретения нижняя часть корпуса имеет четыре камеры 8, 9, 18 и 19, как это видно на фиг.2. Каждая из камер 8, 9, 18 и 19 соединена с доильным стаканом посредством входного патрубка, соединенного с молочным шлангом, так что молоко, выдаиваемое из каждой четверти вымени, попадает в свою камеру.
Каждая из камер 8, 9, 18 и 19 имеет соответствующее дно 12, 13, 20 и 21. В дне 12 камеры 8 выполнена впадина 14. В камерах 9, 18 и 19 предусмотрены соответствующие впадины 15, 22 и 23.
Рядом с впадиной каждая камера имеет выпускное отверстие 10, 11, 16 и 17, благодаря чему выдоенное молоко может выходить из камер через выпускные отверстия в сборную камеру 24. Молоко покидает сборную камеру 24 через выходной патрубок 25, соединенный с длинным молочным шлангом 26.
В каждой впадине находится запорный элемент 27. Запорный элемент занимает во впадине свое первое положение. Во втором положении запорный элемент расположен напротив выпускного отверстия соответствующей камеры.
На фиг.3 камера 12 показана в разрезе при виде сбоку. Пунктирными линиями изображены два положения запорного элемента 27. Запорный элемент 27 в одном положении расположен во впадине, а в другом - над ней. Запорный элемент может занять это верхнее положение, если коллектор доильного аппарата, например, перевернуть. Запорный элемент 27 выполнен по существу сферической формы. При этом особенно предпочтителен запорный элемент, поверхность которого по меньшей мере частично состоит из материала, совместимого с пищевыми продуктами. Особенно предпочтительным является выполнение запорного элемента в виде стального шарика весом примерно 7 г. Впадина 14 согласована с контуром запорного элемента 27. Отношение глубины впадины к диаметру запорного элемента составляет от 0,4 до 0,9, предпочтительно 0,7. В предпочтительном варианте осуществления изобретения запорный элемент выступает над впадиной примерно на 30% диаметра шарика.
Выпускное отверстие 10 имеет по существу круглое поперечное сечение. Диаметр выпускного отверстия меньше диаметра сферического запорного элемента 27. Выпускное отверстие 10 имеет уплотняющую поверхность 28. Во втором положении запорный элемент 27 находится напротив уплотняющей поверхности 28 выпускного отверстия 10, запирая выпускное отверстие 10. На фиг.3 изображена модифицированная камера 12. В камере 12 предусмотрена стенка 29, которая ограничивает движение запорного элемента 27. Стенка 29 предпочтительно имеет клиновидно-круглое поперечное сечение. Стенка 29 проходит в направлении дна 12 и заканчивается перед ним, образуя зазор 30. Зазор 30 предпочтительно имеет высоту, несколько меньшую диаметра запорного элемента 27, благодаря чему запорный элемент по существу подвижен в пространстве, ограниченном стенкой 29 и боковой стенкой камеры. Преимущество этого заключается в том, что запорный элемент в любое время может попасть во впадину 14.
Пунктирными линиями показаны два положения запорного элемента 27. В первом из них запорный элемент расположен во впадине 14. Если предусмотреть во впадине по меньшей мере одну упруго деформируемую стенку, то такая упруго деформируемая впадина будет обеспечивать фиксацию уплотняющего запорного элемента за счет разности давлений. Если разность давлений уменьшается, впадина в некоторой мере восстановит свою форму, освободив запорный элемент, который сможет попасть к выпускному отверстию. Во втором обозначенном пунктиром положении запорный элемент оказался выше выпускного отверстия 10, причем движение запорного элемента ограничивается стенкой 29.
Уплотняющая поверхность 28 предпочтительно имеет по меньшей мере один проход 31. С помощью прохода 31 целенаправленно обеспечивается возможность перетекания между камерой 12 и сборной камерой 24. При наличии в сборной камере разрежения и при показанном на чертеже положении запорного элемента 27 напротив выпускного отверстия 10 через проход постоянно движется небольшой воздушный поток, который существенно не уменьшает давление в сборной камере 24.
Если доильный стакан присоединен к соску животного, и сосковая резина герметично облегает сосок, камера 12 изолирована от внешнего давления. В результате перетекания через уплотняющую поверхность 28 сила, действующая на запорный элемент 27, уменьшается. В случае падения разности давлений ниже заданного значения, зависящего от веса запорного элемента, запорный элемент отходит от уплотняющей поверхности 28 и попадает во впадину 14. Таким образом, выпускное отверстие 10 открывается.
На фиг.4 схематично в разрезе изображена камера 12 коллектора доильного аппарата, соединенная с коротким молочным шлангом 32 и доильным стаканом 33. Молочный шланг 32 соединен с камерой 12 с помощью всасывающего патрубка 4. На фиг.4 запорный элемент 27 изображен в первом положении, в котором запорный элемент 27 расположен во впадине 14.
В процессе доения сосок находится внутри доильного стакана. Предпочтительно, чтобы сосок располагался в сосковой резине таким образом, чтобы между ним и сосковой резиной вообще не было воздуха или же могло поступать небольшое количество воздуха. Запорный элемент 27 находится во впадине 14, так что выпускное отверстие 10 открыто. Вид на фиг.4 показывает, что основная часть запорного элемента 27 находится во впадине 14. В процессе доения молоко или молочно-воздушная смесь обтекает лишь малую часть поверхности запорного элемента 27.
Если доильный стакан 33 снять с соска, в камеру 12 устремляется воздух, что вызывает перемещение запорного элемента 27 из первого положения во впадине 14 во второе положение напротив отверстия 10 с прилеганием к уплотняющей поверхности 28. Это положение запорного элемента 27 изображено на фиг.5. Стрелкой показано место просачивания воздуха через проход 31 в уплотняющей поверхности 28.
На фиг.6 и 7 изображены дополнительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении коллектора доильного аппарата. Вариант, изображенный на фиг.6, в основном соответствует конструкции камеры 12. На фиг.6 и 7 изображена впадина 14, имеющая по существу цилиндрический участок. Между запорным элементом 27 и (боковой) стенкой 35 цилиндрического участка 34 имеется зазор 36.
На фиг.6 и 7 показано средство 39. Это средство 39 представляет собой ребра, проходящие в продольном направлении впадины. На фиг.6 показано, что ребра выполнены на по существу цилиндрическом участке 34. На фиг.7 видно, что предусмотрено три ребра, расположенных по существу на одинаковом расстоянии друг от друга. Вместо ребер средства 39 могут быть выполнены в виде структур, например выпуклых выступов. Средства 39 обеспечивают центрирование запорного элемента 27 во впадине 14. В результате зазор 36 остается по существу постоянным. Средства 39 ориентированы радиально внутрь, причем они выступают в радиальном направлении настолько, чтобы обеспечивать возможность перемещения запорного элемента в продольном направлении впадины.
В процессе движения потока молока молоко попадает в зазор 36. Поверхностное натяжение молочной пленки в зазоре 36 оказывает связывающее действие, противодействующее силе всасывания, создаваемой на части поверхности запорного элемента 27, находящейся в потоке молока, и таким образом позволяет проходить большему молочному потоку, удерживая запорный элемент 27 от смещения и прижатия к уплотняющей поверхности 28 выпускного отверстия 10 во время процесса доения.
На фиг.6 и 7 также видно, что в стенке 35 предусмотрен канал 37.
Если вместо молока в камеру 12 поступает воздух, этот воздушный поток увлекает за собой молоко, находящееся во впадине 14. Благодаря каналу 37 ускоряется выход молока из впадины 14, благодаря чему время реакции, т.е. время закрытия выпускного отверстия 10, также уменьшается.
Зазор 36 между запорным элементом 27 и стенкой 35 впадины 14 позволяет гасить максимумы скорости. Когда жидкость обтекает запорный элемент 27, на него действует определенная сила всасывания. Сила всасывания увеличивается с ростом скорости потока жидкости. Сила всасывания противодействует весу запорного элемента 27. Когда на запорный элемент 27 действует сила всасывания, ниже него образуется разрежение, тянущее запорный элемент вниз. Это разрежение уменьшается при поступлении в зазор жидкости. После того как зазор заполнился молоком, через него может проходить только молоко. Это позволяет максимумы скорости без полного выведения запорного элемента из впадины за счет всасывания, так что максимумы скорости потока молока практически не влияют на поведение запорного элемента при запирании камеры. Примерный график скорости потока приведен на фиг.8.
Для присоединения доильного стакана к соску животного, доильный стакан крепится к животному вручную, если только этот процесс не осуществляется доильным роботом. В процессе присоединения запорный элемент 27 расположен напротив выпускного отверстия 10, т.е. прилегает к уплотняющей поверхности 28. Количество воздуха, проходящее через проход 31, относительно мало по сравнению с количеством воздуха, которое потребовалось бы отсосать из камеры 12, молочного шланга 32 и доильного стакана 33 для уменьшения определенной разности давлений между камерой 12 и сборной камерой 24, чтобы запорный элемент 27 попал во впадину 14. Для ускорения этого процесса, как видно из фиг.9, предусмотрен упругий элемент 38, прилегающий к запорному элементу 27. Упругий элемент 38 прикладывает к запорному элементу 27 усилие, направленное от выпускного отверстия 10. В результате запорный элемент 27 попадает во впадину 14 в еще более ранний момент времени.