СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЖЕСТКОСТИ СОСКОВОЙ РЕЗИНЫ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING STIFFNESS OF TEAT CUP LINER OF MILKING MACHINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретения относятся к сельскому хозяйству, конкретно к способам и устройствам для дефектовки доильных аппаратов по жесткости сосковой резины.
Известен способ определения жесткости сосковой резины доильного аппарата (а.с. СССР №292671, МПК A01J7/00) по объему вытесненной жидкости, заполняемой внутренний объем сосковой резины в такте сосания. В такте сжатия внутренний объем сосковой резины уменьшается, и жидкость частично выталкивается через обратный клапан. Жесткость сосковой резины оценивается количеством перекачиваемой жидкости.
Недостатками данного способа являются: низкая достоверность и точность оценки. Процесс смыкания-размыкания сосковой резины происходит за десятые доли секунды. Жидкость - малоинертный материал, неспособный быстро заполнить внутренний объем сосковой резины. Кроме того, выдавленная вода при размыкании сосковой резины частично будет возвращаться назад, что затрудняет отбор фиксированной части воды.
Известен способ, который заключается в измерении времени от начала включения доильного аппарата в работу до стабилизации соотношения тактов сосковой резины с помощью регистрирующего устройства, связанного с сосковой резиной посредством датчика ее деформации. Последний установлен на искусственном соске, который вставляется внутрь сосковой резины перед началом дефектовки доильного аппарата по жесткости сосковой резины. Соотношение тактов определяется длительностью смыкания-размыкания сосковой резины в горизонтальной плоскости, которое определяется длительностью изменения давления в межстенном пространстве доильного стакана.
Данный способ имеет недостаточную достоверность и точность оценки определения жесткости сосковой резины из-за низкой инертности резины в динамике.
Принятый в качестве прототипа способ определения жесткости резины доильного аппарата по а.с. СССР №782770, МПК A01J 7/00 используют при безразборной диагностике дольных аппаратов. Способ заключается в измерении жесткости сосковой резины по росту разрежения в подсосковой полости доильного стакана до уравновешивания жесткости резины и величины разрежения с одной стороны резины, а с другой стороны - величины атмосферного давления. Измерения осуществляются с помощью датчика, передающего сигнал на прибор.
Однако этот способ также имеет ряд недостатков: низкая точность и отсутствие замеров жесткости сосковой резины с учетом всей ее длины, игнорирование значительной упругости соска вымени в процессе молоковыведения. Сосок вымени не сжимается в такте сжатия и поэтому сосковая резина деформируется за пределами его нахождения. Это подтверждается расчетами по определению контактного давления между сосковой резиной доильного аппарата и соском вымени животного (Козлов А.Н. Совершенствование доильных аппаратов с учетом типа стрессоустойчивости животных: дисс… канд. техн. наук. Челябинск. 1983. С.187), а следовательно, снижается достоверность оценки сосковой резины доильного стакана.
Известно устройство для определения давления сосковой резины на сосок (а.с. СССР №1009350, МПК A01J 7/00), включающее искусственный сосок с опорной втулкой и измерительным прибором. В корпусе искусственного соска имеются два противоположно установленных электрода, а полость соска заполнена угольным порошком. При сжатии порошка сосковой резиной сопротивление между электродами уменьшается, что фиксируется прибором.
Недостатками устройства является низкая точность замера жесткости резины и отсутствие замеров жесткости резины по всей длине доильного стакана.
Известно устройство для определения жесткости сосковой резины в собранном доильном стакане (пат. РФ №2006198, МПК A01J 7/00), включающее рабочий орган, выполненный в виде двух последовательно соединенных задатчиков деформации разного диаметра, шарнирно соединенных с пробкой (заглушкой доильного стакана). Характер жесткости резины определяют по разности давлений задатчиков деформации, фиксируемой чувствительным элементом дифференциального измерительного преобразователя давления. Чувствительный элемент установлен в задатчике деформации со стороны пробки. Задатчики деформации выполнены в виде дисков разного диаметра.
Недостатками является низкая достоверность определения относительных характеристик жесткости сосковой резины из-за установки чувствительного элемента со стороны пробки, т.е. в крайнем положении доильного стакана, зависимость задаваемой деформации сосковой резины размером верхнего задатчика, разная инертность срабатывания задатчиков деформации и несоответствие работы доильного стакана с соском вымени животного работе устройства, поскольку искусственный сосок в рассматриваемом устройстве отсутствует, следовательно, устройство не может быть принято в качестве прототипа.
Наиболее близким к заявляемому устройство по совокупности существенных признаков является принятое за прототип устройство для измерения жесткости сосковой резины доильного аппарата (а.с. СССР №782770, МПК A01J 7/00), содержащее искусственный сосок, датчик измерения разрежения, клапан для впуска атмосферного давления в подсосковую камеру доильного стакана и систему вертикально расположенных нитей по периметру искусственного соска, оказывающую механическое управляющее воздействие на клапан. Первоначально датчик измерения фиксирует величину разрежения в подсосковой камере в такте сжатия. Вторично датчик измерения фиксирует величину разрежения в подсосковой камере при размыкании сосковой резины. Разница между первой и второй величинами разрежения в подсосковой камере характеризует жесткость сосковой резины.
Однако недостатками этого устройства являются низкая точность и неопределенность замера жесткости резины из-за низкой механической инертности клапана с пружиной; определение жесткости при начале смещения резины в горизонтальной плоскости доильного стакана, расположение искусственного соска по всей длине сосковой резины, что не соответствует действительному расположению соска вымени в доильном стакане; дроссельное отверстие подсосковой камеры не соответствует фактической работе доильного стакана.
Задача изобретения - повышение точности и достоверной оценки жесткости сосковой резины доильного стакана в истинной зоне ее деформации при работе доильного аппарата в динамике.
Эта задача достигается тем, что в предлагаемом способе для определения жесткости сосковой резины доильного аппарата, включающем установку искусственного соска в доильный стакан и измерение жесткости сосковой резины доильного стакана с помощью датчиков, передающих сигнал на измерительный прибор, и получение оценочных характеристик в динамике путем сравнения полученных характеристик жесткости сосковой резины с требуемыми условиями ее пригодности к эксплуатации в доильных аппаратах, в отличие от прототипа определяют продолжительность смыкания той части сосковой резины, которая находится под искусственным соском, по размерам соизмеримым с натуральными размерами сосков вымени животных, с помощью электрических датчиков, установленных в нескольких точках по вертикальной оси доильного стакана и передающих электрический сигнал непосредственно на измерительный прибор.
Для осуществления заявляемого способа используется устройство для определения жесткости сосковой резины доильного аппарата, содержащее искусственный сосок и нитевой датчик, участвующий в передаче сигнала на измерительный прибор, в отличие от прототипа корпус искусственного соска выполнен из сплошного недеформируемого материала и соответствует натуральным размерам сосков вымени животных, и под искусственным соском установлены по оси в вертикальной плоскости доильного стакана ряд изолированных друг от друга электрических датчиков, расположенных на равном расстоянии друг от друга по всей длине деформируемой части сосковой резины, причем крайние датчики выполнены в виде конической формы и разнонаправлены внутрь сосковой резины, каждый датчик связан непосредственно через внутренний центральный стержень с измерительным прибором, в качестве которого использован электронный аналитический блок.
Измерение деформаций сосковой резины с помощью электрических датчиков обеспечивает повышение оперативности, достоверности и точности замеров.
Необходимость установки датчиков деформации в вертикальной плоскости объясняется тем, что в динамике при потере устойчивости оболочки сосковой резины образующие оболочки в вертикальной плоскости выпучиваются по одной полуволне синусоиды, в то же время в горизонтальной плоскости - по окружности делятся на две полуволны. Зона смыкания полуволны тем больше, чем больше зона сближения полуволн в вертикальной плоскости. Зона смыкания полуволн оболочки сосковой резины должна быть такой, чтобы она обеспечивала выполнение основного функционального назначения сосковой резины - защита соска вымени от воздействия постоянного разрежения. Поэтому и необходимо определять в вертикальной плоскости зону смыкания сосковой резины, которая определяет ширину смыкания сосковой резины в горизонтальной плоскости, что свидетельствует о ее функциональных возможностях по жесткости.
Определение жесткости сосковой резины только той части, которая находится под соском, объясняется тем, что выполненные авторами теоретические и экспериментальные расчеты (Козлов А.Н. Совершенсование доильных аппаратов с учетом типа стрессоустойчивости коров: дисс… канд. техн. наук. Челябинск. 1983. С.187) по оценке упругости соска вымени животного с помощью коэффициента «постели» выявили, что полуволна синусоиды сосковой резины образуется только за пределами нахождения соска вымени в доильном стакане. Поэтому достоверное определение жесткости сосковой резины возможно только при ее определении в вертикальной плоскости за пределами нахождения соска вымени в доильном стакане.
Представление искусственного соска в недеформируемом материале обусловлено дополнительными расчетами задачи Лями по определению контактного давления между сосковой резиной и соском вымени животного (Козлов А.Н. Совершенствование доильных аппаратов с учетом типа стрессоустойчивости коров: дисс… канд. техн. наук. Челябинск. 1983. С.187), по результатам которых выявлено, что сосковая резина неспособна сжать сосок вымени, и он проявляет себя как твердый наполнитель в оболочке сосковой резины в динамическом режиме работы доильного аппарата.
Оценка жесткости сосковой резины в вертикальной плоскости доильного стакана позволяет упростить и расширить диапазон измерений по сравнению с замерами в горизонтальной плоскости, так как при смыкании сосковой резины в вертикальной плоскости образуется одна с большой амплитудой синусоида, образующей оболочки, а в горизонтальной плоскости - две полуволны с короткими амплитудами. Учитывать необходимо то, что динамический цикл смыкания кратковременный, не более 0,3 секунды, поэтому произвести замеры жесткости резины в горизонтальной плоскости затруднительно.
Крайние датчики в виде конусов учитывают, что сосковая резина жестко закреплена по краям и характер прогиба оболочки сосковой резины в этой зоне будет в виде убывающей синусоиды.
На фигуре 1 схематично изображено устройство для определения жесткости сосковой резины доильного аппарата. Устройство содержит гильзу 1 доильного стакана, внутрь которого вставлена сосковая резина 2 и в нее - искусственный сосок 3. Пространство, ограниченное гильзой 1 и сосковой резиной 2 доильного стакана, образуют межстенную камеру 11, в которой периодически откачивается воздух. Пространство сосковой резины, расположенной ниже искусственного соска 3, образует подсосковую камеру 12, из которой постоянно откачивается воздух. В нижней части сосковой резины, не занятой искусственным соском 3, установлены в вертикальной плоскости равноудалено электрические датчики 4, разделенные друг от друга, от искусственного соска 3 и молочной трубки 5 плоскими изоляторами 6, свободно перемещающимися по гибкому центральному токопроводящему стержню 7, и при контакте с ним датчиков 4 осуществляется их связь с электронным аналитическим блоком 8. Датчики 9 и 10 имеют внешнюю конусообразную форму и разнонаправлены внутрь соска 2.
Способ осуществляется следующим образом. Перед подключением доильного аппарата к вакуумной установке внутрь сосковой резины 2, зафиксированной жестко в гильзе 1, вставляется искусственный сосок 3 с системой вертикально расположенных электрических датчиков 4, способных фиксировать всю область деформации сосковой резины, расположенной ниже искусственного соска. Доильный аппарат подключают к источнику постоянного разрежения, и он начинает работать в эксплуатационном режиме. Сосковая резина 2 периодически смыкается под действием атмосферного давления, поступающего в межстенную камеру 11 доильного стакана. При потере устойчивости сосковой резины соединяются последовательно датчики 4 с центральным токопроводящим стержнем 7. Смыкание сосковой резины под искусственным соском только в центральной точке продолжительностью ниже установленной технической документацией свидетельствует о несоответствии резины условиям ее повышенной жесткости и работоспособности; смыкание резины в крайних точках продолжительностью, превышающей установленную технической документацией, свидетельствует о пониженной жесткости и утрате ее работоспособности; смыкание резины в центральной и нескольких точках средней части продолжительностью, соответствующей установленной технической документацией, подтверждает ее работоспособность.
Достоверное определение жесткости сосковой резины возможно только при ее определении в вертикальной плоскости за пределами нахождения соска вымени в доильном стакане.
Ожидаемая годовая экономия при внедрении нового прибора составляет 7235 рублей для коровника на 400 голов.