СИСТЕМА И СПОСОБ ДОЕНИЯ ЖИВОТНЫХ
SYSTEM AND METHOD OF ANIMAL MILKING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе доения животных, содержащей вакуумный агрегат и комплект доильных машин, каждая из которых подсоединена к указанному агрегату посредством соответствующего вакуум-провода (далее - соединительной линии). Кроме того, изобретение относится к способу доения животных с помощью предлагаемой системы.
Уровень техники
На современных автоматизированных молочных фермах для проведения таких необходимых операций, как доение и очищение, к доильной машине посредством вакуум-насосов подают вакуум.
При роботизированном доении каждую точку доения (индивидуальный доильный станок) обычно приходится оборудовать собственным специальным вакуум-насосом. Поскольку для многоточечных молочных ферм такое решение проблемы не является оптимальным, предлагались различные варианты подачи вакуума к комплекту точек доения с использованием общего вакуумного агрегата.
На более крупных автоматизированных роботизированных молочных фермах стадо молочных животных могут обслуживать две или более автоматизированных точек доения. Такие автоматизированные точки будут характеризоваться общими суммарными требованиями к параметрам вакуума, исходя из которых нужно определить производительность вакуум-насосов. Кроме того, машины указанного типа функционируют в различных рабочих режимах, из которых можно упомянуть доение, очищение сосков, промывку доильной машины и нахождение в резерве. Каждый режим предъявляет к параметрам вакуума индивидуальные требования. Например, во время промывки доильной машины может иметь место сильный воздушный поток, сопровождаемый падением уровня вакуума, а для доения указанный уровень должен быть устойчивым и высоким. Таким образом, для вакуум-насосов необходимо выбирать производительность, позволяющую управлять ситуацией, в которой все доильные машины работают в рабочем режиме, наиболее неблагоприятном для целей подачи вакуума. В свою очередь, промывка доильной машины может включать в себя несколько различных шагов (этапов), таких как промывка доильных стаканов, промывка стаканов для очищения сосков, промывка трубопроводов, предварительное и завершающее ополаскивание с промежуточной промывкой, сушка и т.д. В типичном случае промывку доильной машины можно разделить на непродолжительное ополаскивание доильных стаканов и трубопроводов, которое можно провести в промежутках между доением каждого животного, и промывку всей доильной машины (эту процедуру можно проводить только один, два или три раза в день).
Например, если допустить, что для промывки машины может потребоваться сильный воздушный поток порядка 500 л/мин, сопровождаемый возможным падением уровня вакуума до приблизительно 30 кПа, а доение требует устойчивого вакуума 45 кПа и воздушных потоков 150 л/мин, причем система, содержащая две доильные машины, обслуживается единственным вакуум-насосом, производительность насоса должна обеспечить как устойчивый вакуум 45 кПа при воздушном потоке 650 л/мин, так и уровень вакуума приблизительно 30 кПа при воздушном потоке 1000 л/мин.
Однако две доильные машины только случайно могут оказаться в ситуации, когда для них процедуру промывки выполняют одновременно. Чаще они решают различные задачи, причем одна из машин может предъявлять к вакуум-насосу меньшие требования. Таким образом, обычно характеристики вакуум-насоса должны отвечать условиям, которые будут иметь место не очень часто. Конечно, такой насос с соответствующей производительностью будет обходиться дороже как при его приобретении, так и в эксплуатации.
На очень больших фермах с большим количеством доильных машин, каждая из которых вакуумируется от общего вакуумного агрегата, экономически нецелесообразно согласовывать параметры такого агрегата с наихудшей из всех возможных ситуаций (например, в случае, когда девять машин проходят очистку, создавая в вакуумной системе сильные воздушные потоки, а одну машину используют для доения, требующего устойчивого и высокого уровня вакуума).
В патентном документе ЕР 1369033 описана система доения, содержащая вакуумный агрегат и общий кольцевой вакуум-провод, к которому подсоединены, по меньшей мере, два доильных робота. В указанном вакуум-проводе имеет место первый уровень вакуума, а индивидуальные роботы используют второй (пониженный) уровень вакуума, регулируемый управляющим средством и клапаном.
Раскрытие изобретения
Основная задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке системы и способа доения, которые, по меньшей мере, частично разрешают перечисленные проблемы.
В связи с этим специальная задача, решаемая изобретением, заключается в разработке системы и способа, позволяющих применять вакуумный агрегат для вакуумирования различных доильных машин, для каждой из которых предусмотрена возможность предъявлять собственные специфические требования к уровню вакуума и воздушному потоку.
Еще одной задачей является разработка системы и способа, способных обеспечить управление уровнем воздушного потока из доильной машины, присоединенной к вакуумному агрегату.
Согласно первому аспекту изобретения указанные задачи решаются, в числе прочих проблем, посредством системы доения животных, содержащей комплект доильных машин, вакуумный агрегат и систему вакуум-проводов, подсоединяющих каждую машину к указанному агрегату. При этом каждая из доильных машин подсоединена к указанному агрегату через соответствующее устройство регулировки воздушного потока.
Согласно второму аспекту изобретения указанные задачи решаются, в числе прочих проблем, посредством способа доения животных в предлагаемой системе, содержащей комплект доильных машин, вакуумный агрегат и систему вакуум-проводов, подсоединяющих каждую из доильных машин к указанному агрегату. При этом предлагаемый способ включает операции измерения уровня воздушного потока, исходящего из каждой доильной машины, и регулирования такого потока в зависимости от измеренного уровня соответствующего воздушного потока.
Предпочтительно, чтобы воздушный поток, исходящий из каждой доильной машины, подвергался регулированию с ослаблением ниже порогового значения. В частности, максимальный уровень такого потока ограничивают посредством соответствующего регулирующего устройства.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения доильная машина оборудована доильным роботом, предназначенным для автоматического прикрепления доильных стаканов к соскам животного перед доением. Приемлемы также и другие типы машин.
Согласно следующему варианту осуществления изобретения вакуумный агрегат содержит, по меньшей мере, один вакуум-насос и вакуумный бак с присоединенными к нему вакуум-проводами. Указанный бак выполняет функцию вакуумного буфера, позволяющего обеспечить устойчивый вакуум.
Согласно еще одному варианту каждая доильная машина сконструирована для работы в одном из режимов, не зависящем от рабочего режима остальных машин и выбранном из набора различных режимов, предъявляющих к параметрам вакуума индивидуальные требования. Указанный набор может содержать такие режимы, как доение, очистка доильных стаканов и промывка машины.
В одном из вариантов осуществления каждое устройство регулировки воздушного потока содержит фиксированный ограничитель потока, датчик вакуума, помещенный выше по течению потока, чем указанный ограничитель, и предназначенный для измерения уровня вакуума. Данное устройство содержит также клапан для регулирования воздушного потока, исходящего из доильной машины, к которой клапан подключен, в зависимости от уровня вакуума, измеренного датчиком вакуума. Такое техническое решение позволяет сконструировать весьма простое и недорогое устройство регулировки воздушного потока.
В другом варианте каждое устройство регулировки воздушного потока содержит датчик потока, подключенный к доильной машине и оценивающий уровень исходящего из нее воздушного потока, а также клапан, регулирующий воздушный поток в зависимости от уровня вакуума, измеренного указанным датчиком.
Остальные признаки и преимущества изобретения будут видны из последующего подробного описания вариантов его осуществления, которое следует рассматривать совместно с прилагаемыми чертежами. Все чертежи приведены только в качестве иллюстрации и не накладывают на изобретение каких-либо ограничений.
В нижеследующем описании термин "животные" относится к коровам. Однако изобретение не ограничено именно этим видом животных и применимо к любым животным, обладающим способностью производить молоко, таким как овцы, козы, буйволы, лошади и т.д.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 в виде упрощенной блок-схемы представляет систему доения согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет схематичное изображение устройства регулировки воздушного потока согласно изобретению.
Фиг.3 представляет схематичное изображение альтернативного устройства регулировки воздушного потока согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг.1 в виде упрощенной блок-схемы показана система доения согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Общий кольцевой вакуум-провод 101 присоединен к вакуумному баку 102. Для подачи вакуума к указанным баку и вакуум-проводу вакуумный бак связан с тремя вакуум-насосами 103, 104 и 105 (в предпочтительном варианте это насосы с регулировкой изменением частоты). Насосы в совокупности с вакуумным баком образуют вакуумный агрегат 114. Конечно, исходя из потребностей реального применения количество вакуум-насосов можно увеличить или уменьшить. Например, количество насосов и их производительность могут зависеть от числа доильных машин, подсоединенных к общему кольцевому вакуум-проводу 101.
В вакуумном баке 102 для измерения уровня вакуума предусмотрено наличие датчика 51 вакуума. Вакуум-насосы 103, 104 и 105 вместе с датчиком 51 вакуума связаны с устройством 52 управления, отвечающим за управление вакуумным агрегатом 114.
В международной заявке WO 03/045133 (содержание которой включено в данное описание посредством ссылки на него) приведена конструкция вакуум-насоса, которую частично или полностью можно использовать при осуществлении настоящего изобретения.
Вакуум из общего кольцевого вакуум-провода 101 подается к доильным машинам через соединительные линии 106а-106l. В данном варианте осуществления система вакуум-проводов содержит двенадцать таких линий, подсоединяющих к ней двенадцать доильных машин (одна из них, машина 107, показана на фиг.1). Доильная машина 107 может быть оборудована, например, обычным доильным роботом, посредством которого можно доить одно или несколько животных. Для доения и выполнения других задач, связанных с животными, доильная машина использует вакуум, который подается в нее вакуум-насосами 103, 104 и 105 через общий кольцевой вакуум-провод 101, соединительную линию 106, обратный клапан 100 и устройство 108 регулировки воздушного потока. Одна из характерных особенностей доильной машины 107 заключается в том, что она использует вакуум не только для доения, но и для других целей, таких как очистка сосков, промывка доильных стаканов, а также ополаскивание, промывка и сушка всей машины. При этом к уровню вакуума и воздушному потоку каждая из этих дополнительных задач может предъявлять свои специфические требования.
Показанные на фиг.1 вакуум-насосы должны обладать способностью поддерживать сильный воздушный поток. Примеры различных рабочих режимов, в которых каждая доильная машина может функционировать в данный момент, приведены далее в Таблице 1. Такие режимы, различаясь между собой, требуют существенно различных уровней вакуума и создают в вакуумной системе сильно различающиеся воздушные потоки.
Таблица 1
Режимы доильной машины
Режим
Функция
Требования к параметрам вакуума
0
Машина отключена
Нет вакуума
1
Доение
Требуемый уровень вакуума = 45 кПа, слабый воздушный поток ~ 150 л/мин
2
Очищение сосков
Требуемый уровень вакуума <45 кПа, сильный воздушный поток ~ 1000 л/мин
3
Промывка доильной машины
Требуемый уровень вакуума <45 кПа, сильный воздушный поток ~ 500 л/мин
4
Техническое обслуживание
Низкий уровень вакуума, очень слабый воздушный поток ~ 20 л/мин
В режиме 0 доильная машина отключена, т.е. вакуум не востребован. В режиме 1 проводят доение животного, причем не только для здоровья животного, но, например, и для достижения хорошего результата доения нужно, чтобы вакуум устойчиво поддерживался на заданном уровне 45 кПа. Во время доения воздушный поток относительно слаб и составляет приблизительно 150 л/мин. Однако следует отметить, что, как хорошо известно специалистам в этой области, во время доения может возникнуть необходимость с различными целями (такими, как достижение более мягкого режима доения) преднамеренно изменять уровень вакуума. Тем не менее, поддерживание выбранного уровня вакуума во всех ситуациях остается важным условием, т.е. большие непреднамеренные изменения уровня вакуума не должны иметь места.
В режиме 2 проводят очищение сосков, создавая сильный воздушный поток порядка, например, 1000 л/мин. В известных системах доения, где каждая доильная машина снабжена собственным вауум-насосом, приписанный к машине насос обычно настраивался на поддерживание уровня 45 кПа. Однако из-за сильного воздушного потока возникали условия, в которых насос поддерживать такой уровень неспособен, и вакуум понижался до приблизительно 30 кПа. Этот известный эффект считался допустимым, поскольку во время данного режима величина конкретного уровня вакуума не относилась к важным параметрам. Очевидно, что в системе доения согласно изобретению управлять индивидуальным вакуум-насосом невозможно, т.к. у доильной машины 107 нет приписанного к ней насоса. Поэтому вполне вероятно, что другая доильная машина, расположенная на том же общем кольцевом вакуум-проводе 101, может оказаться в режиме 1 и проводить доение со специальными требованиями к уровню вакуума.
Конечно, можно было бы выбрать суммарную производительность вакуум-насосов, присоединенных к вакуумному баку 102, таким образом, чтобы она позволяла справиться с ситуацией, в которой все доильные машины работают в режиме 2 и тем не менее поддерживается вакуум 45 кПа. Но такое техническое решение было бы очень нерентабельным, т.к. потребовало бы наличия очень мощных насосов для чрезвычайно редко встречающихся условий. Показанный на фиг.1 дополнительный общий кольцевой вакуум-провод 109, подобный вакуум-проводу 101 и связанный с дополнительными доильными машинами, ухудшил бы ситуацию еще больше. Вместо этого согласно изобретению каждая доильная машина, как это описано далее, оборудована устройством 108 регулировки воздушного потока.
В некоторых установках для очищения сосков применяют стакан, подобный доильному стакану. При использовании такого стакана по назначению в него вводят воду и сжатый воздух, после чего воду удаляют, создавая в стакане вакуум. Следствием этого является упомянутый выше сильный воздушный поток. В альтернативных вариантах для очищения сосков можно применять и другие средства, такие как щетки и аналогичные устройства, для которых вакуум вообще не нужен.
В режиме 3 доильную машину промывают, причем воздушный поток при этом может достигать приблизительно 500 л/мин.
В режиме 4 доильная машина находится в состоянии технического обслуживания. В случае роботизированной автоматизированной доильной машины данный режим можно использовать, в частности, на отрезке времени, когда машина "ожидает" входа нового животного. Воздушный поток обычно слабый и составляет приблизительно 20 л/мин.
Доильные машины, присоединенные к общему кольцевому вакуум-проводу 101, функционируют абсолютно независимо друг от друга, т.е. каждая из них может работать в любом режиме изолированно от рабочих режимов остальных машин.
Устройство 108 согласно изобретению предназначено для того, чтобы вывести воздушный поток, исходящий из доильной машины, к которой устройство присоединено, на уровень, лежащий ниже порогового значения. Это означает, что во время работы в режимах, вызывающих сильное падение вакуума, согласно изобретению уменьшается поток, поступающий в вакуумную систему. Падение вакуума в доильной машине не имеет критического характера, когда она функционирует в режимах 2 или 3.
На фиг.2 представлен вариант выполнения устройства 108 регулировки воздушного потока. Фиксированный ограничитель 113 потока (дроссель) расположен в соединительной линии 106d доильной машины, датчик 110 вакуума, помещенный относительно ограничителя 113 выше по течению воздушного потока, предназначен для измерения уровня вакуума, а клапан 111 выполняет функцию управления уровнем воздушного потока, исходящего из доильной машины 107, в зависимости от уровня вакуума, измеренного датчиком 110 вакуума.
Клапан 111 представляет собой устройство регулировки вакуума, помещенное относительно ограничителя 113 и датчика 110 вакуума выше по течению воздушного потока. Указанный клапан состоит из верхней и нижней камер 201 и 202 соответственно, разделенных гибкой мембраной 203. Верхняя камера 201 через вакуумную линию 204 и обратный клапан 112 связана с датчиком 110 вакуума. В нижней камере 202 находится поршень 205, установленный с возможностью вертикального перемещения вверх и вниз в зависимости от положения гибкой мембраны 203. В результате указанного перемещения канал, связывающий доильную машину 107 с ее соединительной линией 106d, открывается и закрывается.
Реагируя на уровень вакуума в указанной линии 106d, датчик 110 регулирует вакуум в вакуумной линии 204 и, таким образом, в верхней камере 201 клапана 111.
При правильном выборе размерных параметров слишком большое падение вакуума в доильной машине 107, вызванное поступлением сильного воздушного потока в ее соединительную линию 106d, заставит датчик понизить вакуум в вакуумной линии 204 и в верхней камере 201 клапана 111. В свою очередь, это приведет к воздействию гибкой мембраны 203 на поршень 205, который уменьшит размер канала между доильной машиной 107 и соединительной линией 106d. Таким образом, в указанной линии за счет ослабления поступающего в него воздушного потока уровень вакуума понижается. Результатом непрерывного функционирования предлагаемого регулирующего устройства будет устойчивое состояние со стабилизированным воздушным потоком, поступающим в соединительную линию 106d доильной машины и, следовательно, со стабилизированным уровнем вакуума в указанной линии.
Предусмотрена возможность настроить устройство 108 регулировки воздушного потока таким образом, чтобы комбинация вакуумного агрегата 114 (который сам по себе при создании воздушного потока обладает большой производительностью, в возможном варианте превышающей 10000 л/мин) и устройства 108 регулировки воздушного потока была эквивалентна стандартному вакуум-насосу, примененному для автономной доильной машины и имеющему производительность приблизительно 1000 л/мин при 30 кПа.
Таким образом, схема, в которой не предусмотрено наличие устройства регулировки воздушного потока, стремилась бы поддерживать уровень вакуума в доильной машине 107 при наличии соответствующих сильных потоков даже в ситуации, когда указанный уровень поддерживать не требуется. Система же по изобретению, использующая указанное устройство 108, ограничивает воздушный поток, исходящий из доильной машины 107, и соответственно позволяет уровню вакуума в ней понизиться, не влияя при этом на уровень вакуума или воздушный поток, соотносящиеся с любой другой доильной машиной, присоединенной к общему кольцевому вакуум-проводу 101.
В типичном случае клапан 111 полностью открыт при работе в рабочем режиме 1 (доение) и, по меньшей мере, частично закрывается при работе в рабочих режимах 2 или 3 (очищение сосков и промывка доильной машины).
На фиг.3 представлен альтернативный вариант выполнения устройства 108 регулировки воздушного потока. В указанном устройстве датчик вакуума и фиксированный ограничитель, примененные в показанной на фиг.2 схеме, заменены датчиком 301, который непосредственно измеряет воздушный поток в соединительной линии 106d, связывающей доильную машину 107 с вакуумным агрегатом 114. Датчик 301 воздушного потока управляет клапаном 111 таким же образом, как датчик вакуума в устройстве, показанном на фиг.2. Следует иметь в виду, что фрагмент соединительной линии 106d изображен на фиг.3 в сильно увеличенном масштабе.
В любом случае необходимо подчеркнуть, что для осуществления настоящего изобретения вместо устройств, показанных на фиг.2 и 3, можно применить любое другое средство регулировки воздушного потока, которое известно из уровня техники или будет известно в будущем.
Должно быть также понятно, что возможны различные модификации настоящего изобретения. Такие модификации не следует считать выходящими за границы изобретения. Кроме того, любые модификации, очевидные для специалистов в данной области, также должны включаться в объем изобретения, определенный прилагаемой формулой. В частности, вакуумный агрегат 114 может использовать вакуум-провод в конфигурациях, отличных от кольцевой.