Обоснование параметров выжимающего доильного стакана

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫЖИМАЮЩЕГО ДОИЛЬНОГО СТАКАНА В.Ф. Ужик, П.Ю. Кокарев, И.Я. Пигорев

Аннотация. Показаны преимущества доильных стаканов выжимающего принципа действия. Предложена конструкция доильного стакана. Приведены расчеты основных конструктивных параметров и результаты лабораторных испытаний доильного стакана.

Ключевые слова: доильный стакан, вакуумметриче-ское давление, сжатие, сильфон, ролики, сосок.

Стремление производителей доильных аппаратов создавать доильные стаканы, в которых процесс извлечения молока основан на воздействии высокого ваку-умметрического давления на сосок вымени коровы, можно объяснить простотой и надежностью конструкции.

Однако, на наш взгляд, необходимо продолжить исследования в направлении создания доильных стаканов выжимающего принципа действия. Причин для этого несколько:

- механическое воздействие на сосок позволяет избежать необходимости высокого вакуумметрическо-го давления в подсосковой камере, способствующего заболеванию молочной железы;

- механизм выжимания, как правило, работает плавнее, чем резко смыкающаяся от разности давлений сосковая трубка отсасывающих стаканов, последствием чего может стать появление микротрещин ткани соска и возвращение части молока из соска обратно в цистерну вымени;

- сосковая трубка отсасывающих доильных стаканов в такте сжатия оказывает слабое механическое воздействие на соски вымени, которого недостаточно для обеспечения нормальной молокоотдачи без применения ручного труда. С наибольшей силой здесь сжимается вершина соска (20 - 25 кПа), основание соска, где расположена наиболее важная рефлексогенная зона, массируется незначительно (4 - 6 кПа);

- принцип работы доильных стаканов выжимающего принципа в наибольшей степени приближен к естественному извлечению молока, а значит, при соблюдении определенных режимов доения вызывает максимальный рефлекс молокоотдачи, способствует полному выдаиванию и развитию вымени [1, 2].

При проектировании доильного стакана выжимающего принципа действия большое внимание следует уделить конструкции деформатора сосковой трубки. Основываясь на результатах исследований сосательного аппарата теленка можно утверждать, что наилучшим рабочим органом деформатора является ролик. Перекатывание ролика вдоль оси сосковой трубки имитирует волнообразное движение языка теленка во время акта сосания, при котором затрагиваются все рефлексогенные зоны соска.

Нами разработано несколько конструкций доильных стаканов выжимающего принципа действия содержащих деформатор с роликами. В одном из них механизм сжатия соска выполнен в виде рамки 3 с шар-нирно закрепленными на ней рычагами 2 (рисунок 1) [3]. В нижней части стакана установлен первый сильфон 5, тягами 4 жестко соединенный с рамкой 3. На крышке первого сильфона 5 установлен второй 6, соединенный с рычагами 2. Вакуумметрическое давление

от пульсатора поступает сначала в полость малого сильфона 6, который, опускаясь, тягами 7 поворачивает рычаги 2. Ролики 1, закрепленные на рычагах 2, сближаются и сжимают сосковую трубку 8 с соском. Затем через систему трубок с отверстиями и выборкой, расположенной в основании доильного стакана, вакуум-метрическое давление поступает в полость первого сильфона 5, который тягами 4 опускает рамку 3. Таким образом, ролики прокатываются по сосковой трубке, выжимая молоко из соска, предварительно сжав его у основания. При смене такта в пульсаторе сильфоны разводят ролики и поднимают рамку.

1 - ролики; 2 - рычаги; 3 - рамка; 4 - тяги большого сильфона; 5 - большой сильфон; 6 - малый сильфон; 7 -тяги малого сильфона; 8 - сосковая трубка

Рисунок 1 - Доильный стакан выжимающего типа

Математическим моделированием рабочего процесса доильного стакана нами установлена взаимосвязь его конструктивных и режимных параметров [4].

Выразив требуемый параметр из уравнения распределения сил сопротивления ролику и сил со стороны сильфонов в зависимости от положения ролика, можно предварительно определить необходимые геометрические размеры рычагов рамки, площади крышек силь-фонов, а также максимальную равнодействующую сил сопротивления при выжимании молока.

Уравнение распределения сил в доильном стакане по горизонтальной оси имеет вид:

Р  Б

* вак.м.с ^ кр.м

z + Я - п - сС -у/т2 + К -п -

кх

{РИЗВ - рп У

!

-(

Я - 2п--

3—

8

(

360° - агсят

/ - у

-- си. о --

4{1 - у)2 +(Я - п - — - г )2 4(1 - у)2 +(Я - п - — - г )2

у

.-- агссоя-,-

-у/у 2 +

(

2,9л

180° - агсят

I - у

4(1 - у)2 +(Я - п - — - г )2 4(1 - у)2 +(Я - п - — - г )2

2

2

2

г

г

- агскт

V

у

+

г

V

У

(

Е— 90

360°- агсят

/ - у

л1(1 - у)2 + (Я - п - — - г)2

у ,,„„„„

> I =

# - у)2 + (я - п - — - г)2

Г Г п+- у Я —

д/у2 +

п+-1 я - 3 с

" + - II К -2 'Л 4 Л 2у - 2

-•1 ? - 4

Л Я - 2п - м )

- + -^ + 2п

2

г

г

V

у

V

у

+

+

Е4-

-г_

180

360°- агсят

/ - у г

, - агссоя ,

4(1 - у)2 +(К - п - — - г)2 7(/ - у)2 + (К - п - — - г )2

уг

^у2 + (К - п - - - г)2 ^у2 + (Я - п - - - г)2

„ о 3-

К - 2п--

2

АЯ - 2п - Г „ + - ]

— - 1--2

Я - -

V 2 У

- I

п , -

--2 I я - 3 -

Я - - 1 4

2 У

Я - 3 -

3-

п + — 1 - ^

- ]

2 У

я - 4)

2 У

Е А Я - —)- - 2-(- + п) I 9°

у

/ - у

/  .Г (/ - у)^ гет

/  ят| агсге ±—

у

—т +

(

+ Е л\ Я - —- 2—(— + п)] 9°

агсге—у Я

у

/ - у

/  Я1п р , . { (/ - у)  гер

/  ят| агсге ±—

у

—р

со^ 90° - агсге /--у | +

г

(

Е п\ Я - —)- - 2—(— + п) | 7

у

/ - у

/  Я1пт . { (/ - уУ гет

/  ят\ агсге ±—

у

(

+ Е л\ Я - —)- - 2—(— + п)] 9°

агсге—у Я

у

/ - у

z + Я - п - —

-у/т2 - ^ + Я - п - —)

/  ят р , . { (/ - у)  ггр

/  ят\ агсге ^-' '

у

2 - рд.СМ

—р

соЯ 90° - агсге у I +

2г

360°- агсят

/ - у

. си ^^ О I-

4(/ - у )2 + (Я - п - — - г )2 7(1 - у)2 +(Я - п - — - г )2

г

I . - агссоя .

-у/у 2 +

2,9л\ 180°- агсят

/ - у

. си ^^ О I-

•у/(/ - у )2 +(Я - п - — - г )2 -4(/ - у)2 +(Я - п - — - г )2

2

-

2

4

+

+

+

1

Я

+

1

1

Я

+

1

Р  Б

вак.м.с кр.м

+

г

г

Так, при нахождении максимальной равнодействующей сил сопротивления деформации сосковой резины и соска по оси абсцисс, принимали: модуль упругости сосковой резины Е = 7 Н/м2; радиус сосковой трубки Я = 0,015 м; радиус ролика г = 0,005 м; толщина сосковой резины ё и стенки соска п - 0,002 м; радиус соска г = 0,01 м; давление извлечения молока РИЗВ = 40000 Па; давление в подсосковой камере РП = 20000 Па; коэффициент жесткости сильфонов 7; длина рыча-

га рамки т = 0,022 м; проекция рычага до сжатия соска г = 0,008 м; масса рамки с роликами и тягами т = 0,015 кг; площадь крышки малого сильфона 8м с = 0,00025 м2; площадь крышки большого сильфона &б.с = 0,001 м2; коэффициент трения качения /= 0,015; предварительное натяжение сосковой трубки в стакане 1п = 0,012 м. Меняя вертикальную координату ролика у от 0,01 до 0,05 м определили несколько значений искомого параметра, максимальное из которых равно 21 Н.

Экспериментом, выполненным с использованием тензометрического оборудования, подтверждена верность предложенной математической модели.

Использование доильных аппаратов со стаканами выжимающего типа позволит снизить заболеваемость вымени коров маститом на 10-15% и повысить их вы-даиваемость на 3-4%.

Список использованных источников

1 Любин Н.А. Физиология лактации. Физиологические основы машинного доения коров. - Ульяновск: УГСХА, 2004.

- С. 62.

2 Ужик В.Ф., Кокарев П.Ю. Выжимающий доильный аппарат для коров // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства.

- 2013. - № 3 (11). - С. 67-70.

3 Патент №2491812, RU, МПК A01J 5/04, 5/00. Доильный стакан выжимающего принципа действия // Ужик В.Ф., Кокарев П.Ю (RU). - N. 2012122937/13; Заявлено 04.06.2012; Опубл. 10.09.2013. Бюл. №25.

4 Гернет М.М. Курс теоретической механики. - М.: Изд-во Высшая школа, 1973. - С. 461.

Информация об авторах

Ужик Владимир Федорович, доктор технических наук, профессор кафедры машин и оборудования в агробизнесе ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», e-mail: uzhik16@rambler.ru, тел. (919) 433-75-97.

Кокарев Павел Юрьевич, аспирант ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», e-mail: kokarev.p.bel@mail.ru, тел. (906) 60006-84.

Пигорев Игорь Яковлевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, проректор по научной работе и инновациям ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».