Устройство для автоматизированного управления процессом доения по четвертям вымени коровы
DEVICE FOR AUTOMATED CONTROL OF THE MILKING PROCESS BY QUARTERS OF THE UDDER OF A COW

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для механизации и автоматизации процесса доения коров.
Известен манипулятор для доения коров, содержащий в качестве основных узлов автомат управления, исполнительный механизм, дугообразную подвеску и улавливатель доильных стаканов, исполнительный механизм выполнен в виде вертикально смонтированного на коллекторе доильного аппарата между стаканами пневмоцилиндра со штоком, верхний конец которого оборудован оголовком в виде эллипсоида с горизонтальной большой осью, а доильный аппарат центрирован в разрезных кольцах саморегулируемых телескопических связей улавливателя доильного стакана, закрепленного на исполнительном механизме и соединенного с подвеской гибкой связью, регулируемой по высоте (патент РФ № 2186486, МПК А01J 5/00, опубл. 10.03.2002).
Недостатками известного устройства являются сложность конструкции, большая материалоемкость, отсутствие датчика-счетчика потока молока, невозможность автоматического управления доением коров, недостаточная надежность работы манипулятора.
Известен манипулятор доильной установки, содержащий держатель доильного стакана, снабженный сильфонными механизмами додаивания и ловушкой, установленными на штоке, управляемом первым пневмоцилиндром, который в свою очередь соединен с поворотным рычагом, управляемым вторым пневмоцилиндром вывода манипулятора, блок управления, состоящий из четырех датчиков, каждый из которых своими входами соединен через коллектор с доильными стаканами, а выходами с молочным шлангом через управляемый пневмозажим с общим молокопроводом (а.с. СССР № 1750511, МПК A01J7/00, опубл. 30.07.1992, Бюл. № 28).
К недостаткам известного устройства относятся конструктивная сложность, невозможность индивидуального отключения выдоенной доли вымени от вакуума с целью исключения холостого доения, отсутствие регулирования режимов работы доильного аппарата (частота пульсации, соотношение тактов) в зависимости от скорости молокоотдачи, отсутствие контроля температуры и электропроводности молока для диагностики состояния вымени животного с последующей цифровой обработкой и передачей данных в компьютерную сеть.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для автоматизированного управления процессом доения по четвертям вымени коровы, содержащее управляемый клапанный механизм, включающий шарообразный клапан с неодимовым магнитом, размещённый внутри входного молочного патрубка коллектора и электромагнитной катушки, установленной на патрубке, и датчиком потока и электропроводности молока, которые размещены внутри коллектора напротив выходного отверстия молочного патрубка, в верхней части которого размещен неподвижный упор из магнитного материала (патент РФ № 2738473, МПК А01J от 14.12.2020), содержащее доильные стаканы, подключенные с помощью молочных патрубков к коллектору, пневмоцилиндр, подключенный через электромагнитный клапан к вакуумпроводу и соединенный гибкой связью с коллектором, датчик-счетчик потока молока, снабженный отключателем вакуума, подключенным к электромагнитному клапану и соединенный с молокопроводом, электромагнитный пульсатор, подключенный к блоку управления доением, вакуумпроводу и попарно двойным вакуумным шлангом к доильным стаканам, датчики потока молока. Датчики электропроводности молока и элементы управляемого клапанного механизма размещены в различных частях коллектора, в частности шарообразный клапан с неодимовым магнитом и неподвижный упор из магнитного материала и седловая часть размещены внутри молочного патрубка, а датчик потока молока, как приемная часть с закрепленными в ней электродами для измерения электропроводности с дефлектором, зафиксированы внутри коллектора на его корпусе. Надежность выполнении технологического процесса в этом устройстве зависит от точности взаимного расположения элементов управляемого клапанного механизма и соотношения сил сцепления неодимового магнита шарообразного капана и неподвижного упора из магнитного материала и магнитодвижущей силы в магнитном поле электромагнитной катушки, установленной на входном патрубке коллектора.
Недостатком известного устройства является сложность его конструкции и эксплуатации. Надежная работа подвижного клапана с неодимовым магнитом, то есть закрытие и соединение молочного патрубка коллектора с самим коллектором зависит от взаимного расположения неподвижного упора из магнитного материала, расположенного в патрубке и неодимового магнита, а также прикрепленному к нему шарообразного клапана и выходного отверстия патрубка. Известное устройство не гарантирует в процессе эксплуатации стабильности такого взаимного расположения, что ведет к сбою его работы и необходимости разборки коллектора для настройки и регулировки взаимного расположения перечисленных выше элементов и соответственно остановки самого процесса доения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства путем исключения необходимости настройки и регулировки взаимного расположения неподвижных и подвижных элементов устройства и связанного с этим разборки коллектора, повышение коэффициента готовности и эксплуатационной надежности, снижение трудоёмкости ремонта (при отказе клапана возможна его оперативная замена «на лету») и времени обслуживания всей установки.
В результате использования предлагаемого изобретения упрощается конструкция и повышается надежность работы устройства, повышается эффективность доильного аппарата путем оснащения его предлагаемым устройством, существенно расширятся масштабы применения доильных установок для доильных залов, не требуется изменения конструкции или замены применяемых на фермах коллекторов за счет того, что управляемый клапанный механизм расположен на каждом молочном патрубке доильного стакана.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для автоматизированного управления процессом доения по четвертям вымени коровы, содержащем доильные стаканы, подключенные с помощью молочных патрубков к коллектору, пневмоцилиндр, подключенный через электромагнитный клапан к вакуумпроводу и соединенный гибкой связью с коллектором, датчик-счетчик потока молока с отключателем вакуума, подключенным к электромагнитному клапану и соединенный с молокопроводом, электромагнитный пульсатор, подключенный к блоку управления доением, вакуумпроводу и попарно двойным вакуумным шлангом к доильным стаканам, датчики потока и электропроводности молока, согласно изобретению, на каждом молочном патрубке доильного стакана расположен управляемый клапанный механизм, состоящий из входного патрубка, соединенного с доильным стаканом, выходного патрубка с установленной на нем электромагнитной катушкой, и расположенного между патрубками корпуса кольцеобразной формы, на периферийной части которого закреплены оба патрубка, в средней части корпуса расположены отверстия для прохода молока, в центральной сверху расположено открытое чашеобразное углубление с закрепленными в нем двумя электродами для определения электропроводности и наличия молока, внизу центральной части корпуса расположена цилиндрическая направляющая ниша с шарообразным куполом для размещения подвижного шарообразного клапана, выполненного из немагнитного материала, к нижней части которого прикреплен неодимовый магнит в форме прутка, выполненный с возможностью втягивания его магнитодвижущей силой электромагнитной катушки в седловую часть выходного патрубка и выталкивания при смене ее полярности под купол цилиндрической направляющей ниши, на вершине купола ниши установлен неодимовый магнит, а на вершине шарообразного клапана - элемент из магнитопроводящего материала, сила сцепления которых меньше магнитодвижушей силы электромагнитной катушки, действующей на неодимовый магнит клапана при подаче напряжения соответствующей полярности, катушка вместе с электродами кабелем через электронный коммутатор подключена к блоку управления.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена общая схема устройства для автоматизированного управления процессом доения по четвертям вымени коровы, на фиг.2 представлен управляемый клапанный механизм, расположенный на каждом молочном патрубке доильного стакана (нумерация элементов конструкции на фиг.1 и 2 сквозная).
Устройство для автоматизированного управления процессом доения по четвертям вымени коровы содержит доильные стаканы 1, соединенные с коллектором 2 молочными патрубками 3, на каждом из которых установлен управляемый клапанный механизм 4 с электромагнитными катушками 5, двойной вакуумный шланг 6, пневмоцилиндр 7 с гибкой механической связью 8, электромагнитный клапан 9, вакуумопровод 10, датчик-счетчик потока молока 11 с отключателем вакуума 12, молокопровод 13, электронный пульсатор 14, блок управления 15, кабель 16.
Управляемый клапанный механизм 4 расположен на каждом молочном патрубке 3 и состоит из входного патрубка 17, соединенного с доильным стаканом 1 и выходного патрубка 18 (с электромагнитной катушкой 5), подключенного к коллектору 2, и корпуса кольцеобразной формы 19, расположенного между патрубками 17 и 18. На периферийной части корпуса 19 закреплены оба патрубка 17 и 18. В средней части корпуса 19 расположены отверстия 20 для прохода молока, а в центральной части корпуса 19 сверху размещено открытое чашеобразное углубление 21 с закреплёнными в нём двумя электродами 22 так, что при поступлении молока из верхнего патрубка 17, происходит их замыкание и через электронный коммутатор 23 передаётся электрический сигнал в блок управления 15 электромагнитной катушкой 5 и одновременно измеряется электропроводность молока.
Снизу центральной части корпуса 19 расположена цилиндрическая направляющая ниша 24 с шарообразным куполом для размещения подвижного шарообразного клапана 25, выполненного из немагнитного материала. К нижней части клапана 25 прикреплён неодимовый магнит 26 в форме прутка, который может втягиваться магнитодвижущей силой электромагнитной катушки 5, при подведении к ней напряжения определенной полярности, закрывая сечение выходного патрубка 18 на седловой части 27 выходного патрубка 18 и отключая доильный стакан 1 от вакуума коллектора 2. При наличии калиброванной щели в седловой части 27 выходного патрубка 18 при закрывании клапана обеспечивается снижение вакуума до величины 120÷150 мм рт. ст., исключающей спадание доильного стакана 1 и травматизацию вымени при «холостом» доении. При подведении на электромагнитную катушку 5 напряжения противоположной полярности неодимовый магнит 26 с шарообразным клапаном 25 выталкиваются, открывая сечение выходного патрубка 18, соответственно выравнивая вакуум в доильном стакане 1 и коллекторе 2, а сам шарообразный клапан 25 занимает место под куполом цилиндрической направляющей ниши 24.
Для временной фиксации в этом положении шарообразного клапана 25 на вершине купола ниши 24 установлен небольшой неодимовый магнит 28, а на вершине шарообразного клапана 25 установлен элемент 29 из магнитопроводящего материала. Сила сцепления магнита 28 и элемента 29 меньше магнитодвижущей силы, действующей на неодимовый магнит клапана 25, при подведении напряжения соответствующей полярности на электромагнитную катушку 5, которая вместе с электродами 22 через электронный коммутатор 23 подключена кабелем 16 к блоку управления 15.
Устройство для автоматизированного управления процессом доения по четвертям вымени коровы работает следующим образом.
При нажатии кнопки «Пуск» блока управления 15 в пневмоцилиндр 7 через электромагнитный клапан 9 соединяется с атмосферой и гибкая механическая связь 8 вытягивается, следуя за коллектором 2.
На электромагнитные катушки 5, подключенные кабелем 16 к блоку управления 15 через электронный коммутатор 23, подается напряжение и неодимовые магниты 26 с закрепленными на них сверху шарообразными клапанами 25 в каждом выходном патрубке 18 одновременно поднимаются вверх, освобождая входные отверстия выходных патрубков 18.
При этом шарообразные клапаны 25 фиксируются в шарообразных куполах цилиндрических направляющих ниш 24 благодаря сцеплению элементов 29 из магнитопроводящего материала, находящихсяся на клапанах 25, и малых неодимовых магнитов 28, установленных на шарообразных куполах цилиндрических направляющих ниш 24.
Затем вакуум создается в молокопроводе 13 (с датчиком-счётчиком потока молока 11), открытыми молочными патрубками 3 с клапанными механизмами 4 и доильными стаканами 1 при «открытом» режиме отключателя вакуума 12, который управляется электромагнитным клапаном 9. В этой вакуумной линии также находится управляемый через блок управления 15 электромагнитный пульсатор 14, который через вакуумный шланг 10 и попарно двойной вакуумный шланг 6 соединен с доильными стаканами 1 и создаёт пульсирующие изменения вакуума в межстенной камере доильных стаканов 1.
Дояр после выполнения подготовительных операций надевает доильные стаканы 1 на соски вымени и начинает доение. Молоко от доильных стаканов 1 через входные патрубки 17 поступает на чашеобразное углубление 21 корпуса 19 с электродами 22 и далее через отверстия 20 в средней части корпуса 19 и выходной молочный патрубок 18 в коллектор 2. При этом электроды 22 замыкаются молоком. И таким образом осуществляется контроль поступления молока от каждой четверти с одновременным определением электропроводности молока, характеризующей здоровье каждой четверти вымени коровы.
При большей скорости молокоотдачи электроды 22 всегда замкнуты молоком, которое переполняет чашеообразное углубление 21 и через отверстия 20 в средней части корпуса 19 уходит через выходной патрубок 18 в коллектор 2. В конце доения при снижении и прекращении молокоотдачи электроды 22 размыкаются и блок управления 15 подает напряжение соответствующей полярности на электромагнитную катушку 5, которая втягивает неодимовый магнит 26 и шарообразный клапан 25 прижимается к седлу 27, закрывает входное сечение выходного патрубка 18 и отключает тем самым доильный стакан 1 от вакуума в коллекторе 2. При наличии калиброванной щели в седловой части 27 выходного патрубка 18 обеспечивается снижение вакуума до величины 120÷150мм рт. ст., исключающей спадание доильного стакана 1. Аналогичный процесс осуществляется во всех четырех доильных стаканах 1. После окончания доения последней четверти блок управления 15 через электромагнитный клапан 9 подает команду на отключатель ваукуума 12. Одновременно электромагнитный клапан 8 подает вакуум в пневмоцилиндр 7, который втягивает гибкую механическую связь 8 и коллектор 2 с доильными стаканами 1 отсоединяется от вымени коровы. Процесс доения завершен.
По четвертное определение параметров электропроводности позволяет более точно и оперативно определять наличие субклинических маститов, фактически система работает как автоматизированный сигнализатор и указатель локализации болезни в конкретных четвертях и как модуль управления доением, где дояр после подготовительных процедур перед доением в контакте с животным только одевает и снимает доильные стаканы по указанию системы.
Использование устройства позволит исключить необходимость настройки и регулировки взаимного расположения неподвижных и подвижных элементов устройства и связанного с этим разборки коллектора за счет упрощения конструкции и повысить надежность работы устройства, коэффициента готовности и эксплуатационной надежности.
Применение предлагаемого изобретения позволит существенно повысить эффективность наиболее распространенных доильных установок для доильных залов, приближая качество и технологичность процесса доения к уровню доильных роботов.