Фактори, що впливають на частоту пульсації

конструктивні параметри ГІТ

умови роботи ГІТ

вплив коливання тиску на мембрану

відхилення від конструктивних розмірів деталей

зміна темпе-

ратури повітря

зміна робочого

вакуумметричного тиску

фізико – механічні параметри гумових деталей

відхилення від заданої площі перетину дроселя

Зміна атмосферного тиску

заводський

брак

Експлуатаційне спрацювання

корозія

забруд-нення

порушення правил експлуатації

неточність виготовлення

Рис.1.2. Причини, що впливають на частоту пульсації

Тривалість пульсу – величина зворотна частоті пульсації. Один пульс роботи доїльного апарата включає такти ссання, стиснення, відпочинку або тільки ссання і стиснення. Величина співвідношення тактів впливає на відсмоктуючу здатність апарата.

Аналіз праць [26, 103, 114] свідчить, що найбільш ефективним є співвідношення тактів 1:1. Дослідженнями [100, 103] доведено, що коливання тиску при співвідношенні тактів 1:1 є найменшими. Таке співвідношення тактів як правило мають апарати, з попарним режимом роботи виконавчих механізмів – стаканів.

Рис.1.3. Залежність частоти пульсації від величини вакуумметричного тиску

Існує твердження, що збільшення такту ссання понад 55% негативно впливає на молочну залозу [35]. За іншими даними підвищення такту ссання від 50% до 80% забезпечує зростання інтенсивності молоковиведення [16], але при цьому збільшується можливість захворювання корів на мастит [47]. Збільшення такту ссання від 40 до 80% збільшує відсмоктуючу спроможність апарата на 41%. Але слід зауважити, що для переважної більшості досліджень найкраща відсмоктуюча спроможність апарата має місце, коли такт ссання знаходиться в межах 60-70% [28, 45, 87, 92].

Важливе значення має тривалість перехідних процесів між тактами. Зменшення тривалості стиснення дійкової гуми сприяє швидкому виштовхуванню частини молока в вивідну систему дійки [10, 50], в результаті чого можливий гідравлічний удар [38].

За даними [54] зростання часу тривалості перехідних процесів, у випадку доїння тугодійних корів, зменшує тривалість машинного доїння на 10-12% і підвищує повноту видоювання. При цьому покращується ефективність стимулюючої дії виконавчого механізму доїльного апарата на молочну залозу корови [27]. Режим роботи виконавчих механізмів забезпечує генератор імпульсів тиску, тому підвищення ефективності режиму його роботи і складає предмет даної роботи.

1.4.2 Аналіз технологічних і конструктивних схем та режиму роботи генераторів імпульсів тиску

Найбільш поширені генератори імпульсів тиску поділяються на три основні групи: поршневі, мембранні та електромагнітні. Незначне поширення мали кулькові та роторні пульсатори (рис.1.4) [95].

Для забезпечення умов експлуатації поршневі пульсатори вимагають постійного технічного обслуговування, яке включає змащення рухомих деталей. Головним недоліком таких пульсаторів є те, що встановлена частота пульсації в них порушується при зміні температури або при попаданні в них води та бруду [45]. Кулькові пульсатори відрізняються своєю простотою, що послужило основою їх використання в доїльних апаратах, в яких пульсатором оснащувався кожний доїльний стакан. Характер циклограми пульсації кулькового пульсатора дещо відрізняється від характеристики, наприклад, мембранного звичайного пульсатора. Число пульсацій непостійне, бо в значній мірі залежить від величини вакуумметричного тиску, змінюється при відхиленні доїльного стакана від вертикального положення, на що впливає форма вимені та розмір дійок.

Пульсатори в доїльних апаратах можуть створювати незалежний почерговий, попарний або одночасний режим роботи виконавчих механізмів – стаканів [32, 50]. В доїльних апаратах “Момент”, “Уеллес”, “Дана”, кулькові пульсатори розміщені на кожному доїльному стакані. Не дивлячись на простоту, пульсатори на кожному стакані ускладнюють конструкцію стаканів, режим їх промивки, технологію збирання та розбирання. Затрати часу на догляд за кожним пульсатором незначні, але догляд за чотирма пульсаторами потребує більше часу, ніж за одним пульсатором більш складної конструкції [45]. З цих та інших причин кулькові пульсатори не отримали широкого застосування, так само як і роторні, які мають складну будову та складні в експлуатації і обслуговуванні.

Відомі схеми генератора імпульсів з електромагнітним перетворювачем, що забезпечує повну незалежність частоти пульсації від величини вакуумметричного тиску. Відхилення величини співвідношення тактів, що можуть виникати за рахунок електромагнітних перетворювачів, можуть бути стабілізовані вірним підбором параметрів електромагніта [36]. Пульсатори цього типу мають поширення в стаціонарних доїльних установках – доїльних залах різних типів.

Рис. 1.4. Класифікація генераторів імпульсів тиску

Найбільш відомі технологічні схеми генераторів імпульсів представлені на рис.1. 5

СХЕМА		ХАРАКТЕРИСТИКА
1		2
		Принципова схема кулькового пульсатора. Число пульсацій такого пульсатора непостійне, змінюється від величини вакуумметричного тиску та просторового розміщення.
		Маятниковий пульсатор фірми “Ваккар”. Має постійну частоту пульсації, яка залежить від довжини маятника: ; де l - довжина маятника; Т – тривалість пульсу.
		Поршневий пульсатор фірми “Сімплекс” (Англія) з регульованою частотою пульсації. Частота пульсації залежить від просторового розміщення пульсатора.
		П Продовження рис.1.5 ульсатор низьковакуумного доїльного апарата АДН-1 з нерегульованою частотою пульсації 1 -1,2 Гц. При вакуумметричному тискові 45 кПа і забезпечує співвідношення тактів ссання до стиснення 2 : 1.
		Пульсатор доїльного апарата АДУ-1 з постійною частотою пульсації 1-1,2 Гц. При вакуумметричному тискові 48 кПа і забезпечує співвідношення тактів ссання до стиснення 66:34.
	Пульсатор тритактного доїльного апарата ДА-3 М “Волга” з регульованою частотою пульсації. Робочий тиск 53 кПа, частота пульсації 1 Гц, співвідношення тактів – 60:10:30.
	Пульсатор АДУ-02.200 доїльного апарата стимулюючого молоковіддачу (АДС). Працює при вакууметричному тискові 50-52 кПа, частота пульсації 0,8-1,0 Гц, частота стимулюючих імпульсів 10-12 Гц, співвідношення тактів 72:28.
	Пульсатор попарної дії, частота пульсації – 0,8-1,0 Гц, Для забезпечення різного співвідношення тактів у парах доїльних стаканів передбачені шарикові клапани.
	Пульсатор двотактного мембранного доїльного апарата М-66 “Імпульс” з регульованою частотою пульсації, яка складає при вакууметричному тискові 50 кПа 0,75 Гц.
	Е Продовження рис.1.5 лектромагнітний пульсатор попарної дії з постійною частотою пульсації. Використовується постійний струм напругою 12В.
	Пневматичний генератор імпульсів для попарного видоювання долей вимені, який забезпечує різне співвідношення тактів у парах доїльних стаканів.

Рис.1.5. Схеми генераторів імпульсів тиску

В стаціонарних доїльних установках при доїнні корів в стійлах більшого поширення набули мембранні генератори імпульсів тиску.

За принципом роботи, який забезпечує виведення молока пульсатори створюють постійний відсмоктуючий, перервний двотактний та перервний тритактний режим роботи доїльного апарата.

Постійне відсмоктування молока сприяє збільшенню швидкості доїння. Але дія постійного вакуумметричного тиску викликає гіперемію (затвердіння) дійок [36]. Тому, не дивлячись на простоту будови, апарати, що працюють в режимі постійного відсмоктування молока не отримали поширення [9].

Практичне застосування знайшли двотактні та тритактні доїльні апарати.

Принцип роботи двотактного доїльного апарата полягає в наступному. Під час першого такту повітря відсмоктується з міжстінних просторів доїльних стаканів до тих пір, доки не буде досягнутий оптимальний тиск, який розкриває дійкову гуму. В цей час в піддійковому і в міжстінному просторах стакана підтримується рівнозначний вакууметричний тиск, дійкова гума не зашкоджує відсмоктуванню молока, тому, що вона не деформована, дійка дещо подовжується, сфінктер її відкривається, і молоко витікає. Цей такт називається тактом ссання. Під час другого такту в міжстінкові простори доїльних стаканів надходить повітря, в них встановлюється атмосферний тиск і дійкова гума стискується, тим самим перекриваючи витікання молока і захищаючи деяку частину дійки від дії вакуумметричного тиску. Цей такт називається тактом стиснення. Потім в наступному такті процес повторюється [6, 9, 45].

В тритактних апаратах, крім тактів ссання і стиснення, є такт відпочинку. Під час такту ссання в піддійковій та міжстінній камерах діє вакуумметричний тиск, тоді як під час такту стиснення в піддійковій камері виникає вакуумметричний, а в міжстінковій – атмосферний тиск, тобто на цьому етапі робота тритактного апарата проходить аналогічно роботі апаратів двотактного типу. В тритактному апараті під час такту відпочинку в міжстінному і піддійковому просторах встановлюється атмосферний тиск.

Тритактний режим роботи доїльного апарата є ощадним для тварин і має позитивний вплив на продуктивність. Недоліком апарата є те, що тривалість видоювання корів більша ніж при доїнні двотактним апаратом [103].

Режим роботи доїльного апарата з одночасним видоюванням долей вимені полягає в тому, що пульсатор цього апарата створює поперемінно такти ссання та стиснення в усіх виконавчих механізмах одночасно. Це дає змогу скоротити час доїння, прискорити молоковиведення, та дещо спростити будову доїльного апарата за рахунок спрощення будови пульсатора та колектора. Але такий режим доїння має і ряд недоліків. Досліди [50, 103] свідчать, що за кількістю молока, яке виводиться апаратом з правої та лівої частини вимені, корови відрізняються в незначній мірі. Співвідношення ж молока надоєного з передніх та задніх долей вимені, може бути значним. Як уже згадувалося вище, задні долі вимені мають вміст молока більший, ніж передні, в зв’язку з чим на видоювання молока з задніх долей вимені потрібно витратити більше часу.

У корів з чашоподібною формою вимені різниця в часі видоювання апаратом ДА-2 з задніх та передніх долей становила біля 0,5 хв, а у корів з округлою формою вимені – біля однієї хвилини. У корів з козячою формою вимені різниця в часі видоювання із задніх та передніх долей вимені була ще більш значною - біля 1,5 хв і більше [50].

Таким чином, під час роботи доїльних апаратів одночасного доїння, передні долі вимені корів, які вважаються вже видоєними, підпадають під дію вакуумметричного тиску, тобто “холостого” доїння. У корів з недостатньо розвинутими долями вимені холостому доїнню підпадають іноді дві, а то і три видоєні четверті вимені [64]. Це створює передумови ушкодження ємкісної порожнини вимені, особливо це стосується доїльних апаратів одночасної дії, що і є головним їхнім недоліком [15, 85]. До недоліків апаратів цього типу можна віднести і те, що вони створюють пульсуюче надходження молока до молокозбірної камери колектора. Особливо це спостерігається в першій частині доїння яка становить від 60 до 75 с доїння, коли має місце пік молоковиведення при одночасній роботі виконавчих механізмів – доїльних стаканів (рис. 1.6).

Рис.1.6. Швидкість молоковиведення апаратами одночасної та попарної дії

Усунути цей недолік можна шляхом зменшенням тривалості такту ссання в доїльних стаканах, що надіваються на передні дійки вимені корів. Для цього в більшій мірі підходять апарати попарного доїння з різним за часом тактом ссання, який створює ГІТ в стаканах, які надівають на передні і задні долі вим’я. Для цього випадку доїльний апарат попарного доїння повинен мати регульоване співвідношення тактів в виконавчих механізмах – стаканах для передніх та задніх долей вимені корови [50, 64].

Попарний режим роботи в доїльному апараті створює ГІТ, що має більш складну будову в порівнянні з пульсатором одночасної дії. Як правило, ці ГІТ мають два мембранно-клапанні механізми, дві керуючих та дві камери змінного тиску і одну - постійного. Але можливі і інші конструктивні рішення [6, 82]. Перевага доїльних апаратів попарної дії в тому, що при їх використанні подразнення дійок зменшується, покращується повнота видоювання, покращується режим транспортування і відповідно якість молока, але збільшується тривалість видоювання [103]. Апарати попарної дії покращують стабільність потоку молока в колекторі, але тривалість доїння зростає, бо тривалість тактів ссання в цих апаратах менша [64].

Відомий доїльний апарат з асиметричним режимом роботи при зміщенні на 180º тактів ссання та стиснення між передніми та задніми долями вимені, забезпечує одночасне видоювання різномолочних долей вимені. В апараті [26] використаний спарений пульсатор попарної дії з різними тривалостями тактів ссання та стиснення і частотою пульсації відповідно 1,0 та 1,5 Гц. Тривалість тактів ссання перевищує такти стиснення в два рази, запропоноване конструктивно – технологічне рішення ускладнює конструкцію апарата, при цьому вибраний режим зміни співвідношення тактів не сприяє покращенню повноти виведення молока, а різна частота пульсації викликає подразнення вимені.

Подібно до розглянутої, відома конструктивно-технологічна схема апарата попарно-комбінованого типу. Режим роботи такого апарата характеризується тим, що в межах кожного пульсу відбуваються фази: одночасного ссання або стиснення в обох парах доїльних стаканів та такту ссання в одній парі при такті стиснення в іншій. Робота такого доїльного апарата характеризується різницею частоти пульсації і співвідношення тактів, а також зміщенням тактів в парах доїльних стаканів. При цьому відбувається як одночасна - синхронна так і асинхронна зміна тактів у доїльних стаканах. В результаті такої дії змінюється характер виведення молока з дійок та надходження його в молокозбірну камеру колектора і, як наслідок, турбулізація потоку молока, а поєднання варіантів одночасної та попарної дії стаканів, на думку автора, змінює динаміку молоковиведення, та створює додаткову стимуляцію молоковіддачі [32].

З метою покращення стимуляції молоковиведення, і прискорення молоковіддачі, в свій час було створено вібропульсатор і на його основі доїльний апарат АДС-1 [92]. Пульсатор цього апарата АДУ.02.200 складається з двох блоків (низькочастотного та високочастотного). Низькочастотний блок має частоту 1-1,2 Гц і забезпечує з’єднання міжстінних просторів стаканів з атмосферою, тобто створення тактів стиснення. Під час такту ссання в міжстінні простори стаканів надходять імпульси змінного тиску від високочастотного блока. За рахунок цього стінка дійкової гуми притиснута до поверхні дійки і здійснює коливання з амплітудою 1-4 мм та частотою 8,5-13 Гц. Імпульси тиску створюють різницю тисків в міжстінковому та піддійковому просторах, що залежить від швидкості молоковиведення і становить 5-12 кПа. Його достатньо для пульсуючого стиснення та розслаблення дійки, що забезпечує виведення молока і утримання стакана на дійці в установленому положенні. Зменшується наповзання стаканів на дійки, а значить, покращується процес молоковиведення .

Для забезпечення процесу доїння апаратом АДС-1 потрібно створити вакуумметричний тиск 50-52 кПа в молокопровідній і 47-49 кПа в повітропровідній системі. Виходячи з цього апарати АДС-1 не використовують при доїнні корів в індивідуальні бідони, тому що в установках цього типу не можна забезпечити рекомендовану різницю тисків [92].

1.4.3 Вплив параметрів повітропровідної лінії доїльної установки на режимну характеристику генератора імпульсів тиску

Головною умовою ефективної роботи доїльного апарата є стабільність величини вакуумметричного тиску. На практиці величина вакуумметричного тиску нижче припустимої, що призводить до збільшення тривалості доїння та неповної молоковіддачі [103]. Відхилення величини вакуумметричного тиску від заданого досягає 20-25 кПа, що безумовно має вплив на частоту пульсації, тривалість тактів [102]. Зміна величини вакуумметричного тиску веде до значного перерозподілу тривалості тактів ссання і стиснення в усіх доїльних апаратах. При цьому, наприклад, в апараті ДА-2М тривалість такту ссання зменшується, а такту стиснення збільшується. Якщо враховувати те, що величина вакуумметричного тиску впливає також і на зміну частоти пульсації, то це відповідно впливає і на співвідношення тактів. В зв’язку з цим підтримання постійної величини тиску в вакуумпроводі має вирішальне значення в підтриманні режиму роботи доїльних апаратів. Величина вакуумметричного тиску впливає на величину зусиль які передає дійкова гума на дійку. Зменшення тиску веде до зростання зусиль, що діють на окремі ділянки дійки. При цьому найбільше зусилля передається на кінчик дійки, що призводить до захворювання вимені [49].

Однією з причин зниження величини вакуумметричного тиску є порушення допущені під час виконання технологічних операцій та в експлуатації доїльного апарата. Наприклад, випадкове підсмоктування повітря призводить до підвищення тиску в системі і викликає підвищення числа пульсації, а відповідно і підвищення витрати повітря апаратами, що працюють на цій лінії. Збільшення витрати повітря при недостатній продуктивності вакуумного насоса, в свою чергу, призводить до значного збільшення частоти пульсації, зростання витрати повітря, порушення роботи доїльної установки [103]. Найбільше підвищення тиску в системі спостерігається при надіванні доїльних стаканів на дійки вимені корови (13-20 кПа). Це призводить, як вже згадувалося, до зміни частоти пульсації працюючих доїльних апаратів. Можливе навіть спадання доїльних стаканів з вимені корови. Для недопущення цього явища необхідно підвищувати рівень кваліфікації майстрів машинного доїння або застосуванням стабілізуючих та контролюючих пристроїв, котрі безумовно і ускладнюють конструкцію доїльної установки [49].

Для покращення режиму роботи доїльної установки необхідно підтримувати в робочому стані вакуум-регулятори, а також повітропроводи та молокопроводи, для чого потрібно своєчасно проводити технічне обслуговування, вірно підбирати вакуумнасоси за продуктивністю, та виконувати правила експлуатації.

На роботу доїльних установок значний вплив мають також системи підключення апаратів до молокопровідної та повітропровідної системи, які бувають однотрубними та двотрубними.