Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства

Диссертационная работа:

Ульянов Вячеслав Михайлович. Совершенствование технологии машинного доения коров путем разработки стимулирующе-адаптированных локальных аппаратов и манипуляторов : диссертация ... доктора технических наук : 05.20.01 / Ульянов Вячеслав Михайлович; [Место защиты: ФГОУВПО "Рязанская государственная сельскохозяйственная академия"].- Рязань, 2008.- 395 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

РЕФЕРАТ 6

ВВЕДЕНИЕ 8

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ МАШИННОГО ДОЕНИЯ КОРОВ 12

1.1. Техническая оснащенность молочно-товарных ферм России доильным
оборудованием 12

  1. Физиологическо-технологические основы выведения молока из вымени коровы 20

  2. Анализ конструкций доильных аппаратов 26

  3. Способы и устройства, предотвращающие наползание доильных стаканов на соски вымени 34

  4. Анализ устройств, предназначенных для контроля за процессом доения 44

  5. Краткий обзор манипуляторов доения 49

  6. Постановка проблемы, цель работы и задачи исследования 60

2. СТАНДАРТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МАШИННОГО ДОЕНИЯ ПРИ
ПРИВЯЗНОМ СОДЕРЖАНИИ И ПУТИ ЕЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ... 62

  1. Анализ стандартной технологии машинного доения 63

  2. Направления совершенствования технологии машинного доения 81

Выводы 91

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ДОЕНИЯ 92

3.1. Теория выведения молока из вымени коровы вакуумным доильным
аппаратом 92

  1. Закономерности удлинения сосков вымени при машинном доении ... 99

  2. Взаимодействие доильного стакана с соском вымени 103

  1. Конструктивные схемы усовершенствованных доильных стаканов ... 119

  2. Теоретическое обоснование доильного аппарата с управляющей стимуляцией 135

3.5.1. Конструктивно-технологическая схема и физическая сущность работы
доильного аппарата с управляющей стимуляцией 135

  1. Теоретическое обоснование устройства отключения стимулирующего пульсатора при доении в ведро 142

  2. Теоретическое обоснование устройства отключения стимулирующего пульсатора при доении в молокопровод 150

3.6. Основы теории доильного аппарата с изменяющейся нагрузкой на
четверти вымени 155

  1. Физиологически адаптированный доильный аппарате изменяющейся нагрузкой на четверти вымени 155

  2. Взаимодействие подвесной части физиологически адаптированного доильного аппарата с выменем коровы 158

  3. Определение массы доильных стаканов 183

3.7. Теоретическое обоснование параметров и режимов работы
доильного аппарата с манипулятором 186

  1. Разработка компоновочной схемы технического средства доения с манипулятором 186

  2. Обоснование скоростного режима исполнительного механизма манипулятора доения 200

3.7.3. Расчет механизма отключения коллектора 208

3.7.4. Определение величины расхода воздуха и мощности пневмодвигателя 213

Выводы 217

4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 220

4.1. Методика экспериментальных исследований физико-механических
характеристик сосков вымени коровы 220

  1. Экспериментальные установки 221

  2. Методика определения морфологических характеристик сосков вымени 224

  3. Методика определения характеристик упругих свойств сосков вымени 225

  4. Методика определения коэффициентов трения сосков вымени 226

4.2. Методика экспериментальных исследований доильного аппарата с
манипулятором 228

  1. Экспериментальные установки 229

  2. Методика определения функционирования пневмодатчика от интенсивности потока молока 238

  3. Выбор факторов влияющих на мощность и расход воздуха пневмодвигателя 239

  4. Методика определения влияния сечения выпускного и впускного окон на развиваемую мощность и расход воздуха пневмодвигателем 240

  5. Методика определения влияния величины вакуума на частоту вращения барабана пневмодвигателя, развиваемую мощность и расход воздуха 243

  6. Методика определения необходимой скорости перемещения гибкой нити с подвесной частью доильного аппарата 244

  7. Методика определения жесткости пружины коллектора для условия безударного снятия подвесной части доильного аппарата 246

  8. Планирование многофакторного эксперимента 248

4.3. Методика экспериментальных исследований доильного аппарата
стимулирующего действия 252

  1. Экспериментальные установки 252

  2. Методика определения пропускной способности доильного аппарата 253

  3. Методика исследования работы доильного аппарата с управляемой стимуляцией 255

  4. Методика сравнения теоретических и экспериментальных исследований.. 261

4.4. Методика экспериментальных исследований доильного аппарата с
изменяющейся нагрузкой на четверти вымени 261

  1. Экспериментальные установки 262

  2. Методика определения времени движения поршня 266

  3. Методика определения времени нарастания вакуума в камере цилиндра.. 268

  4. Методика определения угла отклонения подвесной части от вертикали . 269

  5. Методика определения наползания доильных стаканов на соски вымени .. 270

  6. Планирование многофакторного эксперимента 270

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 274

5.1. Результаты исследований физико-механических характеристик сосков
вымени коровы 274

5.2. Результаты лабораторных исследований доильного аппарата
стимулирующего действия 276

5.2.1. Результаты лабораторных исследований по определению пропускной
способности доильных аппаратов 276

5.2.2. Результаты лабораторных исследований по определению времени
работы стимулирующего пульсатора 277

5.2.3. Результаты сравнения теоретических и экспериментальных исследований.. 279

5.3. Результаты лабораторных исследований доильного аппарата
изменяющейся нагрузкой на четверти вымени 281

  1. Результаты лабораторных исследований коллектора с изменяющимся центром масс 281

  2. Результаты исследования наползания доильных стаканов на соски вымени 283

5.3.3. Результаты сравнения теоретических и экспериментальных исследований 287

5.4. Результаты исследований доильного аппарата с манипулятором .... 288

  1. Результаты исследований пневмодатчика манипулятора 288

  2. Результаты исследований пневмодвигателя манипулятора 289

  1. Результаты лабораторных исследований по выбору рационально-оптимальных параметров пневмодвигателя манипулятора 294

  2. Результаты сравнения теоретических и экспериментальных

исследований 300

Выводы 301

6. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ ДОЕНИЯ 304

  1. Программа и методика производственных испытаний 304

  2. Результаты сравнительных производственных испытаний 309

  1. Результаты сравнительных производственных испытаний доильного аппарата с управляющей стимуляцией 309

  2. Результаты сравнительных производственных испытаний доильного аппарата с изменяющейся нагрузкой на четверти вымени 312

  3. Результаты сравнительных производственных испытаний доильного аппарата с манипулятором 316

6.3. Проверка усовершенствованной технологии доения с новыми техническими
средствами в производственных условиях 320

  1. Внедрение результатов исследований 325

  2. Экономическая эффективность применения разработанной технологии

и технических средств доения 327

Выводы 329

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 331

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 336

ПРИЛОЖЕНИЯ 352

Реферат

Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка используемой литературы и приложений.

Содержание работы

Введение. Обоснована актуальность темы и ее народнохозяйственное значение. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние проблемы машинного доения коров» дан обзор и анализ состояния исследуемой проблемы, изложены основные физиологические требования к машинному доению коров, а также выполнен анализ результатов научных исследований в этом направлении. Сформулирована цель диссертационной работы и поставлены задачи исследований.

Во втором разделе «Стандартная технология машинного доения при привязном содержании и пути ее совершенствования» проанализированы операции, выполняемые по стандартной технологии доения коров при привязном содержании. Выявлена взаимосвязь между повышением производительности труда оператора за счет увеличения числа доильных аппаратов и вероятностью их передержек на вымени выдоившихся коров. Намечены пути совершенствования технологии доения коров при привязном содержании коров.

В третьем разделе «Теоретические основы создания технических средств доения» представлены теоретические предпосылки создания технических средств извлечения молока, позволяющих усовершенствовать технологию доения коров при привязном содержании. Предложены теоретические модели извлечения молока из вымени коров вакуумным доильным аппаратом и удлинения сосков при доении. Рассмотрено взаимодействие доильного стакана с соском вымени коровы. Приведены конструкции стимулирующе-адаптированных доильных аппаратов и манипуляторов. Представлены схемы исполнительных механизмов доильного аппарата, а также аналитические зависимости для расчета

7 конструктивно-режимных параметров разработанных технических средств извлечения молока.

В четвертом разделе «Методика экспериментальных исследований» представлены общие типовые и частные методики, применяемые в экспериментальных исследованиях, приведены описания лабораторных установок.

В пятом разделе «Результаты лабораторных исследований» представлены результаты исследований значений модуля упругости, коэффициента поперечной деформации и коэффициентов трения сосковой резины к телу соска и разработанных стимулирующе-адаптированных доильных аппаратов, в том числе с управляемой стимуляцией, с изменяющейся нагрузкой на четверти вымени и доильного аппарата с манипулятором. Обработка полученных данных производилась с помощью ПЭВМ. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры «Механизация животноводства» и в виварии ФГОУ ВПО «Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П. А. Костычева».

В шестом разделе «Производственные испытания и экономическая эффективность применения разработанной технологии и технических средств доения» изложена программа, методика и результаты производственных испытаний разработанных доильных аппаратов и усовершенствованной технологии доения коров, определена экономическая эффективность.

Представлены общие выводы и список работ, где опубликовано основное содержание диссертационной работы.

В приложениях представлен статистический материал исследований, акты испытаний разработанных стимулирующе-адаптированных доильных аппаратов и внедрений результатов диссертационной работы.

Введение к работе:

Актуальность темы. Обеспечение потребностей населения в качественных продуктах питания отечественного производства, при одновременном снижении доли импортных является одной из конечных целей Приоритетного национального проекта “Развитие АПК”. Большая роль в решении этой задачи отводится молоку производство которого необходимо поднять не менее чем в 1,5 раза. Важной составляющей проекта является модернизация технологий, в том числе совершенствование процесса доения, на который приходится более 40% всех трудовых затрат по обслуживанию и уходу за животными.

Привязный способ содержания коров является преобладающим, несмотря на то, что он наиболее затратный. Учитывая, что для массового перевода скота на беспривязное содержание требуются определенные условия, и прежде всего строительство новых и реконструкция старых помещений ферм, можно считать, что в ближайшие годы привязный способ содержания животных останется основным. Применяемая при этом способе технология машинного доения требует больших затрат труда, так как операции по подготовке вымени животного, контроль за доением, а также заключительные операции машинное додаивание и снятие доильного аппарата выполняются вручную. Кроме того, качество проведения ручных операций во многом зависит от квалификации оператора и его отношения к труду. Часто наблюдаются передержки доильных аппаратов на вымени выдоившихся животных, что приводит к стрессам, тормозится рефлекс молокоотдачи, что ведет к снижению продуктивности. Исключение человеческого фактора, обеспечение адекватной реакции организма коровы на машину на всех стадиях доения и полное опорожнение вымени будет способствовать росту удоев, увеличит срок использования животных, улучшит воспроизводство стада и создаст условия для роста генетического потенциала. Поэтому эффективное ведение хозяйства на современном этапе немыслимо без оснащения молокопроизводящих предприятий совершенной доильной техникой.

Современная доильная техника должна быть высокопроизводительной. Увеличение числа аппаратов, с которыми одновременно работает оператор, ведет к повышению его производительности, но труд становится интенсивный. Оператор из-за своей занятности не успевает во время обслуживать коров в соответствии с физиологическими требованиями. В условиях промышленного стада, когда время доения коров колеблется в значительных пределах, практически невозможно избавиться от простоев или передержек доильных аппаратов на вымени выдоившихся коров. Варьирование длительности молокоотдачи является причиной холостого доения, которое можно устранить путем обеспечения доильного аппарата устройством автоматического его снятия с вымени по завершению доения.

Доильный аппарат должен быть физиологически адаптированным к организму животного, обеспечивая полный вывод молока. Серийные доильные аппараты не в полной мере выполняют вышеуказанные функции. В связи с наползанием стаканов к основаниям сосков оператору приходится проводить машинное додаивание, составляющее до 35 % затрат труда от технологических операций машинного доения. Иначе происходит систематическое недодаивание 6…8 % общего удоя молока с жирностью 10…16% и преждевременный уход коров в запуск.

Наиболее рациональным направлением совершенствования привязного содержания животных при доении на линейных установках с молокопроводом является комплектование их переносными доильными аппаратами, содержащими в своей конструкции устройства для слежения за процессом доения и своевременного снятия доильных стаканов с вымени животного по завершению процесса молокоотдачи.

Исследования проводились в соответствии с планом НИР ФГОУ ВПО “Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева” 1997…2007 гг. Договорной работой с управлением сельского хозяйства и продовольствия Рязанской области 2006 г.

Цель работы. Повышение эффективности процесса производства молока при привязном содержании коров путем совершенствования технологии и технических средств машинного доения.

Задачи исследования

1. Исследовать физико-механические характеристики сосков вымени коровы.

2. Определить направление совершенствования стандартной технологии машинного доения коров

3. Разработать аналитическую модель извлечения молока вакуумным доильным аппаратом из вымени коровы, теорию силового взаимодействия подвесной части доильного аппарата с выменем и произвести их анализ.

4. На основании теоретических моделей разработать конструктивно-технологические схемы и технические средства, включающие доильные аппараты и манипуляторы, обеспечивающие реализацию усовершенствованной технологии машинного доения коров.

5. Обосновать конструктивно-режимные параметры разработанных доильных аппаратов и выявить оптимально-рациональные режимы их работы для реализации усовершенствованной технологии машинного доения коров.

6. Произвести проверку технических средств, реализующих усовершенствованную технологию машинного доения в производственных условиях и определить экономическую эффективность результатов исследований.

Объект исследования. Технологический процесс доения коров аппаратом.

Предмет исследования. Закономерности процесса доения коров и взаимосвязи конструктивно-режимных параметров технических средств извлечения молока.

Методика исследования. Системный анализ, принципы единства теории и практики. Теоретические исследования выполнялись с использованием положений и методов классической механики, математики, гидравлики и математического моделирования. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях для определения конструктивных и технологических параметров технических средств извлечения молока с применением как общепринятых методик, так и частных. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялось с использованием методов теории их планирования, математической статистики с применением современного программного обеспечения и компьютерной техники. Достоверность выполненной работы подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, проведением сравнительных производственных исследований.

Научная новизна. Научную новизну работы составляют:

- показатели физико-механических характеристик сосков вымени коровы;

- усовершенствованная технология машинного доения;

- определение доли животных стада подверженных передержкам на вымени доильных аппаратов от числа их у оператора;

- теоретические основы выведения молока вакуумным доильным аппаратом и изменения параметров сосков при этом;

- конструктивно-технологические схемы стимулирующе-адаптированных доильных аппаратов и манипуляторов, реализующих усовершенствованную технологию доения коров;

теоретические положения по обоснованию коструктивно-режимных параметров разработанных доильных аппаратов и манипуляторов;

оптимальные параметры стимулирующе-адаптированных доильных аппаратов и манипуляторов, режимы их работы;

результаты производственной проверки усовершенствованной технологии доения и разработанных доильных аппаратов и манипуляторов.

Практическую ценность имеют предложенные на основании теоретических разработок конструктивно-технологические схемы доильных аппаратов и манипуляторов, режимы их работы обеспечивающие сокращение затрат труда и повышение производительности дояра, повышение продуктивности коров и снижение заболеваемости вымени. Предложены зависимости оценки уровня передержек доильных аппаратов и производительности оператора от числа одновременно обслуживающих аппаратов.

Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П. А. Костычева» (г. Рязань, 1997…2007 гг.); на Х Международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и переработке молока (г. Переславль-Залеский, 2000 г.); на межвузовской научно-практической конференции в ФГОУ ВПО “Костромская ГСХА” (г. Кострома, 2000 г.); на научно-практической конференции посвященной 50-летию инженерного факультета Пензенской ГСХА (г. Пенза, 2002 г.); на Всероссийской научно-практической конференции в ФГОУ ВПО “Ульяновская ГСХА” (г. Ульяновск, 2003 г.); на Международной научно-практической конференции ФГОУ ВПО «Саратовский госу-дарственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова» (г. Саратов, 2006 г.); на Международной научно-практической конференции в ГНУ ВНИИМЖ (пос. Знамя Октября, Подольский р-он, Московской области, 2006…2007 г.); на Международной научно-практической конференции «Роль молодых ученых в реализации национального проекта "Развитие АПК"» ФГОУ ВПО «Московский государствен-ный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» (г. Москва, 2007 г); на 6-й Международной научно-технической конференции (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2008 г).

Реализация результатов исследования. Выпущена опытная серия переносных доильных аппаратов с манипуляторами. Разработанные доильные аппараты и манипуляторы внедрены в ряде хозяйств Рязанской области. Результаты исследований нашли отражение в монографии и внедрены в учебном процессе аграрных высших учебных заведениях. Технические средства доения демонстрировались на Международном салоне инноваций и инвестиций (2005…2006 гг.), Международной сельскохозяйственной выставке “Золотая осень” (2006 г.). На V Международном салоне инноваций и инвестиций доильный аппарат с манипулятором удостоен бронзовой медали. Усовершенствованная технология с применением раз- работанных новых технических средств рекомендована к использованию и вошла в программу развития агропромышленного комплекса Рязанской области на 2008…2012гг. Результаты экспериментально-теоретических исследований по проектированию доильных аппаратов и манипуляторов переданы в ГНУ ВНИИМЖ. Техническая документация на доильные аппараты с манипулятором и с изменяющейся нагрузкой на четверти вымени передана ОАО “Ряжский авторемонтный завод”, Рязанское УПП ВОС и заложена в фонды Рязанского ЦНТИ.

Защищаемые положения:

На защиту выносится:

- показатели физико-механических характеристик сосков вымени коровы;

- усовершенствованная технология машинного доения;

- математические зависимости определения вероятности передержек на вымени выдоившихся коров доильных аппаратов от их числа у оператора;

- теоретические основы выведения молока вакуумным доильным аппаратом;

- конструктивно-технологические схемы стимулирующе-адаптированных доильных аппаратов и манипуляторов;

теоретические положения по обоснованию коструктивно-режимных параметров разработанных доильных аппаратов и манипуляторов;

оптимальные параметры разработанных доильных аппаратов и манипуляторов, режимы их работы;

результаты производственной проверки технологии доения и разработанных технических средств извлечения молока у коров.

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 58 изданиях, в том числе в научной монографии, 15 патентах РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из реферата, введения, шести разделов, выводов, списка использованной литературы, включающего 190 наименований, приложений. Работа изложена на страницах машинописного текста, из которых основной текст содержит страницы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net