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:

Макаровская Зоя Вячеславовна. Технологические основы повышения эффективности работы доильных аппаратов : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.20.01 : Оренбург, 2004 364 c. РГБ ОД, 71:04-5/384

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 1

1. КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРОБЛЕМ РАЗВИТИЯ ДОИЛЬНЫХ АППАРАТОВ 10

1.1. Современные тенденций в конструировании доильных аппаратов и их

влияние на жизнедеятельность организма в процессе молоко выведения 10

1.1.1. Недостатки доильных аппаратов серийного производства 10

1.1.2. Конструкции современных доильных аппаратов и пути их совершенствования 17

1.3 Физиологические основы машинного доения 28

1.3.1 Формирование полноценного рефлекса молокоотдачи у коров и его влияние на молочную продуктивность 29

1.3.2 Стимуляция молокоотдачи при машинном доении 37

1.4. Рецепторный аппарат молоко выводящей системы животного 44

1.5 Доильные стимулы и параметры, определяющие их качество 47

1.6. Методы оценки пригодности молочных коров к машинному доению и состояния лактирующего организма животного 57

1.7. Оценка доильных машин 62

Выводы и задачи исследований 65

2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАБОТЫ ДО

ИЛЬНЫХ АППАРАТОВ ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРЫ 68

2.1 Архитектура акта молокоотдачи с позиции теории функциональных систем П.К. Анохина и механизм её управления 68

2.2. Принципы рационального проектирования доильных аппаратов 77

2.2.1 Доильный аппарат и открытые системы 77

2.2.2 Определение возможного варианта базовой комплектации доильного аппарата 89

2.2.3 Определение вариативного состава доильного аппарата и возможных технологических решений 98

Выводы по главе 102

3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ НА МОЛОЧНУЮ ЖЕЛЕЗУ (СОСОК ЖИВОТНОГО) 104

3.1 Исследование морфологических особенностей молоко выводящей системы животного в современном стаде 104

3.2 Факторы, влияющие на реакцию сосковой ткани исполнительным устройством (сосковой резиной) 110

3.3 Существующие методы определения воздействия сосковой резины на сосок 116

3.4 Методика расчета воздействия сосковой резины на сосок 121

3.5 Алгоритм и расчет воздействия сосковой резины на сосок в динамике процесса молоко выведения 125

3.6 Исследование фактора на ползания сосковой резины на сосок животного 132

Выводы по главе 140

4. НЕКОТОРЫЕ ТЕХНИКО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ, ПОВЫШАЮЩИЕ АДАПТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ДОИЛЬНЫХ АППАРАТОВ 143

4.1. Конструкции доильных стаканов 143

4.1.1 Доильный стакан стимулирующего действия 144

4.1.2 Доильный стакан, совмещающий стимуляцию с плотным обхватом соска 148

4.1.3. Доильный стакан (с дополнительным присоском), препятствующий «наползанию» 156

4.2. Технологические режимы 160

4.2.1 Способ стимуляции на режимах биомеханического резонанса 160

4.2.2 Режим стимуляции животного в первые дни лактации 165

4.2.3 Способ доения животных аппаратами с удлинённым временем переходного периода 173

4.3. Конструкции устройств доения животных с пороками вымени 177

4.3.1 Анализ различных ситуаций возникающих при доении животных с пороками вымени (ступенчатым) 181

4.3.2 Дополнительный груз для выравнивания массы подвесной части доильного аппарата при доении корове пороками вымени 185

4.4. Регулирование перепада вакуумметрического давления в межстенном пространстве доильного стакана 198

Выводы по главе 207

5. СПОСОБЫ ОЦЕНКИ ФИЗИОЛОГИЧНОСТИ ДОИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ 209

5.1. Комплексная оценка доильной техники 209

5.2 Способ оценки типа стрессоустойчивости коров по коэффициенту синхронности молокоотдачи четвертей вымени 213

5.3 Оценка биологического и технического звеньев системы при комплексном подходе к оценке системы «М-Ж» 2

5.3.1 Специфичность работы молоко выводящего аппарата животного 217

5.3.2 Определение «уровня здоровья» (нормы) животного 2

5.3.2.1 Применение тепловизионных методов обследования животных, процессов и доильного оборудования 220

5.3.2.2 Производственный эксперимент обследования животных в процессе молоко выведения тепловизионных методом 227

5.4 Способы физиологической оценки процесса выведения молока 236

5.4.1 Метод физиологической оценки различных способов извлечения молока (сосание ручное и машинное доение) 237

5.4.2 Физиологическая оценка извлечения молока внутри метода 239

Выводы по главе 241

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 242

ЛИТЕРАТУРА 247

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 265

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 323 

Введение к работе:

Кризисная ситуация и негативные явления в животноводстве России, связанные с диспаритетом цен, особенно на энергоносители и технику, монополизмом переработчиков животноводческой продукции и производителей комбикормов, сельскохозяйственной техники привели к 1997 году1 к невыгодности производства молока в хозяйствах всех форм собственности несмотря на некоторые положительные сдвиги наблюдаемые в отрасли. Производство молока в России в 2002г., как и в предыдущем, продолжало увеличиваться и составило 33,5 млн.т против 32,9 млн.т в 2001г. Прирост объемов производства составил 1,7%. Увеличение валового надоя молока получено несмотря на то, что к 1 января 2003 г. поголовье крупного рогатого скота в хозяйствах всех сельхоз-производителей сократилось на 5,3%, в том числе коров на 7,5%, по сравнению с началом 2002 г. и составило 25,5 млн. голов против 26,9 млн. год назад, в том числе коров 11,9 млн. против 12,3 млн. Следует отметить сохранение поголовья скота, в 2002 г. падеж крупного рогатого скота составил 2,9% к обороту стада, в 2001 г. - 3,2%, в 2000 г. - 3,9%) /100, 101/. Эти положительные тенденции, наблюдаемые в молочной отрасли, видны из диаграммы, представленной ниже.

Пр-во молока, млн.т Ш Поголовье, голов Падеж, % Несмотря на это, потребление молока и молочных продуктов в переданные Министерства сельского хозяйства РФ.

Счете на молоко уменьшилось с 396 кг в год душу населения в 1990 г. До 220 кг в 2001 г., при норме 400 кг /100, 101/. В то же время наблюдается рост удельного веса импортных молочных продуктов и молока с 6,1% в 1992 году до 13,7% - в 1996 году. За последние годы в молочном животноводстве России наметились положительные изменения: снизились темпы спада поголовья и объемов производства молока, а само производство молока становиться рентабельным. Так выручка сельскохозяйственных предприятий министерства сельского хозяйства РФ за 1 ц реализованного молока (без дотаций и компенсаций) в 1998 году составила 128 рублей, а в 1999 уже 289 рублей /275/. Оренбургская область по валовому производству молока за 2002 г. занимает десятое место среди регионов России, что составляет 744,8 тыс. т. молока (99,3 % к 2001 г.). Однако данные статистического управления свидетельствуют, что для сельскохозяйственных предприятий Оренбургской области реализация молочной продукции нерентабельна, что хорошо прослеживается по данным таблицы.

Рентабельность молочной продукции, реализованной сельскохозяйственными предприятиями Оренбургской области, % Годы 1995 1998 1999 2000 2001 2002

Рентабельность, % -17,5 -48,6 -7,7 2,0 -5,4 -10,2

Особо следует подчеркнуть, что для большинства населения России молоко стало и остается наиболее доступным продуктом питания и источником белка животного происхождения. Социологические опросы населения говорят о предпочтении россиян в употреблении продукции отечественного производства. К сожалению, доля высококачественных продуктов в общем объеме заготавливаемого молока не достаточна, доля заготавливаемого молока первого сорта снизилась на 11%. Одна из главных причин такого положения - низкий технологический уровень большинства молочных ферм. Оснащенность отечественных ферм оборудованием 15...20 летней давности по своему техническому уровню и технико-экономическим показателям не может конкурировать с западным, несмотря на его относительную дешевизну.

Изменения в социально-экономических и организационно-технических условий в аграрном комплексе России, проявляющиеся в:

• структуре товаропроизводителей,

• инфраструктуре машиностроительной базы и ресурсных возможностей,

• системе материально-технического обеспечения и служб технического сервиса,

• ценовой и инвестиционной политике,

• резком снижении покупательной способности сельскохозяйственных производителей,

• экологической обстановке привели к негативным процессам, происходящим в механизации животноводства, получившим свое отражение в создании и внедрении новой техники, а также реконструкции и технического перевооружения животноводческих ферм. Сегодня только 4% техники отвечает современным требованиям /238/, а в совокупном дойном стаде России по различным причинам, связанным с функциональным и техническим несовершенством доильного оборудования, маститом болеют более 50% коров.

Принятая трехуровневая система /275/ трансадаптивного агроинжини-ринга оснащения и реконструкции ферм требует новых подходов в проектировании и изготовлении новой техники. Решение первого уровня адаптации3 - адаптация техники к биологическим объектам с учетом экологических требований - требует, прежде всего, рассмотрения совокупности количественных и качественных показателей вводимых в исходные требования и технические задания на её создание. В этом случае, рассмотрение вопросов, связанных с анатомо-морфологическими и функционально-физиологическими параметрами лактирующего животного, приобретают особое значение. Кро Рекомендации по реконструкции молочных ферм на базе адаптивных технологий и оборудования рассмотрены и одобрены на секции перспективных технологий и нового оборудования для ферм КРС научно-методического совета Россельхозакадемии по механизации животноводства, системе технологий и машин отрасли 25.09.2000.

3 Технологические основы повышения эффективности машинного доения относятся к первому уровню системы трансадаптивного агроинжиниринга. ме того, определенный технологический консерватизм в производстве молока не позволяет успешно использовать при создании новой техники и реконструкции ферм с разными технологиями производства молока блочно-модульную концепцию. Выделение базовых узлов в агрегатно-элементной базе доильного аппарата или установки, их совершенствование и производство позволило существенно ускорить процесс оснащения отечественного молочного животноводства.

В связи с этим, повышение технологической эффективности доильных аппаратов является самой неотложной проблемой в практике машинного доения коров, имеющей большое народнохозяйственное значение. Необходимость исследовательской работы вызвана современным состоянием дел в молочной отрасли России и требованием новых подходов в практическом решении существующих проблем.

Научная проблема состоит: в не эффективной работе доильных аппаратов, конструкции которых не могут в полной мере обеспечить адаптивные свойства техники к поголовью и получения высококачественной молочной продукции. Современные тенденции в развитии конструкций доильных аппаратов демонстрируют ярко выраженный классический путь, приведший, с одной стороны, к расширению функционального назначения техники, с другой, сужению направленности новых разработок, резкому усложнению и снижению её надежности. В связи с этим, возникает необходимость всестороннего исследования работы доильных аппаратов для выработки технологических основ повышения их эффективности и практического решения существующих проблем.

Цель исследования - выявление технологических основ повышения эффективности работы доильных аппаратов, обеспечивающих адаптационные свойства техники к поголовью, что способствует сохранению факторов естественной резистентности4 и определяет устойчивое состояние здоровья

Резистентность - сопротивляемость организма. животных для получения высококачественной молочной продукции.

Объект исследования - технологический процесс доения коров доильным аппаратом.

Предмет исследования — взаимосвязи и закономерности процессов работы доильных аппаратов.

Задачи исследования;

1. Обобщить исследовательский материал по теме и дать оценку:

a) современным тенденциям развития конструкций доильных аппаратов для выработки технологических основ повышения их эффективности и практического решения существующих проблем;

b) разработанности физиологических основ машинного доения и формирования полноценного рефлекса молокоотдачи у коров, его стимуляции в процессе доения;

c) стимуляции животного доильным аппаратом с точки зрения эффективности процесса молоковыведения и адекватности воздействия рецеп-торных зон (оптимальные значения доильных стимулов и параметров, определяющих их качество);

d) методам оценки пригодности молочных коров к машинному доению и физиологичности доильных аппаратов.

2. Рассмотреть рефлекторный акт молокоотдачи животного с точки зрения эффективного «срабатывания» рефлекторного кольца для получения максимальной молокоотдачи и разработать концептуальные основы конструирования аппаратов блочно-модульной конструкции, быстропереналаживаемои к требуемым условиям эксплуатации животного, позволяющей эффективно реализовать адаптационные свойства доильной машины к поголовью.

3. Рассмотреть воздействие доильных стаканов на молочную железу и разработать математические модели, позволяющие теоретически исследовать влияние исполнительных механизмов на молоковыводящую систему животного для обоснования дальнейшего развития конструкций, повышающих адаптационные свойства доильного аппарата. 4. Предложить технико-технологические решения, повышающие адаптационные свойства доильных аппаратов для обслуживания реального, а не «усреднённого» животного.

5. Предложить способы оценки животных и физиологичности доильной техники, отличающиеся тем, что могут учитывать и оценивать признаки, характеризующие адаптационные свойства техники.

Методы исследований: При обосновании технологических основ повышения эффективности доильных аппаратов методологическую и теоретическую основу исследования составили принципы единства теории и практики, метод восхождения от абстрактного к конкретному. Были применены анализ и синтез структуры элементно-агрегатной базы доильных машин; новых технических решений; методы теоретической механики; теории вероятностей; методы математического и физического моделирования; моделирования на ЭВМ; экспериментальные методы; современные методы пассивной диагностики - тепловизионный (термограф ИРТИС 2000) и др.

Научная новизна работы состоит:

• В определении современных тенденций развития конструкций доильных аппаратов, эффективности стимуляции животного с точки зрения адекватности воздействия и методов оценки пригодности молочных коров к машинному доению, физиологичности доильных аппаратов. Выявлена и конкретизирована информация об объекте и средствах воздействия на него, позволяющая перейти от концепции обслуживания «усреднённого» животного к реальному. 

• В расширении представлений о рефлекторном акте молокоотдачи животного с точки зрения эффективного «срабатывания» рефлекторного кольца для получения максимальной молокоотдачи и мероприятий, предусматривающих ликвидацию «разрыва» рефлекторного кольца. В предложении концептуальных основ конструирования доильных аппаратов открытой архитектуры, эффективно реализующих адаптационные свойства к поголовью. • В выявлении информации о воздействии доильных стаканов на молочную железу и разработке математических моделей, позволяющих теоретически исследовать влияние исполнительных механизмов на молоко выводящую систему животного для обоснования дальнейшего развития конструкций, повышающих адаптационные свойства доильного аппарата.

• В предложенных технико-технологических решениях, повышающих адаптационные свойства доильных аппаратов — конструкций, способах и режимах, способах оценки животных и физиологичности доильной техники.

Практическая ценность работы; Разработанное научно- теоретическое, методическое и программное обеспечение НИР дает возможность повысить эффективность работы аппаратов за счет открытости архитектуры и технологических мероприятий, повышающих адаптационные свойства доильных машин к поголовью, способствующих сохранению генетического потенциала животных и получению высококачественной молочной продукции. С учетом специфики сферы реализации результатов настоящей работы, предполагающей «индивидуальное обслуживание» лактирующих животных, разработаны конструкции и технологии, работающие в режиме адекватности их физиологическим характеристикам и повышающие открытость архитектуры доильных аппаратов.

Апробация; Основные положения диссертации были доложены в период с 1996 по 2003 год и получили официальное одобрение на следующих научных форумах: Международных симпозиумах по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и переработке молока (ГХ-Оренбург, 1997г.; Х-ГТереславль-Залесский, 2000г.; Х1-Казань,2002г.); 4,5 и 6 Международных научно-практических конференциях (ВНИИМЖ, 2001,2002,2003г.г.); региональных научно-практических конференциях (Оренбург, 1998,2002,2003г.г.); семинарах Оренбургского государственного аграрного университета( 1996-2003г.). Работа получила одобрение на расширенном заседании секции по машинному доению с/х животных Научно методического Совета по механизации животноводства и системе машин Отделения механизации, электрификации и автоматизации РАСХН в 2002г. Теоретические исследования и техническая реализация результатов диссертационных исследований удостоены следующих наград: 2 медали «Лауреат Всероссийского выставочного центра»- Москва, 2002г.,2003г.; нагрудный знак «Участник Всероссийского выставочного центра»- Москва,2000г.; дипломы лауреата премии администрации Оренбургской области в сфере науки и техники за 2000 и 2001г.г. (см. Приложение 1).

Реализация результатов диссертационных исследований; Технические решения, отличающиеся принципиальной новизной и представляющие собой значимую практическую ценность, внедрены в хозяйствах Оренбургской области. Научно-методические материалы по проектированию и анализу доильных аппаратов используются в учебном процессе инженерных факультетов 22 сельскохозяйственных вузов России и ближнего зарубежья при чтении лекций, проведении лабораторно-практических занятий, выполнении дипломного и курсового проектирования. Теоретические исследования и техническая реализация результатов диссертационных исследований отмечены в отчете отделения механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Россельхозакадемии за 2002 г., включены в методические материалы по расчету элементов доильных аппаратов (утв. Россельхозакадемией) и рекомендации (утв. департаментом АПК администрации Оренбургской области) по разработке, изготовлению и применению доильных аппаратов для коров с пороками вымени.

На защиту выносятся следующие положения:

• Концептуальные основы разработки методик, режимов и средств новой техники и технологии доения;

• математические модели основных закономерностей при воздействии исполнительных механизмов доильного аппарата и соска;

• методики расчета параметров доильного аппарата и процесса доения; • технико-технологические решения, повышающие адаптационные свойства доильных аппаратов, а также способы оценки физиологичное™ доильной техники.

Публикации; Основное содержание диссертации, результаты и рекомендации исследований отражены в двух монографиях, 9 статьях в центральной печати, в 12 трудах симпозиумов и конференций. По результатам исследований получено 7 патентов и 4 положительных решения на изобретения (Приложение 1).

Объем работы: В диссертации 376 страниц, в том числе 112 страницы приложений. Она состоит из введения, 5 глав, общих выводов и рекомендаций. В составе диссертации имеется рисунков -61, схем -10, таблиц — 30 и список использованной литературы, включающий 297 наименований, из которых 15 на иностранных языках.

Она является результатом работы исследований автора, выполненных в Оренбургском отделе биотехнических систем Института прикладной механики УрО РАН и Оренбургском государственном аграрном университете. Диссертация выполнена в соответствии с государственной научно-технической программой «Высокоэффективные процессы производства продовольствия», Федеральной программой «Техника для продовольствия России», целевой комплексной программой научно-исследовательских работ ОГАУ «Разработка и совершенствование средств механизации и автоматизации сельскохозяйственных технологических процессов и методов их использования».

Автор считает своим долгом выразить благодарность научному консультанту, доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ Л.П. Карташову и ректору Оренбургского государственного аграрного университета, доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ С.А. Соловьеву за поддержку и советы, которые способствовали разработке и решению рассматриваемых проблем. 

Подобные работы
Бричагина Анастасия Александровна
Повышение эффективности работы высевающего аппарата зерновой сеялки
Васильев Сергей Александрович
Повышение эффективности работы селекционной сеялки с ленточно-дисковым высевающим аппаратом
Земцев Андрей Михайлович
Повышение эффективности работы дождевальных машин и установок с использованием дождевального аппарата турбинного типа
Лапин Василий Анатольевич
Повышение эффективности работы однобрусных ротационных косилок путем оптимизации параметров механизма подвески режущего аппарата
Татарницев Константин Вячеславович
Повышение эффективности технологии уборки льна-долгунца путем оптимизации параметров и режимов работы очесывающего аппарата
Зубкова Татьяна Михайловна
Повышение эффективности работы одношнекового экструдера для производства кормов на основе параметрического синтеза
Денисов Сергей Владимирович
Повышение эффективности приготовления кормосмеси на основе стебельчатого корма и обоснование параметров пресс-экструдера
Овчинников Дмитрий Николаевич
Повышение эффективности зерноочистительных систем на основе использования фрикционных наклонных поверхностей для предварительного фракционирования
Киселев Николай Геннадьевич
Повышение эффективности применения органоминеральных удобрений на основе куриного помета путем разработки технологии и технических средств их гранулирования
Борисова Людмила Викторовна
Повышение эффективности функционирования уборочных машин на основе моделей экспертных знаний

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