возвращается в исходное положение (точка А), и цикл работы пульсатора повторяется ( цикл АВА΄А).
Участок АВ циклограммы является частью экспоненты ОАВК, а участок ВА΄ – частью экспоненты ВА΄N, а их проекции на ось t соответствуют времени истечения t 1 и наполнения t 2 управляющей камеры пульсатора до P cp и P отп клапана.
В результате исследований было установлено, что доильный аппарат с пульсатором «Волга» устойчиво работает и в трехтактном режиме с соотношением тактов 60:30:10, и в двухтактном с соотношением – 60:40. В двухтактном режиме у пульсаторов АДУ-1 и «Майга» соотношение тактов – 70:30, а в трехтактном аппарате с пульсатором АДУ-1 – 70:18:12. Следовательно, серийный пульсатор АДУ-1 без доработки в двухрежимных аппаратах использовать нельзя.
Определенного внимания заслуживают разработки и исследования по автоматическому регулированию соотношения тактов доильного аппарата, выполненные под руководством В.Ф. Королева [14] аспирантом ВИЭСХ С.Я. Гормом еще в середине 60-х годов прошлого века с хорошими производственными показателями [5, 16].
Эти результаты, заслуживающие особого внимания, С.Я. Горм получил довольно оригинальным способом: путем дополнительной нагрузки на шток мембранно-клапанного узла пульсатора пропорционально интенсивности молоковыведения. К сожалению, эти работы были прекращены по причинам несовершенства конструкции аппарата, отсутствия необходимых знаний по динамике вакуумных средств пневмоавтоматизации и другим причинам.
Почти в то же время во ВНИИМЭСХ И.К. Винниковым совместно с ГСКБ (г. Рига) проводились аналогичные работы по пневмоавтоматизации доения для беспривязного содержания коров [38]. Были созданы, научно обоснованы и запатентованы высокоточный мембранный весовой формирователь вакуумных аналоговых сигналов к датчикам интенсивности молочного потока и двухмембранный управляемый пульсатор [40], которых в свое время так не хватало С.Я. Горму для совершенствования его автоматизированного доильного аппарата с изменяющимися параметрами.
Проведенный обзор и анализ предшествующих исследований позволяют заключить, что на сегодняшний день в мире еще не созданы для практики доения коров в стойлах простые, надёжные и безопасные доильные аппараты с изменяющимися параметрами – ни электронные, ни пневматические.
Согласно уравнениям (1.1) и (1.2) условия равновесия сил в моменты переключения клапанов пульсатора будут следующими:
P cp S 1 = PS 2 + F ,
P S = PS + F
отп 1 3 ,
где S 1, S 2, S 3 – эффективные площади мембраны и клапанов;
F – сила давления мембранно-клапанного узла пульсатора.
Условия равновесия мембранно-клапанного механизма пульсатора можно записать в виде математической модели
⋅
P S 2
P =
cp S 1 F
+ , (2.3)
P ⋅ S S
P = 3 1
отп S
1
откуда можно сделать вывод, что при силовом воздействии чувствительного элемента датчика интенсивности молочного потока на мембранно-клапанный узел пульсатора величины вакуума срабатывания Р ср и отпускания Р отп клапанов изменяются на одну и ту же величину, пропорциональную интенсивности молоковыведения.
Опираясь на этот вывод, обратимся к рисунку 2.5, на котором построена релейная (гистерезисная) характеристика пульсатора, и проанализируем её. При любом сигнале датчика
∆ Р = Р ср – Р отп = const,<br><!-- End of picture text -->
и релейная характеристика EDBA΄CAD, описывающая участок дуги АВ восходящей экспоненты ОАВК, будет перемещаться в координатном поле «вверх–вправо» или «вниз–влево» по экспоненте вместе с её точками АВ.
Причём в верхнем положении, когда Р ср → 1,0, длина дуги АВ и её проекция t 1 на ось абсцисс могут возрастать, а проекция t 2 будет уменьшаться.
При обратном движении по гистерезисной петле, когда Р отп → 0, длина дуги АВ и проекция t 1 будут уменьшаться, а длина дуги ВА΄ и её проекция t 2 – возрастать.
В среднем положении гистерезисной петли АВ = ВА΄ и t 1 = t 2. При этом время цикла Т ц = t 1 + t 2 будет минимальным, а частота пульсаций f = 1/ Т ц – максимальной. В крайних верхнем и нижнем положениях Т ц имеет максимальное значение, а f – минимальное .
Таким образом, используя релейные свойства устройства, можно изменять не только соотношение тактов, но и частоту пульсатора. Рабочий процесс пульсатора доильного аппарата осуществляется не произвольно, а по алгоритму в виде релейной (гистерезисной) характеристики, и его параметрами можно управлять по сигналам датчика интенсивности молочного потока.
Применение в исследованиях пульсаторов классической теории систем автоматического регулирования и управления позволяет получить новые знания для создания на основе пульсатора простейшего компактного устройства управления соотношением тактов, частотой пульсаций и величиной вакуума под соском адаптивных доильных аппаратов для всех типов доильных установок, включая стойловые и пастбищные.
3 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КАЧЕСТВА МОЛОКА И ПРОБЛЕМЫ МАШИННОГО ДОЕНИЯ КОРОВ
3.1 Производительность труда и качество молока – антагонизмы машинного доения
При ручном доении, когда маститные заболевания коров в стаде не превышают 3 – 5%, с ними можно успешно бороться.
При машинном доении маститы становятся одной из основных проблем молочного животноводства, особенно при доении коров на высокопроизводительных доильных установках. Наибольший ущерб приносят субклинические маститы.
Так, по данным [1] в США, Великобритании и Японии, где в основном применяют для доения коров высокопроизводительные установки, поражены маститами примерно 50% коров, в Германии – 35–51%, а в России – до 70%.
По данным Л.Г. Королёвой [102] за период с 2000 по 2009 годы в Российской Федерации количество больных маститом коров увеличилось с 30 до 45 – 50%.
Помимо вреда здоровью людей (особенно детей) маститы наносят мировому производству молока. Согласно данным официальных источников ежедневный ущерб 225–500 млн дол. В США в расчете на одну корову ущерб составляет от 69 до 117 дол./год или в целом по отрасли до 1 млрд дол. В СССР картина была аналогичная – по данным [101] ущерб составлял в ценах 1990 года 62,5 руб. на голову, или 1,0–1,5 млрд руб./год.
Когда маститами в разной степени тяжести переболевают до 50% и более коров, маститное молоко часто смешивается с товарным. Такое молоко непригодно в пищу, из него невозможно приготовить качественные продукты. В настоящее время в Росии фактически не производится молоко, пригодное для детского питания.
Ю.А. Цой [103], ссылаясь на журнал «Агроинвестор» № 2 за 2012 год, отмечает, что в России производится до 60% несортового молока.
Откуда тогда на полках магазинов такое изобилие отечественных молочных продуктов для детского питания? Почему за последние двадцать лет, предшествующих подготовке России к вступлению в ВТО, так упало качество молока?
Дело в том, что если действующим в СССР ГОСТ 13264-88 исключалась приёмка несортового молока для пищевых целей, то после распада СССР запреты были сняты ТУ (ГОСТ Р 52054-2003) «Молоко натуральное коровье – сырьё». Согласно этому нормативному документу сортность молока теперь определяют по показателю «Температура замерзания, ° С», а основной показатель наличия маститного молока – «Содержание соматических клеток, тыс./см3 , не более…», не учитывается. Также убрано из текста документа обязательное для всех советских стандартов примечание – «Несоблюдение стандарта преследуется по закону». Поэтому недобросовестным производителям и переработчикам ради максимальной прибыли с молчали-
