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-
вого согласия санэпиднадзора и потребителей дозволено «всё». Переработчики с их высокими современными технологиями «способны» из любого низкосортного молочного сырья производить продукты «высшей» категории качества. Следовательно, основной путь повышения качества молока, извлекаемого из вымени – это повышение требований к доильной технике.
Показателем маститного заболевания коров, согласно международному тесту, является повышенное содержание в молоке соматических клеток, представляющих собой клетки твердой и жидкой (кровь) тканей организма. Большая их часть попадает в молоко при кроводоях во время «сухого доения».
Для относительно безопасного доения коров доильными аппаратами современного типа согласно правилам машинного доения коров оператор машинного доения при доении в стойлах должен обслуживать не более двух аппаратов, чтобы, не отвлекаясь, строго наблюдать за их работой, вовремя проводить машинное додаивание, своевремено отключать и снимать доильные стаканы с сосков вымени коровы.
Для повышения производительности доильных установок используют молокопроводы и автоматизированные доильные установки.
В частности, Ю.А. Цой отмечает, что за последние 20 лет на фермах страны произошло существенное перераспределение средств и способов машинного доения коров [103]. По сравнению с 1990 годом процент доения коров в залах удвоился – с 6 до 12%, а количество ферм с доением в переносные вёдра и в молокопровод изменилось в пользу молокопроводов в отношении примерно 1:3.
За этот период были освоены в производстве отечественные автоматизированные доильные установки УДА-8 типа «Тандем» и УДА-16 типа «Ёлочка» для доения коров в доильных залах, а также новые импортные, автоматизированные электронными средствами для выполнения заключительных операций доения, которые преимущественно и внедрялись на наших фермах и в комплексах с беспривязным содержанием коров.
Но при доении обычными (не почетвертными) аппаратами такая автоматизация процесса помогает только в тех случаях, если «сухое доение» долей вымени не превышает одной минуты.
К причинам низкого качества современного производства молока можно также отнести наличие молокопроводов и такие субъективные факторы, как: низкая технологическая дисциплина операторов машинного доения, слабый контроль и требовательность руководства и специалистов ферм, а также безразличие потребителей к качеству производства молока. Но основная причина – это несовершенство доильных аппаратов.
Исходя из изложенного, основной целью исследований было создание новых автоматизированных технических средств, обеспечивающих при всех способах содержания коров производство высококачественного молока за счет безопасных и комфортных условий молоковыведения.
