Разработка адаптивного манипулятора доения коров (конструкторский раздел дипломного проекта)

3.2 Обоснование разрабатываемой схемы адаптивного манипулятора
доения коров
Известен манипулятор доильной установки SU 1750511 С1 30.07.1992, включающий четыре датчика потока молока и механизмы додаивания, выполненные на каждом доильном стакане, а также доильный аппарат, который содержит двухкамерные доильные стаканы с регуляторами вакуума, коллектор с камерами, содержащими молоколовушки [20].
Известен переносной манипулятор линейной доильной установки RU 2151499 С1 27.06.2000, который состоит из доильного аппарата, тросом связанного с пневмоцилиндром, который посредством шарнира прикреплен к датчику потока молока, а датчик, в свою очередь, посредством разъемного соединения прикреплен к вакуумпроводу и молокопроводу линейной доильной установки типа АДМ-8 [21].
Однако данные устройства не обеспечивают повышение эффективности подготовки коров к запуску в процессе доения.
Наиболее близким к изобретению является переносной манипулятор линейной доильной установки RU 2221417 С2 20.01.2004, который состоит из доильного аппарата, тросом соединенного с пневмоцилиндром и посредством молочного шланга и патрубка с блоком управления с источником электрической энергии.
Однако данный манипулятор также не обеспечивает повышение эффективности подготовки коров к запуску в процессе доения [22].
Задача изобретения - повышение эффективности подготовки коров к запуску в процессе доения.
Для достижения этого коллектор содержит рычаг, одним концом взаимодействующий с клапаном отключения доильного аппарата, а к свободному концу которого прикреплен трос пневмоцилиндра; полость пневмоцилиндра с вакуумпроводом соединена через пневмоусилитель, камеру управления которого с атмосферой или вакуумпроводом сообщает электрически управляемый трехходовой кран; датчик потока молока выполнен в виде молоколовушки, которая снабжена электродным датчиком уровня молока, протарированным в единицах интенсивности потока молока истечения из молоколовушки, поплавком с иглой и магнитом, взаимодействующим с герконом при нижнем его положении в молоколовушке, и установленным с возможностью вертикального перемещения по мере накопления молока в ней на высоту, равную длине иглы, причем для обеспечения линейной зависимости между перемещением иглы в отверстии и расходом молока через отверстие, поверхность иглы выполняют по форме, описываемой уравнением вида:
, (3.1)
где где: r - радиус сливного отверстия, м; х, z - текущее значение радиуса иглы по оси X и Z, соответственно, м; l – длина иглы, м.; гасителем потока молока, выполненным в виде винтового канала, образуемого корпусом молоколовушки, коаксиально установленным с ним цилиндром и спиральной лентой, причем патрубок для подвода молока в молоколовушку установлен тангенциально к ее корпусу, и регулятором вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана, камера управления которого через жиклер сообщена с вакуумпроводом, а через калиброванный электроклапан – с атмосферой; трехходовой кран, калиброванный электроклапан, геркон и электродный датчик электрически связаны с электронным блоком с интегратором, реализующим алгоритм подготовки коровы к запуску в процессе доения путем управления режимом доения в зависимости от интенсивности потока молока, контроля удоя и снятия доильного аппарата с вымени коровы при достижении заданного уровня выдоенности в соответствии со сроком подготовки к запуску.
Предлагаемое изобретение будет понято из следующего описания и приложенных чертежей.
Переносной манипулятор линейной доильной установки ДПМ1225.03000.00СО состоит из доильного аппарата 1, тросом 2 связанного с пневмоцилиндром 3, который посредством петли 4, (с возможностью качания) прикреплен к стойке (на схеме не показана), и блока управления 5, который посредством разъема 6 подключен к молокопроводу 7 и вакуумпроводу 8 доильной установки. Доильные стаканы 9 содержат регуляторы вакуумметрического давления 10 в межстенных камерах 11, управляющие камеры 12 которых сообщены с подсосковыми камерам 13 доильных стаканов 9 и снабжены клапанами 14 для впуска воздуха в подсосоковую камеру 13 в такте сжатия. Коллектор 15 содержит рычаг 16, одним концом взаимодействующий с клапаном 17 отключения доильного аппарата 1, а к свободному концу которого прикреплен трос 2 пневмоцилиндра 3. Полость пневмоцилиндра 3 с вакуумпроводом 8 соединена через пневмоусилитель 18, камеру управления 19 которого с атмосферой или вакуумпроводом 8 сообщает электрически управляемый трехходовой кран 20. Блок управления 5 содержит кнопку «Старт» (на схеме не показана), пульсатор 21, электронный блок 22 с интегратором и датчик потока молока, выполненный в виде молоколовушки 23, которая снабжена электродным датчиком 24 уровня молока, протарированным в единицах интенсивности потока молока истечения из молоколовушки 23, поплавком с магнитом , взаимодействующим с герконом 27 при нижнем его положении в молоколовушке 23, гасителем потока молока 28 и регулятором вакуумметрического давления 29 в подсосковой камере 13 доильного стакана 9, камера управления 30 которого через жиклер 31 сообщена с вакуумпроводом 8, а через калиброванный электроклапан 26 – с атмосферой. Трехходовой кран 20, калиброванный электроклапан 26, геркон 27 и электродный датчик 24 электрически связаны с электронным блоком 22, реализующим алгоритм подготовки коровы к запуску в процессе доения путем управления режимом доения в зависимости от интенсивности потока молока, контроля удоя и снятия доильного аппарата с вымени коровы при достижении заданного уровня выдоенности в соответствии со сроком подготовки к запуску. Причем глубина затопления электродного датчика 24 протарирована в единицах измерения интенсивности истечения потока молока из молоколовушки 23. Гаситель потока молока 28 молоколовушки 23 выполнен в виде винтового канала , образуемого корпусом молоколовушки , коаксиально установленным с ним цилиндром и спиральной лентой , причем патрубок для подвода молока в молоколовушку 23 установлен тангенциально к ее корпусу . Поплавок в нижней своей части содержит иглу . В дне молоколовушки 23 выполнено сливное отверстие , перекрываемое иглой . Поплавок установлен в молоколовушке 23 с возможностью вертикального перемещения по мере накопления молока в ней на высоту, равную длине иглы , причем для обеспечения линейной зависимости между перемещением иглы в отверстии (поплавка в молоколовушке 23) и расходом молока через отверстие , поверхность иглы выполняют по форме, описываемой уравнением (3.1).
Работает манипулятор следующим образом. Манипулятор посредством петли 4, (с возможностью качания) прикрепляют к стойке, а посредством разъема 6 подключают к молокопроводу 7 и вакуумпроводу 8 блок управления 5, и согласно алгоритму работы идентифицируют корову. При этом в электронном блоке 22 активизируется информация о данном животном. Вакуумметрическое давление из вакуумпровода 8 поступает к пульсатору 21 и далее через коллектор 15, регуляторы вакуумметрического давления 10 доильных стаканов 9 в межстенные камеры 11, а с молокопровода 7 вакуумметрическое давление поступает в молоколовушку 23 и далее через регулятор вакуумметрического давления 29 к клапану 17 коллектора 15. Нажимают кнопку «Старт» на блоке управления 5. При этом электронный блок 22 посредством трехходового крана 20 соединяет камеру управления 19 пульсоусилителя 18 с атмосферой, тем самым обеспечив доступ атмосферного воздуха в полость пневмоцилиндра 3, что приводит к освобождению троса 2. Вытянув трос 2 из пневмоцилиндра 3 и открыв клапан 17 доильный аппарат 1 устанавливают на вымя коровы. При этом вакуумметрическое давление через открытый клапан 17 поступает в коллектор 15 и далее в подсосоковые камеры 13 доильных стаканов 9.Так как в начальный момент при отсутствии молока в молоколовушке 23 поплавок занимает нижнее положение, то магнит поплавка взаимодействует с герконом 27, сигнал от которого поступает в электронный блок 22, который при этом открывает калиброванный электроклапан 26, тем самым сообщив камеру управления 30 регулятора вакуумметрического давления 29 с атмосферой, которая одновременно через жиклер 25 сообщена с вакуумпрводом 8. В результате, в камере управления 30, а значит и после регулятора вакуумметрического давления 29 в коллекторе 15 и далее в подсосковых камерах 13 доильных стаканов 9 устанавливается стимулирующее вакуумметрическое давление, например 33 кПа, которое из подсосковых камер 13 также поступает и в камеры управлении 12 регуляторов вакуумметрического давления 10 доильных стаканов 9, тем самым ограничив пульсирующее вакуумметрическое давление в межстенных камерах 11, поступающее от пульсатора 21.
Так осуществляют доение в стимулирующем режиме до припуска молока.
Молоко из доильных стаканов 9 поступает в коллектор 15 и далее через регулятор вакуумметрического давления 29 по установленному тангенциально к корпусу молоколовушки 23 через патрубку к гасителю потока молока 28, выполненному в виде винтового канала, образуемого корпусом молоколовушки, коаксиально установленным с ним цилиндром и спиральной лентой плавно стекает в молоколовушку 23, заполняя ее. При этом поплавок , всплывая в молоке , перемещает иглу в отверстии, тем самым образуя щель для слива молока. Так как форма поверхности иглы , описываемая приведенным уравнением, такова, что обеспечивает линейную зависимость между перемещением иглы (поплавка) в отверстии интенсивностью потока молока, истекаемого через образуемую щель, то очевидно, что с увеличением интенсивности поступления молока в молоколовушку 23 из доильного аппарата 1, поплавок изменяет свое положение в молоколовушке 23, тем самым изменяя степень затопления электродного датчика 24, и тем самым изменяя сигнал, поступающий от него к электронному блоку 22 и отражающий интенсивность истечения потока молока из молоколовушки 23 через щель, образуемую в отверстии с иглой . Поплавок, всплывая в молоке, удаляет магнит от геркона 27 , который при этом подает сигнал электронному блоку 22 о начале процесса поступления молока. В результате, в соответствии с алгоритмом управления, электронный блок 22 включает интегратор, осуществляющий контроль интенсивности потока молока через молоколовушку 23, учет текущего надоя, а также осуществляет счет и запоминание числа дней текущего режима доения, сравнивает текущий удой с базовым, осуществляет смену режимов доения и степени выдоенности, выдает сигнал о переводе коровы в запуск по завершению процесса подготовки к запуску в процессе доения.
В процессе доения стимулирующий режим доения (33 кПа) манипулятор сохраняет до интенсивности потока молока – 200 мл/мин. При дальнейшем увеличении интенсивности молоковыведения, доильный аппарат 1 переходит на доение в номинальном режиме – 48 кПа. Если время задержки переключения режима доения из стимулирующего в номинальный превышает 1 мин., переключение на номинальный режим осуществляет принудительно электронный блок 22. Для включения номинального режима электронный блок 22 подает сигнал на калиброванный электроклапан 26 , тем самым перекрыв доступ атмосферного воздуха в камеру управления 30 регулятора вакуумметрического давления 29. В результате в камере управления 30 вакуумметрическое давление возрастает до номинального давления, что вызывает синхронное увеличение вакуумметрического давления и подсосковых камерах 13 доильных стаканов 9, управляющие камеры 12 регуляторов вакуумметрического давления 10 доильных стаканов 9, а значит и в межстенных камерах 11. В процессе доения в такте «Сжатие» клапан 14 обеспечивает впуск атмосферного воздуха в подсосковую камеру 13 доильного стакана 9, тем самым повышая эффективность транспортировки молока в молокопровод 7.
Так осуществляют доение в номинальном режиме.
В процессе доения электронный блок 22 осуществляет контроль текущего удоя и при достижении соответствующей сроку подготовки к запуску степени недодоя в соответствии с алгоритмом по команде электронного блока 22 трехходовой кран 20 соединяет камеру управления 19 пульсоусилителя 18 с вакуумпроводом 8, в результате чего пульсоусилитель 18 соединяет полость пневмоцилиндра 3 с вакуумпроводом 8. При этом пневмоцилиндр 3 втягивает трос 2, который воздействуя на рычаг 16 коллектора 15, закрывает клапан 17, тем самым отключая доильный аппарат 1, и снимает доильный аппарат 1 с вымени коровы.
Электронный блок 22 сохраняет в памяти информацию о стадии режима подготовки коровы к запуску с учетом текущей дойки.
Манипулятор отключают от молокопровода 7 и вакуумпровода 8. Процесс доения завершен.
Применение данного манипулятора доения коров на доильных залах типа «Елочка» позволяет повысить эффективность подготовки коровы к запуску, повысить производительность труда на 35-40% и снизить заболеваемость вымени коров маститом на 12-14%.