Разработка адаптивного манипулятора доения коров в ООО «Молочные Эко-Фермы» Белгородской области и внедрение его в производственный процесс

Содержание

Введение
1 АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ООО «МОЛОЧНЫЕ ЭКО-ФЕРМЫ» БЕЛГОРОДСКОГО РАЙОНА
1.1 Природно-климатические условия хозяйства
1.2 Направления и результаты хозяйственной деятельности
1.3 Оснащенность хозяйства средствами механизации
1.4 Отрасль растениеводства
1.5 Животноводство
1.6 Выводы и обоснование темы дипломного проекта
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1Обзор существующих доильных установок
2.2.1 Технология содержания коров
2.2.2 Доение коров
2.3 Выводы
3 Конструкторская часть
3.1 Классификация и анализ сpедств автоматизации снятия доильных аппаpатов с вымени коpов
3.2 Обоснование разрабатываемой схемы адаптивного манипулятора доения коров
3.3 Моделирование рабочего процесса механизма снятия доильного аппарата адаптивного манипулятора доения коров
4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И
ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
4.1 Состояние охраны труда
4.2 Обстоятельства и причины несчастных случаев на предприятии
4.3 Мероприятия по предупреждению травматизма
4.4 Состояние заболеваний в хозяйстве
4.5 Мероприятия по предупреждению заболеваний
4.6 Анализ условий труда в хозяйстве
4.7 Мероприятия по улучшению условий труда
4.8 Пожарное состояние хозяйства
4.10  Расчет общего освещения коровника
4.11 Экологичность проекта
4.12 Мероприятия по снижению действия
экологически-вредных факторов.
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
5.1 Анализ состояния молочного животноводства в России
5.2 Экономическая эффективность внедрения адаптивного манипулятора доения
Заключение
Литература


3 Конструкторская часть
3.1 Классификация и анализ сpедств автоматизации снятия
доильных аппаpатов с вымени коpов
Для автоматизации процесса управления режимом доения и снятия доильных аппаратов с вымени коров по завершению процесса, было pазpаботано множество конструкций. Использование их позволяет существенно повысить пpоизводительность тpуда. Однако известные устpойства не в полной меpе отвечают зоотехническим тpебованиям. Поэтому в пpоцессе их эксплуатации наблюдается недодой коpов, пеpедеpжка доильных стаканов на отдельных долях вымени и дp. недостатки.
Для выявления наиболее пеpспективного напpавления в создании манипулятоpов, обладающих достаточной физиологичностью, нами был пpоведен анализ известных устpойств, их систематизация и классификация Рисунок 3.1и Рисунок 3.2.
Из классификации следует, что создание манипулятоpов велось в тpех напpавлениях: pазpаботка манипулятоpов для стационаpных доильных установок типа "Тандем", "Елочка"; пеpедвижных манипулятоpов по напpавляющим для доения коpов в стойлах и пеpеносных манипулятоpов.
Так, доильная машина конструкции Великобритании [12], на Рисунке 3.3 имеет систему pычагов, упpавляемых пневмоцилиндpами .В зависимости от заданного снижения скоpости потока молока, вакууммиpование доильных стаканов пpекpащается и они под действием пневмоцилиндpа посpедством гибкой тяги повоpачиваются в гоpизонтальной, а затем в веpтикальной плоскости
Возможностью оттягивания доильного аппаpата в пpоцессе доения обладает и манипулятоp констpукции Зеленцова А.И., Цой Ю.А., Дpиго В.А. и Беpиньша
Из классификации следует, что создание манипулятоpов велось в тpех напpавлениях: pазpаботка манипулятоpов для стационаpных доильных установок типа "Тандем", "Елочка"; пеpедвижных манипулятоpов по напpавляющим для доения коpов в стойлах и пеpеносных манипулятоpов.
Так, доильная машина конструкции Великобритании [12], на Рисунке 3 имеет систему pычагов, упpавляемых пневмоцилиндpами .В зависимости от заданного снижения скоpости потока молока, вакууммиpование доильных стаканов пpекpащается и они под действием пневмоцилиндpа посpедством гибкой тяги повоpачиваются в гоpизонтальной, а затем в веpтикальной плоскости.

Рисунок 3. Манипулятор к доильному аппарату с гибкой связью для вывода доильного аппарата: 1,2 – рычаги; 3,4 – пневмоцилиндры; 5 – доильные стаканы; 6 – гибкая тяга.
Возможностью оттягивания доильного аппаpата в пpоцессе доения обладает и манипулятоp констpукции Зеленцова А.И., Цой Ю.А., Дpиго В.А. и Беpиньша А.А. Рисунок 4 [13]. Для этого манипулятоp содеpжит тягу, одним концом связанную с доильным аппаpатом, а дpугим - с силовым цилиндpом и пpужиной.

Рисунок 4. Манипулятор к доильным стенкам:
1 – тяга; 2 – доильный аппарат; 3 – силовой цилиндр; 4 – пружина.

Манипулятоp доения констpукции ВНИПТИМЭСХ, автоpы Винников И.К., Кpаснов И.Н., Самуpгашьян И.А., Забpодина О.Б., содеpжит пневмоцилиндpы додоя и снятия, соединенные гибкими нитями с доильным аппаpатом [14] Рисунок. 5. Отличительной особенностью данного устpойства является возможность пеpиодического или постоянного оттягивания доильных стаканов в pежиме додоя в напpавлении, соответствующем естественному положению сосков.

Рисунок 5. Манипулятор доения с гибкими связями для додоя и снятия стаканов: 1, 2 – пневмоцилиндры; 3 – гибкие нити; 4 – доильный аппарат; 5 – доильные стаканы.

Пеpедвижное устpойство для доения pазpаботали и во ВНИПТИМЭСХ Рисунок 6. Пеpедвижение по помещению и фиксация манипулятоpов осуществляется посpедством конвейеpа [15].
Разработанная ими же доильная установка содеpжит пеpедвижную платфоpму с цистеpной для молока, вакуум-насос, манипулятоpы с пультами упpавления, доильные аппаpаты и вакуумную аппаpатуpу .

Рисунок 6. Передвижное устройство для доения коров в стойлах с механизмом подвода, додоя и снятия доильных стаканов: 1 – пульт управления; 2 – манипулятор; 3 – доильный аппарат; 4 – доильные стаканы.

Доильная установка США содеpжит молокопpиемник, к котоpому пpикpеплены доильные стаканы, пpичем каждый из них соединен с датчиком pасхода молока Рисунок 7 [16]. По командам этого блока включается пневмоцилиндp, котоpый снимает доильные стаканы с вымени животного.



Рисунок 7. Переносное доильное устройство с управлением режимом доения в целом по вымени: 1 – молокоприемник; 2 – доильные стаканы; 3 – датчик; 4 – блок; 5 – пневмоцилиндр.

Однако и эти устройства сложны в изготовлении и не обеспечивают управление доением по каждой доле вымени коров в отдельности.
Таким образом, как показывает пpиведенный анализ pезультатов исследований и известных констpукций манипулятоpов до настоящего вpемени нет переносных устpойств, способных обеспечить оптимальный pежим доения каждой доли вымени коpов в отдельности.
Поэтому вопpос pазpаботки переносных доильных аппаpатов с устройством для управления режимом доения по каждой доле вымени коров в отдельности и снятия доильных стаканов после завершения процесса доения, полностью отвечающих физиологии животных актуален и тpебует своего pазpешения. Попытки создать такие устройства отмечались неоднократно. Известны доильные аппараты, обеспечивающие: отключение доильного аппарата; изменение частоты и соотношения тактов, а также их числа; изменение вакуумного режима доения, а также использование этих режимов работы доильного аппарата в различных сочетаниях. При этом применяются различные датчики потока молока: поплавковые, электромагнитные, электродные, емкостные, фотоэлементные, пьезометрические и т.д. [17]
Однако следует отметить, что приведенное описание конструкций как манипуляторов, так и доильных аппаратов, лишний раз подтверждает, что до настоящего времени нет оптимального доильного аппарата, который позволил бы снизить вакуумметрическое давление в подсосковой камере доильного стакана до уровня давления в полости рта теленка и при этом реализовать максимально возможную, зависящую только от физиологической возможности животного, интенсивность молоковыведения. Но при этом установлено, что в ряде конструкций частично решается задача адаптивного управления режимом доения и автоматизации заключительных операций. Объединение положительных качеств известных технических решений в одной конструкции позволит максимально приблизить режим работы разрабатываемого устройства к оптимальному. Вместе с тем следует отметить, что в большинстве стационарных и в части передвижных или переносных манипуляторов имеет место использование электронных блоков управления режимом доения, а на наш взгляд, такие схемы обладают более высокой надежностью реализации алгоритма адаптивного доения коров, чем механические. Поэтому считаем целесообразным использование в переносных адаптивных доильных устройствах электронных схем управления с автономными источниками питания.
Таким образом из анализа результатов исследований технических средств автоматизации и механизации доения коров, изложенных выше, а также заключений Л.П. Карташова, С.А. Соловьева, В.Ф. Ужик и др. ученых, приведенных в [18, 19 и др.], следует, что наиболее перспективным устройством для доения коров на линейных доильных установках типа АДМ-8, оборудованных молокопроводом, является переносной манипулятор с автономным источником питания элементов автоматики управления режимом доения и доильным аппаратом с почетвертной адаптацией к интенсивности потока молока, обеспечивающим:
• Изменение вакуумного режима доения в зависимости от интенсивности молокоотдачи по каждой доле вымени коров в отдельности в интервале 28...50 кПа;
• Снятие доильных стаканов с вымени животного при снижении интенсивности потока молока ниже 50 мл/мин.
и выполненным в виде:
•  Поплавковых датчиков потока молока и мембранных регуляторов вакуума в каждом доильном стакане;
• Двухполупериодного гидростабилизированного пульсатора с электрогенератором для питания электрической цепи управления режимом доения манипулятора;
• Вертикального пневмоцилиндра с поршнем, гибкой тягой связанного с коллектором;
• Поплавкового датчика потока молока с блоком управления механизмом снятия доильного аппарата с вымени коровы.

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:
,
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 лист А1 графической части 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, например АДМ-8. 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 25 с магнитом 26, 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 32 – с атмосферой. Трехходовой кран 20, калиброванный электроклапан 32, 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 33, образуемого корпусом молоколовушки 34, коаксиально установленным с ним цилиндром 35 и спиральной лентой 36, 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 25 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 25 в молоколовушке 23) и расходом молока через отверстие , поверхность иглы выполняют по форме, описываемой уравнением вида:
,
Здесь где: r - радиус сливного отверстия, м; х, z - текущее значение радиуса иглы по оси X и Z, соответственно, м; l – длина иглы, м.
Работает манипулятор следующим образом. Манипулятор посредством петли 4, (с возможностью качания) прикрепляют к стойке (на схеме не показана), 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 схеме не показана) 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 25 занимает нижнее положение, то магнит 26 поплавка взаимодействует с герконом 27, сигнал от которого поступает в электронный блок 22, который при этом открывает калиброванный электроклапан 32, тем самым сообщив камеру управления 30 регулятора вакуумметрического давления 29 с атмосферой, которая одновременно через жиклер 31 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 36, коаксиально установленным с ним цилиндром 35 и спиральной лентой 34 плавно стекает в молоколовушку 23, заполняя ее. При этом поплавок 25, всплывая в молоке , перемещает иглу 33 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 25 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 33. Поплавок 25, всплывая в молоке, удаляет магнит 26 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 32 , 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 переносного манипулятора доения коров на доильных установках типа АДМ-8 позволяет повысить эффективность подготовки коровы к запуску, повысить производительность труда на 35-40% и снизить заболеваемость вымени коров маститом на 12-14%.

2.3.4.3. Моделирование рабочего процесса механизма снятия доильного аппарата переносного манипулятора для подготовки коров к запуску
Как следует из приведенного выше описания работы предлагаемого переносного манипулятора для подготовки коров к запуску [237], при достижении заданного уровня степени выдоенности коровы доильный аппарат отключается и снимается с вымени животных, удерживаясь над уровнем пола на гибкой тяге. Исходя из этого вытекает главное условие работоспособности переносного манипулятора: - нижняя точка траектории движения доильного аппарата при его автоматическом снятии с вымени коров должна быть выше уровня пола стойла животного. Для этого переносной манипулятор должен обладать определенными конструктивно-режимными параметрами.
Для обоснования конструктивно-режимных параметров манипулятора, нами были выполнены теоретические исследования его рабочего процесса. При этом рассматривали два варианта работы пневмоцилиндра механизма снятия переносного материала:
1. Пневмоцилиндр жестко зафиксирован и его ось в процессе снятия сохраняет вертикальное положение. При этом траектория движения доильного аппарата в процессе снятия определяется только гибкой тягой его крепления к поршню пневмоцилиндра.
2. Пневмоцилиндр своей верхней частью шарнирно прикреплен к кронштейну доильной установки с возможностью отклонения в процессе снятия от вертикальной оси. При этом траектория движения доильного аппарата определяется траекторией движения пневмоцилиндра механизма снятия и гибкой тягой его крепления к поршню пневмоцилиндра.
В первом варианте при жесткой фиксации пневмоцилиндра так как материальная точка 1 (Рис. 2.30), которой представлен доильный аппарат массой m на вымени коровы, и точка 2 нижней части пневмоцилиндра механизма снятия, находятся не на одной вертикальной линии, то при снятии доильного аппарата с вымени коровы его можно представить как математический маятник, который совершает свободное движение по траектории радиуса R, равному расстоянию от доильного аппарата до точки 2 выхода гибкой тяги из пневмоцилиндра. Однако при такой траектории возможно соприкосновение доильного аппарата с полом стойла. Для предотвращения этого пневмоцилиндр должен обеспечить одновременное вертикальное перемещение доильного аппарата, противоположное направлению свободного падения. Этот вариант достаточно подробно изложен в [238, 239]. При этом при теоретическом обосновании параметров пневмоцилиндра исходили из условия сохранения энергии [240...242]:
Еп + ЕFц1 = Ек + ЕFц2 ,  (2.80)
где Еп - потенциальная энергия доильного аппарата, Дж;
ЕFц1 - энергия возмущающего воздействия пневмоцилиндра в начальной точке траектории движения, Дж;
Ек - кинетическая энергия доильного аппарата, Дж;
ЕFц2 - энергия возмущающего воздействия пневмоцилиндра в конечной точке траектории движения, Дж.

Рис. 2.30. Схема траектории движения доильного
аппарата при снятии с вымени коровы.

Очевидно, что потенциальная энергия материальной точки математического маятника, совершающей колебания, – величина непостоянная [241] и является функцией от угла (Рис. 2.30) ее отклонения от положения равновесия и в общем виде может быть представлена как:
Еп = mgh,  (2.81)
где g - ускорение свободного падения, g = 9.8 м/с2 ;
h – расстояние перемещения материальной точки в вертикальной плоскости при движении по траектории (Рис. 2.30), м.:
h = R – R Cos = R(1 - Cos),  (2.82)
или
h = 2R Sin2 .  (2.83)
Тогда
Еп = 2 mgRSin2 .  (2.84)
Однако при изменении радиуса траектории движения материальной точки в зависимости от угла :
R = R()  (2.85)
при равномерном движении поршня в пневмоцилиндре, она описывает спираль Архимеда [241...243], а радиус Rд траектории движения будет равен (Рис. 2.31):

Рис. 2.31. Схема траектории движения доильного
аппарата при переменном радиусе.

Rд = R - k,  (2.86)
где k – параметр Архимедовой спирали:
k = .  (2.87)
Здесь а - смещение вдоль прямой ОА (Рис. 2.31) при повороте на угол , м.
При этом из-за того, что происходит уменьшение высоты траектории движения доильного аппарата на величину h = f(), имеет место уменьшения потенциальной энергии:
Еп = mgh.  (2.88)
где h - изменение высоты траектории, м.
Исходя из этих условий, установлено, что полное усилие пневмоцилиндра Fп механизма снятия, при котором обеспечивается движение доильного аппарата при его снятии в плоскости, параллельной полу стойла, равно:
Fп= +mg, (2.89)
а его диаметр dцс:
.  (2.90)
где: Рвак – вакуумметрическое давление в пневмоцилиндре, кПа;
Fтц – потери в пневмоцилиндре, Н.
Принимаем угол =30 ,а удельную массу доильного аппарата m=3,5к, и рассчитываем усилие пневмоцилиндра :
Fп= H
К пневмоцилиндру прикреплен трос диаметром d=4мм. Рассчитаем напряжение создаваемое в сечении троса :
δМАХ= = =75,08 МПа
Вычислим площадь поперечного сечения троса :
А=πr2=3,14∙22=12,56мм2
Расчет показал, что максимальное напряжение в поперечном сечении троса 75,08 МПа