Компьютерное моделирование вместимости ёмкостей для преддоильной обработки вымени на передвижных доильных установках

При проектировании ёмкостей для преддоильной обработки вымени, используемых на передвижных доильных установках, необходимо стремиться к удовлетворению следующего требования: запаса моющей жидкости в ёмкости должно хватить на обмывание вымени всех обслуживаемых коров и наружную мойку доильной аппаратуры до и после доения.

Обозначим вместимость ёмкости через V и определим её как

V = V 1 + V 2 , м³,             (1)

где V 1 – количество воды, необходимой для обмывания вымени всех обслуживаемых коров, м³;

V 2 – количество воды, необходимой для наружной мойки доильной аппаратуры до и после доения, м³.

Расход моющей жидкости на обмывание вымени всех коров можно выразить следующим уравнением:

V 1 = q ср ⋅ N,   м³,           (2)

где q ср – средний расход воды на обмывание вымени одной коровы, м³;

N – количество обслуживаемых коров, гол.

Обозначим через qсс среднесекундный расход воды на обмывание вымени коровы перед доением, м3/с, а через τ1 – продолжительность обмывания вымени, обусловленную зоотехническими требованиями, с. Тогда qср = qсс ⋅ τ1,   м3 .               (3)

Расход жидкости для полного смыва загрязнений с вымени и сосков животного зависит от типа загрязнителей. Если они в основном состоят из чернозёма или близких ему почв и компонентов навоза с навозной жижей, то наиболее оптимальный расход составляет 0,04…0,05 л/с при среднем значении 0,046 л/с [3].

При трёхразовом доении потребность в моющей жидкости неодинаковая, что объясняется разными промежутками времени между доениями. Наибольший расход имеет место при утренней преддоильной подготовке животных: во-первых, промежуток времени между вечерним и утренним доениями значительно больше, чем между утренним и дневным и между дневным и вечерним, а во-вторых, в ночные часы животные бóльшую часть времени лежат на подстилке, загрязнённой продуктами их жизнедеятельности. В результате – повышенная степень загрязнённости вымени коров увеличивает расход моющей жидкости.

Учитывая это, введём коэффициент неравномерности загрязнения вымени kнз и определим его как отношение расхода воды на обработку максимально загрязнённого вымени животного qmax з, м3/с к расходу воды на обработку средне загрязнённого вымени qср з, м3/с, то есть k нз

q max з

q срз

Расход воды на обработку максимально загрязнённого вымени получим из уравнения qmax з = qmax ⋅ τmax, м ,

где q max – максимальный секундный расход воды на обмывание вымени коровы, м³/с;

τ max – продолжительность обмывания максимально загрязнённого вымени животного, с.

Расход воды на обработку среднеза-грязнённого вымени рассчитаем по формуле qср з = qсс ⋅ τср, м ,          (6)

где τ ср – средняя продолжительность обмывания вымени коровы, с.

Известно, что при обмывании вымени животных неизбежен непроизводственный расход воды, величина которого обусловлена человеческим фактором (профессионализмом доярки, её отношением к работе и т.п.). Непроизводственный расход воды учтём с помощью коэффициента запаса k з . Этот коэффициент можно определить опытным путём в результате серии хронометражных наблюдений за работой всех категорий операторов, обслуживающих коров.

С учётом коэффициентов неравномерности загрязнения k нз и запаса k з количество воды, необходимое для обмывания вымени всех коров, можно рассчитать по формуле

V 1 = q сс ⋅ τ 1 ⋅ N ⋅ k нз ⋅ k з , м³.       (7)

Количество воды, необходимой для наружной мойки доильной аппаратуры до и после доения, выразим уравнением

V 2 = q с ⋅ τ 2 , м³, (8) где q с – секундный расход воды на наружную мойку доильной аппаратуры, м³/с;

τ 2 – продолжительность наружной мойки доильной аппаратуры, с.

Вышеизложенная методика обоснована и использована нами при компьютерном моделировании вместимости ёмкостей для моющей жидкости устройства для преддоильной обработки вымени коровы, схема которого представлена на рисунке 1. Устройство для преддоильной обработки вымени состоит из теплоизолированной ёмкости 1, патрубка 2 с вентилем 3 для подключения к системе водоснабжения доильной установки и патрубка 4 с вентилем 5 для подачи жидкости по шлангу 6 к распылителю 7. Внутри ёмкости имеется камера 8 с двойными гофрированными стенками, межстенное пространство 9 которой с помощью штуцера 10 и шланга 11 подключается к вакуум-проводу 12 доильной установки. Ёмкость закрывается перфорированной крышкой 13, что позволяет снизить тепловые потери и предотвратить попадание загрязнений. Шланг 15 соединяет гофрированную камеру с системой водоснабжения доильной установки. Для контроля за уровнем моющей жидкости в ёмкости имеется смотровое окно 14.

Рис. 1. Устройство для преддоильной обработки вымени коровы:

• 1    – теплоизолированная ёмкость;

• 2 , 4 – патрубки; 3, 5 – вентили;

• 6, 11, 15 – шланги; 7 – распылитель;

• 8    – гофрированная камера;

• 9    – межстенное пространство;

• 10    – штуцер; 12 – вакуум-провод;

• 13    – перфорированная крышка;

vZ       14 – смотровое окно

В работе [2] представлены результаты экспериментальных исследований по определению расхода моющей жидкости на подготовку коров к доению и наружную мойку доильной аппаратуры до и после доения, которые проводили на передвижной доильной установке, снабжённой тремя устройствами для преддоильной обработки вымени животных, при обслуживании 48 коров одной дояркой. В процессе обработки хронометражных данных получены необходимые исходные параметры для расчёта вместимости ёмкости для моющей жидкости (табл. 1).

Таблица 1

№ п/п	Параметр и единицы его измерения	Значение
1	Количество коров, обслуживаемых устройством для преддоильной обработки вымени, гол.	16
2	Средний секундный расход воды на обмывание вымени одной коровы, л/с	0,046
3	Максимальный секундный расход воды на подготовку коровы к доению, л/с	0,050
4	Средняя продолжительность обмывания вымени коровы, с	18,99
5	Продолжительность обмывания максимально загрязнённого вымени, с	23,0
6	Непроизводственный расход моющей жидкости, %	3
7	Секундный расход воды на наружную мойку доильной аппаратуры, л/с	0,046
8	Средняя продолжительность наружной мойки доильной аппаратуры, с	37,50

Исходные данные для расчёта вместимости ёмкости для преддоильной обработки вымени

Алгоритм расчёта вместимости ёмкости состоит в следующем:

• 1.    По уравнениям (5)–(6) определяется расход моющей жидкости на обмывание максимально загрязнённого q max з и среднезагрязнённого q ср з вымени животного.

• 2.    Найденные на 1-м шаге алгоритма величины q max з и q ср з подставляются в уравнение (4) для расчёта коэффициента неравномерности загрязнения вымени.

• 3.    По уравнению (7) рассчитывается расход моющей жидкости V1 на обмывание вымени всех коров, обслуживаемых одним устройством для преддоильной обработки вымени.

• 4.    Определяется расход воды V2 на наружную мойку доильной аппаратуры до и после доения по уравнению (8).

• 5.    Величины V1 и V2 подставляются в (1) для расчёта вместимости ёмкости для преддоильной обработки вымени.

Программная реализация предложенного алгоритма выполнена на языке Visual Basic for Application, встроенном в табличный процессор Microsoft Excel. Интерфейс программы приведён на рисунке 2. Для расчёта вместимости ёмкости для преддоильной обработки вымени необходимо ввести исходные параметры и щёлкнуть по кнопке «Расчёт».

Расчётная вместимость ёмкости для моющей жидкости устройства для преддо-ильной обработки вымени коровы составила 18,99 л. Этот результат полностью подтверждается расходом моющей жидкости на подготовку животных к доению и наружную мойку доильной аппаратуры до и после доения, полученным в процессе проведения хронометражных наблюдений.

Рис. 2. Интерфейс программы

Представленная программа может использоваться в конструкторских и проектных организациях при разработке новых и совершенствовании существующих средств доения сельскохозяйственных животных, а также студентами инженерных факультетов сельскохозяйственных вузов в процессе курсового и дипломного проектирования.