Способ индивидуального учета молока с автоматической коррекцией погрешности определения удоя и устройство для его осуществления

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в способах индивидуального учета молока с автоматической коррекцией погрешности определения удоя от каждой коровы на автоматизированных доильных установках. Сущность изобретения: способ предусматривает контроль интенсивности молокоотдачи после каждого цикла работы счетчика. Затем вычисляют удой как функцию от средней угловой скорости вращения рабочего органа (ковша), продолжительности паузы между импульсами счетчика, угла поворота рабочего органа и экспериментальной зависимости погрешности от интенсивности молокоотдачи. Общий удой от одной коровы определяют как сумму отдельных скорректированных порций молока за каждый цикл работы счетчика. В устройстве предусмотрен дополнительный микропроцессорный блок суммирования с коррекцией погрешности, который соединен с герконом ковшового счетчика молока, что позволяет проводить автоматическую програмную коррекцию погрешности определения удоя молока. Точность измерения индивидуального учета молока повышается до (+) или (-) 2% 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам индивидуального учета молока на доильных установках.

Известны способы индивидуального учета молока с коррекцией погрешности определения удоя (авт.св. N 1109092 "Устройство для регистрации надоенного молока", авт. св. N 1175403 "Счетчик молока со статической коррекцией определения его количества").

Известен также счетчик молока со встроенным микропроцессором фирмы "Сердж", прошедший госиспытания в OПХ "Щапово" Подольского района Московской области.

Недостатками этих способов индивидуального учета молока с коррекцией погрешности являются: не учитывающиеся переходные процессы, связанные с доливом некоторой части к основной порции молока, коррекцию погрешности проводят по ограниченному количеству точек кривой молокоотдачи (2-3), что снижает точность определения количества молока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является метод определения надоя молока с автоматической коррекцией погрешности счетчика по величине изменения расхода.

Данный способ включает фиксацию импульсов дискретного преобразователя потока лоткового типа, их суммирование, измерение интенсивности поступления молока в счетчик специальным устройством, вычисление коэффициентов коррекции в определенных точках кривой молокоотдачи по известной зависимости величины погрешности от расхода молока, коррекцию суммарного удоя.

Наиболее существенным недостатком способа является то, что коррекцию осуществляют лишь в определенных точках (2-3), а не на всем диапазоне расхода молока, поступающего от доильного аппарата, что снижает точность учета молока.

Задачей данного способа является повышение точности измерения. При осуществлении способа повышается точность измерения за счет осуществления автоматической коррекции за каждый цикл работы счетчика на всем диапазоне расхода молока, и определения общего удоя по сумме цикловых скорректированных порций.

Результат изобретения достигается тем, что постоянно измеряют продолжительность паузы (t_п) между соседними импульсами от ковшового счетчика, затем вычисляют мгновенную интенсивность молокоотдачи после каждого цикла, как отношение массы элементарной порции молока (V_р) к продолжительности паузы. Потом вычисляют удой как функцию от средней угловой скорости вращения ковша, продолжительности паузы между импульсами, угла поворота и погрешности учета от интенсивности молокоотдачи. По этим зависимостям корректируют фактическое количество молока за каждый цикл и определяют общий удой по сумме отдельных скорректированных порций.

Значение угловой скорости, соответствующей углу поворота α_о, определяют расчетным путем на основе решения дифференциального уравнения вращательного движения ковша, которое вводят в качестве постоянной величины в блок суммирования с коррекцией погрешности ( ω= 4,2 с^-1(фиг.2).

Учет молока при интенсивности молокоотдачи ≅3 л/мин, проводят по формуле Q_≅3= V1 + , где Q _≅3 суммарное количество молока; V_р масса элементарной порции молока (1010 г); n количество импульсов (циклов); коэффициент, учитывающий долив молока к 100 г при опрокидывании ковша; α_о= 30^о угол наклона ковша в исходном положении; ω_срαо= 4,2 с^-1 средняя угловая скорость ковша, соответствующая углу α_о, определяется расчетным путем; t_пi продолжительность (пауза) заполнения ковша молоком на величину V_р в i-ом цикле.

При интенсивности молокоотдачи > 3 л/мин учет проводят по эмпирической зависимости, полученной на основе статистического анализа зависимости погрешности от скорости молокоотдачи.

Q_>3=V_p·0,012,6 + 2,94, где Q _{> 3} суммарное количество молока; 0,012,6 + 2,94 коэффициент, учитывающий перелив молока через ковш при интенсивности молокоотдачи > 3 л/мин, получен экспериментальным путем.

Общий удой коровы определяют суммированием Q_≅3 + Q_>3. Конкретный пример выполнения способа (на числовых значениях).

Диапазон погрешностей без коррекции погрешности δ^o от -3 до -15% не соответствует требованиям.

Диапазон погрешностей с коррекцией погрешности от +2,0 до -1,4 ±2% что соответствует требованиям на индивидуальный счетчик молока.

Эффективность коррекции на максимальном расходе молока составляет δ_-15^o-δ_-1,4 -15 (-1,4) -13,6% Сущность способа поясняется фиг.2.

Положение 1 ковш занимает сразу после очередного опрокидывания (импульса). Положение 2 является переходным, при котором объем молока V_р(100 мл) из ковша еще не выливается. За время прохождения ковша из положения 1 в положение 2, к основной порции V_р доливается в ту же половину ковша из воронки часть молока ΔV_р в объеме, зависящем от скорости вращения ковша ω, угла поворота из положения 1 в положение 2 α_o и скорости молокоотдачи I_м, кг/мин. Эта часть молока остается не учтенной и приводит к образованию погрешности при потоке молока I_м ≅3 л/мин. Угол поворота α_o известен из существующего устройства и равен 30^о. Неизвестной является угловая скорость ковша ω, которая не является постоянной.

Угловая скорость ω может быть найдена из решения дифференциального уравнения вида:
I^и_м+I fG_к, G_м, X_к, Y_к, X_м, Y_м,
где I_м^и и I_к^и соответственно моменты инерции, создаваемые порцией молока в ковше (100 г) и массой самого ковша;
G_к, Х_к, Y_к вес и координаты центра тяжести ковша (определены расчетным путем);
Х_м, Y_м координаты центра тяжести порции молока (определены расчетным путем), G_м 100 г.

Решение данного уравнения позволило определить среднюю угловую скорость, равную ω_cp 4,2 с^-1. На основании этих расчетов была получена формула определения удоя:
Q_≅3= V1 +
При скорости молокоотдачи I_м > 3 л/мин была получена империческая зависимость погрешности δ от скорости I_м ( δ= f(I_м)). На основании этой зависимости получена формула определения удоя:
Q_>3=V_p·0,012,6 + 2,94
Получение этой зависимости необходимо для того, чтобы учесть то молоко, которое перехлестывает через ковш при очень большой скорости молокоотдачи коровы 4-5 л/мин, поскольку определение только порции, связанной с доливом, не приведет к достаточно высокой точности. Положение 3, связанное с полным опрокидыванием ковша, не рассматривается, поскольку сразу же после прохождения положения 2 молоко (I_м) начинает заполнять левую половину ковша, т.е. цикл наполнения для правой половины закончился.

Для осуществления способа индивидуального учета молока с автоматической коррекцией погрешности определения удоя предложено устройство, прототипом которого является метод определения надоя молока с автоматической коррекцией погрешности счетчика по величине изменения расхода (Москвин Г.А. Методы и технические средства учета надоев молока: Дис.канд.техн.наук, Елгава, Латв. с/х академии, 1987, с.108).

Устройство (прототип) содержит манипулятор доения, включающий доильные стаканы, коллектор, молочный шланг и пневмоцилиндры, а также электронный блок управления, молокопровод, вакуумпровод, потокомерная камера, блок герконов.

Наиболее существенными недостатками устройства являются:
наличие специальной потокомерной камеры с поплавком и калиброванным отверстием слива молока, что усложняет конструкцию счетчика ухудшает его санитарное состояние;
наличие дополнительного блока герконов для регистрации уровня молока, что также усложняет конструкцию устройства.

Задачей данного изобретения является повышение точности определения удоя от каждой коровы. Также изобретение направлено на упрощение конструкции и улучшение промываемости счетчика.

В результате использования изобретения повышается точность определения удоя.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем манипулятор доения (который включает в себя доильные стаканы, коллектор, молочный шланг и пневмоцилиндры), электронный блок управления, молокопровод, вакуумпровод. В электронный блок введен блок суммирования с коррекцией погрешности, вход которого соединен с блоком питания, а выход с индикатором счетчика, подключен через геркон с постоянным магнитом ковшовый счетчик. Причем вход ковшового счетчика соединен молочным шлангом с коллектором доильного аппарата, а выход с молокопроводом. Электронный блок управления связан с вакуумпроводом через блок электронных клапанов. Такое соединение блоков и элементов устройства упрощает конструкцию устройства и приводит к вышеуказанному техническому результату (повышению точности определения удоя).

Сущность устройства поясняется фиг.1.

Устройство содержит манипулятор доения, включающий доильные стаканы 2, коллектор 3, молочный шланг 4, пневмоцилиндры 5, электронный блок управления 6, включающий блок суммирования с коррекцией погрешности 7, вход которого соединен с блоком питания 8, а выход с индикатором счетчика 9. К электронному блоку управления 6 через геркон 10 с постоянным магнитом 11 подключен ковшовый счетчик 12 с ковшом 13. Вход ковшового счетчика 12 соединен молочным шлангом 4 с коллектором доильного аппарата 3, а выход с молокопроводом 14. Электронный блок управления 6 связан с вакуумпроводом 15 через блок электромагнитных клапанов 16.

Устройство работает следующим образом.

Молоко от доильных стаканов 2, подключенных к вымени коровы, поступает в коллектор 3 и далее по шлангу 4 в ковшовый счетчик 12, заполняя поочередно то одну половину ковша, то другую (объемом по 100 мл каждая). При опрокидывании ковша 13, магнит 11, установленный на нем замыкает контакты геркона 10, который закреплен на задней стенке счетчика 12, посылая импульс на вход блока суммирования с коррекцией погрешности 7, где полученная команда обрабатывается по программе, реализующей формулы способа подсчета количества молока. Текущий удой отражается на индикаторе счетчика 9 с нарастающим итогом.

По окончании доения, доильные стаканы 2 снимаются с вымени посредством манипулятора 1, которым управляет электронный блок 6 через электромагнитные клапаны 16, пневмоцилиндры 5 и систему рычагов, механически связанных с коллектором 3. Электромагнитные клапаны подключены одним входом к вакуумпроводу 15, а другим к блоку управления. Выход ковшового счетчика подключен к молокопроводу 15. Электронные устройства получают питание от блока 8.

Формула изобретения

1. Способ индивидуального учета молока с автоматической коррекцией погрешности определения удоя, включающий фиксацию импульсов дискретного преобразователя потока ковшового типа, их суммирование, измерение интенсивности молокоотдачи, вычисление коэффициентов коррекции, отличающийся тем, что сначала измеряют продолжительность паузы между соседними импульсами от ковшового счетчика, затем вычисляют мгновенную интенсивность молокоотдачи после каждого цикла как отношение массы элементарной порции молока в ковше ко времени его заполнения, затем вычисляют удой за каждый цикл как функцию от средней угловой скорости вращения ковша, продолжительности паузы между импульсами, угла поворота и погрешности учета от интенсивности молокоотдачи, общий удой от каждой коровы вычисляют как сумму отдельных скорректированных цикловых порций, причем при интенсивности молокоотдачи менее 3 л/мин учет молока проводят по формуле

а при интенсивности молокоотдачи более 3 л/мин. по формуле

где Q≅3 количество подсчитанного молока в диапазоне 0 3 л/мин;
Q>3 количество подсчитанного молока при интенсивности молокоотдачи свыше 3 л/мин;
U_p масса элементарной порции молока;
n количество импульсов циклов;
α_o угол наклона ковша в исходном положении, град.

средняя угловая скорость ковша при угле α_o определяется расчетным путем, с^-1;
продолжительность заполнения (паузы) ковша молоком на величину U_p в i -м цикле, с,
а общий удой коровы определяют суммированием Q Q≅3 + Q>3.

2. Устройство для индивидуального учета молока с автоматической коррекцией погрешности определения удоя, содержащее манипулятор доения, включающий доильные стаканы, ковшовый счетчик, коллектор, молочный шланг и пневмоцилиндры, а также электронный блок управления, молокопровод, вакуум-провод, отличающееся тем, что в электронный блок управления введен блок суммирования с коррекцией погрешности, вход которого соединен с блоком питания, а выход с индикатором счетчика, к блоку суммирования подключен геркон ковшового счетчика с постоянным магнитом, причем вход ковшового счетчика сообщен молочным шлангом с коллектором доильного аппарата, а выход - с молокопроводом, электронный блок управления связан с вакуум-проводом через блок электромагнитных клапанов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3