Способ измерения индивидуального удоя и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2720911:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятская государственная сельскохозяйственная академия" (ФГБОУ ВО Вятская ГСХА) (RU)
Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, в частности к определению индивидуального удоя молока во время доения. Измеряют время прохождения каждой порции молока из каждого соска вымени за каждый рабочий цикл доильного аппарата, интегрируют эти отрезки времени, суммируют интегральные отрезки времени от всех четвертей. Затем умножают общее время прохождения всех порций молока на масштаб удоя и поправочный коэффициент и вычисляют общий удой. Причем начало и окончание времени прохождения каждой порции молока из каждого соска вымени коровы за каждый рабочий цикл доильного аппарата определяет компаратор. Электродный датчик наличия потока молока установлен в молочной камере коллектора доильного аппарата, выполнен в виде четырех пар электродов. Каждая пара электродов (2), образующая один из четырех измерительных каналов, параллельно одним электродом подключена к генератору импульсов переменного тока (1), а другим электродом подключена через компаратор (3) и интегральный счетчик времени (4), соединенные последовательно, к сумматору (5). К выходу сумматора присоединены последовательно блок постоянного коэффициента (6) и цифровой индикатор общего удоя (7). Упрощается процесс определения удоя молока. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам и устройствам определения индивидуального удоя коров при доении.
Известен способ определения индивидуального удоя молока, предусматривающий фиксацию импульсов дискретного преобразователя потока ковшового типа, их суммирования и коррекции суммарного удоя [1].
Недостатком данного способа следует считать отсутствие учета за поступлением молока от каждой четверти вымени коровы.
Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ, заключающийся в том, что определение величины удоя осуществляют, измеряя время прохождения каждой дозы потока молока [2].
Недостатком данного способа следует считать необходимость использования дополнительного оборудования в виде обратного клапана для исключения повторного учета молока при малых интенсивностях потока, что значительно повышает гидравлическое сопротивление молочного тракта. Вместе с тем, учет молока, как правило, выполняют в совокупности от всех четвертей вымени.
Целью изобретения является разработка способа определения индивидуального удоя молока путем учета его от каждой четверти без вмешательства в процесс извлечения молока из соска вымени коровы и в технологическую линию его транспортирования в молокопровод.
Предлагаемый способ достигается тем, что для определения величины удоя измеряют время прохождения каждой порции потока молока из каждого соска вымени за каждый рабочий цикл доильного аппарата. Интегрируют эти отрезки времени, затем суммируют интегральное время прохождения порций молока от всех четвертей. После чего умножают общее время прохождения всех порций молока на масштаб удоя и поправочный коэффициент, определяемый экспериментально, и вычисляют общий удой, причем начало и окончание времени прохождения каждой порции молока из каждого соска вымени коровы за каждый рабочий цикл доильного аппарата определяет компаратор.
Для контроля и определения величины удоя дополнительно по каждой четверти интегральное время прохождения порций молока от каждой четверти умножают на масштаб удоя и поправочный коэффициент, определяемый экспериментально, вычисляют интегральный удой молока каждой четверти, а общий удой рассчитывают, суммируя интегральные удои всех четвертей.
Поток молока в любом месте за пределами сфинктера носит пульсирующий характер движения жидкости неоднородной плотности. На участке «вымя-доильный стакан-коллектор-молочный шланг-счетчик» поток молока претерпевает неоднократные преобразования (расширение и сужение живого сечения, насыщение и отделение воздуха, напорное и безнапорное движения), все это усложняет и снижает точность измерения индивидуального удоя.
Измерение времени прохождения за каждый цикл рабочего процесса доильного аппарата отдельных порций молока, представляющих собой сплошную среду, непосредственно после выведения из вымени в начале движения дискретной порции молока до их многократного преобразования: объединения, насыщение воздушной средой, на наш взгляд, упростит и, вместе с тем, повысит точность определения индивидуального удоя. Кроме того, измерение продолжительности прохождения каждой порции молока из соска вымени коровы позволяет оценить действительный вклад каждой четверти в общий удой и, как следствие, определять и контролировать пригодность данной особи к машинному доению.
Продолжительность прохождения каждой порции молока из соска вымени коровы в масштабе представляет собой дискретную величину удоя четверти за один рабочий цикл доильного аппарата. Процесс истечения молока из соска вымени коровы аналогичен истечению жидкости через отверстие (насадок).
Расход - объемное количество молока в единицу времени (масштаб удоя) из соска вымени может быть определен по выражению
где Q - расход молока (масштаб удоя), м/с3;
μ - коэффициент расхода;
ƒ - площадь отверстия (выводного канала соска), м;
Н - напор истечения, м.
Напор истечения будет равен
где рм - вакуумметрическое давление в молокопроводе, Па;
po - сопротивление сфинктера и потери давления на участке от подсосковой камеры доильного стакана до молокопровода, Па;
рц - избыточное цистериальное давление, Па;
ρм - плотность молока, кг/м3;
h - уровень молока в цистерне соска, м.
Выполненные исследования показывают, что напор истечения в современных доильных установках мало изменяется на протяжении основной фазы молокоотдачи. В результате постоянного совершенствования технических средств машинного доения, целенаправленной селекционной работы, а также биологической адаптации каждой отдельной особи во время машинного доения к режимным параметрам конкретной доильной установки, секундный расход (масштаб удоя), характеризующий усредненный результат взаимодействия биологических параметров особи (коровы) и вакуумной системы конкретной доильной установки, мало изменяется во время доения, т.е. масштаб удоя постоянен и равен Q=const.
Тогда объем порции молока (дискретный удой) из соска каждой четверти за такт сосания рабочего цикла доильного аппарата будет пропорционален времени действительного истечения молока умноженному на масштаб удоя. Он может быть определен по выражению
ΔVj = Qti,
где ΔVi - объем порции молока (дискретный удой), м3;
Δti - продолжительность истечения молока из соска вымени коровы в течении такта сосания за рабочий цикл доильного аппарата, с.
Измерение продолжительности истечения молока из соска вымени непосредственно у выходного отверстия канала соска осуществить технически сложно без вмешательства в устройство и технологический процесс доильного стакана, гораздо проще на некотором удалении, например, в молочной камере коллектора на выходе по направлению движения молока из молочных трубок сосковой резины. Возможное изменение величины площади живого сечения потока порции молока на данном участке и наличие переходных процессов в таком случае можно учесть поправочным коэффициентом k. Тогда дискретный удой с учетом поправочного коэффициента k будет равен
ΔVj = kQΔti.
Поправочный коэффициент к определяется экспериментально и учитывает переходные процессы и вероятность изменения площади живого сечения потока молока на участке пути от соска до места измерения расхода.
Умножая интегральные отрезки времени прохождения молока по каждой четверти на масштаб удоя и поправочный коэффициент, определяют интегральный удой каждой четверти. Суммируя интегральные удои по четвертям вымени, рассчитывают общий удой. Компаратор, определяющий начало и окончание времени прохождения каждой порции молока позволяет измерить действительное время прохождения порций молока с интенсивностью выше критической, т.е. исключить из тактов сосания отрезки времени, в течение которых молоко не извлекается из соска вымени животного.
Таким образом, совокупность существенных признаков является новой, отвечает критерию «изобретательский уровень» и обеспечивает достижение технического результата: объективное определение величины индивидуального удоя коровы с учетом персонального вклада всех четвертей вымени без вмешательства в процесс извлечения молока из соска вымени коровы и в технологическую линию его транспортирования в молокопровод.
Для осуществления способа индивидуального удоя молока известно устройство измерения удоя, содержащее ковшовый счетчик и электронный блок управления [1]. Основными недостатками данного устройства являются усложнение транспортирующего тракта, в котором дополнительно установлен ковшовый счетчик для учета суммарного объема молока от всех четвертей.
Известно также устройство для учета молока [3], содержащее преобразователь расхода, электроды и вычислительное устройство. Данное устройство осуществляет учет молока в молокопроводах со случайными потоками подачи. Однако оно предназначено исключительно для группового учета молока при доении в молокопровод.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для осуществления способа определения индивидуального удоя молока [2], содержащее генератор импульсов переменного тока, электродный датчик наличия потока и счетчик времени.
Недостатком данного устройства следует считать измерение времени прохождения порции молока в конце технологического тракта его транспортирования, т.е. измерение времени осуществляется для преобразованного потока, кроме того, невозможно использовать это устройство при нижнем расположении молокопровода. Более того, для устранения многократного учета порций молока при низкой его интенсивности, необходима установка обратного клапана или управляемого отсечного клапана, что конструктивно усложняет тракт транспортировки молока и увеличивает его гидравлическое сопротивление.
Целью изобретения является разработка устройства определения индивидуального удоя молока способного учитывать отдельно удой от каждой четверти без вмешательства в процесс извлечения молока из соска вымени коровы и в технологию транспортировки его в молокопровод.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения индивидуального удоя молока, содержащее генератор импульсов переменного тока, электродный датчик наличия потока и счетчик времени, электродный датчик наличия потока, установлен в молочной камере коллектора доильного аппарата, выполнен в виде четырех пар электродов, причем электроды попарно в плоскости, проходящей через их продольные оси установлены под острым углом друг к другу в направлении соответствующего молочного патрубка. В устройстве смонтированы четыре компаратора, четыре счетчика времени, которые выполнены интегральными, сумматор, блок постоянного коэффициента и цифровой индикатор общего удоя. Каждая пара электродов, образующая один из четырех измерительных каналов, параллельно одним электродом подключена к генератору импульсов переменного тока, а другим электродом подключена через компаратор и интегральный счетчик времени, соединенных последовательно, к сумматору. К выходу сумматора последовательно присоединены блок постоянного коэффициента и цифровой индикатор общего удоя.
Дополнительно в каждом из четырех измерительных каналов после интегрального счетчика времени перед сумматором могут быть последовательно установлены блок постоянного коэффициента и цифровой индикатор почетвертного удоя, а к выходу сумматора присоединен цифровой индикатор общего удоя.
Измерение времени прохождения порции молока непосредственно на выходе из соска вымени коровы без существенного конструктивного вмешательства в устройство доильного стакана выполнить технически трудно. Установка в молочной камере коллектора доильного аппарата электродного датчика наличия потока, выполненного в виде четырех пар электродов, которые попарно в плоскости, проходящей через их продольные оси установлены под острым углом друг к другу в направлении соответствующего молочного патрубка, позволяет максимально приблизить четыре измерительных канала наличия молока к соску вымени, без вмешательства в процесс извлечения молока из соска вымени коровы и в технологию транспортировки его в молокопровод. Поскольку расстояние от каждого соска вымени до установленного в молочной камере электродного датчика наличия молока относительно невелико, имеет место неразрывное движение потока молока в пределах этого расстояния внутри сосковой резины и продолжительности каждого такта сосания:
Q = Qк,
где Q и QK - соответственно расходы молока на выходе из соска вымени и на входе в коллектор (расчетное сечение), м3/с.
Установка каждой пары электродов в плоскости, проходящей через их продольные оси под острым углом друг к другу в направлении соответствующего молочного патрубка, и выполнение электродов конической формы также в направлении молочного патрубка обеспечивают уменьшение расстояния между электродами по мере приближения к молочному патрубку и, наоборот, увеличение по мере удаления. Сближение гарантирует замыкание электродов при малой интенсивности поступления молока, а расхождение исключает зависание между ними капли молока при малой интенсивности и тем самым ложное замыкание электродов.
Наличие в каждом измерительном канале компараторов позволяет четко управлять включением и выключением интегральных счетчиков времени, т.е. исключить из времени каждого такта сосания отрезок времени, в течение которого молоко не извлекается из соска вымени животного.
Выполнение счетчиков времени интегральными обеспечивает интегральный (нарастающим итогом) учет времени прохождения молока от данной четверти во время доения. Сумматор обеспечивает суммирование интегральных отрезков времени прохождения молока от всех четырех четвертей. Блок постоянного коэффициента позволяет ввести масштаб удоя для пересчета суммарной продолжительности поступления молока в общий удой с учетом поправочного коэффициента, определяемого экспериментально и учитывающего переходные процессы и вероятность изменения площади живого сечения потока молока на участке пути от соска до входа в коллектор доильного аппарата.
Установка дополнительно в каждом из четырех измерительных каналов после интегрального счетчика времени перед сумматором блока постоянного коэффициента и цифрового индикатора почетвертного удоя, соединенных последовательно, позволяет дополнительно и более точно контролировать удой каждой четверти и общий удой, поскольку каждый канал оснащен блоком постоянного коэффициента, определяемого экспериментально.
Таким образом, совокупность существенных признаков является новой, отвечает критерию «изобретательский уровень» и обеспечивает достижение технического результата: определение величины общего удоя, учитывая отдельно удои от каждой четверти без вмешательства в процесс извлечения молока из соска вымени коровы и технологию транспортировки его в молокопровод.
Данное изобретение поясняется чертежом.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения индивидуального удоя молока по п. 3.
На фиг. 2 изображена структурная схема устройства для определения индивидуального удоя молока по п. 4.
Устройство для определения индивидуального удоя молока содержит генератор импульсов переменного тока 1, электродный датчик наличия молока, выполненный в виде четырех пар электродов 2, четыре компаратора 3, четыре интегральных счетчика времени 4, сумматор 5, блок постоянного коэффициента 6 и цифровой индикатор общего удоя 7. Электроды 2 датчика наличия молока попарно в плоскости, проходящей через их продольные оси, установлены в молочной камере коллектора доильного аппарата под острым углом друг к другу в направлении соответствующего молочного патрубка ниже и напротив каждого из молочных патрубков коллектора доильного аппарата (коллектор доильного аппарата на фигурах графического материала не показан). Каждая пара электродов 2, образующая один из четырех измерительных каналов, параллельно одним электродом подключена к генератору импульсов переменного тока 1, а другим электродом подключена через компаратор 3 и интегральный счетчик времени 4, соединенных последовательно, к сумматору 5, К выходу сумматора 5 последовательно присоединены блок постоянного коэффициента 6 и цифровой индикатор общего удоя 7.
В устройстве для определения индивидуального удоя дополнительно в каждом из четырех измерительных каналов после интегрального счетчика времени 3 перед сумматором 5 могут быть последовательно установлены блок постоянного коэффициента 6 и цифровой индикатор почетвертного удоя 8, а к выходу сумматора 5 присоединен цифровой индикатор общего удоя 7.
Устройство для измерения индивидуального удоя молока работает следующим образом.
Во время такта сосания молоко из каждого соска вымени коровы по молочной трубке сосковой резины попадает в коллектор доильного аппарата и замыкает пару электродов 2, соответствующего измерительного канала. Импульс от генератора импульсов переменного тока 1 достигает компаратора 3 и сравнивается с пороговым значением. При превышении порогового значения компаратор 3 подает сигнал интегральному счетчику времени 4, который включается и измеряет время прохождения дозы молока из соска вымени коровы за такт сосания рабочего цикла доильного аппарата. Компаратор 3 при снижении интенсивности молока ниже критического выключает интегральный счетчик времени до следующей порции молока следующего такта сосания с интенсивностью выше критической. С каждого интегрального счетчика времени 4, каждого измерительного канала интегральные отрезки времени наличия молока на электродах датчика 2 поступают на блок постоянного коэффициента 6, умножаются на масштаб удоя и поправочный коэффициент в блоке постоянного коэффициента 6 и поступают в каждом измерительном канале на цифровые индикаторы почетвертного удоя 8. Затем интегральные удои с каждой четверти поступают в сумматор 5 и суммируются. Суммарный удой со всех четвертей отображается на цифровом индикаторе общего удоя 7.
Использование предлагаемого устройства для определения индивидуального удоя молока позволит просто и достаточно точно контролировать и определять текущие и итоговые величины почетвертного и общего удоев молока без вмешательства в процесс извлечения молока из соска вымени коровы и в технологическую линию его транспортирования в молокопровод.
Литература
1. Пат. 2044472 РФ, МПК A01J 7/00. Способ индивидуального учета молока с автоматической коррекцией погрешности определения удоя и устройство для его осуществления/ Ю.А. Цой; А.И. Зеленцов; В.В. Кирсанов; А.А. Герасенков (РФ). - №5046954/15: Заявлено 09.04.1992: Опубликовано 27.09.1995.
2. Пат. 2093982 РФ, МПК A01J 7/00. Способ измерения расхода молока и устройство для его осуществления / Тильман Хефельмайр; Якоб Майер Юн (ДЕ). - №5011377/02: Заявлено 26.03.1992: Опубликовано 27.10.1997.
3. Пат. №2444182 РФ, МПК A01J 7/00 Устройство для учета молока в молокопроводах животноводческих ферм / Ф.Г. Марьяхин; А.И. Учеваткин; Б.П. Коршунов; А.Б. Коршунов; B.C. Коптев; А.В. Власов (РФ). - №2010123688/13: Заявлено 10.06.2010: Опубликовано 10.03.2012.
1. Способ определения индивидуального удоя, заключающийся в том, что определение величины удоя осуществляют, измеряя время прохождения каждой порции молока, отличающийся тем, что измеряют время прохождения каждой порции молока из каждого соска вымени за каждый рабочий цикл доильного аппарата, интегрируют эти отрезки времени, суммируют интегральные отрезки времени от всех четвертей, а затем умножают общее время прохождения всех порций молока на масштаб удоя и поправочный коэффициент, определяемый экспериментально, и вычисляют общий удой, причем начало и окончание времени прохождения каждой порции молока из каждого соска вымени коровы за каждый рабочий цикл доильного аппарата определяет компаратор.
2. Устройство для определения индивидуального удоя молока, содержащее генератор импульсов переменного тока, электродный датчик наличия потока молока и счетчик времени, отличающееся тем, что электродный датчик наличия потока молока установлен в молочной камере коллектора доильного аппарата, выполнен в виде четырех пар электродов, которые попарно в плоскости, проходящей через их продольные оси, установлены под острым углом друг к другу в направлении соответствующего молочного патрубка, кроме того, смонтированы четыре компаратора, четыре счетчика времени, выполненные интегральными, сумматор, блок постоянного коэффициента и цифровой индикатор общего удоя, причем каждая пара электродов, образующая один из четырех измерительных каналов, параллельно одним электродом подключена к генератору импульсов переменного тока, а другим электродом подключена через компаратор и интегральный счетчик времени, соединенные последовательно, к сумматору, к выходу которого присоединены последовательно блок постоянного коэффициента и цифровой индикатор общего удоя.
