Мишуков Станислав Вадимович

Электроэнергетический факультет Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь, Россия

Аннотация: В статье описаны вакуумные насосы, применяемые в доильных установках. Их преимущества и недостатки, а так же приведены наиболее актуальные модели насосов отечественного и зарубежного производства. Материалы статьи могут быть полезными для преподавателей и студентов, интересующихся работой доильных установок, в частности вакуумных насосов.

Ключевые слова: доильная установка, ротационный вакуумный насоса вакуумный насос, водокольцевой вакуумный насос

Vacuum pumps in milking machines

Mishukov Stanislav Vadimovich

student, StGAU Stavropol, Russia

Abstract: In article the vacuum pumps used in milking machines are described. Their advantages and shortcomings, and are also given the most actual models of pumps of domestic and foreign production. Materials of article can be useful to the teachers and students who are interested in operation of milking machines, in particular vacuum pumps.

Keywords: milking machine, rotational vacuum pump vacuum pump, water ring vacuum pump

Современную молочную ферму невозможно представить без машинного доения. Машинное доение коров - процесс, при осуществлении которого доильный аппарат работает во взаимодействии с организмом животного. Доение происходит 2 – 4 раза в день по 4 – 5 мин на протяжении жизни животного. За сравнительно короткое время доения, рецепторы вымени и соска животного сильно раздражаются, что оказывает большое влияние на продуктивность коровы. Поэтому для эффективного доения требуется возбуждение полноценного рефлекса молокоотдачи у лактирующих коров перед доением и ликвидация причин, ведущих к преждевременному торможению рефлекса.

Помимо этого, эффективность доения во многом зависит от обслуживающего персонала, который должен знать не только основы физиологии, образования молока и молокоотдачи, но и принцип работы машин и оборудования для доения коров. В настоящее время для доения коров применяют самые различные доильные установки. Выбор типа доильной установки зависит от размера фермы, продуктивности животных, способа их содержания и климатических условий.

Современная доильная установка работает на переменном вакууме, который создается вакуумным насосом. Основная задача вакуумного насоса заключается в создании разрежения (вакуума) в системе взаимосвязанных трубопроводов и устройств для создания, измерения и регулирования работы доильной установки. Классифицируются вакуумные насосы следующим образом:

1. По конструкции – поршневые; инжекторные; кулачковые; ротационные.

2. По величине создаваемого разряжения – насосы низкого вакуума; насосы среднего вакуума; насосы высокого вакуума.

3. По назначению – «сухие» (для отсасывания газов); «мокрые» (для отсасывания газа вместе с жидкостью).

4. По характеру использования – стационарные; передвижные.

Первые доильные установки комплектовались поршневыми вакуумными насосами. Они были большими и металлоемкими, имели быстроизнашивающиеся механизмы. Позже на доильных установках стали устанавливать ротационные лопастные насосы марок РВН–40/350; УВУ–60/45; ВЦ–40/130 и др. (рис. 1).

Производительность РВН–40/350 при вакууме 50 кПа составляет 11,1 дм 3 /с (40 м 3 /ч), механический к.п.д. составляет 0,8 – 0,9. Унифицированная вакуумная установка УВУ – 60/45 может работать в 2-х режимах: при вакууме 53 кПа обеспечивать производительность 60 или 45 м3/ч (достигается изменением частоты вращения ротора путем замены шкива клиноременной передачи на валу электрического двигателя).

Такие насосы имеют ряд недостатков:

Повышенная чувствительность к нарушению нормальных зазоров;
Наличие трущихся рабочих органов;
Низкая производительность;

Эти недостатки были исключены применением в доильных установках водокольцевых вакуумных насосов (ВВН) (рис. 2).

В этих насосах уплотнение между статором и ротором достигается слоем воды. Однако они обладают невысоким КПД (0,48–0,52), сложны в эксплуатации и могут работать только при положительных температурах.

Современные производители предоставляют огромный выбор вакуумных насосов. Отечественная компания ООО "СЛАСНАБ" поставляет:

НВМ-70/75 насосы вакуумные водокольцевые для доильных установок;
НВА-75-1 агрегаты вакуумные водокольцевые (на 100 коров);
НВУ-75-2 установки вакуумные водокольцевые (на 200 коров).

Компания ООО "Агро-Сервис-1" производит роторно-пластинчатый вакуумный насос УВД 10000 (рис. 3).

Зарубежная компания «POMPETRAVAINI» является одним из мировых лидеров в производстве водокольцевых вакуумных насосов (рис. 4). Компанией производятся:

Одноступенчатые вакуумные насосы серии TRM;
Одноступенчатые вакуумные насосы серии TRVX/TRMX;
Двухступенчатые вакуумные насосы серии TRH.

Компания «Elmo Rietschle» предлагает покупателю водокольцевые насосы серии L, выполненные из высококачественной нержавеющей стали и обеспечивающие стабильные технические характеристики в течение долгих лет работы (рис. 5).

Таким образом, основой любой доильной установки является вакуумный насос, создающий необходимое разряжение в вакуумной системе. От вакуумного насоса зависит производительность доильной установки, ее надежность и уровень шума. В настоящее время на рынке представлено огромное количество самых различных вакуумных насосов, что позволяет совершенствовать старые и разрабатывать новые доильные установки на их основе.

Список литературы:

1. Гринченко В. А. Обоснование базовой конструкции линейного электродвигателя // Theoretical & Applied Science. - 2013. - Т. 1. - №11 (7). - С. 58-60.

2. Гринченко В. А., Мишуков С. В. Расчет статической силы тяги линейного электродвигателя новой конструкции // Новые задачи технических наук и пути их решения. - Уфа: Аэтерна, 2014. - С. 18-20.

3. Никитенко Г. В., Гринченко В. А. Линейный двигатель возвратно-поступательного движения с регулированием амплитуды колебаний якоря // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. - Ставрополь: Агрус, 2009. - С. 407-410.

4. Никитенко Г. В., Гринченко В. А. Результаты исследования линейного двигателя для вакуумного пульсатора доильного аппарата // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. - Ставрополь: Агрус, 2010. - С. 268-272.

5. Никитенко Г. В., Гринченко В. А. Статика электромеханических процессов в линейном электродвигателе для привода пульсатора доильного аппарата // Методы и технические средства повышения эффективности использования электрооборудования в промышленности и сельском хозяйстве. - Ставрополь: Агрус, 2011. - С. 199-202.

6. Пат. 2357143 Российская Федерация, МПК8 F 16 К 31/06. Электромагнитный клапан / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. - № 2007141983/06; заявл. 12.11.07; опубл. 27.05.09.

7. Пат. 2370874 Российская Федерация, МПК8 H 02 K 33/12. Линейный двигатель / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. - № 2008112342/09; заявл. 31.03.08; опубл. 20.10.09.

8. Пат. 82990 Российская Федерация, МПК8 А 01 J 7/00. Регулятор вакуума / Никитенко Г. В., Гринченко В. А.; заявитель и патентообладатель Ставроп. гос. аграр. ун-т. - № 2008150545/22; заявл. 19.12.08; опубл. 20.05.09.

Для создания разрежения при работе доильной машины используют воздушные установки, состоящие из вакуумного насоса, вакуумного балона-ресивера, вакуум-регулятора, вакууметра, системы трубопроводов с арматурой и двигателя, которые делятся на ротационные, поршневые и эжекторные. В свою очередь ротационные вакуумные насосы подразделяются на лопастные, водокольцевые, типа Рутс и другие. Наибольшее распространение на фермах получили ротационные лопастные вакуумные установки марки УВУ-60/45 и водокольцевые воздушные насосы ВВН-3, ВВН-6, ВВН-12.

Принцип действия эжекторных (струйных) насосов следующий. Когда жидкость (или газ) протекает по трубе, имеющей сужение, давление в сужении оказывается ниже, чем в остальных частях трубы (если при этом скорость потока в сужении не достигает скорости звука). Впервые это было установлено итальянским физиком Дж. Вентури (1746-1822), по имени которого была названа трубка, основанная на данном явлении. Если откачиваемый объем присоединить к трубе в месте ее сужения, то газ из него будет переходить в область пониженного давления и уноситься струей жидкости. Эжекторные (струйные) установки крепятся на выхлопной трубе трактора и разрежение создается за счет скоростного потока выхлопных газов.

Ротационная лопастная вакуумная установка типа УВУ включает в себя (рис. 2.2) электродвигатель 1, вакуумный баллон 3, регулятор вакуума 4, вакууметр 6, вакуумпровод 5, вакуумный насос 2. При частом отключении электроэнергии может комплектоваться резервным двигателем 7 внутреннего сгорания. Унифицированный насос УВУ-60/45 работает при вакууме 53 кПа с воздухопроизводительностью 60 и 40 м 3 /ч. Для получения требуемого расхода изменяют частоту вращения ротора постановкой шкивов разного диаметра на вал электродвигателя.

Рис. 2.2 Общий вид вакуумной установки УВУ 60/45

Насос вакуумный пластинчато-роторный предназначен для эксплуатации в районах с умеренным климатом на открытом воздухе в диапазоне от минус 10 до плюс 40 0С и высоте над уровнем моря не более 1000 м, выпускается в четырех исполнениях.

Внутри чугунного цилиндрического корпуса 22 (рис. 2.3) с ребристой поверхностью для лучшей теплоизоляции вращается ротор 17. Ротор имеет четыре паза, в которых свободно перемещаются текстолитовые лопатки 16. Ротор вращается в шарикоподшипниках 14, установленных в посадочных отверстиях крышек 12 и 19, расположенных эксцентрично относительно оси корпуса. Подшипники со стороны внутренней полости насоса закрыты шайбами 15. Для ориентации крышек относительно корпуса при сборке насоса установлены штифты 5. Направление вращения ротора указано стрелкой на корпусе насоса. В зависимости от исполнения насос имеет один или два выходных конца ротора.

В средней части цилиндрического корпуса имеются выхлопные окна, которые соединяются с выхлопной трубой рамы. На конец выхлопной трубы насаживают глушитель, корпус которого заполнен стекловатой для задержки отработавшей смазки.

Технологический процесс работы вакуумной установки происходит следующим образом. При вращении ротора 17 (рис. 2.3) лопатки 16, под действием центробежных сил прижимаются к корпусу 22, и образуют замкнутые пространства, ограниченные ротором 17, корпусом 22 и торцевыми стенками 12 и 21, объем которых за один оборот сначала увеличивается, создавая разрежение между лопатками на стороне всасывания, а затем уменьшается. При этом воздух сжимается и вытесняется в атмосферу через выпускное отверстие.

Для смазки подшипников и трущихся поверхностей насос снабжен масленкой фитильного типа, которая обеспечивает равномерную и непрерывную подачу масла в насос.

Масленка состоит из двух основных составных частей: стакана 5 (рис. 2.4) вместимостью 0,6 л и чашки 2. Масло заливается в стакан, который закрывается крышкой 7 и фиксируется на чашке дугой 6. Из стакана масло вытекает в чашку до тех пор, пока его уровень не достигнет верхней части клинообразного выреза трубки крышки. Уровень масла в чашке масленки исполнения УВД.10.020 не регулируется. Уровень масла в чашке масленки УВА 12.000 зависит от длины выступающего конца трубки и должен находиться в пределах 13.18 мм. При снижении уровня масла воздух поступает в стакан через вырез в трубке и масло вытекает до тех пор, пока не достигнет установленного уровня.

Процесс смазки происходит следующим образом. Из чашки масло по фитилям 3 поступает в маслопроводящие каналы и под действием разности давлений в масленке и насосе по шлангам 9, отверстиям в крышках 12, 21 (рис. 2.3) насоса поступает в шарикоподшипники 14, через каналы шайб 15 в пазы ротора 17, смазывая поверхности лопаток 16, корпуса и крышек насоса. Далее масло потоком воздуха выбрасывается через выпускное отверстие насоса.

Масленка обеспечивает подачу масла в насос с расходом 0,25.0,4 г/м 3 воздуха, что соответствует истечению масла из стакана при работе установки на величину одного деления в среднем за 1,5 часа работы вакуумной установки производительностью 0,75 м 3 /мин, и в среднем за 1,1 часа для вакуумной установки производительностью 1 м 3 /мин.

Контроль за поступлением масла в подшипники производится визуально через пластмассовые шланги, а общий расход - по делениям на стакане.

Рис. 2.3 Вакуумный насос:
1,20 - болты; 2, 15 - шайбы; 3 - стопорное кольцо; 4 - шкив; 5 - штифт; 6 - шпонка; 7 - винт; 8, 22 - крышки; 9 - пробка; 10,11 - прокладки; 12 - правая крышка; 13 - манжета; 14 - шарикоподшипник; 16 - лопатка; 17 - ротор; 18 - корпус; 19 - левая крышка; 21 - втулка; 22 - корпус

Обеспечение требуемого расхода масла в процессе эксплуатации производится периодической прочисткой маслопроводящих каналов в чашке 2 (рис. 2.4) и пробках 4, промывкой фитилей в дизельном топливе или изменением количества нитей в фитиле, а для масленки УВА 12.000 также изменением длины выступающей части трубки.

Для исключения возможного обратного вращения ротора и поломок лопаток при выключении электродвигателя соединение впускного отверстия насоса с вакуумпроводом осуществляется через предохранительный клапан.

Рис. 2.4 Масленка УВД.10.020:
1 - кронштейн; 2 - чашка; 3 - фитиль; 4 - пробка; 5 - стакан; 6 - дуга; 7 - крышка; 8 - прокладка; 9 - шланг

Рис. 2.5 Вакуум-регулятор

Вакуум-баллон 3 (рис. 2.2) сглаживает пульсацию вакуума, неизбежно возникающую при работе насоса, собирает влагу и молоко, попавшие в вакуум-провод, а также используется как сливная емкость при промывке трубопроводов. При работе насоса крышка вакуумного баллона должна быть плотно закрыта.

Вакуум-регулятор 4 (рис. 2.2) поддерживает стабильный вакуум в вакуум-проводе. Он состоит из клапана 1 (рис. 2.5), пружины 3, набора грузов 4, демпферирующих пластин 5 и индикатора 2.

Вакуум-регулятор работает следующим образом. Сила, действующая на клапан 1 снизу из-за разницы между атмосферным и вакуумметрическим давлением в вакуум-проводе поднимает клапан вверх, преодолевая вес груза 4. В результате этого через индикатор 2 в вакуум-провод начинает поступать атмосферный воздух. Величина разрежения, при котором поднимается клапан 1, устанавливается весом груза 4. Величина расхода воздуха через вакуум-регулятор контролируется по показаниям индикатора 2. При нормальном расходе стрелка индикатора 2 должна находиться в среднем положении. Для смягчения вибрации груза 4, они подвешиваются на пружине 3, а снизу демпферирующие пластины 5 находятся в слое масла.

Водокольцевые машины типа ВВН предназначены для создания вакуума в закрытых аппаратах и системах. Изготавливаются в двух исполнениях: ВВН1 - с номинальным давлением всасывания 0,04 МПа; ВВН2 - с номинальным давлением всасывания 0,02 МПа.

Машины типа ВВН - жидкостно-кольцевые с непосредственным приводом от электродвигателя через упругую муфту.

Водокольцевая установка ВВН-12 состоит из водокольцевой машины 4 (рис. 2.6), имеющей привод от электродвигателя 1 через муфту 2. Все это размещено на фундаментной плите 3.

Водокольцевая машина состоит из корпуса-цилиндра 2 (рис. 2.7), закрытого с торцов крышками-лобовинами. В цилиндре эксцентрично расположено лопастное колесо 1, закрепленное на валу. Выход вала из лобовин уплотняется сальниками с мягкой набивкой. Подаваемая в машину вода питает водяное кольцо 7 и создает гидравлический затвор в сальниках. Вал вращается в подшипниках, расположенных в прикрепленных к лобовинам корпусах.

Перед пуском в работу через всасывающий патрубок 5 машину заполняют примерно до оси вала водой. При пуске жидкость центробежной силой отбрасывается от втулки ротора к корпусу. При этом образуется жидкостное кольцо и серповидной пространство, которое является рабочей полостью. Рабочая полость разделена на отдельные ячейки, ограниченные лопатками, втулкой колеса, лобовинами и внутренней поверхностью жидкостного кольца. При вращении колеса объем ячеек увеличивается (на рис. 2.7 вращение по часовой стрелке) и через всасывающее окно 6 происходит всасывание газа. Затем объем ячеек уменьшается, происходит сжатие и выталкивание газа через нагнетательное окно 3. Через нагнетательный патрубок 4 вместе с газом выбрасывается вода. Для отделения воды от газов и ее сбора непосредственно на нагнетательном патрубке в вакуумных насосах устанавливают водоотделитель с открытой переливной трубой. Для отделения воды от газа в вакуумных насосах ВВН-12 применяется прямоточный сепаратор 5 (рис. 2.6). Прямоточный сепаратор представляет собой неразборный сосуд объемом около 24 литров со встроенной внутри многолопастной решеткой, посредством которой и происходит разделение газо-жидкостной смеси, выбрасываемой из насоса. Он обеспечивает практически полное отделение воды от газа при всех возможных режимах работы.

При использовании машины в качестве компрессора к сливному патрубку сепаратора присоединяется водоотводчик, обеспечивающий слив воды без утечки газа.

Преимуществом водокольцевых вакуумных машин перед лопастными вакуумными насосами является то, что при вращении ротор не касается стенок статора. Однако при вращении ротора происходит повышение температуры воды в статоре насоса, что снижает его подачу. Для повышения устойчивости работы насоса ВВН предусмотрена установка специального охладителя воды.

Рис. 2.6 Общий вид вакуумного насоса ВВН-12

Рис. 2.7 Схема водокольцевой машины

Основные параметры применимости водокольцевых машин представлены в таблице 2.1.

2.1. Показатели водокольцевых вакуумных машин
Показатель	Типоразмер
Показатель	ВВН-3	ВВН-6	ВВН-12	ВВН-25
Производительность при номинальном давлении всасывания, м 3 /мин	3 (2,7)	6(5,4)	12 (10,8)	25 (22,5)
Номинальное вакуумерическое давление от барометрического давления, %	60 (80)
Максимальный вакуум от барометрического давления, %	90		96
Удельный расход воды на номинальном режиме, дм 3 /с	0,13 (0,2)	0,3 (0,47)	0,5 (0,75)	1,0 (1,5)
Мощность, кВт	13	22	30	75
Масса, кг	125	215	455	980
Примечание : в скобках даны значения для вакуумных насосов исполнения 2

Рис. 2.8 Общий вид водокольцевой вакуумной установки УВВ-Ф-60Д:
1 - вакуумпровод; 2 - предохранитель; 3 - насос; 4 - емкость для воды; 5 - электродвигатель; 6 - выхлопная труба; 7 - нагнетательный патрубок

Установка вакуумная водокольцевая УВВ-Ф-60Д предназначена для создания вакуума, используется для комплектации доильных установок всех типов. Установка не предназначена для откачки агрессивных газов и паров.

Состоит из водокольцевого вакуумного насоса 3 (рис. 2.8) с приводом от электродвигалея 5 (мощностью 6 кВт), установленного над емкостью для воды 4. Вакуумный насос соединен с вауумпроводом 1 через предохранитель 2. Остаточный воздух вместе с водой по трубопроводу 6 выбрасывается из помещения.

Основные технические характеристики водокольцевой вакуумной установки УВВ-Ф-60Д представлены в табл. 2.2.

2.2 Основные технические характеристики установки УВВ-Ф-60Д
Наименование параметра и единицы измерения	Значение параметра
Производительность при h=50кПа, м 3 /ч	60±6
Мощность, потребляемая при номинальном режиме, кВт	4±0,4
Предельное остаточное давление, кПа	15±5
Габаритные размеры, м	0,65х0,36х0,75
Масса без воды, кг	110
Объем жидкости, заливаемой в водоотделитель, дм 3	50
Условный проход патрубком, мм	40

Для некоторых процессов требуется очень большая быстрота откачки, хотя бы и не при очень низких давлениях. Этим требованиям удовлетворяют двухроторные объемные насосы типа воздуходувки Рутса. Схема такого насоса представлена на рис. 2.9.

Рис. 2.9 Схема двухроторного насоса типа Рутса

Два длинных ротора с поперечным сечением, напоминающим восьмерку, вращаются в противоположных направлениях, не соприкасаясь ни с друг другом, ни со стенками корпуса, так что насос может работать без смазки. Необходимости в масляном уплотнении тоже нет, поскольку очень малы зазоры между подогнанными деталями конструкции.

Ротор вращается с частотой до 50 с -1 , и высокая быстрота откачки поддерживается до давлений порядка одной миллионной атмосферного. Каждый ротор может иметь два или три кулачка.

Хотя такие насосы способны работать с прямым выхлопом в атмосферу, на их выходе обычно устанавливают вспомогательный вращательный масляный насос, который не только понижает их предельное давление, но и повышает КПД, снижая потребляемую мощность, что позволяет обходиться менее сложной системой охлаждения. Вспомогательный насос, пропускающий ту же массу газа, но при более высоких давлениях, может быть сравнительно небольшим.

На фермах привязного содержания с поголовьем до 30 коров для доения животных в стойлах на привязи применяют стационарные линейные доильные установки со сбором молока в ведра , разработанные компанией SAC. В комплект доильной установки (рис. 10.1) входят следующие сборочные единицы: вакуум-провод 1, вакуумный кран 2, вакуумный регулятор 3, вакуумметр 4, выхлопная труба 5, глушитель 6, масляный бачок 7, вакуумный насос 8, электродвигатель 9, вакуум-баллон 10, доильное ведро 11, пульсатор 12, коллектор 13.

Вакуумный насос 8 создает рабочее тело (разреженный воздух) с заданными характеристиками для обеспечения работы всех систем доильной установки. Насос откачивает воздух из замкнутого объема вакуум-провода 1, доильных аппаратов, доильного ведра 11, молочных 14 и вакуумных 15 шлангов. В доильных установках используют два типа вакуумных насосов: ротационные лопастные и ротационные водокольцевые. Типы применяемых насосов и их характеристики представлены далее. Применяемые насосы обеспечивают подачу от 10,2 до 126,0 м3/ч при вакуумметрическом давлении 50 кПа. При этом ротационные лопастные вакуумные насосы оборудованы глушителями для уменьшения шума и, зачастую, устройствами для выделения масла из отработанных газов.
Вакуумный баллон 10 предназначен для сглаживания пульсаций рабочего тела, создаваемых вакуумным насосом, обеспечивает определенный запас рабочего тела, расходуемого в системе при одевании доильных стаканов на соски вымени животного, а также в случае их спадания с сосков. Кроме того, вакуум-баллон защищает вакуумный насос от попадания в него воды, молока и механических частиц из вакуум-провода, служит в качестве накопительной сливной емкости при помывке вакуум-провода, облегчает запуск насоса. Вакуум-баллон обеспечивает также автоматическое удаление конденсата и механических частиц после остановки насоса.
Вакуум-провод 1 служит для передачи рабочего тела к доильным аппаратам и другим пневматическим устройствам доильной установки. Он выполнен из гальванизированных стальных труб и располагается на стойках или специальных кронштейнах вдоль ряда стойл животных. На вакуум-провод устанавливают вакуумные краны 2, служащие для подачи рабочего тела к доильным аппаратам при доении коров.
Вакуумный регулятор 3 поддерживает установленное вакуумметрическое давление (разрежение) в вакуумной системе доильной установки. Глубину вакуума в системе контролируют вакуумметром 4.
Исполнительным рабочим органом доильной установки является доильный аппарат (рис. 10.2), в который входят следующие сборочные единицы: пульсатор, коллектор, доильные стаканы, молочные и вакуумные шланги.

Пульсатор преобразует постоянный вакуум, создаваемый вакуумным насосом, в пульсирующий, необходимый для работы доильных стаканов и коллектора. На стационарных доильных установках линемного типа с доением коров в ведра применяют пульсаторы Unipuls 2 и Unipuls Electronic (а также Unico 1 и Unico 2), обеспечивающие стимуляцию процесса молокоотдачи.
Коллектор служит для сбора молока из доильных стаканов и распределения переменного вакуума в межстенные и подсосоковые камеры доильных стаканов. На рассматриваемых доильных установках применяют коллекторы Uniflow 2 и Uniflow-3М. Последний оборудован датчиками температуры и электропроводимости молока для работы с индикатором мастита.
Основными исполнительными органами доильного аппарата, непосредственно взаимодействующими с животным, являются доильные стаканы. В рассматриваемой установке применяют двухкамерные доильные стаканы, имеющие двойные стенки: наружную - из нержавеющей стали или пластмассы и внутреннюю, выполненную из резины. Стенки образуют замкнутую, межстенную, камеру, которую гибким шлангом соединяют с пульсатором. Пространство внутри сосковой резины образует подсосковую камеру, соединяемую шлангом с доильным ведром.
Для доения на установках со сбором молока в ведра используют в основном двухтактные (сосание и сжатие) доильные аппараты. В нем во время такта сосания воздух отсасывают из межстенной камеры, а в подсосковой камере поддерживают постоянный вакуум. При этом сосковая резина разжимается, сосок вымени животного удлиняется, сфинктер (запирающая мышца соска) открывается и молоко отсасывается из цистерны вымени. При такте сжатия в межстенную камеру подают атмосферный воздух. В подсосковой камере при этом поддерживают постоянный вакуум. Вследствие перепада давлений сосковая резина доильного стакана сжимается и отсасывание молока из вымени прекращается. Выдоенное молоко поступает в доильное ведро.
Мобильные доильные установки для доения коров в ведра применяют на фермах привязного содержания с поголовьем до 30 коров, а также в качестве резервных, на случай аварий на других фермах. Компанией SAC разработаны два типа мобильных установок: Minicart и Unicart. Доильная установка Minicart (рис. 10.3) включает в себя следующие сборочные единицы: двухколесную ручную тележку на пневматических шинах, силовую установку, включающую однофазный или трехфазный электродвигатель; ротационный вакуумный насос, один доильный аппарат с ведром, вакуумные и молочные шланги, вакуумный регулятор, вакуумный баллон, глушитель.

В комплект доильной установки Unicart (рис. 10.4) входят следующие сборочные единицы: трехколесная ручная тележка на пневмошинах, силовая установка в одном из трех вариантов: одно- или трехфазный электродвигатель; бензиновый двигатель внутреннего сгорания; бензиновый и электрический двигатели; ротационный лопастной вакуумный насос; два доильных аппарата с доильными ведрами, вакуумный регулятор, вакуумметр, вакуумные и молочные шланги, ресивер.

Представленные мобильные доильные установки выполняют те же функции, что и стационарные линейные доильные агрегаты.
На фермах привязного содержания с поголовьем 30 и более коров для доения животных в стойлах на привязи применяют также стационарные линейные доильные установки со сбором молока в молокопровод. Компанией SAC разработаны два типа таких установок: традиционная с транспортированием молока по молокопроводу, а доильных аппаратов - оператором машинного доения и с линией Uniline, обеспечивающей транспортирование доильных аппаратов механическими средствами.
Традиционная доильная установка (рис. 10.5) включает в себя следующие сборочные единицы: вакуумный насос, вакуум-провод, вакуум-баллон, вакуумный регулятор, вакуумметр, доильные аппараты, а также молокопровод, молочно-вакуумный кран Unicombicock, индивидуальный счетчик молока, молокоприемник, молочный насос, молочный фильтр, напорный молокопровод, молочный танк, водонагреватель, автомат промывки.

Доильная установка второго типа обеспечивает сбор и транспортирование молока молокопроводом, а доильных аппаратов - пинией Uniline (рис, 10.6). Она включает в себя те же сборочные единицы, что и установка первого типа Кроме того, дополнительно оснащена ручной тележкой Unicombicart для доставки доильных аппаратов в коровник и стационарной линией Uniline, обеспечивающей транспортирование доильных аппаратов в стойла животных.

Транспортируют доильные аппараты из молочного отделения в коровник и обратно ручной тележкой Unicombicart (рис. 10.7).

Назначение сборочных единиц, входящих в бесстаночные доильные установки с молокопроводом (кроме рассмотренных ранее), представлено ниже.
Молокопровод, изготовленный из полипропиленовых труб, соединяют между собой муфтами, а с вакуум-проводом - анодированными металлическими кронштейнами. Служит для сбора и транспортирования молока в молокоприемник.
Молочно-вакуумный кран Unicombicock (рис. 10.8) служит для подключения доильных аппаратов к молоко- и вакуум-проводу, выполнен из нержавеющей стали, обслуживает поочередно две рядом стоящие коровы.

Молокоприемник (молокосборник) изготовлен из стекла, служит для отделение воздуха от молока или молочной жидкости. Указанные продукты выводят из-под вакуума молочным насосом и подают соответственно молоко - в молочный танк, а моющую жидкость - в ванну для моюще-дезинфицирующих растворов.
Индивидуальный счетчик молока (рис. 10.9) обеспечивает учет молока, полученного от каждой коровы. Счетчик устанавливают между доильным аппаратом и молокопроводом.

Водонагреватель нагревает воду до 90,0...95,0 °С. Специальным патрубком его соединяют с доильной установкой напрямую, что позволяет поддерживать высокую температуру воды при промывке системы доения.
Автомат промывки Uniwach обеспечивает мойку и дезинфекцию посредством циркуляции рабочих растворов в замкнутой системе доильных аппаратов, молокопровода, молокоприемника, молочного фильтра, молочного насоса, напорного молокопровода. Работой автомата промывки управляет микропроцессор.
В режиме доения рассмотренные линии работают следующим образом. Доильный агрегат, работающий по принципу извлечения молока методом отсасывания доильными аппаратами выводит молоко из цистерн сосков вымени животного под действием вакуумметрического давления (разрежения), создаваемого в системе трубопроводов вакуумным насосом. При этом выдоенное молоко поступает в молокопровод, которым транспортируется в молокоприемник, где отделяется от воздуха, а затем молочным насосом через фильтр по напорному молокопроводу подается в молочный танк для охлаждения и последующего хранения.
В режиме промывки линии работают следующим образом. Доильные аппараты устанавливают в резервуар, куда подают рабочий раствор - теплую воду, моющий или дезинфицирующий раствор. Рабочий раствор отсасывают из резервуара через доильные аппараты и прокачивают его через систему молочных трубопроводов в молокоприемник. Из последнего молочный насос подает рабочий раствор в автомат промывки. Особенностью автомата промывки Uniwach является то, что все параметры процесса промывки - температура рабочего раствора (рабочей жидкости), продолжительность циркуляционной промывки, состав рабочей жидкости, непрерывно автоматически контролируются и изменяются по специальным программам.

Машинное доение применяется на молочно-товарных фермах и комплексах. Оно выгодно даже в небольших хозяйствах, где содержится 5-10 животных.

Эта технология значительно увеличивает производительность труда, улучшает качество молока, облегчает труд человека. Основным механизмом, которое в ней используется, является доильная установка .

Доильные установки

Установка представляет собой комплект доильного оборудования, в который входят вакуумный насос с электроприводом, вакуумный баллон (ресивер), регулятор, трубопроводы и доильный аппарат, в количестве один, два или больше. Также имеются системы промывки и агрегаты первичной обработки полученного сырья. Работа всех промышленных и бытовых установок основана на использовании вакуума. Вакуум создается при помощи насоса мембранного, роторного, центробежного или поршневого типа. Пульсатор служит для того, чтобы направлять вакуум в нужное время в соответствующие камеры стаканов, обеспечивая тем самым чередование тактов.

Доильные аппараты

Доильный аппарат - это устройство для получения молока из вымени коровы или другого животного. Доильный аппарат для коров состоит из пульсатора, коллектора, ведра (16 - 40 л), шлангов и доильных стаканов (4 шт.), которые являются главными рабочими узлами. Каждый стакан состоит из двух трубок: наружной металлической и расположенной внутри нее резиновой (более современный вариант - металлический корпус и две сосковые резиновые трубки, внешняя и внутренняя). Пространство между этими трубками называется межстенной камерой, а между резиновой (внутренней) трубкой и соском животного - подсосковой камерой.

Доильный аппарат для коз устроен аналогично, с учетом биологических особенностей животного (в нем только 2 стакана).

По способу выдаивания аппараты делятся на трех- и двухтактные.

Трехтактные доильные аппараты

Устройства первой группы работают по следующей схеме. Во время первого такта (сосание) вакуум создается в обеих камерах, межстенной и подсосковой. Сосок втягивается в стакан и молоко выдаивается. При втором такте (сжатие) вакуум дается только в подсосковую камеру, а в межстенной - давление атмосферное. Сосок сжимается. На третьем такте (отдых) в обеих камерах вакуума нет, сосок отдыхает в естественном положении, кровообращение в нем восстанавливается. По времени такты распределяются следующим образом: 1-й - 60%, 2-й - 10%, 3-й - 30%. За 1 минуту совершается 60 пульсаций.

Двухтактные доильные аппараты

В двухтактном аппарате отдых не предусмотрен, есть только сосание и сжатие. Здесь за минуту проводится 80 пульсаций. Двухтактные устройства более производительны.

Однако у них выше вероятность заболевания коровы маститом при несвоевременном снятии стаканов. Трехтактные лучше соответствуют естественному процессу сосания вымени теленком. Они интенсивнее стимулируют молокоотдачу, способствуют раздою и повышению продуктивности животных.

Доильные установки могут быть передвижными или стационарными. Сбор молока - в бидоны (ведра) или молокопровод. При первом варианте 1 оператор обслуживает 16 - 20 особей, при втором - до 50 и более. Коровы во время доения располагаются в стойлах или станках. В последнем случае процесс происходит в специальных залах или на площадках, возможно, с использованием роботов. По числу коров в станке установка может быть индивидуальной или групповой. Станки делятся на подвижные (конвейеры) и неподвижные, могут располагаться по разным схемам: параллельной, радиальной, последовательной или под углом. На отечественные установки ставятся одинаковые доильные аппараты, с выбором наиболее подходящего из нескольких стандартных типов и разной степенью механизации.

Время доения одной коровы составляет от 4 до 6 минут. Интервал между доениями должен быть не меньше 5 ч. и не больше 12 ч.

Передвижные доильные установки

Передвижные доильные установки со сбором молока в бидоны монтируются на опорной раме, которая для удобства перемещения имеет одну-две ручки и два колеса. Они рассчитаны на одновременное доение одной или двух особей. Предназначены для индивидуальных и небольших фермерских хозяйств с оптимальным размером стада в 5 - 6 животных. Некоторые модели, например, Арго, оборудованные поршневыми двигателями, работают по упрощенной схеме. В них вакуум создается за счет движения поршня, а пульсацию в системе обеспечивает шариковый клапан.

Стационарные установки

Стационарные установки для доения в стойлах используются в случаях привязного, стойлово-лагерного или стойлово-пастбищного содержания животных. Молоко собирается в ведра или молокопровод, после чего отправляется на первичную обработку (очистка, охлаждение) и временное хранение. Преимущества: животных не надо перемещать к местам доения, к ним обеспечен более удобный подход.

При доении в ведра набор технических средств минимальный и недорогой. Недостатки:

Большие затраты труда (на 1 доярку приходится максимум 30 голов).
Повышается плотность соматических клеток и бактериальная обсемененность, снижается сортность и качество, падает стоимость молока.
При переносе и переливании в танки, сырье контактирует с воздухом (часто зараженным), нарушаются санитарные требования.
При технологии доения в ведра обычно применяются устаревшие доильные аппараты (Майга, Волга).
Тяжело проконтролировать продуктивность каждой коровы.

При сборе молока в линейный молокопровод сырье не контактирует с воздухом, за счет чего улучшаются санитарно-гигиенические условия. Производительность труда повышается. Одна доярка может обслужить до 50 голов на системе с пневматическими пульсаторами и до 100 - при использовании современных доильных аппаратов, которые автоматически отключают и снимают стаканы.

Недостатки:

В процессе транспортировки до танка-охладителя молоко теряет от 0,1 до 0,3% жирности.
Повышенные требования к персоналу.

В хозяйствах с беспривязной системой содержания коров применяются доильные залы. За рубежом их доля среди установок разных типов доходит до 90%. Самые распространенные виды: Тандем, Елочка, Параллель и Карусель.

Тандем

Коровы стоят параллельно доильной яме. Доильный аппарат подключается сбоку. Количество обслуживаемых животных - 50-250 голов. В России применяется редко.

Достоинства:

Хороший обзор корпуса, легкое чтение ушной бирки.
Удобно автоматически раздавать концкорма.
Каждое животное заходит и выходит индивидуально, группа не обязана ждать, пока обслужат самую тугодойную корову.

Недостатки:

Фронт доения очень большой, 260 см на 1 особь, из-за этого снижается интенсивность работы дояра.
Длинная доильная яма и, соответственно, помещение, требуют больших расходов на строительство.
Дорогое оборудование (в расчете на 1 пост).

Елочка

Универсальная и недорогая технология. Животные ставятся к доильной яме под углом 30 или 60 градусов. В первом случае фронт доения составляет 110 см, во втором - 80 см. Аппарат подключается, соответственно, сбоку или сзади. Животные выходят по одному или группой. Молочная линия располагается снизу, при этом на каждый пост ставится «свой» доильный аппарат. Или сверху (Топ Свинг), тогда один аппарат работает на 2 поста. Количество обслуживаемых животных: от 150 до 600 (Топ Свинг - до 1000) голов. На сегодняшний день это самый распространенный тип доильного зала, как в России, так и за границей.

Преимущества:

Малый фронт доения.
Недорогое оборудование.
Широкий размерный ряд.
Большое число вариантов организации процесса дает возможность учесть производственные условия.

Недостатки:

Максимальное число обслуживаемых животных ограничено.
Оператор работает недостаточно интенсивно.

Параллель

По сравнению с Елочкой, это более индустриальная технология. Фронт доения - 70 см. Оператор максимально защищен. Требуется обязательная организация быстрого выхода. Число обслуживаемых животных - от 500 до 1200 голов. Поэтому, в связи с укрупнением хозяйств, данная модель становится все более популярной.

Достоинства:

Малый фронт доения.
Интенсивная работа оператора.
Стоимость оборудования (на единицу производительности) того же порядка, что и у Елочки.
Широкий размерный ряд.
Рамная конструкция более прочная, так как рассчитана на интенсивную работу.

Недостатки:

Помещение должно быть широким.
Высокие требования к форме вымени животного.

Карусель

Это доильный зал конвейерного типа. Животные располагаются на вращающейся платформе, в постах по кругу, головами к центру. Оператор может быть в центре платформы («вращающаяся елочка») или снаружи («вращающаяся параллель»). Фронт доения сокращается до нуля, так как корова сама подъезжает к оператору, который подключает аппараты, оставаясь на месте. Вращающаяся параллель лучше подходит для интенсивной работы с большим поголовьем. У вращающейся елочки - классическое боковое подключение аппаратов и лучшая визуализация. Она применяется для конвейерного производства на небольшом поголовье.

Достоинства:

Поточная технология с высокой интенсивностью работы.
Максимальная производительность в единицу времени.

Недостатки:

Повышенные требования к подготовительному этапу строительства, а также к уравниванию показателей животных по строению вымени, молокоотдаче и продуктивности.
Сравнительно большие затраты на 1 пост.

Доильный робот

Самый современный тип доильного оборудования, который только начинает завоевывать популярность - роботы. Первая промышленная модель появилась в Голландии в 1992 году (Lely NV). Доильный робот - это рука, способная совершать движения в трех измерениях в доильном боксе.

В комплект также входят:

Система очистки вымени и сосков.
Весы.
Механизм для надевания и снятия стаканов.
Контрольные сенсорные приборы.
Идентификационное устройство.
Компьютер с соответствующим ПО.

Человек непосредственно в процессе дойки не участвует. Корова сама определяет, когда ей надо зайти в доильный бокс. С помощью специальной камеры удается распознать любую форму вымени и найти местоположение сосков даже у беспокойных особей. Один робот обслуживает 60 - 70 коров, надаивает в день около 2,5 тн молока.

Виды роботизированных систем:

Один бокс с одним роботом-рукой.
Несколько боксов с одним роботом для обслуживания всех.
Несколько боксов с таким же количеством роботов, объединенных в одну систему.

По прогнозам специалистов, к 2025 году фермы с количеством животных 50-250 голов перейдут на использование доильных роботов.

При выборе доильного оборудования надо обращать внимание на следующие условия:

Скорость доения и пропускная способность (производительность).
Цена не только доильной установки, но также ее обслуживания.
Унификация агрегата и его ремонтопригодность. Возможность замены узлов и расходных материалов.
Интенсивность работы оператора - сколько времени уходит на обслуживание 1 особи.
Наличие сервиса и персонала достаточной квалификации.
Особенности установки: режим доения, скорость молокоотдачи, возможности по учету молока, автоматическое снятие стаканов и другие.
Соответствие агрегата типу содержания животных - привязное, беспривязное.

Доильное оборудование - это не прихоть, а необходимость. Без него невозможно организовать эффективную работу молочно-товарной фермы. При покупке агрегата, в каждом конкретном случае, надо руководствоваться правилом, которое гласит: нет хороших или плохих доильных установок (они все хорошие), есть правильный или неправильный выбор.

Вакуумный насос предназначен для создания вакуума (разряжения) в системе за счет откачивания из нее воздуха. Вакуумный насос является движущей силой любого доильного оборудования.

Классификация насосов

Классифицируются вакуумные насосы следующим образом:

1. По конструкции:

2. По величине создаваемого разряжения:

насосы низкого вакуума;
насосы среднего вакуума;
насосы высокого вакуума.

3. По назначению:

«сухие»(для отсасывания газов);
«мокрые» (для отсасывания газа вместе с жидкостью).

Пластинчато-роторные (масляные) насосы работают с использованием масла, а для работы водокольцевых насосов применяется вода.

Основными преимуществами водокольцевых насосов являются:

отсутствие трущихся рабочих органов, т. к. уплотнением между ротором и статором является слой воды.
экологичность
компактность
низкий уровень шума.

Однако водокольцевые насосы обладают более низким производительностью, сложны в эксплуатации и работают только при положительных температурах.

Схема водокольцевого вакуумного насоса

Пластинчато-роторные насосы отличаются высокой эксплуатационной надежностью и
высокой производительностью. Маслянные насосы могут работать при минусовых температурах.
Недостатками пластинчато-роторных насосов можно назвать:

высокий уровень шума
сложное сервисное обслуживание
более высокая цена, по сравнению с водокольцевыми насосами.

Схема пластинчато-роторного насоса

1 - ротор; 2 - корпус; 3 - прямоугольные пластины; 4 и 7 - патрубки; 5 и 6 - рабочая полость насоса. Стрелками указано движение воздуха (области всасывания воздуха и нагнетания вакуума).

Вакуумные станции

Вакуумные станции устанавливаются в доильных системах для создания вакуумметрического давления. Они также применяются в других отраслях народного хозяйства, где требуется создание стабильного вакуума.
Вакуумные станции состоят из емкости для воды и насосного агрегата (вакуумного насоса), установленного на емкости и электродвигателя. В зависимости от требуемой мощности вакуумная станция комплектуется одним, двумя или большим количеством вакуумных насосов.