Класифікація і типи доїльних апаратів

Основним елементом доїльної машини, що безпосередньо здійснює видоювання молока, є доїльний апарат. Для вилучення молока з цистерн вимені і дійок необхідно створити різницю тисків над і під сфінктером, достатню для його відкривання і подолання гідравлічних втрат напору. Залежно від способу створення цієї різниці тисків доїльні апарати поділяються на витискні і висмоктуючі.

Створення механічних доїльних апаратів були спрямовані на розробку робочих органів, що імітують взаємодію дояра з дійкою під час ручного доїння, тобто витискуючого типу. Такі доїльні апарати не знайшли широкого практичного застосування в основному через складність і недосконалість конструкції. Всі сучасні доїльні апарати є висмоктувального (вакуумного) типу (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Загальна будова доїльного апарата:

1 – доїльне відро; 2 – колектор; 3 – доїльні стакани; 4 – молочний шланг; 5 – повітряний шланг змінного тиску;

6 – пульсатор; 7,9 – повітряні шланги постійного вакуумметричного тиску; 8 – трійник; 10 – кришка відра

Робочими органами доїльного апарата, що здійснюють процес доїння і безпосередньо взаємодіють з твариною, є доїльні стакани. Розрізняють два типи доїльних стаканів – однокамерні і двокамерні (рис. 7.2). Нині в основному використовуються двокамерні доїльні стакани.

За принципом роботи доїльних стаканів доїльні апарати поділяються на дво- і тритактні. Під тактом тут розуміють період часу, протягом якого залишається фізіологічно незмінна дія доїльного апарата на тварину. Період часу, протягом якого проходить чергування різнойменних тактів, називається циклом. Робочий цикл тритактного доїльного апарата складається з тактів: ссання, стиск, відпочинок, а двотактного лише із тактів: ссання і стиск.

Такт ссання призначений для виведення молока з дійки. Такт стиску призначений для масажу вимені і стимуляції процесу молоковіддачі. Такт відпочинку призначений для відновлення кровообігу в дійці.

Поширенішими є двотактні доїльні апарати із тактами ссання і стиску. Таке поєднання тактів дає змогу значно спростити конструкцію і скоротити тривалість доїння, підвищується надійність роботи апарата.

Існуючі двотактні доїльні апарати, які по різному взаємодіють з дійками та працюють за такими схемами: однойменні такти відбуваються і змінюються водночас у всіх стаканах (одночасне доїння); у двох стаканах здійснюється такт ссання, у двох інших у цей самий час — такт стиску (попарне доїння).

Основний недолік двотактних доїльних апаратів — підвищена загроза порушення кровообігу в дійках у разі несвоєчасного вимикання доїльного апарата (явище «сухого» доїння).

Таблиця 7.1

Загальна характеристика доїльних апаратів

7.2. Загальна будова доїльного апарата

Доїльний апарат — це виконавчі елементи доїльної машини, які забезпечують виведення молока з дійок за допомогою вакууму. Вони мають підвісну частину, до якої входять колектор та комплекти доїльних стаканів (гільз), комплекту молочних і вакуумних трубок та шлангів, з’єднані кільцями, а також ручка, на якій встановлено пульсатор і за допомогою якої апарат під’єднують до вакуум- і молочного трубопроводів.

Доїльний апарат складається з чотирьох доїльних стаканів, колектора, пульсатора, комплекту молочних і вакуумних шлангів та трубок, а також доїльного відра (у разі доїння в переносні відра).

7.3. Загальна будова та призначення елементів доїльних апаратів

Незалежно від типу, марки та конструктивних особливостей, основні елементи доїльних апаратів мають чітко визначені функції.

Доїльні стакани — безпосередньо видоюють молоко та складаються лише з двох основних деталей: гільзи з патрубком для повітряної трубки змінного тиску та дійкової гуми з молочною трубкою (верхня частина якої переважно закінчується присоскою). Крім того, окремі види доїльних стаканів можуть мати в будові стопорні кільця, оглядові конуси, збільшену присоску із спеціальним каліброваним отвором для поліпшення транспортування молока з піддійкової камери та інші конструктивні особливості. Гарантійний строк служби дійкової гуми — один рік від дня виготовлення, зокрема 900 год. чистої роботи (доїння). Після спрацювання дійкову гуму замінюють на нову.

Рис. 7.2. Схеми роботи доїльних стаканів:

І, II — однокамерного відповідно з незмінними і змінними розмірами присоска;

III — двокамерного; а — такт ссання; б — такт стиску; в — такт відпочинку;

1 — гільза; 2 — гумовий присосок; 3 — дійкова гума; 4 — міжстінкова камера;

5 — піддійкова камера.

Колектор — розподіляє вакуум у міжстінкові та піддійкові камери доїльних стаканів, збирає від них молоко і спрямовує його в молочний шланг, крім того, за тритактного доїння забезпечує періодичну подачу атмосферного повітря в піддійкові камери доїльних стаканів і цим самим створює такт відпочинку.

Рис. 7.3. Колектор доїльного апарата двотактного виконання з камерами змінного (І_к) і

постійного вакууму (ІІ_к):

а – загальний вид, б – перетин колектора; 1 – гвинт, 2 – розподільна камера,

3 – корпус, 4 – гумова прокладка, 5 – молочна камера, 6 – клапан, 7 – гумова шайба,

8 – патрубки молочні, 9 – вхідний патрубок розподільної камери,

10 – вихідні патрубки розподільної камери, 11 – вихідний патрубок молочної камери

Пульсатор — перетворює постійний вакуум на пульсивний, тобто такий що чергується з атмосферним тиском.

Молочні та повітряні шланги і трубки (комплект) сполучають перелічені вище вузли в єдину систему (доїльний апарат) і водночас є магістралями для проходження повітря змінного тиску й молока.

ис. 7.4. Пульсатор АДУ 02.00 (нерегульований) доїльного апарата

АДУ-1 (основного виконання):

ПП — повітряний патрубок; ПЗВ — патрубок змінного вакууму; ППВ — патрубок постійного вакууму; І_п — камера постійного вакууму; ІІ_п, ІV_п — камери змінного вакууму; ІІІ_п — камера атмосферного тиску; 1, 10, 15 — гайки;

2, 6 — прокладки; 3 — накривка; 4 — клапан; 5 — обойма; 7 — корпус; 8 — мембрана; 9 — гумове кільце;

11 — дросель; 12, 13 — канали з’єднання камер; 14 — втулка

7.4. Робота двотактного доїльного апарата

Принцип роботи доїльного апарата АДУ-1 у двотактному варіанті ілюструє рис. 7.5. Після під’єднання доїльного апарата до вакуумпроводу повітря відсмоктується з доїльного відра 8, молочного шланга 16, камери ІІк колектора (клапан колектора перед цим слід підняти) та піддійкових камер 13 доїльних стаканів. Водночас повітря відсмоктується з камери Іп пульсатора. У камері ІVк пульсатора в цей час тиск атмосферний. Під дією різниці тисків над і під мембраною (у камері Іп – вакуум, у камері ІVп – атмосферний тиск) вона прогинається вгору і підіймає клапан 4. При цьому камера ІІп роз’єднується з камерою ІІІп і з’єднується з камерою Іп. Вакуумуються камера ІІп пульсатора, патрубок 19, повітряний шланг 9, розподільна камера ІVк колектора, повітряні трубки 10, міжстінкові камери доїльних стаканів. Отже, у піддійкових 13 і міжстінкових камерах створюється вакуум. Дійкова гума випрямляється, за рахунок різниці тисків сфінктер дійки відкривається і розпочинається такт ссання.

Рис. 7.5. Схема роботи уніфікованого доїльного апарата АДУ-1 двотактного виконання:

а — такт ссання; б — такт стиску; І_п, І_к — камери постійного вакууму відповідно пульсатора і колектора;

ІІ_п, ІV_п, ІV_к — камери змінного вакууму пульсатора і колектора;

Ш_п — камера постійного атмосферного тиску пульсатора;

В — вакуум-провід; 1 – гайка; 2 — прокладка; 3 — накривки; 4 — клапани; 5 — обойма; 6 — мембрана;

7 — з’єднувальний канал; 8 — доїльне відро; 9, 10 — відповідно шланг і трубка змінного вакууму; 11 — гільза стакана;

12 — вим’я; 25 — піддійкова камера; 14 — молочний патрубок; 15 — фіксатор клапана; 16, 17 — молочний і вакуумний шланги; 18, 19 — патрубки відповідно постійного і змінного вакууму пульсатора

Під дією вакууму молоко відсмоктується з молочних цистерн дійок, молочною трубкою надходить у камеру колектора, а потім шлангом 16 – у доїльне відро 8. Повітря крізь паз на торцевій частині стержня клапана 18 підсмоктується в камеру Ік і забезпечує інтенсивне відведення молока з колектора в доїльне відро.

Повітря поступово відсмоктується нерегульованим каналом 7 із камери керування IVп пульсатора. В результаті тиск повітря на мембрану з боку камери IVп зменшується і під дією атмосферного тиску з камери IIIп клапан 4 опускається. При цьому він роз’єднує камери змінного ІІп та постійного Іп вакууму і водночас сполучає камеру ІІп з ІІІп атмосферного тиску. Повітря з камери ІІп пульсатора шлангом через розподільну камеру IVк колектора надходить у міжстінкові камери доїльних стаканів. Оскільки в піддійкових камерах 13 підтримується вакуум, а в міжстінковій камері створюється атмосферний тиск, то під дією різниці тисків дійкова гума стискає дійку і закриває її сфінктер. Відбувається такт стиску: дійкова гума масажує дійки. Внаслідок цього прискорюються кровообіг у дійках і припуск молока в молочні цистерни.

Водночас повітря з камери ІІп пульсатора каналом 7 надходить до камери керування IVп. Площа клапана, що перебуває під дією атмосферного тиску з боку камери ІІІп значно менша за площу мембрани з боку камери IVп, тому мембрана прогинається вгору. При цьому переміщується вгору і клапан пульсатора. Він знову роз’єднує камери IIIп і IIп, а камеру IIп з’єднує з камерою Іп. Внаслідок цього в міжстінкових камерах стаканів знову створюється такт ссання нового циклу. Процес доїння повторюється. Технічні характеристики наведені у табл.. 7.1.

Доїльний апарат MU210 шведської фірми “Де Лаваль” (DeLaval) з використанням функції “Дуовак” (рис. 7.6), забезпечує попарне доїння вимені з фіксованим співвідношенням тактів ссання і стиску 70:30 (65:35; 60:40). За постійної частоти пульсацій на режимах низького та високого вакууму, забезпечує три фази роботи апарату. З метою зниження шкідливої дії високого вакуумметричного тиску на початку та в кінці доїння апарат автоматично переводить роботу доїльного апарата:

при інтенсивності молоковіддачі до 0,2 кг/хв на вакуум 33 кПа з частотою 48 пульсацій за хвилину на режим низького вакууму;

при молоковіддачі більше 0,2 кг/хв – на режим високого вакууму, відповідно, 50 кПа і 60 пульсацій за хвилину.

Після під’єднання апарата через молочний кран 12 до вакуумно-молокопровідної системи повітря відсмоктується з блоку керування 6, пульсатора 5 та молоко приймача 7.

Рис. 7.6. Загальна будова доїльного апарату MU210 з функцією «Дуовак» – для доїння в молокопровід:

1 – молокопровід; 2 – вакуумпровід; 3 – колектор (HCC-150); 4 – доїльні стакани;

5 – пульсатор; 6 – блок керування; 7 – регулятор з датчиком потоку молока (молоко приймач); 8 – шланг постійного вакууму; 9 – шланги змінного тиску; 10 – молочний шланг змінного вакууму; 11 – молочний шланг; 12 – молочний кран

Блок керування має два режими низького або високого вакууму. При обох режимах в камері IБК блока керування створюється вакуум 50 кПа.

Режиму низького вакууму (рис. 7.7 б) відповідають дві фази стимуляції (масажу/стиску) та додоювання. При цьому, шток 8 і поплавок 7 знаходяться на дні камери IIIМ молокоприймача. Все молоко встигає пройти через дренажний отвір, розташований в нижній частині штока 8. Магнітний клапан 5 знаходиться у крайньому верхньому положенні і закриває отвір, що сполучає камери блока керування IIIБК з атмосферою. Клапан 5 утримується у верхньому положенні за рахунок взаємного притягування з датчиком-магнітом 6, розташованим у внутрішній камері поплавка 7. За рахунок цього відбувається вирівнювання тиску в камерах I_БК і III_БК. Створене в камері IIIБК розрідження стискує сильфон 12 та мембрану 2 вирівнює (тиски вирівнюються) та піднімає клапан керування 3 в гору. При цьому, камера II_БК роз’єднується з камерою I_БК нижньою частиною клапана 3, одночасно обидві камери сполучаються через дросельний клапан 4, у камері II_БК установлюється постійний вакуум 33 кПа. Такий самий рівень вакууму встановлюється у пульсаторі, колекторі та камері IV_М регулятора 9 молокоприймача. За рахунок різниці тисків над мембраною (в камері IV_М 33 кПа) і під мембраною (в камері III_М постійно підтримується 50 кПа), мембрана 10 прогинається вниз і дроселює тиск, що сполучає камери III_М і патрубка II_М. Така послідовність призводить до зменшення вакууму в молокопідвідному патрубку до 33 кПа. Такий вакуум встановлюється і у піддійкових камерах доїльних стаканів.

Рис. 7.7. Схема роботи блоку керування, датчика потоку молока та регулятора доїльного апарату з функцією «Дуовак»:

а – фаза «доїння»; б – фаза «масажу/додоювання»; I_БК – камера постійного вакууму блоку керування;

II_БК, III_БК, IV_БК, IV_М – камери змінного вакууму відповідно блоку керування та регулятора молокоприймача;

I_М, II_М – патрубки відведення та підведення молока; III_М – молокоприймальна камера;

1 – корпус блоку керування; 2 – мембрана; 3 – клапан керування; 4 – клапан дросельний; 5 – клапан магнітний;

6 – датчик-магніт; 7 – поплавок; 8 – шток;  9 – кришка регулятора; 10 – мембрана регулятора; 11 – дренажна трубка керування; 12 – сильфон-клапан

Завершення надходження молока в молокоприймач та стиснення сильфон-клапана 12 дозволяє візуально визначити завершення процесу доїння корів.

Режим високого вакууму (рис. 7.7 а) відповідає фазі доїння. За рахунок збільшення молоковіддачі (більше 0,2 кг/хв.) молоко не встигає проходити через дренажний отвір в нижній частині штока 8. В результаті поплавок 7 спливає, підіймаючи в свою чергу, шток 8. Сила взаємодії між магнітами 5 і 6 зменшується. Клапан-магніт 5 опускається під власною вагою, за рахунок чого атмосферний тиск надходить в камеру III_БК. Внаслідок різниці тисків над клапаном 5 (атмосферний тиск) і під ним (вакуум) він утримується в крайньому нижньому положенні, роз’єднуючи камери III_БК і I_БК. Через відсутність розрідження у камері III_БК (під дією різниці тисків) мембрана 2 прогинається вниз. З’єднаний з мембраною клапан керування 3 приймає нижнє положення. Камера II_БК сполучається з камерою I_БК, тиск в обох камерах вирівнюється і стає рівним 50 кПа. Так як в камері III_БК встановлюється атмосферний тиск, сильфон 12 за рахунок пружності гофрованої гуми вирівнюється..

У камері III_М при піднятому поплавку 7 молоко може вільно виходити через камеру патрубка I_М у молокопровід 1 (рис. 7.7). Оскільки в камері II_БК величина вакууму становить 50 кПа, то такий же тиск буде і в камері IV_М над мембраною регулятора 10. Так як тиски в камерах III_М і IV_М однакові, мембрана 10 вирівнюється з’єднуючи камери III_М і II_М. в результаті чого у піддійкових камерах доїльних стаканів встановлюється вакуумметричний тиск величиною 50 кПа.

Водночас повітря відсмоктується з камери II_БК і камери III_П гідропульсатора, який з’єднаний за допомогою адаптера з блоком керування.

Схема роботи пульсатора показана на (рис. 7.8). Гідропульсатор має камеру постійного вакууму III_П, яка з’єднана з міжстінковими камерами двох пар доїльних стаканів; камеру атмосферного тиску IV_П; дві керуючі камери змінного вакууму V_П, VI_П і дві гідравлічні камери I_П і II_П, з’єднані між собою пустотілим штоком 2 з каліброваним отвором 3, які заповнені малов’язкою рідиною. Гідравлічні камери I_П і II_П відокремлені від керуючих камер V_П, VI_П за допомогою мембран. Крім того, гідропульсатор забезпечений механізмом управління для перемикання вакууму. Він має повзун 4 для переключення живлення вакуумом патрубки 5 і 6, розподільчий повзун 10 для переключення живлення вакуумом керуючої камери VП або VIП.

Рис. 7.8. Схема роботи доїльного апарату з функцією «Дуовак»:

а – такт ссання в парі стаканів справа і такт стиску в парі стаканів зліва;

б – такт ссання в парі стаканів зліва і такт стиску в парі стаканів справа;

1, 12 – мембрана; 2 – шток; 3 – калібрований отвір; 4 – повзун; 5, 6 – патрубки змінних тисків; 7 – поводок;

8 – водило; 9 – обойма; 10 – повзун розподільний; 12 – установлювальна шайба

Поводок 7 з’єднаний через вісі з корпусом пульсатора та повзуном 4, який переміщується з допомогою виступів, встановленим на штокові 2.

Гідропульсатор працює наступним чином. В момент включення вакууму (рис. 7.8 а) розподільчий повзун 10 з’єднує камеру постійного вакууму III_П з керуючою камерою V_П , а повзун 4 камеру III_П з патрубком 5. Камера VI_П і патрубок 6 з’єднані з камерою атмосферного тиску IV_П. При цьому вакуум із камери III_П через патрубок 5, гумовий шланг, розподільчу камеру колектора заповнює міжстінні камери III_К двох доїльних стаканів. В цих стаканах проходить такт ссання. Атмосферне повітря із камери IV_П через патрубок 6, гумовий шланг і розподільчу камеру колектора II_К надходить в міжстінкові камери двох інших доїльних стаканів. Дійкова гума в стаканах стискується і в них проходить такт стиску/масажу. Вакуум в камері V_П переміщує мембрану з штоком вліво, рідина із камери II_П через шток 2 і калібрований отвір 3 в ній перетікає в камеру I_П .

При досягнення мембрани крайнього лівого положення переключення за допомогою повода з водилом 8 у вигляді пласкої пружини переміщує повзун 10 вліво. При цьому в проміжному положенні повзуна 4 обидва патрубки 5 і 6 заповнені вакуумом, тобто в міжстінкових камерах пар доїльних стаканів діє вакуум (завершується/розпочинається). В цей момент проходить такт ссання у всіх чотирьох стаканах. При подальшому переміщенні повзунка 4, останній з’єднує патрубок 6 тільки з камерою III_П , а патрубок 5 з камерою атмосферного тиску VI_П. (рис. 7.8 б).

Рідина в гідравлічних камерах I_П і II_П і переріз каліброваних отворів в штоці підібрані таким чином, що при вакуумі в камері постійного вакууму III_П, рівно 50 кПа, пульсатор працює з частотою 60 пульсацій за хвилину, а при зниженні вакууму до 33 кПа — з частотою 48 пульсацій за хвилину.

Така конструкція забезпечує попарне видоювання дійок вимені при збільшенні такту ссання до 70%. При цьому досягається висока швидкість доїння і зберігається м’якість дії апарата на соски вимені.