Учет надоев от группы коров, закрепленных за дояркой, при доении в стойлах в молокопровод

Для проведения контрольных доек предусматривались специальные прозрачные переносные 10-литровые молокомеры. Примерно такая же схема была использована при создании  первой в  СССР серийной доильной установки с молокопровода ДУ- 150.

Учет надоев со  сбором молока от группы коров в отдельные резервуары имел  существенные недостатки.  Молоко в течение всей дойки не охлаждалось. Промывка молочного резервуара осуществлялась вручную и, как следствие, качество получаемого молока было низким. Для устранения этих недостатков в начале 70-х годов прошлого столетия был разработан и изготовлен специальный вакуумированный резервуар-охладитель ТОВ - 1 , однако из-за большой массы, габаритов и неудовлетворительных технико-экономических показателей он не нашел применения.

Для группового учета надоев предлагались различные конструкции, из которых два устройства прошли государственные испытания и были запущены в производство. Это были барабанный и лотковый счетчики. Однако по ряду причин эксплуатационного характера они не нашли широкого применения.

В конце 70-х годов работниками Резекненского завода доильных установок был запатентован автоматический дозатор молока для группового учета молока, состоящий  из накопительной (1) и измерительной (2) камер, поплавка (3) с клапаном  (4) в измерительной камере и вертикально расположенного полого штока (5) в направляющей втулке (6) крышки накопительной камеры. Крышка снабжена патрубками, куда подключены молокопровод и вакуумпровод. Накопительная камера служит для приема молоковоздушной смеси из молокопровода и выделения из него воздуха. В верхней части штока на боковой поверхности сделано отверстие (7) для  впуска  атмосферного  воздуха. При полном заполнении измерительной камеры молоком поплавок с клапаном и шток  находится в верхнем положении. Клапан (4) при этом отделяет накопительную камеру от измерительной.  В начальный  период клапан открыт и молоко из молокопровода через накопительную камеру и кольцевую щель между её днищем и клапаном поступает вниз в измерительную камеру, а воздух из измерительной камеры по мере её заполнения молоком вытесняется вверх в накопительную  камеру. Такое встречное движение потоков молока и воздуха сопровождается обильным воздухонасыщением и пенообразованием и соответственно дестабилизацией жировой фазы в молоке. После  заполнения измерительной камеры молоком поплавок всплывает,  и клапан отделяет её от накопительной камеры. Атмосферный воздух через боковое отверстие и полость штока   поступает в  измерительную камеру и вытесняет молоко по шлангу в молокопровод. После опорожнения измерительной камеры поплавок с клапаном за  счет своего веса опускается вниз и после выравнивания давления в камерах молоко из накопительной камеры заполняет  измерительную камеру и процесс повторяется.

Суммарный удой определяют по количеству заполнений измерительной камеры. В начале 80-х сотрудниками ВИЭСХа  была предложена и запатентована схема молокопровода с расположением дозаторов в коровнике с  транспортировкой молока в молочную по транспортному молокопроводу. По результатам приемочных испытаний  в 1984 году предложенная  схема была рекомендована для внедрения.  По такой схеме  сегодня  комплектуются и поставляются молокопроводы в России, Украине и Белоруссии.

Многолетний опыт использования рассматриваемой конструкции дозатора молока выявил два его существенных недостатка: интенсивная дестабилизация жировой фазы молока и, как результат, «потеря» жирности молока: плохая промываемость  отдельных узлов при циркуляционной промывке.

Под стабилизацией жировой фазы понимают процесс разрушения основного стабилизирующего агента  - оболочки жировой частицы и образование из них первичных масляных конгломератов. По соотношению количества образовавшихся первичных масляных конгломератов  к исходному содержанию жира оценивают степень дестабилизации. Согласно флотационной теории маслообразования, предложенной  и развитой за рубежом Хольвертом и Ван Дамом,  а в СССР – А.Белоусовым, жировые шарики, сталкиваясь с воздушными пузырьками, ведут себя как гидрофобные частицы, т.е. флотируются на поверхности раздела фаз «воздух – плазма»  молока. Вакуум, положенный в основу доильной машины, предопределяет образование и наличие в доильных установках молоковоздушных смесей. Установлено, что при коэффициенте  расходного воздухосодержания β>0,75 суммарная  поверхность раздела фаз молоко- воздух составила 10 м2 на 1 литр молока.

На рис.  2   показаны фотографии, полученные в ВИЭСХе и демонстрирующие процесс агрегатирования жировых шариков воздушным пузырьком в свежевыдоенном молоке. По А. Белоусову причиной флотации является различная поверхностная активность липопротеинового компонента оболочки жировых шариков и белков плазмы. При соприкосновении жирового шарика с воздушным пузырьком наиболее поверхностно- активные компоненты оболочки жировых шариков переходят на пограничную поверхность с вытеснением из нее белков плазмы в молоко.

 Дестабилизация жировой фазы сопровождается разрушением белковой оболочки жировых шариков и образованием масляных конгломератов,  которые за счет сил адгезии оседают на внутренней поверхности дозатора, молочного шланга и молокопровода. Прилипшие к стенкам масляные конгломераты можно наблюдать визуально. К сожалению, многие из них, особенно в верхней части камер, не смываются молоком при доении  и безвозвратно теряются при промывке. По данным ряда исследований, <потери> жира в выдоенном молоке составляют от 0,1 до 0,3 процентов. Нетрудно  посчитать, что при продуктивности животных 5000л потери хозяйства в коровнике на 200коров за счет снижения жирности сдаваемого молока только на 0,1% по средним действующим ценам составят порядка 120 000руб в год. Интенсивная  дестабилизация жировой фазы в данном случае происходит по следующим причинам: в начальный период заполнения измерительной камеры встречные потоки молока  и вытесняемого из камеры воздуха создают условия для обильного воздухонасышения  и пенообразования. При этом, за  счет флотирующего действия воздушных пузырьков связанного также с действием сил адгезии происходит образование масляных конгломератов. На фотографиях показан процесс образования масляного конгломерата в свежевыдоенном молоке за счет флотирующего действия воздушного пузырька/ 1/.
 
Рис. 3.23. Процесс флотации жировых частиц воздушным пузырьком
в свежевыдоенном молоке (а, б, в, г) [189]

В начале процесса опорожнения измерительной камеры струя атмосферного воздуха поступающего из полости штока имеет большую скорость и барботируется в молоко, вызывая обильное воздухонасыщение и пенообразование и по ранее указанным причинам образуются масляные конгломераты. По мере опорожнения камеры в её верхней части образуется воздушная полость за счет уменьшения разности давлений скорость струи воздуха уменьшается. На заключительной стадии опорожнения камеры от молока происходит отсос атмосферного воздуха  в молокопровод, при котором также происходит  обильное воздухонасыщение и пенообразование оставшегося в шланге молока. После выравнивания давлений в камерах и открытия клапана молоко из накопительной камеры поступает в измерительную. При этом струя поступающего молока падает на поверхность ранее поступившего молока. Такая подача молока также сопровождается обильным пенообразованием и дестабилизации ей жировых частиц. По этой причине Международный стандарт ISO 5707 2007 не рекомендует такую подачу молока.

При промывке коммутация потоков моющей жидкости и воздуха происходит также как и  при доении. При этом моющая жидкость не омывает верхнюю часть накопительной камеры и крышку, так как переполнение накопительной камеры приведет фактически к отключению вакуума от молокопровода  что недопустимо. То же самое происходит с обмывом верхней поверхности измерительной камеры. По этой причине для поддержания дозатора в хорошем санитарном состоянии необходима его ручная очистка с разборкой, что не соответствует современным требованиям.

Главной причиной отмеченных эксплуатационных недостатков серийного дозатора молока использование одного и того же   алгоритма коммутации потоков жидкости и воздуха доения и промывки, к которым предъявляются абсолютно разные технологические требования. А это в свою очередь обусловлено самой принципиальной схемой дозатора.

В ВИЭСХ и НПП «ФЕМАКС» предложен и запатентован автоматический учетно-транспортный блок (УТБ) в котором отдельно для доения и  промывки  предусмотрен свой алгоритм коммутации и режим потоков жидкости и воздуха, наилучшим образом учитывающий технологические требования и специфику процессов. Принципиальная схема УТБ -50 представлена на рис. 2. 

Принципиальная схема учетно-транспортирующего блока (УТБ-50) представлена  на рис. 2.20.
    
Рис. 2.20. Принципиальная схема учетно-транспортирующего блока (УТБ-50)

УТБ-50 содержит соединенную с молокопроводом 1 приемную камеру 4, которая через обратный клапан 6 сообщается с измерительной камерой 5.
Измерительная камера 5 молочным шлангом 2 с обратным клапаном 7 соединена с транспортным молокопроводом 15, расположенным над кормовыми проездами с уклоном в молочную. Измерительная камера 5 соединена также с воздушным (атмосферно-вакуумным) клапаном 11, который подключен к центральному штуцеру приемной камеры 4, а управляющая камера которого присоединена к электромагнитному пневмоклапану 9 (КЭБ-420), установленного в блоке управления 8.

В измерительной камере 5 установлен поплавковый датчик уровня 13 с двумя магнитоуправляемыми герконами соответственно для верхнего и нижнего уровня молока. Объем молока от нижнего до верхнего уровня составляет 1 литр. Датчик уровня 13 электрически связан с блоком управления 8, в состав которого входит электромагнитный пневмоклапан 9 (КЭБ-420), дисплей для индикации надоя, кнопки управления (ручная откачка молока, сброс показания). Отдельно в молочной имеется тумблер «доение - промывка». Блок управления 8 соединен с вакуумпроводом 13 и с блоком питания (24 В).

Шланг откачки 2 через тройник соединен с промывочным пневмоклапаном 3, соединенным с центральным штуцером приемной камеры 4. На входе центрального штуцера в камеру 4 установлен разбрызгивающий диск. Пневмоклапан 3 управляется электромагнитным пневмоклапаном 16, присоединенным к вакуумпроводу 14 и блоку управления 8.

При отказе электронного блока управления 8, управление работой воздушного клапана 11 осуществляется путем подключения пульсатора ДД-4-1М (поз.17).

Перед началом доения открывают кран-переключатель 12, соединяя приемную камеру 4 с вакуумпроводом. Устанавливают тумблер в положение «доение», при котором электромагнитный пневмоклапан 16 выключен и соединяет управляющую камеру промывочного клапана 3 с атмосферой, и клапан 3 отделяет молочный шланг 2 транспортировки молока от приемной камеры 4. При отсутствии молока в измерительной камере поплавок датчика 13 находится в нижнем положении и замыкает нижний геркон. Электромагнитный клапан 9 выключен и соединяет управляющую камеру клапана 11 с вакуумом. В этом положении воздушный клапан клапана 11 закрыт, а вакуумный - открыт и подает вакуум от центрального штуцера приемной камеры 4 в измерительную 5.

При доении (рис.2.20) молоко от доильных аппаратов попадает в молокопровод 1 и из него стекает в приемную камеру 4. Поскольку уровень вакуума в приемной 4 и измерительной 5 камерах одинаков, молоко самотеком через обратный клапан 6 поступает в камеру 13. Уровень молока в камере - 5 повышается и поплавок в верхнем положении замыкает геркон, который включает пневмоклапан 9. Последний подает атмосферу в управляющую камеру клапана 11 и происходит переключение воздушного и вакуумного клапанов клапана 11.

В результате клапан 11 соединяет измерительную камеру 5 с атмосферой, под действием которой закрывается обратный клапан 6 и молоко вытесняется из измерительной камеры через обратный клапан 7 и молочный шланг 2 в транспортный молокопровод 15 до нижнего уровня, при котором поплавок датчика 13 замыкает нижний геркон. Последний выключает пневмоклапан 9 и происходит обратное переключение клапана 11 и включение сумматора удоя. Система переходит в первоначальное положение. Клапан 11 соединяет измерительную камеру 5 с приемной 4, давление в них выравнивается, и очередная порция молока поступает из приемной в измерительную камеру. Обратный клапан 7, при этом, под действием столба молока в шланге 2, закрыт.

Перед началом промывки закрывают кран-переключатель 12, чтобы моющая жидкость могла попасть в дальний от молочной УТБ и поступить в контур циркуляции. (В данном случае схема относится к ближнему к молочной УТБ).

Тумблер ставят в положение «промывка», при котором электромагнитный пневмоклапан 16 включается и соединяет управляющую камеру пневмоклапана 3 с вакуумом. Клапан 3 соединяет транспортный молочный шланг 2 с центральным штуцером приемной камеры 4.
Работа УТБ при наполнении и опорожнении измерительной камеры 5 происходит аналогично с режимом «доение» за исключением следующих моментов:

Отличительной особенностью УТБ-50 от  ранее описанного серийного дозатора  типа АДМ - 52  является следующее:
  - в режиме заполнения измерительной камеры поступление молока и эвакуация

Вытесняемого из камеры воздуха происходит по разным  каналам,  что позволяет избежать смешивания поступающего молока с вытеснямым воздухом и тем самым дестабилизации жировой фазы. Кроме того молоко   поступает по молоковводу в нижнюю часть камеры, что исключает удар струи поступающего молока по поверхности  молока  в камере.

   - при опорожнении мерной камеры впуск воздуха осуществляется через патрубок с существенно большим (почти в 16 раз) сечением по сравнению с сечением полого штока в серийном дозаторе. По этой причине скорость поступающего в камеру воздуха в начальный момент более чем на порядок меньше  чем в серийном дозаторе и тем самым исключается пенообразование за счет проникновения струи воздуха в молоко.

Кроме того в шланге, по которому транспортируется молоко в молокопровод, установлен обратный клапан препятствующий возвратно-поступательному движению молоковоздушной пробки и тем самым препятствующий дестабилизации жировой фазы,

 - При промывке включается клапан промывки, который часть промывочной жидкости через тройник направляется на разбрызгиватель и промывается верхняя часть и крышка накопительной камеры . В измерительной камере при достижении моющей жидкостью верхнего уровня введена в алгоритм временная задержка обеспечивающая переполнение измерительной камеры вплоть до воздушного клапана. При этом происходит промывка верхней части и крышки измерительной камеры, включая шланг соединяющий камеру с воздушным клапаном. При опорожнении камеры от моющей жидкости и достижении датчика нижнего уровня также включается временная задержка , которое обеспечивает  полное опорожнение камеры и шланга от остатков моющей жидкости и загрязнений.

Предложенным устройством комплектуются доильные установки УДМ -100, УДМ-200 производимые НПП «Фемакс». Кроме того, есть большой положительный использования УТБ-50 на импортных доильных установках.