PĘD PRZEPŁYWU POWROTNEGO W NIEKTÓRYCH APARATACH UDOJOWYCH. Instytut Mechanizacji Rolnictwa AR we Wrodławiu

(1)

ZESZYTY PROBLEMOWEPOSTEPOW NAUK ROLNICZYCH 1993 z. 410

PĘD PRZEPŁYWU POWROTNEGO W NIEKTÓRYCH APARATACH UDOJOWYCH

Marian Wiercioch, Józef Szlachta, Deta Łuczycka

Instytut Mechanizacji Rolnictwa AR we Wrodławiu

Synopis: Przedstawiono wyniki badań wpływu rozwiązania aparatu udojowego na intensywność przepływu powrotnego powstałego w wyniku pulsacyjnego charakteru pracy gumy strzyko-

wej.

Słowa kluczowe: dój maszynowy, aparat udojowy, parametry doju, przepływ powrotny

WSTĘP

Szkodliwy wpływ dojarki mechanicznej na stan zdrowotny dojonych krów może wynikać z obecności przepływu powrotnego. W jego efekcie dochodzi do przenoszenia mikroorganizmów chorobotwórczych między wymionami wiełu krów względnie między strzykami jednej krowy [2].

Wyróżnia się trzy jego formy: przepływ strumieniowy, poprzeczny oraz ude- rzenia [1]. Przepływ powrotny strumieniowy i poprzeczny powstaje w normal- nych warunkach pracy kubka udojowego i związany jest z występowaniem cyklicznych wahań podciśnienia od pulsacyjnie pracujących gum strzykowych [4]. Intensywność tego niekorzystnego zjawiska może być jednak zróżnicowana i w znacznym stopniu uzależniona od rozwiązań konstrukcyjnych aparatu udojowego - stosowanej pulsacji, rodzaju i wymiarów gumy strzykowej oraz wielko- ści i rozwiązania konstrukcyjnego kołektora. Dane literaturowe na ten temat są

bardzo fragmentaryczne i dość często oparte tylko na przypuszczeniach i domy- słach.

(2)

60 M. WIERCIOCH, J. SZLACHTA, D. ŁUCZYCKA CEL PRACY

Celem pracy było określenie wielkości przepływu powrotnego powstałego w wyniku pulsacyjnego charakteru pracy gumy strzykowej w trakcie przeprowa- dzania doju symulowanego za pomocą różnych aparatów udojowych.

ZAKRES I METODYKA BADAŃ

Badania przeprowadzono na stanowisku pomiarowym (rys. 1) na którym instalowano kolejno jeden z 32 wariantów pomiarowych zbudowanych na bazie klasycznego aparatu udojowego. Ich oznaczenia przedstawia tabela 1. Utworzo- no je stosując pulsację przemienną i jednoczesną o stosunku pulsów 7 :3 i częstości 60 pulsów na minutę w układach doju do bańki oraz do rurociągu. Warianty różniły się konstrukcją kolektora, gumy strzykowej oraz sposobem doprowadze- nia powietrza do kolektora z góry lub z dołu. Użyto kolektor mały o pojemności 35 cm? i duży o pojemności komory mlecznej 145 em. W badanych wariantach stosowano dwa typy gumy strzykowej - klasyczną Alfa-Laval 96.0000-1 oznaczo- ną symbolem P-1 oraz opracowaną w IMR AR we Wrocławiu gumę zmodyfiko-

R R R R

loop

oscillograph | a

oscylograf ets

ан ee =

H-147/1

N Са +

Yh ii s

x \ RL на a”

SEK

XN 1

mostek ‘An an ит!

tensomet- | sa)

ak lace Sh = itis pulsacja

resistance claw ~~ pulsation

bridge W= Ż5cm? do bańki

\Ук= 415 ere to bucket

do rurociagu to pipeline Rys. 1. Schemat stanowiska pomiarowego

Fig. 1. Scheme the testing installation

(3)

PED PRZEPLYWU POWROTNEGO... 61

wana 1/2 charakteryzujaca sie zmienionym w stosunku do gumy klasycznej kształtem części trzonowej i zwiększonym przekrojem króćca gumy.

Tabela 1 Zestawienie badanych wariantów aparatów udojowych

Tested variants of milking unit

Oznaczenia , Sposób doprowa-

wariantów Rodzaj gumy System doju Kolektor dzenia powietrza

dla pulsacji w kolektorze

em* em*

1 1* x x x x

2 2 x x x x

3 3* x x x x

4 4* x x x x

5 5* x x x x

6 6* x x x x

7 7 x x x x

8 8* x x x x

9 9* x x x x

10 10° x 5 x x

11 11* x x x x

12 12* x x x x

13 13* x x x x

14 14* x x x x

15 15* x x x x

16 16° х | x x x

Pęd przepływu powrotnego mierzono w króćcu gumy strzykowej za pomocą

własnej konstrukcji przepływomierza z ruchomą ażurową przesłoną. Na jej wy- chylenie reagował czujnik tensometryczny z którego sygnał po wzmocnieniu był rejestrowany za pomocą oscylografu pętlicowego. Z uzyskanych wykresów okre- ślano wielkości pędu cofającego siędo strzyka strumienia cieczy oraz czas trwania . przepływu powrotnego. Obróbce poddano wykresy z pięciu kolejnych cykli pulsatora. Wyznaczony błąd graniczny pomiaru przepływu powrotnego Pps wynosił 3,9 % a dla czasu występowania przepływu tpps 1 %. Pomiary wykonano dla pięciu natężeń przepływu cieczy - 0,25 ; 0,5 ; 0,75 ; 1,0 ; 1,25 kg/min na jeden strzyk.

Uzyskane wyniki poddano obliczeniom statystycznym wykonując analizy wariancji wieloczynnikowej. Obliczenia przeprowadzono na komputerze IBM PC według programu Statgraphics v.4.0.

WYNIKI BADAŃ

O szkodliwości przepływu powrotnego decyduje przede wszystkim jego dy- - namika. Od jej wartości zależeć będzie czy strzyk będzie jedynie obmywany czy po pokonaniu zwieracza dojdzie do penetracji kanału strzyka.

(4)

62 M. WIERCIOCH, J. SZLACHTA, D. LUCZYCKA

Posi N's)

000165 15

Rys. 2. Wpływ natężenia przepływu cieczy Q "PETA na pęd przepływu powrotnego Pps w badanych wariantach przy zastosowaniu pulsacji 00097 jednoczesnej

Fig. 2. Effect of liquid flow intensity Q onthe 95%

momentum back flow Pps in milking units with

simultaneous pulsation ^(000006000028 ⁰²⁵

⁰^alkg/min)¹²⁵⁵

Wyniki pomiarów wykazały znaczne zróżnicowanie wartości pędu w zależno- ści od rodzaju pulsacji. W aparatach z pułsacją przemienną pęd przepływu powrotnego Pps przyjmował wartość od 0 do 6 : 10” Nsa z pulsacją jednoczesną od Odo 1,8 - 10? Ns. Do wariantów w których osiągał on najwyższe wartości przy doju jednoczesnym (rys. 2) należały aparaty udojowe z dużymi kolektorami o po- jemności 145 m” z górnym doprowadzeniem powietrza w przypadku doju prze- wodowego (warianty 7* i 15*) oraz aparat bańkowy z gumą 1/2 z małym kolekto- rem i z dolnym dopływem powietrza (wariant 10*). Jednak dla większości wariantów stosujących dój jednoczesny wartość pędu cofającego się strumienia cieczy i powietrza są bliskie lub równe zero dlatego zrezygnowano z przeprowa- dzania głębszej analizy dla tego systemu doju.

Większe zróżnicowanie wyników zaobserwowano przy doju przemiennym przy którym znaczny udział ma przepływ powrotny poprzeczny. Wyznaczone przebiegi wartości Pps w funkcji przepływu cieczy Q dla gumy P-1 i 1/2 przedstawiają rysunki 3i 4. W przeważającej liczbie wariantów przepływ powrotny rośnie choć niekiedy nieznacznie wraz ze wzrostem natężenia przepływu Q.

Niektóre warianty osiągają przy pewnych przepływach lokalne maksyma względnie minima. Największe wartości Pps zmierzono w aparatach bańko- wych (rys. 3) z małymi kolektorami (Vk = 35 cm’ ) przy duzych przeptywach cieczy mlekozastępczej (krzywe 2, 10,12) gdzie sq one 2-3 krotnie wieksze niz w pozostałych wariantach pomiarowych. Wynika to z faktu, że spływająca do koletora ciecz z uwagi na małą jego pojemność nie może być w pełni odebrana z króćca gumy i tam częściowo pozostaje. W momencie zamykania się jednej pary gum przy równoczesnym otwieraniu drugiej pary pozostające w króć- cu gumy resztki cieczy transportowane są do końców strzyków wraz z dążącym do wyrównania ciśnieniem. Również w przypadku doju aparatami przewodowy- mi (rys. 4) warianty z małymi kolektorami (krzywe 1, 3, 9, 11) uzyskano wyższe wartości choć już nie tak wysokie jak to miało miejsce w dojarkach bańkowych.

Do czynników intensyfikujących przepływ powrotny szczególnie przy dużych prędkościach doju należy zaliczyć doprowadzanie powietrza od dołu kolektora.

Wszystkie krzywe uzyskane przy tym sposobie doprowadznia powietrza 1,2, 9, 10 osiągają najwyższe lub prawie najwyższe przebiegi.

(5)

PĘD PRZEPŁYWU POWROTNEGO... 63

a) бк am

900261 Qoors1 900121

NUŻ 000051

105 125 Qlkg/min]

>) Posts)

03 MS 055 ass 105 125

Qlkgimin]

Rys. 3. Wpływ natężenia przepływu cieczy Q na pęd przepływu powrotnego Pps w aparatach przewodowych z dojem przemiennym: a - gumy strzykowe konwencjonalne P-1, b - gumy strzykowe 1/2

Fig. 3. Effect of liquid flow intensity Q on the momentum back flow Pps in pipeline milking units with alternate pulsation: a - conventional teat liners, b - teat liners 1/2

oF PysiNs]

KIDACZ

Rys. 4. Wpływ natężenia przepływu cieczy Q na pęd przepływu powrotnego Ppsw aparatach bańkowych z dojem przemiennym: a - gumy strzykowe P-1, b - gumy strzykowe 1/2 Fig. 4. Effect of liquid flow intensity Q on the momentum back flow Pps in bucket milking units with alternate pulsation: a - conventional teat liners, b - teat liners 1/2

Na podstawie przedstawionych wyników trudno jednoznacznie ocenić rolę gumy strzykowej pod kątem jej wpływu na ograniczenie przepływu powrotnego strumieniowego i poprzecznego. Drugim parametrem charakteryzującym prze- pływ powrotny jest czas jego występowania - tpps. Dla doju jednoczesnego w wariantach w których wystąpił przepływ powrotny zmienia się on w zakresie od 0 do 0,34 si obniża się wraz ze wzrostem natężenia przepływu cieczy Q.

Nieco odmienne przebiegi zaobserwowano przy doju przemiennym. W tym przypadku czas nie zmienia się z rosnącym przepływem Q względnie tylko nieznacznie wzrasta. Największy przyrost czasu trwania przepływu powrotnego

(6)

64 M. WIERCIOCH, J. SZLACHTA, D. ŁUCZYCKA

ze wzrostem Q stwierdzono w wariantach z małymi kolektorami. Przy dużych :

wartościach przepływu Q wartość tpps dochodzi do 0,35 s.

Z uwagi na brak jednoznaczności wpływu zmienianych w trakcie badań cech konstrukcyjnych aparatów udojowych na mierzone wielkości Ppsitpps poddano je testowaniu za pomocą analizy wariancji wieloczynnikowej. Wyniki analizy (tab. 2) nie pozwałają na odrzucenie hipotezy, na poziomie a = 0,05 o istotności wpływu rodzaju pulacji, pojemności kolektora i natężenia przepływu cieczy Q na pęd przepływu powrotnego oraz pulsacji, rodzaju gumy i pojemności kolektora na czas trwania przepływu powrotnego tpps.

Tabela 2 Wyniki analizy wariancji wieloczynnikowej dla Pps i tpps

| Analysis of variance for Pps i tpps

‘ Dia pedu Dla czasu trwania

zmienności stopni уро ри peziętywu pówrolnego tppa

swobody wartość poziom wartość poziom

testu F istotności testu F istotności

Efekt główny 9 10,681 0,0000 26.592 0,0000

Typ pulsacji 1 60,984 0,0000 195,345 0,0000

Rodzaj gumy 1 3,077 0,0815 11,503 0,0009

System doju 1 0,002 0,9622 8,887 0,0034

Kolektor 1 13,693 0,0003 19,996 0,0000

Miejsce dopro- wadzenia

powietrza 1 0,555 0,4655 0,340 0,5668

Natężenie prze-

pływu cieczy Q 4 4,455 0,0020 0,814 0,5181

WNIOSKI

1. Zastosowanie w badanych wariantach aparatów udojowych pulsacji jednoczesnej w znaczącym stopniu zredukowało lub całkowicie wyeliminowało zjawi- sko przepływu powrotnego. Wykazano, że dla aparatów z pulsacja przemienna, pęd przepływu powrotnego Pps wahał się od 0 do 6: 10 ŚNs a dla aparatów z pulsacją jednoczesną od 0 do 1,8 -: 10 №.

2. W aparatach udojowych z dojem przemiennym wielkość przepływu powrotnego w dużym stopniu uzależniona jest od przepływu powrotnego poprzecznego. Jego ograniczenie п można uzyskać przez zastosowanie kolektorów o większej pojemności - 145 cm). Przy dużych natężeniach wypływu cieczy ze strzyka powoduje to 2 - 3 krotne zmniejszenie przepływu powrotnego.

(7)

PED PRZEPLYWU POWROTNEGO... 65

LITERATURA

1 Nordegren S.A.: Cyclic vacuum fluctuations in milking machines. Diss. Hohenheim 1980.

2 O’SheaJ., O’ Callaghan E:, Meaney B.: Liner slip and impacts, Inter. Mastitis Symp.

Canad., 44-65, 1987.

3 Szlachta J., Wiercioch M.: Geneza opracowania zmodyfikowanych gum strzykowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., Z. 408, 203-210, 1993.

4 Thiel C.C. i inni: The influence of some physical characteristics of the milking machine on the rate of new mastitis infections. J. Dairy Research 40, 1973.

"5 Wiercioch M., Szlachta J.: Badania przepływu powrotnego w zmodyfikowanych aparatach udojowych. Zesz. Post. Nauk Rol. (w druku).

6 Worstorff M., Hoefelmayr T.: Zur Stromungsmechanik der Melkeinheit. Milchwis- senschaft 23, 385-390, 1977.

M. Wiercioch, J. Szlachta, D. Łuczycka

MOMENTUM BACK FLOW IN CHOSEN MILKING UNITS

Summary

Momentum back flow was determined under laboratory conditions in 32 testing variants based on conventional milking units. Pulsation was changed (simultaneous or alternate) and bucket and pipeline milking units with small and big volume of claws were used.

The analysis of the results shows, that the back flow from pulsation teat liners in the alternate milking is more intense than in simultaneous milking. The construction of claws and teat liners may reduce the back flow in alternate milking.

Pracę wykonano w ramach projektu badawczego KBN nr 50121 91 01