Рис. 8. Первые доильные аппараты, использующие принцип отсасывания молока:
а — доильный чехол, б — доильный аппарат Колвила со стаканами для каждого соска.
Первый молокоотсасывающий доильный аппарат английских изобретателей Годжеса и Бронердена, изготовленный в 1851 году, был выполнен в виде резинового доильного чехла, надеваемого на вымя коровы и соединяемого резиновым шлангом с ручным вакуумным насосом (рис. 8, а). Благодаря разрежению, создаваемому между чехлом и выменем коровы, происходил отсос молока. Спустя девять лет американец Колвил заменил общий чехол четырьмя резиновыми стаканами, которые надевались на каждый сосок вымени (рис. 8, б). В одной из его же конструкций промывка системы велась просасываемой через аппарат водой, то есть в принципе так же, как это делают и сейчас.
Однако только изобретение новой вакуумной машины, которую в 1889 году запатентовал шотландский паяльщик В. Марчленд, ознаменовало собой переход к практической механизации доильного дела. В машине Марчленда имелись однокамерные доильные стаканы, в которых помещался резиновый чулок, открытый с нижнего конца. Выдоенное молоко стекало в специальное ведро, подвешенное на ремнях к телу коровы. Вакуумная система состояла из ручного насоса, трубопровода, смонтированного вдоль стойл над кормушками, с определенным количеством кранов (один на две коровы), резиновых шлангов и доильных аппаратов. В этой системе поддерживалось постоянное разрежение около 275 миллиметров ртутного столба. К сожалению, использование машины нередко вызывало раздражение и воспаление сосков вымени. Со временем изобретатель внес усовершенствования: применил вакуумный насос с механическим приводам и даже сделал попытку транспортировать выдоенное молоко в специально для того предназначенное отделение коровника (рис. 9).
Благодаря работам В. Марчленда и его последователей в течение последнего десятилетия прошлого века Англия стала центром развития доильной техники. Здесь появились машина Никольсона и Грея, испытанная в 1891 году на выставке в Донкастере, Тистля (1895 год) и Кеннеди (1897 год). Однако используемые в них стаканы единого габарита не могли соответствовать всему разнообразию форм и размеров сосков животных, а значит, трудно было обеспечить нормальный процесс доения, предотвратить отеки и воспаления вымени.
Рис. 9. Доильная машина Марчленда с механическим приводом вакуумного насоса и с молокопроводом.
Рис. 10. Доильные чашечки Шилдса (а), однокамерный (б), двухтактный двухкамерный (в), трехтактный двухкамерный (г) доильные стаканы: 1 — сосковая резина, 2 — корпус, 3,4 — соединительные кольца, 5 — смотровой корпус; 6 — молочный патрубок
Этот серьезный недостаток во многом удалось устранить доктору А. Шилдсу из Глазго, который сконструировал и запатентовал доильную машину, удостоенную в 1895 году серебряной медали на выставке в Дармингтоне. В его машине действовало разрежение, периодически изменяющееся в пределах 115-375 миллиметров ртутного столба, что достигалось за счет специального устройства — пульсатора, автоматический клапан которого в определенные моменты впускал воздух в вакуумный трубопровод и тем самым кратковременно устранял вакуум в доильных чашечках (рис. 10, а). В фазе разрежения каждая из четырех эластичных чашечек аппарата сжималась, отсасывая и выжимая молоко из сосков. Когда же пульсатор впускал воздух в систему, действие вакуума прекращалось, упругие резиновые чашечки восстанавливали свою первоначальную форму, в соски из вымени поступало молоко, и в них восстанавливалось нарушенное кровообращение.
Последовательное совершенствование конструкции Шилдса привело к созданию однокамерных доильных стаканов (рис. 10, б). Их конусообразные стенки, выполненные из твердого материала, при доении не деформировались. Под действием вакуума, периодически создаваемого в нижней части стакана, каждый сосок удлинялся, перекрывал конусную часть стенок, предотвращая дальнейшее увеличение разрежения. В это время из соска выделялось молоко. Когда вслед за тем в стакан поступал воздух, в нем устанавливалось атмосферное давление, сосок сокращался до нормальных размеров, истечение молока прекращалось. Как видим, соски вымени подвергались своеобразному массажу, а рабочие периоды чередовались с периодами отдыха. Но опять-таки, поскольку размеры сосков у коров весьма различны, пришлось выпускать доильные стаканы нескольких габаритов. Это существенно осложнило эксплуатацию, и поэтому машины с однокамерными стаканами не получили широкого распространения.
Английские изобретатели Халберт и Ларк в 1902 году и чуть позже австралийский фермер Джилье предложили доильный стакан с двумя камерами, в одной из которых вакуум периодически изменялся от нуля до 380 миллиметров ртутного столба. Тем самым был сделан недостающий шаг к современным принципам машинного доения. Так создали доильный аппарат, который с полным правом можно назвать «механическим теленком». В результате долгих и трудных поисков конструкторам все же удалось достичь того, что от природы дано обыкновенному теленку...
Уже в первом десятилетии нынешнего века начался период промышленного производства доильных машин и все расширяющегося их использования на животноводческих фермах ряда стран с развитым молочным скотоводством (Англия, Новая Зеландия, США, Швеция, Дания, Германия и др.). Тогда же появляются основные прототипы современных доильных установок. Преимущественное распространение получают ведерные установки с переносными или тележными доильными аппаратами и стационарным вакуумным насосом, а также аналогичные устройства, но с передвижным вакуумным насосом. В то же время были сконструированы молочные линии доильных установок. Идеи транспортирования выдоенного машиной молока по трубопроводам появились почти вместе с изобретением вакуумных доильных аппаратов. Известны патенты, относящиеся к периоду 1891 — 1907 годов, где описаны доильные установки, оснащенные молочными линиями, в том числе с нижним расположением центрального молокопровода. Одной из первых промышленных моделей, снабженных молокопроводом, стала установка новозеландской фирмы Гейн, которая в 1913 году успешно прошла испытания, организованные английским сельскохозяйственным обществом.
Дальнейшее техническое развитие доильных машин после основных конструктивных улучшений, сделанных в начале XX века, шло по пути совершенствования отдельных узлов и деталей с применением новейших материалов (эластичная резина, нержавеющая сталь, пластмасса, термостойкое стекло и т. п.). В течение последующих десятилетий разрабатывались разнообразные конструкции доильных станков применительно к тем или иным способам содержания и доения коров, улучшались эксплуатационные и особенно гигиенические качества доильных аппаратов, системы по уходу за оборудованием, особенно ее промывки и дезинфекции. Основной же принцип действия доильной машины остался неизменным.
Работа традиционной доильной машины основана на двухтактном способе доения двухкамерными стаканами. Такой стакан (рис. 10, в) представляет собой конструкцию, состоящую из внутренней резиновой трубки и наружной металлической или пластмассовой гильзы, благодаря чему образуются внутреннее и межстенное пространства. В стакане при доении под соском создается постоянный вакуум. В межстенном же пространстве — между гильзой и сосковой резиной — с помощью специального автоматического пульсатора действует переменное разрежение. Подсосковая камера соединена с молочным шлангом, куда стекает выдоенное из сосков молоко.
Переменный вакуум регулирует выведение молока. Когда в межстенном пространстве устанавливается давление, сосковая резина сжимает сосок. Потом воздух из межстенного пространства удаляется, эластичная резина принимает первоначальную форму, освобождая сосок. В результате действия вакуума молоко, находящееся в сосковой цистерне коровы под давлением, преодолевает сопротивление сфинктера и отсасывается. В тот момент, когда атмосферное давление в межстенном пространстве выравнивается, резина опять сжимает сосок, канал в нем закрывается и ток молока прекращается.
Первые доильные установки (или, как тогда их называли, — доильные машины) в нашу страну были завезены из-за границы в 1928 году. Появились они в интернациональной сельскохозяйственной коммуне, организованной в деревне Васькино Лопасненского уезда (ныне Чеховский район) Московской области группой швейцарских коммунистов, выехавших в СССР в 1923 году на помощь молодой Советской республике. Инициатором создания этой коммуны и закупки доильного оборудования был друг и соратник В. И. Ленина, швейцарский коммунист Фриц (Фридрих) Платтен. Тогда эти машины воспринимались местными жителями как чудо. Еще бы: привезенные «штуковины» будут вместо людей коров доить! Но широкого применения импортные доильные установки в нашей стране не получили: были дороги, требовали валютных затрат, не обеспечивались запасными частями.
Однако новоявленному «чуду» предстояло превратиться в повседневную реальность. Вскоре в СССР было организовано производство отечественных доильных машин. Затем соответствующие учреждения занялись усовершенствованием их конструкций. Уже в 1934 году ученые и инженеры Всесоюзного института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) создали машину, наиболее полно отвечающую физиологическим требованиям процесса доения коров. В основу ее работы положен трехтактный принцип действия в отличие от двухтактного, применяемого за рубежом. За разработку этой установки инженерам В. Ф. Королеву и В. С. Краснову, а также зоотехнику Д. М. Мартюгину была присвоена Государственная премия СССР. Впоследствии В. Ф. Королев стал виднейшим советским специалистом в области конструирования доильных машин.
Трехтактный доильный аппарат (рис. 10, г) оснащен двухкамерными доильными стаканами. Здесь между тактами сосания и сжатия предусмотрен дополнительный такт отдыха. Длительность такта сосания при этом остается неизменной. Такт отдыха происходит при впуске воздуха в пространство доильного стакана. Подобный способ доения получил у нас преимущественное распространение.
Важный вклад в область изучения физиологии лактации и разработки технических методов и средств доения сделал известный австралийский ученый У. Г. Уиттлстоун. Особенно большой интерес для животноводов представляет его книга «Принципы машинного доения», содержащая много хорошо аргументированных практических советов и рекомендаций.
В период работ по созданию и совершенствованию доильной техники постепенно складывались и объемнопланировочные решения коровников для стойлового содержания крупного рогатого скота. Подобный тип содержания зародился еще в конце XVII столетия в Нидерландах и потом распространился в странах Европы, поскольку такое направление казалось вполне логичным и необходимым в условиях сокращения земель под выпасы. Со временем сформировался и интерьер коровников, которые еще в начале прошлого века стали представлять собой длинные помещения с одним или двумя рядами индивидуальных стойл — огороженных с обеих сторон мест, где непосредственно у кормушек и поилок находятся животные. Изобретение доильных машин еще сильнее «привязало» коров к кормушке и поилке, так как здесь же стали монтировать вакуумный трубопровод для работы доильных аппаратов.
Рис. 11. Схемы доильных установок для ферм стойлового содержания: а — с переносными ведрами: 1 — электродвигатель; 2 — вакуумный насос; 3 — вакуумный баллон, 4 — вакуум-регулятор, 5 вакуумметр, 6 — вакуумный трубопровод, 7 — кран для подключения доильного аппарата; 8 — коллектор, 9 — доильные стаканы, 10— молочные шланги; 11 — пульсатор, 12 — переносное доильное ведро. 6 — с молокопроводом; 1 — резервуар-смеситель, 2 — трубопровод для подачи теплой воды; 3 — вакуумметр, 4 — вакуумный трубопровод, 5—молокопровод, 6 — молочный фильтр, 7 — вакуумный насос, 8 — вакуумный баллон; 9 — доильный аппарат, 10— пульсатор; 11 — охладитель молока; 12, 14 — молочные насосы; 13 — резервуар для молока.
Постепенно в коровниках механизировались основные трудоемкие работы — поение из автоматических клапанных поилок, кормораздача в сплошные длинные кормушки с помощью разнообразных технических средств, удаление навоза специальными транспортерами. Такой тип коровника для стойлового содержания скота полностью сформировался к концу сороковых годов нашего столетия. Причем количество парных рядов поперечно стоящих коров возрастало от двух до восьми и даже сверх того. Попарное расположение рядов стойл позволяет эффективней использовать средства механизации для раздачи кормов.
В коровниках с привязным содержанием скота стали широко применять машинное доение коров в стойлах при помощи установок с переносными ведрами (рис. 11, а). Эти установки имеют вакуумный насос с электроприводом, проложенный вдоль стойл вакуумный трубопровод с кранами, вакуум-регулятор, вакуумметр и переносные, располагаемые на полу ведра с доильными аппаратами. Переходя от одной коровы к другой, доярка переносит ведро вместе с аппаратом и присоединяет его к вакуумному трубопроводу через краны, каждый из которых смонтирован так, что позволяет обслуживать двух животных. Подмыв вымя коровы, доярка включает доильный аппарат в работу. Молоко отсасывается в доильные стаканы, потом по резиновым трубкам через коллектор и шланг поступает в ведро. Из этих ведер его вручную переливают во фляги, а те относят в прифермскую молочную на первичную обработку или переработку.
Доильные установки с переносными ведрами в свое время казались прямо-таки чудом механизации. И в самом деле, их значение для развития молочного дела трудно переоценить. Но все же при такой технологии оставалось еще немало тяжелых ручных операций: переноска ведер и аппаратов, фляг с молоком и т. д. Поэтому производительность труда здесь не так уж высока: доярка может обслужить группу не больше 25— 30 коров. Да и санитарно-гигиеническим требованиям этот способ отвечает не вполне.
Конструкторы доильных установок задумались над тем, как еще более облегчить труд животноводов, повысить его результаты, улучшить гигиенические условия получения молока. И вот в начале 50-х годов для сбора надоя на фермах стали широко применять молокопровод, смонтированный рядом с вакуум-проводом. Теперь доярке не надо было переносить ведра и фляги, поскольку стеклянный молокопровод соединил доильные стаканы и специальное молочное отделение фермы (рис. 11,6). К тому же в ряде случаев был добавлен еще один трубопровод — с горячей водой, для обеспечения гигиены животных. Применение моло-копровода, по которому молоко от всего дойного стада поступает на вакуумный охладитель, а затем в молочный танк, значительно улучшило технологический процесс на ферме.
Однако промывка молокопроводных путей оказалась весьма затруднительной: линии недостаточно очищались от молочной и жировой пленок, в результате чего увеличивалась обсемененность молока, снижалось его качество. Чтобы снять эти наслоения, требовалось еженедельно разбирать молокопроводы, промывать их горячей водой, обрабатывать ершами, а затем снова промывать. Это были очень трудоемкие операции. Ученым и конструкторам пришлось искать меры улучшения системы промывки молокопроводов и доильной аппаратуры. Эту задачу успешно решили во Всесоюзном научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства и Рижском специализированном конструкторском бюро по машинам для крупного рогатого скота, где к началу 60-х годов была разработана система безразборной циркуляционной промывки доильных установок с молокопроводом, которой сейчас оснащены все такие отечественные установки. Мало того, она оказалась настолько эффективной, что запатентована и принята к использованию в ряде зарубежных стран с развитым молочным животноводством.