Обґрунтування параметрів релізерного пристрою для доїльного апарата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська академія аграрних наук

Національний науковий центр

“Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”

УДК 637.116

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РЕЛІЗЕРНОГО ПРИСТРОЮ ДЛЯ ДОЇЛЬНОГО АПАРАТА

05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Ткач Віталій Васильович

Глеваха - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному науковому центрі „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” (ННЦ „ІМЕСГ”) Української академії аграрних наук

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки Фененко Анатолій Іванович, Національний науковий центр „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, завідувач відділом механізації заготівлі кормів і виробництва молока.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Шацький Віктор Васильович, Інститут механізації тваринництва, головний науковий співробітник.

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Ліщинський Степан Павлович, Національний аграрний університет, доцент кафедри механізації тваринництва.

Провідна установа: Львівський державний аграрний університет Міністерства аграрної політики України, кафедра механізації і автоматизації в тваринництві, м. Дубляни.

Захист відбудеться 6 червня 2007 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.358.01 у Національному науковому центрі „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631, Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 613.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного наукового центру „Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, за адресою: 08631, Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кімн. 205.

Автореферат розісланий 3 травня 2007 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.В. Адамчук

Ткач В.В. Обґрунтування параметрів релізерного пристрою для доїльного апарата. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”, Глеваха, 2007.

Дисертація присвячена підвищенню ефективності процесу машинного доїння шляхом виведення молока в невакуумовану молокозбірну ємкість з допомогою релізерного пристрою для доїльного апарата. Теоретично встановлено взаємозв'язок між параметрами та режимами роботи і обґрунтовано раціональні конструкцій параметри пневматичного релізера для доїльного апарата. Розроблено конструкційну схему, виготовлено дослідний зразок та проведено експериментальні дослідження. Здійснено виробничу перевірку дослідного зразка доїльного апарата з пневматичним релізером та оцінку економічної ефективності його використання.

Ключові слова: доїльний апарат, механізація доїння, пневматичний релізер.

Ткач В.В. Обоснование параметров релизерного устройства для доильного аппарата. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный научный центр “Институт механизации и электрификации сельского хозяйства”, Глеваха, 2007.

Диссертация посвящена повышению эффективности процесса машинного доения путем выведения молока в невакуумированую молокозборную емкость с помощью релизерного устройствадля доильного аппарата.

Теоретически установлена взаимосвязь между параметрами и режимами работы и обоснованы рациональные конструкционные параметры пневматического релизера для доильного аппарата. Рациональной является конструкционно-технологическая схема пневматического релизера с двумя поплавками. При этом коэффициент соотношения объемов поплавков должен составлять 0,8…0,9. Диаметр отсечного клапана должен составлять 60 мм, диаметр сливного клапана - 50 мм, а вес поплавково-клапанного узла - 6 Н. Эти параметры обеспечивают достаточный стабильный уровень давления открытия отсечного клапана в дозирующей камере релизера, устраняют влияние на режим работы релизера такого дестабилизирующего фактора, как интенсивность молоковыведения, уменьшают амплитуду колебания давления в приемной камере при переключениях релізера, обеспечивают сокращение времени опорожнения дозирующей камеры и уменьшение расхода воздуха. По результатам теоретических исследований разработана методика инженерного расчета пневматического релизера для доильного аппарата.

Разработана конструкционная схема, изготовлен опытный образец и проведены экспериментальные исследования. Тип доильного аппарата, который может быть с разделенной и совмещенной молокопроводной и воздухопроводной линиями, влияет на характер колебаний давления в приемной камере релизера и создает значительное влияние на амплитуду колебания давления в коллекторе доильного аппарата - 26,896 кПа для совмещенной и 15,088 кПа для раздельной, при этом минимальная амплитуда колебания давления в приемной камере релизера обеспечивается при использовании аппарата с разделенной молокопровидной и воздухопроводной линиями, при условии когда d_ВК = 0,07 м и G_ПВ = 6 Н.

Осуществлена производственная проверка опытного образца доильного аппарата с пневматическим релизером и произведена оценка экономической эффективности его использования. Период окупаемости передвижного доильного аппарата с пневматическим релизером составляет 0,51 года. Общий годовой экономический эффект от внедрения комплекта передвижных доильных аппаратов с релизерним устройством для фермы на 200 голов составляет 328 на одну корову, 5460 грн. на один доильный аппарат и 65520 грн. на все поголовье.

Ключевые слова: доильный аппарат, механизация доения, пневматический релизер.

Tcach V.V. Ground parameters of relizer device for milking apparatus. - Manuscript.

Dissertation on gaining of scientific degree of candidate of engineering sciences in speciality 05.05.11 - machines and means of an agricultural production mechanization. - National scientific center “Institute of Agricultural Engineering and Electrification”, Glevaha, 2007.

Dissertation is devoted to the rise of efficiency of process of the mechanized milking by extract of milk in a atmospheric pressure capacity with the help of relizer device for milking apparatus. In a theory the rational parameters of construction of pneumatic relizer for milking apparatus are grounded. An experimental standard is developed and researches of pneumatic relizer for a milking apparatus are conducted. Production verification of model pre-production of milking apparatus with pneumatic relizer and estimation of economic efficiency of his introduction is carried out.

Keywords: milking apparatus, mechanization of milking, pneumatic relizer.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Сьогодні об'єми промислового виробництва молока в Україні складають лише 35 %, решта виробляються в особистих господарствах громадян. Обладнання для доїння, первинної обробки, зберігання та транспортування молока на переробні підприємства, яке орієнтовано на обслуговування особистих господарств практично немає. При таких умовах неможливо забезпечити належну якість молока. Основним стримуючим фактором розвитку промислового виробництва молока є висока трудомісткість технологічних процесів, зокрема затрати праці на доїння корів.

Разом із цим значно зросли вимоги споживачів до якості молока і молочних продуктів. Тому переробні підприємства зацікавлені в одержані високоякісної сировини, що забезпечує одержання продуктів при мінімальному використанні штучних добавок. Це можливо лише при умові збереження нативних властивостей молока. У європейських країнах такий показник, як вміст вільних жирних кислот згідно стандарту використовується при оцінці якості молока, що приймається молокопереробними підприємствами. Основні властивості молока формуються в процесі його синтезу у вимені і зумовлені селекційно-генетичними показниками корів, особливостями годівлі та утримання. Проте, якість молока може значно погіршитись уже при доїнні.

Актуальність теми досліджень: Незважаючи на досить високий рівень розвитку доїльної техніки і молочного обладнання для комплектації сучасних потокових ліній доїння і первинної обробки, якість одержуваного молока залишається незадовільною. Це пов'язане з значним механічним впливом на мікроструктуру молока. В процесі видоювання, транспортування по комунікаціях сучасних доїльних установок, накопичення та перекачування молоко піддається сукупному впливу гідромеханічних, біологічних та аераційних факторів. Це призводить до зміни дисперсного складу молочного жиру і структури оболонок жирових кульок, підвищення вмісту вільних жирних кислот, дезагрегатації казеїнових міцел, піноутворення, утворення масляних конгломератів, зростання бактеріального забруднення та вакуумного випаровування нативної вологи і, як наслідок, до погіршення якості продуктів переробки молока. Тому набуває актуальності питання розробки і створення технічних засобів, які мінімально впливатимуть на фізико-хімічні якості молока і забезпечать збереження його нативних властивостей.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами: Робота виконана у відповідності з державною програмою виробництва технологічних комплексів машин та обладнання для агропромислового комплексу та науково-технічною програмою “Технології та комплекси машин для виробництва і первинної переробки продукції тваринництва. Відтворення, технологічне і технічне переоснащення галузей тваринництва АПК України”, яка узгоджена Державними департаментами тракторного і сільськогосподарського машинобудування Мінпромполітики України та науково-технічної політики Мінагрополітики України, затверджена Українською академією аграрних наук, і складає частину проекту 04.01 “Розробити основи проектування механізованих технологічних процесів, елементну базу та параметричні ряди нового покоління доїльних установок” (держ. реєстр. № 0101U009301).

Мета досліджень: Підвищення ефективності процесу машинного доїння шляхом виведення молока в невакуумовану молокозбірну ємкість з допомогою релізерного пристрою для доїльного апарата.

Задачі досліджень:

1. Обґрунтувати конструкційно-технологічну схему та теоретично встановити взаємозв'язок між параметрами та режимами роботи релізерного пристрою для доїльного апарата.

2. Розробити конструкцію, виготовити дослідний зразок та експериментально встановити закономірності взаємозв'язку між конструкційними параметрами та режимами роботи релізерного пристрою для доїльного апарата.

3. Скласти методику інженерного розрахунку конструкційних параметрів релізерного пристрою для доїльного апарата.

4. Провести лабораторну і виробничу перевірку дослідного зразка релізерного пристрою для доїльного апарата і виконати оцінку економічної ефективності його використання.

Об'єкт досліджень: Конструкційно-технологічні схеми релізерних пристроїв та доїльних апаратів, які забезпечують виведення молока у невакуумовану молокозбірну ємкість в процесі машинного доїння.

Предмет досліджень: Взаємозв'язок між параметрами та режимами роботи релізерного пристрою для доїльного апарата.

Методи досліджень: В основу теоретичних досліджень покладено основні закони гідравліки та механіки. Експериментальні дослідження проводились з використанням методів тензометрії, планування експерименту, множинного кореляційного та регресійного аналізу. Теоретичні розрахунки, обробка експериментальних даних, моделювання та графічне відображення залежностей виконано з використанням прикладного програмного забезпечення для OS Windows: Microsoft Excel та MathCAD.

Наукова новизна одержаних результатів: Удосконалено залежності, які визначають об'єми поплавків пневматичного релізера та встановлюють взаємозв'язок між його конструкційними параметрами і тиском відкривання відсічного клапана в дозуючій камері.

Дістало подальший розвиток дослідження пропускної здатності дозуючих пристроїв поплавкового типу з об'ємним формуванням доз і одержані залежності, які визначають взаємозв'язок між конструкційними параметрами та складовими циклу роботи пневматичного релізера.

Вперше отримано залежність, яка визначає взаємозв'язок між конструкційними параметрами пневматичного релізера і величиною підвищення тиску в його приймальній камері в момент відкривання відсічного клапана.

Встановлено кореляційний зв'язок між інтенсивністю молоковиведення, діаметром відсічного клапана, вагою поплавково-клапанного вузла та амплітудою коливання тиску в приймальній камері і тиском відкривання відсічного клапана в дозуючій камері пневматичного релізера для доїльного апарата з суміщеними і розділеними молокопровідною і повітропровідною лініями.

Практичне значення одержаних результатів: Розроблена конструкційно-технологічна схема пневматичного релізера для доїльного апарата, конструкційні рішення захищені патентом України на винахід № 56427 А „Пневматичний насос релізер”.

Визначені раціональні параметри конструкції пневматичного релізера для доїльного апарата та складена методика інженерного розрахунку його конструкційних параметрів.

Результати теоретичних і експериментальних досліджень та конструкційно-технологічна схема пневматичного релізера передані для подальшого використання ВАТ “Брацлав” та АТЗТ “Сільгосптехніка” Києвосвятошинського району Київської області.

Загальний розрахунковий річний економічний ефект використання комплекту пересувних доїльних апаратів з релізерним пристроєм для ферми на 200 голів з середнім річним надоєм 4000 л/гол та дворазовим доїнням порівняно із серійним доїльним апаратом АДУ-1 складає 328 грн. на одну корову, 5460 грн. на один доїльний апарат та 65520 грн. на все поголів'я.

Особистий внесок здобувача: Основні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором особисто.

У наукових працях, опублікованих у співавторстві, внесок здобувача наступний: розроблено конструкційно-технологічну схему пневматичного релізера для доїльного апарата; теоретично досліджено конструкційні параметри поплавково-клапанного вузла пневматичного релізера; складені теоретичні залежності, які визначають пропускну здатність та складові циклу роботи пневматичного релізера; складено залежність, яка визначає величину підвищення тиску в приймальній камері пневматичного релізера в момент відкривання відсічного клапана; розроблено конструкцію та виготовлено дослідний зразок пневматичного релізера; розроблено методику та складено програму експериментальних досліджень; укомплектовано лабораторний стенд та проведені експериментальні дослідження; виконано статистичну обробку та аналіз результатів експериментальних досліджень; здійснено оцінку економічної ефективності використання доїльного апарата з пневматичним релізером.

У технічному рішенні, яке захищене деклараційним патентом України на винахід, частка автора складає 40 %.

Апробація результатів досліджень: Основні положення і результати досліджень обговорені та схвалені на: Міжнародній науково-технічній конференції “Землеробська механіка на рубежі сторіч” (Таврійська державна агротехнічна академія, Мелітополь, 2001 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ННЦ “ІМЕСГ”, Глеваха, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006 рр.); Міжнародній науково-технічній конференції в Інституті механізації тваринництва УААН, Запоріжжя, 2003 р.; VII Міжнародній науково-технічній конференції “Науково-технічні засади розробки, випробування та прогнозування сільськогосподарської техніки і технологій” (Український науково-дослідний інститут по прогнозуванню та випробуванню техніки і технологій для сільськогосподарського виробництва ім. Леоніда Погорілого, Дослідницьке - 2005 р.); XII Міжнародному (І українському) симпозіумі з питань машинного доїння корів (ННЦ „ІМЕСГ”, Брацлав - 2005 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Новітні техніко-технологічні рішення в сучасних технологіях виробництва продукції тваринництва” (Інститут механізації тваринництва УААН, Запоріжжя, 2006 р).

Публікації: За результатами досліджень опубліковано 9 наукових праць, з них 5 у фахових виданнях, 6 особистих та один деклараційний патент на винахід.

Структура та обсяг дисертації: Дисертація викладена на 143 сторінках, з них основна частина 119 сторінок, включає 49 рисунків, 8 таблиць, список використаної літератури з 110 джерел, 6 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі „Стан питання та задачі досліджень” зроблено аналіз факторів та рівня впливу елементів доїльних установок на показники якості молока, дано аналіз конструкційно-технологічних рішень спрямованих на збереження нативних показників якості молока при машинному доїнні, приведено огляд конструкційно-технологічних схем пневматичних релізерів та доїльних апаратів, які забезпечують виведення молока у невакуумовану молокозбірну ємкість.

Аналіз тенденцій розвитку сучасного обладнання для машинного доїння корів, значний внесок в створення якого зробили В. П. Корольов, П. П. Карташов, А. І. Фененко, С. П. Ліщинський, В. П. Побединський, інші вчені та досліджень Ю. О. Цоя, В. П. Бабкіна, Г. Н. Дюрич, Т. М. Димань, А. Леоли, дозволив встановити, що механічний вплив на молоко під час машинного доїння призводить до суттєвого погіршення його якості. В сучасних установках молоко під час процесу доїння знаходиться під дією вакууму з постійними ударами об тверді стінки обладнання та поверхню молока, перемішуванням та піноутворенням, що призводить до зміни дисперсного складу молочного жиру, підвищення вмісту вільних жирних кислот та надмірного виносу нативної вологи. Тому набуває актуальності застосування засобів, які виводять молоко у невакуумовану молокозбірну ємкість в процесі видоювання, але вони ненадійні та не забезпечують адекватних, з точки зору фізіології, умов доїння. Існуючі розробки, теоретичні та експериментальні дослідження не достатні для вирішення цих проблем.

Створення релізерного пристрою для доїльного апарата дозволить покращити якість молока при збережені адекватних фізіологічних умов доїння.

У другому розділі „Теоретичне дослідження параметрів релізерного пристрою для доїльного апарата” обґрунтовано конструкційно-технологічну схему пневматичного релізера для доїльного апарата, досліджено конструкційні параметри поплавково-клапанного вузла пневматичного релізера та складено залежності, які визначають об'єми поплавків і величину тиску відкривання відсічного клапана в дозуючій камері пневматичного релізера, пропускну здатність, складові циклу роботи та величину підвищення тиску в приймальній камері пневматичного релізера в момент відкривання відсічного клапана.

Для забезпечення виведення молока в невакуумовану молокозбірну ємкість в процесі доїння в конструкцію доїльного апарата включений пневматичний релізер. Він має забезпечувати швидку евакуацію молокоповітряної суміші, яка надходить в його приймальну камеру безпосередньо з колектора. При цьому значний вплив на баланс сил при переключенні клапанів релізера має густина молокоповітряного потоку і конструкційне виконання поплавково-клапанного вузла, параметри якого визначають баланс сил при переключенні клапанів релізера та впливають на точність формування доз. Раціональною є конструкційно-технологічна схема пневматичного релізера з двома поплавками (рис. 1). В такій конструкції спливання поплавково-клапанного вузла має відбуватися лише при спільному затоплені обох поплавків.

Визначення конструкційних параметрів поплавково-клапанного вузла, об'ємів поплавків та співвідношення між ними проведено з врахуванням нерівномірності густини молокоповітряної суміші. Силами Архімеда, які діють на занурений в молоко відсічний клапан та шток, знехтували.

Поплавково-клапанний вузол має залишатися нерухомим при повному затопленні поплавка, який розташований в дозуючій камері. Це можливо за умови, коли вага поплавково-клапанного вузла буде більшою за силу Архімеда, яка діє на занурений в молоко поплавок у дозуючій камері. При цьому об'єм поплавка визначає залежність:

, (1)

де - об'єм поплавка в дозуючій камері, м³;

- вага поплавково-клапанного вузла, Н;

- максимальна густина молокоповітряної суміші, кг/м³;

- прискорення вільного падіння, м/с²;

- коефіцієнт співвідношення об'ємів поплавків ( < 1).

Об'єм поплавка в приймальній камері має забезпечувати спливання поплавково-клапанного вузла навіть при мінімальній густині молокоповітряної суміші:

, (2)

де - об'єм поплавка в приймальній камері, м³;

- мінімальна густина молокоповітряної суміші, кг/м³.

Переключення релізера відбувається за рахунок різниці тисків, що діють на відсічний клапан з боку приймальної і дозуючої камер. При цьому величину робочого тиску в приймальній камері умовно можна вважати постійною, тому переключення релізера обумовлене лише величиною тиску в дозуючій камері, який визначає залежність:

, (3)

де - тиск в дозуючій камері при якому відбувається відкривання відсічного клапана, Па;

- тиск у приймальній камері, Па;

- густина молока, кг/м³;

- рівень молока в приймальній камері, м;

- діаметр відсічного клапана, м.

Аналіз залежності (2) свідчить, що об'єм поплавка в приймальній камері пневматичного релізера прямо пропорційний вазі поплавково-клапанного вузла та обернено пропорційний мінімальній густині молока, яке виводиться (рис. 2). При цьому зміна густині молока в межах 1000…500 кг/м³ та ваги поплавково-клапанного вузла в межах 1…5 Н спричиняє збільшення об'єму поплавка в приймальній камері від 12,80 см³ до 574,60 см³.

Аналіз залежності (3) свідчить, що суттєвий вплив на тиск відкривання відсічного клапана в дозуючій камері пневматичного релізера створює його діаметр (рис. 3). Коефіцієнт співвідношення об'ємів поплавків може набувати значення від одиниці, що відповідає конструкції релізера з одним поплавком в дозуючій камері, до нуля, що відповідає конструкції релізера з одним поплавком в приймальній камері. При цьому в першому випадку тиск відкривання відсічного клапана обернено пропорційний його діаметру, а в другому - прямо пропорційний. Збільшення діаметра відсічного клапана понад 50 мм практично повністю нівелює вплив розглянутих параметрів.

При включенні пневматичного релізера у молокопровідну лінію доїльного апарата він має забезпечувати швидке виведення молока, що надходить від однієї корови, при цьому його пропускну здатність можна визначити згідно відомої залежності:

, (4)

де - пропускна здатність пневматичного релізера, м³/с;

- об'єм дози молока, м³;

- тривалість циклу роботи релізера, с.

, (5)

де - об'єм дозуючої камери, м³.

Тривалість циклу визначає залежність:

, (6)

де - тривалість наповнення дозуючої камери, с;

- тривалість наповнення приймальної камери до рівня спливання поплавка, с;

- тривалість зливання молока, с;

- тривалість відкачування повітря з дозуючої камери, с.

Пневматичний релізер працює циклічно, виводячи молоко порціями, які рівні об'єму дозуючої камери. Продовж зливання чергової дози рівень молока в приймальній камері постійно поповнюється і в момент переключення релізера на наповнення дозуючої камери (відкривання відсічного клапана) набуде значення :

, (7)

де - рівень молока в приймальній камері, що відповідає спливанню поплавково-клапанного вузла, м;

- витрата молока через молокопровідний шланг, м³/с;

- діаметр приймальної камери, м.

Наповнення дозуючої камери відбувається з приймальної камери через відсічний клапан, тому тривалість її наповнення відповідає тривалості спорожнення приймальної камери. При цьому рівень молока у приймальній камері зменшується від , при якому відкрився відсічний клапан до деякого залишкового рівня (див. рис. 1), який відповідає наповненню дозуючої камери і визначається залежністю:

, (8)

де - залишковий рівень молока в приймальній камері, що відповідає наповненню дозуючої камери, м;

- діаметр поплавка в приймальній камері, м.

Наявність поплавка в приймальній камері зумовлює переміну площі вільної поверхні молока із опусканням його рівня при цьому для приймальної камери циліндричної форми з циліндричним поплавком тривалість наповнення дозуючої камери, можна визначити як суму двох складових:

, (9)

де - тривалість опускання рівня молока від до рівня верхньої кромки поплавка , с;

- тривалість опускання рівня молока від до , с.

, (10)

, (11)

де - коефіцієнт витрати рідини.

Тривалість спливання поплавка до рівня переключення на зливання чергової порції молока при встановленому режимі роботи релізера, якщо знехтувати об'ємом штока та відсічного клапана, визначає залежність:

. (12)

Спорожнення дозуючої камери відбувається через зливний клапан, при цьому напір змінюється в межах від до нуля, а тривалість спорожнення визначається залежністю:

, (13)

де - діаметр дозуючої камери, м;

- діаметр поплавка в дозуючій камері, м;

- діаметр зливного клапана, м;

- висота дозуючої камери, м.

Аналітичні дослідження виконані за умови, що переключення релізера на наповнення дозуючої камери відбувається одразу після її спорожнення, площа вільної поверхні молока у приймальній камері не змінюється при опусканні його рівня, а об'єм дози молока не залежить від параметрів поплавка у дозуючій камері.

Аналіз залежностей свідчить, що тривалість спорожнення дозуючої камери оберненопропорційна діаметру зливного клапана та висоті дозуючої камери і прямопропорційна об'єму дози (рис. 4). При цьому збільшення діаметра зливного клапана понад 50 мм повністю нівелює вплив об'єму дози, а збільшення висоти дозуючої камери понад 100 мм практично не впливає на тривалість зливання молока.

Діаметр зливного клапана та висота дозуючої камери (рис. 5) не створює значного впливу на пропускну здатність релізера. Так, зміна діаметра зливного клапана в межах 0,025...0,100 м, а висоти дозуючої камери в межах 0,05...0,20 м спричиняє підвищення пропускної здатності пневматичного релізера лише на 0,012 л/хв.

Збільшення діаметра відсічного клапана понад 60 мм практично не впливає на пропускну здатність пневматичного релізера, при цьому збільшення ваги поплавково-клапанного вузла в межах 2,5...10,0 Н спричиняє підвищення пропускної здатності пневматичного релізера на 0,48 л/хв. (рис. 6).

Пропускна здатність релізера оберненопропорційна об'єму дози, а зміна коефіцієнта співвідношення об'ємів поплавків від 0,1 (розташування поплавка в приймальній камері) до 1,0 (розташування поплавка в дозуючій камері) спричиняє зниження продуктивності та нівелює вплив об'єму дози (рис.7).



Роботою релізера керує пневматичне реле часу (рис. 8), яке включається при переключенні релізера на зливання чергової дози молока (закривання відсічного клапана) і забезпечує відкривання відсічного клапана після спорожнення дозуючої камери. Для забезпечення повного спорожнення дозуючої камери тривалість переключення пневматичного реле має бути більшою від тривалості зливання дози молока. Процес роботи пневматичного реле подібний процесу переключення тактів пневматичних пульсаторів.

Характерною відмінністю пневматичного реле від пневматичних пульсаторів є його керованість та низька частота пульсації - 0,2...0,1 с^-1. Визначено вплив об'єму керуючої камери пневматичного реле на частоту пульсації, при цьому враховано, що в його конструкцію (див. рис. 8) включена пружина, яка компенсує вагу клапанного механізму та утримує повітряний клапан закритим при нейтральному положенні. Вага клапанного вузла значно менше жорсткості пружини та сил, що діють на клапани, тому не врахована у розрахунках. Тиск в керуючій камері пневматичного реле, при якому відбувається відкривання його повітряного клапана, визначає залежність:

, (14)

де діаметр повітряного клапана, м;

діаметр клапана мембрани, м;

тиск у камері змінного тиску пневматичного реле (), Па;

сила дії пружини, Н.

Тривалість переключення пневматичного реле визначає залежність:

, (15)

де об'єм керуючої камери пневматичного реле, м³;

коефіцієнт Пуазеля, враховує параметри дроселя, м³/Па·с;

тиск у керуючій камері пневматичного реле, Па;

атмосферний тиск, Па.



Аналіз залежності (15) свідчить (рис. 9), що сила дії пружини не створює суттєвого впливу, а збільшення об'єму керуючої камери до 10Ч10^-5 м³ забезпечує необхідний рівень частоти пульсації (0,2...0,1 с^-1).

Величина тиску в дозуючій камері завжди більша ніж у приймальній, тому в момент відкривання відсічного клапана, коли вона набуває значення (див. залежність 3) залишок повітря з дозуючої камери проникає крізь товщу молока через відсічний клапан в приймальну камеру. При цьому об'єми камер об'єднуються і тиск в них вирівнюється, це спричиняє підвищення тиску, що описується залежністю:

, (16)

де - тиск в приймальній камері пневматичного релізера в момент відкривання відсічного клапана, кПа;

- коефіцієнт співвідношення вакуумованих об'ємів дозуючої і приймальної камер.

Величина тиску в приймальній камері релізера після відкривання відсічного клапана змінюється прямопропорційно вазі поплавково-клапанного вузла, об'єму дозуючої камери і коефіцієнту співвідношення об'ємів поплавків та обернено пропорційно діаметру відсічного клапана. Збільшення діаметра відсічного клапана понад 60 мм практично повністю нівелює вплив решти показників (рис. 10).

Об'єм дозуючої камери та коефіцієнт співвідношення об'ємів поплавків не створюють суттєвого впливу на тиск у приймальній камері релізера. Так при діаметрі відсічного клапана 0,07 м зміна об'єму дозуючої камери від 0,0001 м³ до 0,0010 м³ і коефіцієнта співвідношення об'ємів поплавків від 0,1 до 0,9 зумовлює підвищення тиску лише від 55,08 кПа до 55,97 кПа.

У третьому розділі „Програма і методика експериментальних досліджень пневматичного релізера для доїльного апарата” описано лабораторну установку та дослідний зразок пневматичного релізера, приведені результати відсівного експерименту.

Експериментальні дослідження проведені з метою встановлення впливу на режим роботи пневматичного релізера витрати повітря доїльним апаратом та інтенсивності молоковиведення і виявлення основних закономірностей зміни тиску в приймальній та дозуючій камерах пневматичного релізера залежно від його конструкційних параметрів і типу доїльного апарата. При дослідженнях змінювали інтенсивність молоковиведення в межах 2,50Ч10^-5…5,84Ч10^-5 м³/с, діаметр відсічного клапана - в межах 0,04…0,10 м, вагу поплавково-клапанного вузла - в межах 4,557…6,223 Н, різницю висот розташування молочного патрубка приймальної камери релізера і колектора доїльного апарата - в межах 0,20…0,80 м. Проведено п'ятифакторний відсівний експеримент з варіюванням факторів на двох рівнях. З похибкою 12,4% встановлено, що значимий вплив на амплітуду коливання тиску в приймальній камері релізера має інтенсивність молоковиведення , діаметр відсічного клапана і тип молокопровідної лінії доїльного апарата (з розділеною або суміщеною молокопровідною і повітропровідною лініями), а вага поплавково-клапанного вузла та різниця висот розташування молочного патрубка колектора і приймального патрубка релізера не створюють суттєвого впливу на даний показник. Для встановлення динаміки зміни тиску у характерних точках молокопровідної лінії доїльного апарата з релізерним пристроєм проведемо згідно відомих методик трифакторний (, , ) плановий експеримент з варіюванням факторів на трьох рівнях для доїльного апарата з суміщеними та розділеними повітропровідною і молокопровідною лініями.

У четвертому розділі „Результати експериментальних досліджень пневматичного релізера для доїльного апарата” наведено результати експериментальних досліджень амплітуди коливання тиску в приймальній камері, та тиску відкривання відсічного клапана в дозуючій камері пневматичного релізера. доїльний апарат пневматичний молокозбірний

Аналіз експериментальних діаграм динаміки зміни тиску в молокозбірній камері колектора та в приймальній і дозуючій камерах релізера свідчить, що основна відмінність вакуумного режиму апарата з суміщеною молокопровідною і повітропровідною лініями - значна нестабільність вакуумного режиму та висока амплітуда коливання тиску в усіх характерних точках порівняно з розділеною (рис. 11). Крім того апарат з суміщеною молокопровідною і повітропровідною лініями характеризується вищим робочим тиском у приймальній камері релізера, що пов'язано з більшою витратою повітря через молокопровідний шланг, яка обумовлена необхідністю привода пульсатора, тоді, як у апарата з розділеною молокопровідною і повітропровідною лініями повітря від пульсатора відкачується окремо, через повітропровідний шланг.

Апроксимація експериментальних даних виконана поліноміальною функцією (поліном другого степеня) за методом найменших квадратів з використанням прикладного програмного пакету „Статистика”. Перевірка адекватності математичних моделей проведена з використанням елементів дисперсійного аналізу по критерію Фішера на рівні довірчої ймовірності 0,95.

Одержані емпіричні залежності амплітуди коливання тиску в приймальній камері релізера та тиску відкривання відсічного клапана в дозуючій камері:

ДP_ПР= - 23,933 + 2,048Ч10⁵ q_М - 0,243Ч10⁵ q_М² + 715,835 d_ВК²

+ 10,374 G_ПВ - 0,883 G_ПВ² -13,309 d_ВК G_ПВ , (17)

ДP_ПС = 2,679 + 2,925Ч10⁵ q_М - 0,348Ч10⁵ q_М² +578,977 d_ВК² - 0,766 G_ПВ , (18)

Р_ДР =259,414 - 12,013Ч10⁵ q_М + 0,767Ч10⁵ q_М² - 1253,405 d_ВК + 5856,381 d_ВК² -- 43,400 G_ПВ + 3,063 G_ПВ² +0,948 Ч10⁵ q_М G_ПВ + 81,144 d_ВК G_ПВ , (19)

Р_ДС = 83,433 + 25,169Ч10⁵ q_М - 1,999Ч10⁵ q_М² - 1507,491 d_ВК +

+12360,730 d_ВК² - 114,550Ч10⁵ q_М d_ВК , (20)

де ДP_ПР, ДP_ПС - амплітуда коливання тиску в приймальній камері релізера відповідно, доїльного апарата з розділеною та суміщеною молокопровідною і повітропровідною лініями, кПа;

P_ДР, ДP_ДС - тиск відкривання відсічного клапана в дозуючій камері релізера відповідно, доїльного апарата з розділеною та суміщеною молокопровідною і повітропровідною лініями, кПа;

q_М - витрата молока через молокопровідний шланг доїльного апарата, м³/с.

Одержані залежності є адекватними при рівні довірчої ймовірності Р = 0,95, коефіцієнти множинної кореляції та детермінації істотні.

Графіки одержаних залежностей приведено на рисунках 12, 13, 14 та 15.

Аналіз одержаних залежностей свідчить, що амплітуда коливання тиску в приймальній камері релізера прямо пропорційна діаметру відсічного клапана та обернено пропорційна вазі поплавково-клапанного вузла. , інтенсивність молоковиведення не створює суттєвого впливу. Тип молоко-повітряної лінії впливає на характер коливань тиску в приймальній камері релізера та створює значний вплив на амплітуду коливання тиску в колекторі доїльного апарата, що становить 26,8 кПа для суміщеної, 15,1 кПа для роздільної ліній.

При цьому для апарата з розділеною молокопровідною та повітропровідною лініями вирішальний вплив має вага поплавково-клапанного вузла , а для апарата з суміщеною молокопровідною та повітропровідною лініями - діаметр відсічного клапана . Така відмінність у характері залежностей зумовлена тим, що для апарата з суміщеною молокопровідною і повітропровідною лініями тиск у приймальній камері релізера вищий, а тому сила, яка діє на відсічний клапан має менше значення. І навпаки для апарата з розділеною молокопровідною та повітропровідною лініями сила закривання відсічного клапана має значніший вплив.

Встановлено, що амплітуда коливання тиску в приймальній камері релізера зменшується від 10,4 кПа (при = 0,10 м, = 4,557 Н) до 7,7 кПа (при = 0,07 м, = 6,233 Н).

Тиск відкривання відсічного клапана в дозуючій камері релізера для апарата з розділеною молокопровідною та повітропровідною лініями прямо пропорційний діаметру відсічного клапана і набуває мінімального значення при умові, коли = 0,07 м та = 6 Н. Тиск відкривання відсічного клапана для апарата з суміщеною молокопровідною та повітропровідною лініями набуває мінімального значення при = 0,06 м і практично не залежить від ваги поплавково-клапанного вузла, що пояснюється вищим робочим тиском в приймальній камері релізера.

Графічне порівняння одержаних емпіричних залежностей (19) та (20), які визначають тиск відкривання відсічного клапана в дозуючій камері пневматичного релізера з аналітичною залежністю даного параметра (3) свідчить про їх однаковий характер, при цьому дані емпіричної залежності на 20 % відрізняються від аналітичної (рис. 16). Це пояснюється тим, що в аналітичній залежності враховано лише параметри пневматичного релізера, тоді, як при експериментальних дослідженнях додатково враховано вплив інтенсивності молоковиведення та типу доїльного апарата, який може бути з суміщеною або розділеною молокопровідною та повітропровідною лініями. Значна відмінність між величиною тиску відкривання відсічного клапана в дозуючій камері релізера при його використанні з апаратами різних типів пояснюється тим, що доїльний апарат з суміщеною молокопровідною і повітропровідною лінією характеризуються вищим робочим тиском в приймальній камері релізера.

У п'ятому розділі „Економічна ефективність використання доїльного апарата з пневматичним релізером” наведено результати виробничої перевірки, дано оцінку економічної ефективності використання доїльного апарата з пневматичним релізером та приведено методику розрахунку конструкційних параметрів пневматичного релізера для доїльного апарата..

Виробнича перевірка доїльного апарата з пневматичним релізером проводилась на молочній фермі дослідного господарства ННЦ „ІМЕСГ”„Оленівське” в корівнику на 100 гол. з прив'язним стійловим утриманням з метою перевірки роботоздатності пневматичного релізера у виробничих умовах. Пневматичний релізер у виробничих умовах, забезпечує виведення молока у невакуумовану молоко збірну флягу, при цьому остання порція молока гарантовано зливається протягом виконання заключних технологічних операцій доїння. Відмов релізера не зафіксовано.

По результатам досліджень складено методику інженерного розрахунку конструкційних параметрів пневматичного релізера для доїльного апарата. При розрахунку слід враховувати, що раціональною є конструкційно-технологічна схема пневматичного релізера з двома поплавками. При цьому коефіцієнт співвідношення об'ємів поплавків має складати 0,8…0,9. Діаметр відсічного клапана має складати 60 мм, діаметр зливного клапана - 50 мм, вага поплавково-клапанного вузла - 6 Н. Це забезпечує достатній стабільний рівень тиску відкривання відсічного клапана в дозуючій камері релізера, усуває вплив на режим роботи релізера такого дестабілізуючого фактора, як інтенсивність молоковиведення, зменшує амплітуду коливання тиску в приймальній камері при переключеннях релізера та забезпечує мінімальну тривалість спорожнення дозуючої камери.

Пересувний доїльний апарат з пневматичним релізером порівняно із серійним доїльним апаратом АДУ-1 забезпечує зменшення енерговитрат на 6,3 % та підвищення продуктивності праці майстра машинного доїння на 15 %, що обумовлює термін окупності 0,51 року.

З врахуванням показників якості молока загальний розрахунковий річний економічний ефект від впровадження комплекту пересувних доїльних апаратів з релізерним пристроєм для ферми на 200 голів з середнім річним надоєм 4000 л/гол та дворазовим доїнням складає 328 грн. на одну корову, 5460 грн. на один доїльний апарат та 65520 грн. на все поголів'я.

ВИСНОВКИ

1. В результаті аналізу існуючих конструкцій пристроїв, які забезпечують виведення молока у невакуумовану молокозбірну ємкість та пневматичних релізерів розроблена конструкційно-технологічна схема пневматичного релізера для доїльного апарата. Раціональною є конструкція поплавково-клапанного вузла з двома поплавками, яка забезпечує чітке переключення режимів, зменшення циклу роботи пневматичного релізера, точне формування доз та зменшення витрати повітря.

2. В результаті теоретичних досліджень одержані залежності, які визначають об'єми поплавків у приймальній і дозуючій камерах пневматичного релізера з врахуванням нерівномірності густини молокоповітряної суміші, та залежності, які визначають взаємозв'язок між конструкційними параметрами пневматичного релізера та тиском відкривання відсічного клапана в дозуючій камері, складовими циклу роботи, величиною підвищення тиску в приймальній камері в момент відкривання відсічного клапана. Встановлено, що достатній для відкривання відсічного клапана рівень тиску в дозуючій камері при діаметрі відсічного клапана понад 50 мм можна забезпечити збільшенням ваги поплавково-клапанного вузла або підвищенням робочого тиску в приймальній камері релізера, мінімальна тривалість спорожнення дозуючої камери забезпечується при збільшені діаметра зливного клапана понад 50 мм та висоти дозуючої камери понад 100 мм, збільшення діаметра відсічного клапана понад 60 мм не створює суттєвого впливу на пропускну здатність пневматичного релізера та практично повністю нівелює вплив ваги поплавково-клапанного вузла та коефіцієнта об'єму поплавка на амплітуду коливання тиску в приймальній камері.

3. В результаті експериментальних досліджень одержані залежності, які визначають взаємозв'язок між інтенсивністю молоковиведення, діаметром відсічного клапана, вагою поплавково-клапанного вузла та амплітудою коливання тиску в приймальній камері релізера і тиску відкривання відсічного клапана в його дозуючій камері. Залежності є адекватними при рівні довірчої ймовірності Р = 0,95, коефіцієнти множинної кореляції та детермінації істотні. Встановлено, що амплітуда коливання тиску в приймальній камері релізера прямо пропорційна діаметру відсічного клапана та обернено пропорційна вазі поплавково-клапанного вузла. Тиск відкривання відсічного клапана в дозуючій камері релізера набуває мінімального значення при використанні апарата з розділеною молокопровідною та повітропровідною лініями, коли діаметр відсічного клапана складає 0,07 м а вага поплавково-клапанного вузла 6 Н.

4. В результаті досліджень визначені раціональні параметри конструкції пневматичного релізера для доїльного апарата та складена методика інженерного розрахунку його конструкційних параметрів. Раціональними є діаметр відсічного клапана 60 мм, діаметр зливного клапана 50 мм, вага поплавково-клапанного вузла 6 Н, коефіцієнт співвідношення об'ємів поплавків 0,8…0,9.

5. Пересувний доїльний апарат з пневматичним релізером порівняно із серійним доїльним апаратом АДУ-1 забезпечує зменшення енерговитрат на 6,3 % та підвищення продуктивності праці майстра машинного доїння на 15 %, що обумовлює річний економічний ефект 7,6 грн. на одну корову, 126,6 грн. на один доїльний апарат та термін окупності 0,51 років. З врахуванням показників якості молока загальний розрахунковий річний економічний ефект використання комплекту пересувних доїльних апаратів з релізерним пристроєм для ферми на 200 голів з середнім річним надоєм 4000 л/гол та дворазовим доїнням порівняно із серійним доїльним апаратом АДУ-1 складає 328 грн. на одну корову, 5460 грн. на один доїльний апарат та 65520 грн. на все поголів'я.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Технологічні принципи організації механізованого доїння корів у стійлах. / В. В. Ткач // Міжвідомчий тематичний науковий збірник “Механізація та електрифікація сільського господарства”. ННЦ “ІМЕСГ”. Вип. 86, Глеваха, 2002. - С. 199 -203.

2. До питання стабілізації вакуумного режиму молокопровідної лінії доїльного апарата. / В. В. Ткач // Міжвідомчий тематичний науковий збірник “Механізація та електрифікація сільського господарства”. ННЦ “ІМЕСГ”. Вип. 87, Глеваха, 2003. - С. 238 - 242.

3. Доїльний апарат з релізерною системою виведення молока. / В.В.Ткач // Матеріали XII Міжнародного (І Українського) симпозіуму з питань доїння корів. - Глеваха 2005. - С 205-211.

4. Теоретичне обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів поплавково-клапанного вузла пневматичного релізера. / А. Фененко, В.Ткач // Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки і технологій для сільського господарства України. Випуск 8 (22), книга 2. - УкрНДІПВТ ім. Л.Погорілого. - 2005. - С 298-303. (Автор провів аналіз конструкції та теоретичні дослідження параметрів поплавково-клапанного вузла пневматичного релізера).

5. До обґрунтування типу доїльної установки для особистих та фермерських господарств. / В. В. Ткач // Збірник наукових праць Подільської державної аграрно-технічної академії. Вип. 9, Кам'янець-Подільський, 2001. - С. 437-439.

6. Ткач В. В., Фененко А. І., Москаленко С. П. / Деклараційний патент України по заявці № 2002043261 7А01J7/00 Пневматичний насос-релізер, подано 19.04.2002. (Автору належить ідея та конструкційна схема пневматичного релізера).

7. Експериментальне дослідження вакуумного режиму молокопровідної лінії доїльного апарата з релізерною системою виведення молока. / В. В. Ткач // Міжвідомчий тематичний науковий збірник “Механізація та електрифікація сільського господарства”. ННЦ “ІМЕСГ”. Вип. 90, Глеваха, 2006. - С. 339 -343.

8. До питання обґрунтування конструктивних параметрів пневматичного релізера. / В. В. Ткач // Збірник тез доповідей молодих вчених XIV Міжнародної науково-практичної конференції. ННЦ “ІМЕСГ” 10-13 жовтня 2006 р. - Глеваха, 2007. - С. 74 -77.

9. Рациональные технологические и технические параметры доильной техники. / А.И. Фененко, С.П. Москаленко, Д.О. Рымарь, В.В. Ткач, И.В. Резников // Новые направления развития технологий и технических средств в молочном животноводстве. Материалы 13-го Международного симпозиума по вопросам машинного доения сельскохозяйственных животных. 27-29 июня 2006 г. - Гомель, Республика Беларусь. - 2006. - С. 102-108. (Автор розробив конструкцію та провів дослідження пневматичного релізера для доїльного апарата).

Размещено на Allbest.ru

...