автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обеспечение стабильности вакуумного режима в молокопроводах доильных установок

. 1 да«,да3

новосибирскии государственный аграрный университет

На правах рукописи

ГОЛЬДЕНФАНГ

Александр Владимирович

УДК 637.116.003

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ВАКУУМНОГО РЕЖИМА В МОЛОКОПРОВОДАХ ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Специальность: 05.20.01 —механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

новосибирск 1903

Работа выполнена в отдела механизации Сибирского научно-исследовательского института сельского хозяйства ' ••/:, НП0"Кол<зс". ;

Научный руководитель:доктор сельскохозяйственных ' 1 ' • •• : наук, старший научный ..сотрудник' , . Домрачев В.А. ' ' • >

Консультант:кандидат технических наук, , • -доцент.Адрианов К.К,1 ' .... ,

Офациальные,оппоненты:доктор, технических наук,.

. '.! профссор Кузьмин A.B. 1

, кандидат тёхшческих наук.стар-. , ший;научный сотрудник Петухов H.A.1

• Ведущее предприятие: Сибирский, научно-исследова-,.

•".'.',''■ ' ' тольский и проектно-технолрги-неский-институт, животнородствр , ( СибНИПТИЖ ). .. •. . .:

Защита диссертации состоится " "_■ 19ЭЗг,

на^ заседании- Специавдзировэнного оовета К 120.32.01 при Новосибирском государственном аграрном университете,.но адресу: 63СХИ9, г.Новосибирск,ул.Добролюбова,'.. 160, НГАУ., ,

.'/.Отзыв на диссертацию в двух экземплярах, заверенных 'гербовой печатью, просим направить в адрео спецсовё?а -"., НГАУ.' .' : v' :

-.0 диссертацией могао-ознакомится в библиотеке НГАУ. ■ гНаучный доклад разослан " ' * ' ^ ■ 1 1993 г. •

;Ученый секретарь' Специализировшшого '/у1' ,: •

гс0ввтагк.т.н.,доцвщ'.' •V-;;;; :РГИ.ЗСу«адаов'''

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. Доение коров - трудоемкий и сложный процесс в молочном животноводстве. Для ого механизации наиболее распространенными и производительными являются установки с молокопроводом. Одним из серьезных недостатков таких установок является нестабильность вакуумного рекима в молокопроводе, которая нарушает параметра доильного аппарата и неблагоприятно воздействует на ¡кивот-ных. Нестабильность вакуумного ремсима в молокопроводе по материалам международного симпозиума по машинному доению (Лондон,1968) относится к главным причинам торможения рефлекса молокоотдачи, раздражений вымени, возникновении заболеваний маститами и соответственно , приводит к значительным потерям продукции. Это подтверждает важность и актуальность томи настоящего исследования.

Цель исследования. Конструктивно-технологическое обеспечение стабильности вакуушюго розхима в молокопроводе доильной установки , как технологического показателя ее эффективности.

Объект исследования. Гидродинамические процессы движения молочио-воздушной смеси и вакуумный режим в молокопроводе доильной установки.

Научная новизна. Установлено, что степень наполнения молокопровода является основным фактором стабилизации вакуума, как элементе биотехнической систомы доения, определяет его коструктивно-технологические параметры.

Обоснована рациональная степень наполнения молокопровода, обеспечивающая стабильность вакуума в нем.

Установлены зависимости диаметра молокопровода , ого предельной длины,перепада вакуума, расхода воздуха от расхода молока для обеспечения рациональной степени наполнения.

Разработаны критерии оценки доильных установок по стабилизации вакуума в молокопроводах.

По результатам исследований получоно 3 авторских свидетельства.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

На основании результатов исследования разработаны методики инжонорных расчетов основных конструктивно-технологических параметров доильных установок, обеспечивающих стабильный вакуумный режим в молокопроводах, а так-ке номограммы для их определения. Предложена система ступенчатого регулирования вакуума для стабилизации вакуумного режима в удлиненных молокопроводах.

Разработан метод оценки доильных установок по" стабильности вакуума в молокспроводо, который рекомендуется для использования при испытании доильных установок и их эксплуатации. Но результатам исследования разработаны и опубликованы методические рекомендации по использованию доильных установок с молокопроводом.

Предложения одобрены НТО МСХ РСФСР 1982 г., нто производственного управления сельского хозяйства Омского ■ облисполкома 1980 г., НТО Омского АПК 1986 г.

Предложения и рекомендации реализованы : институтом Омколхозпроект и Тюменъсельхозпроект при разработке и внедрении молочных форм и комплексов , предприятиями АПК Омской и Тшэньской областей при реконструкции, монтаже и использовании доильных агрегатов АДМ-8 с молокопроводом.

Апробация. Основные положения доссертационной работы

доложены и обсуждены на*. .

-Всесоюзном симпозиуме по доению сельскохозяйственных животных (Гига,17-20 апреля 1979 г.); научной конферен- ; ции " Вопросы организации труда и планирование молочныхкомплоксов'(г.Таллин,14-16 апреля 1982 г.)

- НТО МСХ РСФСР ( г.Москва, 12 марта 1982 г.).

- НТО производственного управления сельского хозяйства Омского Облисполкома ( г. Омск, 13 октября 1980 г.)

- НТС Омского АПК (г.Омск,21 ноября 1986г.)

- паучник конференциях (г.Омск,1974-1979 гг.)

- научных конференциях. ( г. Новосибирск, 1982-1988 гг.)

4

- научных конференциях ( г. Челябинск, 1974-1978 гг.)

Достоверность основных положений подтвервдена экспериментальными данными лабораторных и производственных ис -следований, а так же опытом использования на молочных фермах и комплексах в течении 1974-1992 гг.

Публикации■ Материалы по томе диссертации опубликованы в 27 работах общим объемом свыше II п.л..получено 3 авторских свидетельства на изобретения, в том числе I на способ.

Структура и объем работы.Научный доклад состоит из общей характеристики работы,пяти глав, заключения и основных выводов, списка выполненных и опубликованных работ по теме диссертации. Доклад содержит 28 страниц машино-исного текста, II рисунков и 1 таблицу.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

В решении проблемы совершенствования молочных линий доильных установок с целью стабилизации вакуумного режима в молокопроводах большой вклад внесли Жук 3.Я.,Карта-шов Л.П..Кузьмин А.Е.,Фенещсо А.И.,Цой Ю.А.,Гребень Г.Л.,Бетол С.Г.,Дриго В.А..Рушешвили Р.Ш..Кобаладзе Д.Г..Красиков Н.Н..Казанков А.Г..Оберемченко А.И., Адри- -анов К.К. и др.отечественные и зарубежные исследователи.

Анализ работы доильных установок показывает, что нестабильность вакуума в молокопроводе является одной из основных технических причин заболеваний коров маститами и снижения их продуктивности. Нестабильность вакуума в молокопроводе является следствием его колебаний, которые подразделяются на 2 вида.

Причиной колебаний первого вида являются нарушения в работе и неисправности системы.

Причиной колебаний второго вида является неустойчивость режимов течения молочно-воздушной смеси.

Способы устранения колебаний 1-го вида известны и решаются как техническими, так и эксплуотациошшми средствами: применением вакуумных насосов с достаточным

5

запасом производительности, использованием правильно сконструированных регуляторов вакуума, своевременным устранением прососов в линии и.т.д.

Колебаниями вакуума 2 -го вида, определяются принципиальными особенностями молокопровода как элемента биотехнической системы доения , которая включает оператора, 20 - 100 животных, трубопровод с узлами для избирательного подключения от 2 до 4 вакуумных доильных аппаратов и молокосборную емкость.Особенность молокопровода в том , что расход воздуха и приток молока на его входе могут осуществлятся через один или несколько избирательно подключаемых в произвольные моменты времени доильные аппараты. В силу этого объективного обстоятельства, в мо-локопроводе происходит дестабилизация режимов течения молочно-воздушной смеси, которая вызывает указанные колебания.

Анализ литературных источников показывает,что устранение этих колебаний является слояаюй научно-технической задачей. Современные метода расчета, проектирования, монтажа и использования молокопроводэв не учитывают требования по стабильности вакуумного реюша.Отсутствуют и надежные критерии ее оценки.

В связи с этим , для выполнения поставленной цели предусматривалось решение следующих основных задач:

- проанализировать рабочие процессы в молокопроводе для выявления основных факторов , определяющих стабильность вакуумного режима^ обосновать критерии стабильности;

- теоретически и экспериментально определить влиянио конструктивно-технологических параметров молокопровода на устойчивость режимов течения молочно-воздушной смоси;

- разработать инжонорные методики расчетов «оиструктив-ных и технологических параметров молокопроводоЕ, обеспечивающих стабильность вакуумного реикма;

- провести в производственных условиях проверку оригинальных технических роений и рекомендуемых технологических и конструктивных параметров, обеспечивающих стабильность вакуумного режима в молокопроводах; ■

6

■ - оценить технико-экономическую оффективность внедрения результатов исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ СТАБИЛИЗАЦИИ ВАКУУМА В МОЛОКОПРОВОДЕ ДОИЛЬНОП УСТАНОВКИ ПА ОСНОВЕ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЯ МОЛОЧНО-ВОЗДУШНОИ СМЕСИ.

2.1. Анализ пробкового течения молочно-воздушной смеси и его влияние на вакуум в молопроводе.

С тачки зрения гидродинамики, транспортирование молока по молокопроводу можно рассматривать как течение двухфазной газо-кидкостной смоси со сравнительно не ■высокой скоростью молока.В этом случав весьма существенно проявляется действие сил тяжести и шток полностью расслаивается.

Однако при аномальных поступлениях воздуха в молокоп-ровод происходит возмущение потока и в некоторых случаях существенное изменение ого структуры. При этом воамомш все вида структур: расолоенная, пробковая, эмульсионная а кольцевая, имеющие'различный гидродинамический характер, обусловленный различием плотности фаз. Это явление сопровождается значительными пульсациям! вакуума в молокозаводе. Причиной их являются изменения потерь на трение в связи с указанными наруиениями стабильности структуры течения потока.

Известно, что, для молокопровода наиболее благоприятно расслоенное течение молока и воздуха с гладкой или волнистой поверхностью раздела. Оно обеспечивает сохранность свойств молока и стабильный вакуум.

Неблагоприятным является переход расслоенного течения в пробковое, сопровоздающийся значительной дестабилизацией вакуумного режима.[9}

Для оценки основных факторов , определяющих вакуумный реким в молокопроводе при пробковом течении молочно-воздушной смеси, проанализируем ситуацию перехода' расслоенного течения в пробковое на типичной доильной установке,

7

схема которой представлона на рис.1.

Рис Л. Схема доильной установки.

Образование и течение молочной пробки рассматривается при наиболее неблагоприятной для доения ситуации - возмущении потока при аномальном поступлении воздуха в мо-локонроводе через полностью открытий доильный аппарат. Такая ситуация характерна при падении доильного аппарата с вымени . Для решония задачи принимаются упрощающие предположения; вакуум за пробкой одинаков по всей длине молокопровода; вакуум в емкости в момент образования и движения пробки, а также поред пробкой постоянен, пробка увлекает все молоко находящееся в трубопровода.

Тогда вакуум в молокопроводе (Р„) перед пробкой составит:

Г,=Ре-(1„-Х,)Ч, (1)

где р.- вакуум в тоздухораздолителе, 1„- расстояние от моста возникновения пробки до воздухораздолителя, х,-расстояшю от места возникновения пробки до ов начала, ц - падение вакуума в молокопроводе при установившемся раослооном точонкн молока па-единицу длины.

Поршо два предположения оправдываются тем, что с

8

движением пробки связат колебания вакуума , превосходящие статистические потери вакуума,и скорость пробки значительно больше скорости движения молока при установившемся расслоенном течении.В связи с этим характер давно -ния молока перед пробкой не проторпевает значительных изменений. Последнее предположение допустимо при большом { по сравнению с объемом молокопровода ) объеме воздухо-разделителя л подтверждается экспериментально.

Из рис.1., можно заключить, что объем пробки (У») будет:

У^-Х,^, (2)

где в - площадь сечения молокопровода, х,- расстояние от конца пробки до места ее образования.

С другой стороны, пользуясь допущениями получаем:

уп=(1-<р)ех,-у^(1-ф)8, (3)

где:ф- относительное газосодержание ;У«-скорость потека молока при установившемся ренине работа доильной установки ! ^прадолггдтолыюсть существования пробки.

В результате преобразований получено алгебраическое уравнение относительно

(4)

где г - коэффициент трения, t0- время движения пробки, со - коэффициент расхода воздуха через открытый доильный аппарат, рг- плотность молока, О,- расход молока в молокопроводо.

о

Для количественной оцоши влияния конструктивных и технологических параметров молокопровода на характеристики 1гро<3кового точения молочно-воздушной смеси и вакуумный режим в молокопроводе за пробкой проведем численный эксперимент, в котором относительное газосодержание (ф)выражено через степень наполнения молокопровода а = li/D, где h- глубина потока, D- диаметр молокопровода [27].

Ф=1 -^агооов(1 -2а )+| (1 -2а) Ка (1 -а) (5) '

Анализ получо!шых дашшх показывает, что расход молока (о«), определяющий скорость его течения в момент образования пробки,не оказывает существенного влияния на вакуум (Рт) за пробкой.Так при увеличении Q* от 25 до I5Ö cmVc при а=0.2 и 1=100 Р* возрастает но более чем на I.5%.Длина молокопровода(1)и степень наполнения (а) практически но моняют характер рассматриваемой зависи-

пробой(Ри) стсиепи наполне- liocTii(t) изменения вакуума ния (ь) при различной длине (Г„)в молокопроводе от его молокопровода(1). длины(1)и степени наполне-

ния (а)

ю

Если считать , что ноимет.иим допустимым вакуумом в молокопроводе является Рм ^ 28 1сПа , при котором доильные аппараты самопроизвольно но падают с вымени ( Краснов И.Н. и др.) тогда допустимой степенью наполнения молокопровода является а < 0.3 при длине молокоп-ровода 1 < 150т.(рис.2). ■

Известно ,что ватой характеристикой вакуумного рекима в молокопроводе, как элементе биотехнической системы доения , являются не только колебания вакуума , но и их длигэлыюсть.

При пробковой структуре течения молочпо-воздушной смеси дли - тельность (1;) изменения вакуума при прохождении одной пробки растет с увеличением длины молокопровода (1) и снижается с уменьшением степени его наполнения (а),(рис.3).

Анализ показывает , что для молокопровода либо -лее благоприятно расслоенное течение молочно - воздушной смеси, а переход его в пробковое не ¡хелатолен, т.к. в молокопроводе за пробкой происходит сшеошю вакуума. Величина и длительность этого отпхения возрастают с увеличена - ем степени наполнения молокопровода (а) и ого длины (I).

Молокопровод с пробковой структурой течения молоч-но-воздушной смеси может тлеть длину 1 < 90 ш при степени его наполнения а = о.з. Увеличение длины возможно только при устойчивом расслоенном течении молочно-воз-душной смеси.

2.2. Анализ расслоешюго течения молочно-воздушной смеси.

Движение потока ?юлока в молокопровода можно рассматривать как безнапорное.Это предположение согласуется о допущениями гидродинамики газо-кидкостннх смесей в трубах,которые позволяют при расслоенном течении газо-кид-костных смесей движение жидкой фазы с гидравлической точки зрения рассматривать как некоторый аналог бозна -порного точения жидкости в наклонной трубе.

11

Поэтому , молокопровод можно рассматривать как безнапорный трубопровод, а соотношение молока и воздуха в нем характеризовать безразмерным показателем-степенью наполнения (а) [8,10].

Для оцошси влияния степени наполнения (а) на параметры, определяющие гидравлические характеристики потока, его гидродинамический режим и конструктивные параметры молокопровода,рассмотрим работу простейшего безнапорного молокопровода.

Для теоретического анализа принимаются упрощающие предположения, что движение молока в молокопроводе является установившимся. Это предположение оправдывается ха-рак'^рными на практике особыми условиями работы доильной установки с неточным доением коров в стойловых помещаю!-, ях. В этом случао несмотря на кажущуюся беспорядочность поступления молока в молокопровод из доильных /аппаратов его суммарный расход в молокопроводе ( при установившемся рокиме работы ) подчиняется определенной вероятностно-статистической закономерности, а колебания глубины потока (1г) не превышают &% ( Андрушкив Л.Н.и др.)

Для тают, условий средняя скорость потока молока (V*) может быть выражена :

у»=----. (6)

Б'[0.25атооое(1-2а)- (0.5-а) Ка (1 -а)

Известно, что при безнапорном течении жидкости в ' гладких трубах коэффициент гидравлического сопротивления является функцией числа йе, в котором в качестве характерного размера используют гидравлический радиус II. Тог- ' да , после преобразования известных уравнений гидравлики получим:

'ЧтГГ -ЙвгоооЩТ^а) • где уп - кинематическая вязкость молока.

Так как молокопровод изготавливаотся из стеклянных труб шероховатостью 8 = 0.0005 м, а толщина ламинарной пленки составит 0=0.0007 м.то движоние молока в молокоп-роводах мокно рассматривать как двикенив в гладких трубах. Тогда коэффициент Дарси (Я.) можно определить из уравнения Блазиуса, которое для безнапорного молокопро-вода после преобразования принимает вид:

О > I 5

X*=0.225v°">£î_ агооов»'»(1-2а). (8)

* d о ' г з

В этом случае потеря напора h^ потока составляет:

h. ,=9.65 хр-бьЯ"'" UroooBd-ga)]""__(д)

ш ■ в» » » j [о.25агооое(1-2а)-(0,5-а)га(1-а)»

где!«-длина молокопровода с учетом потерь напора в мастих сопротивлениях,как потерь на эквивалентной длине пря-ого участка трубопровода.

Поскольку, при безнапорном режиме течения жидкости потери напора на трение (li^) числошю равны геометрическому уклону. (i ),то для определения ого можно воспользоваться уравнением Шэзи,после преобразования которого, получим:

1=9.65 ю"6 д»'Т'[ародов(1-2а)]""___^

D«" » [0.25arooos(1-2a)-(0,5-a) Ка(1-ар

Уравнение (IQ) позволяет определить уклон безнапорного молокопровода с расслоенной структурой течения молоч-но-воздушной смеси в зависимости от его диаметра(п), расхода молока (й,) и задаваемой степени наполнения(а).

Анализ вычисленных значений v*=f(a),R.ß=f(a),Ä*=f(а), }y=f(a),i=f(а) и графиков,(рис.4,5),показывает,что при расслоенном течении молочно-воздушиой смеси и фиксированном расхода молока (ci,) .степень наполнения молокопровода оказывает существенное влияния на гидродинамические ха-

13

рактеристики потока молока.С умонымтем (а) воарастает турбулентность (1^), скорость потока (V») и уклон моло-копровода , ( рнс. 4.) , но сокращается его предельная длина , ( рис. 5.). Однако эти изменения происходят не монотонно. Так, розкое увеличение уклона молокопровода (1) и сокращение его предельной длины (1), происходит при а < 0.4 для молокопроводов Э.8 см. Скорость же потока (V*) в этих мо'локопроводах резко возрастает при а < 0.3.

Рис.4.Зависимость уклона Рис.5.Зависимость расхода мо-молокопроводаЦ) от сте- лока (о*) от уклона полокопро-пени наполнения (а) и да- вода (1), его диаметра (I)); вметра (0)1 .В =2,5см; Зависимость предельной длины 2.Б,=3.8 см;3.ю,=5см. молокопровода (1) от уклона

(1).1 .Б,=2.5СМ;2.С,=3.8СМ; З.ВЭ=5СМ.

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В соответствии с цолью и задачами данной работы программа исследований включала изучение влияния на

14

стабильность вакуума в молокопроводо доильной установки следующих факторов:

- режима течения молочно-воздушной смеси;

- степени наполнения молокопроводо;

- протяженности рабочего участка молокопровода;

Исследования проводились в лабораторных и производст -

ванных условиях на молочных комплексах на 1600 коров ■ колхоза "Заря коммунизма".Омского р-на, и с/х.„Ленинский Тавриического р-на. Омской обл.

В работе использованы частные «общепринятые методики исследования. Доильные установки монтировали в соответствии о требования,«! ГОСТ 11730-73, ОСТ 70.20.2-80. В производственных экспериментах ветвь молокопровода изолировали от остальных и подключали к автономной вакуумной установке.

Определенно влияния протяженности рабочего участка молокопровода на устойчивость в нем вакуума проводили при длине рабочих участков молокопровода 20, 40, 60, 80, 100 м.

Методы измерения изучаемых параметров и используемые 'приборы соответствовали ОСТ 70.20.2.-80. Регистрацию исследуемых параметров производили дистанционно с использованием осциллографа Н-105 с набором гальванометров М 004.05 И М004.1.2{2].

Для замера вакуума использовали потенциометричоские высокочувствительные малогабаритные датчики давления ВДД-ЫООО.

0пред9леш1е среднего расхода воздуха проводили газовым счотчиксм РС - 40. Средний расход молока в молокопровода определяли при помощи счетчика !.ТВ , сумматора С-6 и самопишущего агяшр-во льтмо тра Н 390-7. Определение влияния степей! наполнения молокопровода на реким течения молочно-воздушной смеси в нем производили на лабораторной установке. Степень наполнения молокопровода определяли путем регистрации глубины потока на ленте осциллографа с помощью датчика глубины потока. Образование жидкостных пробок регистрировали на ленто осциллографа.

Схема лабораторно-производственной установки использованной на молочном комплексе в с-зе " Ленинский " представлена на рис.6.

Рис.6. Схема лабораторно -производственной доильной установки 1-вакуумний насос;2-вакуумпровод;3-вакуумный регулятор;4-газовый счетчик РС-40;5-вакуумметр ВКО;6-мо-локопровод;7-счетчик молока МТБ; 8-сумматор С6^-самопишущий ампер-вольтметр Н ЗЭ0;10-доильшй кран;11-датчик глубины потока;12,16-датчики давления НДЦ 1-1000; 13-до-илышй аппарат;14-блок питания датчиков;15-осцшиюграф Н-105; 17-молокосборник.

Физиологическую оценку состояния стада проводили научные работники СибНИВ'Л и ветеринарные специалисты хозяйства.

При обработке синхронных осциллограмм, представляющих собой диаграммы вакуума и глубины потока в функции времени, ставилась задача для каждого данного момента времени найти значения переменных и занести полученные данные в простыв таблицы дискретных значений переменных ве-

16

личин. Для обработки записей использовали прибор-классификатор ПОБД-12.

Вакуумный режим в молокопроводе оценивали уровнем нестабильности (Ен), характеризующим относительную про, должительность работы доильной установки с отклонениями ', вакуума свыше ДР = ±3,32 кПа от среднего во время дойки,который является показателем технологической надежности доильной установки [11]. Для доильных машин техпсло- ■ гическая надежность Н=0.9 (¡¡Сук З.Я), что соответствует Ен=0.1,при котором вакуумный режим считается стабильным. Ен - определяли графически, по экспериментальным кривим характеризукщим вакуумный рожимв молокопроводе во время дойки[2].Графики строили по розультатам обработки осциллограмм.

Аналитические расчеты проводились с использованием ЭВМ. , ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

В результате исследований режима течения молочно-воз-душюй смеси в молокопроводе установлено, что средний ( расход молока (о*) во время дойки, является сравнительно устойчивой величиной. Анализ показал, что менаду стопенью наполнения молокопровода(а) и устойчивостью сродной арифметической расхода молока (о*), оценешюй изменением стандарта (взимается тесная корреляционная связь (корреляционное отношение (т)л а=0.98).

О*

С увеличением(а) утрачивается устойчивость расхода молока (о*) в молокопроводе, что подтверждается возрастанием статистического показателя его варьирования(0^) Так, при увеличении степени наполнения молокопроводе от а,=0.2б до а,=0.Б2 (б^) возраста от с 3^=3.98 до 0^= 29.6 см /с, т.е.В 7.5 раз.

Степень наполнения молокопровода (а) оказывает сущест-: венное влияние на устойчивость расслоенного течения мо-• лочно-воздуншой смеси .Мозду степень» наполнения(а) и ' вероятностью перехода расслоенного точения в пробковое [Р(П)] имеется тесная корреляциошая связь("Пр(П)а~°"

Получешшо результаты показали достаточную согласованность аналитических и экспериментальных данных.Разность не выходит за границы доверительного интервала (Р-0.95). Вероятность перехода расслоенного течения в пробковое возрастает с увеличением (а).Однако при а^0.25 Р(П)= 0 , в при а=0.з Р(П)=0.03,т.е.вероятность перехода расслоенного течения в пробковое увеличивается в 5.3 раза [181.

При исследовании вакуумного режима в шлокопроводе доильной установки установлено, что степень наполнения молокопровода (а) оказывает существенное влияние на стабильность вакуумного рекима. С увеличением (а), кривые нестабильности вакуума смещаются вправо ( Рис. 7.), характеризуя снижение стабильности вакуума по величине и длительности.Зависимость мзвду уровнем нестабильности вакуума (Ён) и степенью наполнения (а) выранаотоя уравне-1ШШ регрессии вида:

Ен=-4.45+34.8а-88.2а!+78.8а3. (II)

<иг О,«?

Рис.7.Экспериментальные кривые Рис.8.Экспериментальные нестабильностивакуума в молоко- Ен=г(а)и теоретические проводе доильной установки при Ен=?(а) зависимости уровня различных значениях степени ' нестабильности вакуума наполнения (а) от степени наполнения (а)

и границы доверительного интервала Р=0.95.

Анализ графиков зависимостей Еп=£(а), по результатам экспериментов и расчетниэ Ен=Г(а) ( рис.8.), показывают достаточную согласованность расчетных и экспериментальных данных.Относителыше ошибки не превышают й =4.ей, а экспериментальная кривая Ен=Х(а) не выходит за границы доверительного интервала Р=0.95. Выявлено,что с увеличением степени наполнения от а=0.25 до а= 0.29 Ен возрастает медленно.Так при а=0.29,Ен-0.05;при а=0.3Э,Ен=0.18 возрастает в 3.6 раза^ характеризуя существенное снижение стабильности вакуумного режима в молокопроводе.Необходимая для эффективной работы стабильность вакуумного режима ймО.1 обеспечивается при а^О.З.

Таким образом, в результате исследований установлено, что при степени наполнения молокопровода а< 0.3, обеспечивается достаточно устойчивый расход молока (о„ ) по длине молокопровода, расслоенное течение молочно-воздуш-ной смеси и необходимая стабильность вакуумного регата.

Снижение степени наполнения более асо.з нецелесообразно, т.к. в этом случае в безнапорном молокопроводе увеличивается уклон молокопровода (1) и сокращается его предельная длина (1). При снижении а = 0.3 до а=0.2 Ен снижается на 8%. В то же время в 4.3 раза увеличивается уклон(1) и сокращается продельная длина молокоп- ' ровода (1) с 95 м до 22 м. В напорных молокопроводах в этом случае на 3056 возрастает расход воздуха (Оз).

Следовательно, степень наполнения а=0.3, можно считать рациональной и использовать в дальнейших исследованиях.

Экспериментальными исследованиями безнапорного мо-локопровада установлен коэффициент К=2.26, учитывающий особешюсти реального молокопровода.Введя его в уравнение (10) при а=0;3, после преобразований и замены входящих, параметров численными значениями получим:

1,71

1 =2.75- • (12)

" . В"/»

Сравнение расчетных ( по уравнению 12) и опытных дан-

19

них показало их хорошую сходимость (б„;„=1.2Я,6«,=4,8Я. что позволяет использовать это уравнение для расчета уклона безнапорного молокопровода.

Уравнение (12) использовано в разработке номораммы (рис.9.)» для определения уклона молокопровода (1), его предельной длины (1) в зависимости от расхода молока (а,) диаметра молокопрогода (Б) при а = 0.3. Номограмму могут использовать проектные организации при разработке технологических планировок ферм.инженерные службы, производящие монтаж и эксплуатацию доильных установок с безнапорными ыолокоправодами.

I г,о

I

' г, в

#

оя м

о

о м_¿о т т £,м

/

и

7

/ /

ш

/

го ¿о ■ 1га гео

Рис.9.Номограмма определения уклона молокопроводаи (1), и его предельной длины (1)от расхода молока (о,).

Исследования напорных молокопроводов показали, что при а=0.3 мевду средним расходом молока(Ол) и средним расходом воздуха (0Ц) , поступающего в молокопровод через регулятор вакуума и доильные аппараты, имеется тесная корреляционная связь (коэффициент корреляции г=0.8). Тесная корреляционная связь установлена и мелгду средним расходом воздуха (Ос) и градиентом воздуха ЛР/1

20

(корреляционное отношение т)о„др/1=0-9&) •

Зависимость между исследуемыми параметрами описывается уравнетгам.регрессии:

ав=-4.331-88.680. (13)

АР/1=-8.58+14.290я+0.750я (14)

Для определения (ЛР) получена зависимость :

АРЯ.52 10~г0* 1».' (15)

Результаты расчетов достаточно хорошо согласуйся с данными экспериментов в условиях нормальной эксплуатации доильных установок.Значения относительных ошибок(0™»= 1 .г%, £>1я=4,8£), сравнительно не валики, что позволяет исполь- ' зовать уравнения (13-15) для аналитических расчетов указанных параметров.

aR

Получз1шые данные крд "использовшш для разработки номограммы (рис.10) jq для определения среднего расхода воздуха (Qß) в молокопроводе при расходе iq молока (Q* ), длине моло-копровода(1), степени на-полнепия а=0.3 и диаметре молокопровода D=3.8см.

При определении (ДР) потери давления в местных сопротивлениях молокопро-вода (повороты,подъемы и.т.п.),можно рассматривать как потерт! валентной длине

10

Рис.10.Номограмма для определения расхода воздуха(Qg), на экви- перепада вакуума (ДР),расхо-( 1экв) да молока (о,)и длины молоко-

прямолинейного участка. провода(1).

21

Найденные значения (с^) используются для подбора вакуумных насосов и расчета воздухопроводов. . Значения (ЛР)необходими для .настройки вакуумных регуляторов.

В результате исследования вакуумного режима в напорных молокопроводах различной длины , установлена тесная корреляционная зависимость между уровнен нестабильно-ти вакуума (Ен) и длиной рабочего (стойлового) участка молокопровода (1р), (корреляционное отношение т^цр^о.э?). Результаты экспериментов и аналитических расчетов представлены графиками (рис.II.)

Установлено, что стабильность вакуума сшшется с увеличением длины молокопровода.При Вк0.1 дл1ша рабочих участков стойлового молокопровода 1р ^ 50ы. В атом случае длина всего молокопровода 1» ¿85-90м.

Установлена тесная корреляционная связь между уровнем нестабильности вакуума (Ей) и длиной рабочэго (стойлового) молокопровода (корреляционное отноиенио г}ш1р-о.97).

№ т

АН

\ао§

О .¿О 40 .СО 80 Рио.II.Зависимость уровня нестабильности вакуума(Ен) от длины рабочего • участка молокопровода (1р) по данным эксперимента Ен=г(1р) и расчета Ен=г(1р).

Для стабилизации вакуумного режима в напорном молокопровода при 1>90м и 1р>50м. разработан способ ступен-

22

чзтого регулирования вакуума по (a.c.N 640714) И6]. Он обеспечивает стабильнбсть вакуумного режима в удлинешшх молокопроводах по отделышм его участкам длиной lpc 50м.

Результаты исследований удлинешшх молокопроводов при а=0.3, 1 = 145 - 150 м при обычном и ступенчатом способах стабилизации вакуума приведены в таблице .

Показатели работы доильных установок с удлиненным молокопроводом.

! Показатели IОбоз-!Ед.IОбычное рэгу!Ступенчатое регу-! I !наче-!изм!лировка !лировка вакуума I

1______________Llmra__1___|_ваку;ума____X___IEj—I___ÏEx___1

Длина молокопр. Ь м ■ 145 145

Длина рабочего

участка 1р м I0Q 50 50

Уровень неустойчивости вакуума

в молокопроводе Ен 0.197 ,0.062 0.058

Степень наполнения а 0.3+0.09 0.3i0.02 0.3±0.02 Ср.расход молока Q* см'/с 62+3.8 62+3.6 62+3.7

Из полученных данных, можно сделать вывод,что в'удлиненном до 145 м молокопроводе при а = 0.3 уровень неустойчивости вакуума Ен=0.197 , т.е почти в два раза провышет дспустояй . При ступенчатом же рагулиропащш, уровень неустойчивости вакуума Ен = 0.05В -0.G32, что почти в два раза ниже^ормы.

ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ.

Стабильность вакуумного режима в удлинешшх молокоп-роводах молочного комплекса на 1600 коров к-за Заря коммунизма обеспечила сгадазшо заболеваемости коров маститами с 36.6% до 6.3 позволило повысить их про-

23

дуктивность в I974-1989 гг. с 3186 до 4780 кг.

Предложения и рекомендации по обеспечению стабильности вакуумного режима в молокопроводах доильных установок рекомендованы НТО ЫСХ РСФСР (1982 г),НТС производственного управления с/х Омского облисполкома (1980г) и Омского АПК (1936 г.) для внедрения.

По материалам исследований институтами "Омскколхозп-роект" и Тюменьсельхозпроект, разработаны и реализованы проекты молочных ферм и комплексов , стоимость строительно-монтажных работ снижена на 24,6 & и аксплуатаци-онных расходов - на 15.69$.

Рекомендации по стабилизации вакуумного режима в молокопроводах используются в Омской и Тюменской областях при проектировании и эксплуатации молочных фзрм и комплексов, реконструкции коровников, монтаже, использовании доильных установок и внедрены более чем на 100 фермах и комплексах. -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ.

Материалы исследований по стабилизации вакуумного режима в молокопроводах получены автором в 1972 -1992 гг. и изложены в 27 публикациях, обобщены в научном докладе по теме диссертации и позволяют сформулировать основные выводы:

•I. Анализ рабочих процессов в молокопроводе, как элементе биотехнической системы доения , экспериментальные исследования колебаний вакуума на различных гидродинамических режимах течения молочно-воздушной смеси показывают, что уровень нестабильности вакуума (Ен), является критерием стабильности вакуумного режима молокопровода. Технологическое качество доения обеспечивается стабильностью вакуума при Etu 0.1.

2.Установлена и экспериментально подтворздена зависимость уровня нестабильности вакуума (Ен) от степени наполнения молокопровода (а). При а>0.3 резко возрастают колебания вакуума. (Ен-0.05 при а-0.3 и Ен=0.18 при

а=0.3Э).С ростом степени наполнения от а= 0.3 до а=0.3б в 5.3 раза возрастает вероятность перехода течения из расслоенного в пробковое, наиболее неблагоприятное с точки зрения стабильности вакуума. Степень наполнения а=0.3 обеспечивает стабильный вакуум Еп< 0.1 и и является рациональной.

3.Теоретически установлены и экспериментально подтверждены зависимости уклона безнапорного молокопровода и перепада вакуума в напорном - от расхода молока , длины и диаметра молокопровода, обеспечивающие рациональную величину степени наполнения а=0.3. Показана необходимость перехода на ступенчатое регулирование вакуума при длине стойлового молокопровода 1р > 50 м.

4.Предложенные инженерные методики расчетов позволяют для рациональной степени наполнения а=0.3 определить конструктивно-технологические параметры молокопровода;' ого рабочую длину, предельный уклон, перепад вакуума, расход воздуха, обеспечивающие стабильность вакуумного регпмв. Разработаны варианты методик расчетов с использованием номограмм.

5.Применение ступенчатого регулирования вакуума по а.с.N6400714. использование рациональных конструктивно-технологических параметров молокспроводов позволяет обеспечить стабильность вакуума и расчетный релям работы доильных аппаратов независимо от длины молокопровода,увеличить длину стойловых молокопроводов в 1.5-2 раза. Эти предложения рекомендованы НТО МСХ РСФСР(1982г.), НТО производственного управления с-х. Омского облиспол-кома(1980) и КТС Омского АПК (1986г.) для внедрения и реализованы более чем на 100 фермах и комплексах Омской и Тюменской областей.

G. Внедрение результатов исследования на молочном комплексе на 1600 коров к-за "Заря коммунизма" обеспечило сшшзниэ заболеваний коров маститами с 36.6% до 6.355 и позволило повысить их продуктивность в 1974-1989 гг. с 3186 до 4780 кг на корову.

По материалам исследований' проектными организациями

25

Омска и Тюмени разработаны и внедрены проекты форм и комплексов, обеспечивающих снижение стоимости строительно-монтажных работ на 24.658 и эксплуатационных расходов на 15.69% по сравнению с типовыми проектами.

СПИСОК ВЫПОЛНЕННЫХ И ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ■ ДИССЕРТАЦИИ.

I.0пыт освоения доильной установки" Двухступенчатый мо-локопровод" /-Науч.тр.ОМСХЛ.1973.ТЛЮ.-С.95-97. (в соавторстве ) •

2.0 вакуумном режиме в молокопроводах некоторых доильных установок. / Науч.тр.ОМСХИ.-1974.Т.127.-0.83-84. (В соавторстве )

3.Модернизация доильной установки ДДН-8/Инф.ласт. Омский ЦНТИ. N 97-74. (в соавторстве ) 4.0 некоторых путях- совершенствования доильных установок с ыолокопроводами./Науч.тр.ОМСХИ.-I974.-т,127.-С.80-82.(в соавторстве) .

5.Особенности использования доильных .установок с моло-копроводом. /н."Земля Сиб1фская Дальневосточная". -1975.-N12.-С.33-40.(в соавторстве ) . ' б.Испольвоващэ доильных установок.А;. "За:.ущ Си&госкал Дальневосточная".-1976.-и.1.-С.38.(в соавторстве )

7.К катодаце опредалония расхода воздуха в доилышх установках. Науч.тр.0МСХИ:-197Бт.141.-С.б9-72. (в соавторстве )

8.К определению оптимального уклона молокопровода доильной у стааовки. /Науч. тр. шсхи. -1975. т Л 41. -О.69-72.

9.Теоретические исследования нарушения стабильности вакуумного режима в молокопроводе при возникновении пробкового течения. Науч.тр.0МСХИЛ976.т.157.С.23-27 (в соавторстве )

10.К теории раздельйого течения молокопроводной смеси в молокопроводах доильных установок./Науч.тр.ОМСХИ.-1976.т. 1Б7:-С.8-П. (в соавторстве )

II.Оценка доильных установок./НТВ.СибНИИСХ.-1976.-Вып.

26

19.-С.34- 38. (в соавторство )

12.Преимущества монтажа доильной установки по схеме" Двухступенчатый молокопровод"./НТБ.СибНШСХ.-1978.-Вып. 27.-С.30-33. (в соавторстве)

13.Техническая эксплуатация молочных комплексов./НТВ. СибШИ СХ. -1978. -Вып.27. -0.17-22. (в соавторстве ) 14.Кран для доильной установки./а.с.ы 604544. СССР.М. Кл2.а 01 7/00 (в соавторстве )

15.К вопросу об использовании доильных установок с уд-линеншми молокопроводами./Всес.симп.по май.доению с.-х. ¡штатных. /Тез.докл.'Ч.П. -Рига.17-20./04/1979.-С.23-24.

16.Способ поддержания оптимальго вакуума в молокопро-водной систоме доильной установки.а.с. н 946714. СССР. М. Кл2.е 01 7/00 (в соавторстве )

17. Вакуумная установка на .швотноводческом комплексе./Н.т.б. СпбНИИСХ.-Вцп.42.-I980.-С.41-44.(в соавторстве )

18.Повышение устойчивости структуры смеси в молскопро-соде./ Н.Т.О.ВАСХ1Ш.Саб.отд.-1981.-Вкп. 15.-С.30-35

19.Если удлинить молокощхыод./Сол.х-во. России. -1983.

-111 .-С. 42.

20.Использованию доильного оборудования на молочных формах и кс:аи8:ссах./Иотод.р91!омсвдации/Со ВАСХ1ШЛ.-Но- • воскбярск.-1531. -С.40.(в соавторстве )

21.!&шзашсо доение коров./ВКИ.Система водекия сельского х-ва ОмскоЯ обл., Разд.4.-Животноводство./-Новосибирск. -1983.-С.83-65.

22.Доильшз установки с удлиненными молокопровода-ми.Лйф.л.Омского ЦНТИ.И.239-82. (в соавторстве )

23.Оптимизация вакуумного ро:з:ма доильных устеновок с ¡•.о локопроводом./11.т.б./Со.ВАСХШИ./СибНЖСХ Новоси- . бирск.-1983.Вкп.6. -С.32-38.(в соавторство. )

24.Шпжннс9 доение коров. /ВКИ.Прсгяшлепная технология производства молока в хозяйствах Омской обл.(длл форм на 400,800 и 1200 коров о удоетл 3000 кг. молока в год).Рекомендации ВАСШЯ.-Г§86. -С. 17-21.

25.Текнологкчосмгй стандарт.Д*аиинное доение коров/.АПК

27

Омской обл.НП0"Колос".-0мск.-1987.-6 с.(в соавторстве )

26.Комплексная механизация в животноводстве./Система ведения сельского х-ва Омской области.Рекомендации Со ВАСХНИЛ.Новосибирск. -1987.-С.252-268.(в соавторстве )

27.Расчетно-теоретический анализ пробкового .течения мо-лочно-воздушной смеси в молокопроводе./Н.т.б./Со.ВАСХНИЛ .СибНИИСХ.-Новосибирск.-1989.-Вш.2.-0.31-36