автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование парметров универсального устройства для индивидуального учета молока на доильных установках

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НА\К

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ)

На правах рукописи (1 "

1

У I

МАКСУТОВ АБДИЛНАБИ АСЫЛБЕКОВИЧ

РГБ ОД

< 7 ДЁк '¡¿1

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УНИВЕРСАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО УЧЕТА МОЛОКА НА ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ

Специальность 05. 20. 01 ~ механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соисканпе ученой степени кандидата технических наук

Москва -1999

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте

электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор.

Научный консультант - кандидат технических наук с.н.с. В. В. Кирсанов Официальные оппоненты: доктор технических наук с.н.с. А. И. Учеваткин кандидат технических наук, с.н.с.. Заслуженный машиностроитель РФ Ю.В.Краснокутский Ведущая организация - Подольская государственная машиноиспытательная

станция

Защипа состоится » ОУч ЧЛ-^у^ 1999 г. в \ О часов на заседа-

нии диссертационного совета К 020. 15. 01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук во Всероссийском научно-исследова-тельско.ч институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) по адресу: 109456', Москва, 1-ый Вешняковский проезд, дом 2, ВИЭСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИЭСХ.

Заслуженный деятель науки и техники РФ Ю. А. Цой

Автореферат разослан « Об » Сл,ч Тал & 1999 го,да.

Ученый секретарь диссертационого совета к т.н., С.Н.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Увеличение численности различных категорий сельских товаропроизводителей и их дифференциация, в условиях многоукладной экономики привели к необходимости расширения спектра применяемых технологий и технических средств производства продукции.

Среди других процессов машинное доение коров является наиболее трудоемким и сложным технологическим процессом. По различным данным, в зависимости от технологии производства на его долю приходится от 30 до 50% затрат живого труда на ферме. Уникальность процесса заключается в непосредственном контакте доильной машины с животным. Поэтому к проблемам совершенствования доильной техники должен применяться комплексный системный подход, основанный на анализе взаимодействия объектов сложной биотехнической системы "человек-машина-животное".

Индивидуальный подход при обслуживании предполагает, прежде всего проведение зоотехнического учета молока от каждой коровы.

На автоматизированных доильных установках устройство для учета молока должно выполнять еще и функцию датчика потока молока для автоматического управления работой доильного аппарата. В России сегодня устройства индивидуального учета молока серийно не выпускаются, а применение импортных устройств значительно удорожает проведение этой необходимой технологической операции (доильные аппараты с встроенными потокомерами фирмы "Surge", счетчики фирмы "Alfa-LavaF, фирмы "Tru-Tesf и другие).

Все это предопределяет важность и актуальность проблемы создания и совершенствования новых методов и технических средств индивидуального учета молока.

Рассматриваемая диссертация выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских и опьгпю-конструкторских работ ВИЭСХ по созданию техники нового поколения для многоукладного сельскохозяйственного производства на 1996-1999 годы и Государственной научно-технической программой "Перспективные процессы производства продовольствия" Министерства науки России на 1996-2000 годы.

Цель работы - исследование и обоснование универсального многофункционального устройс тва для индивидуального учета молока.

Для выполнения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

- анализ существующих методов и технических средств индивидуального учета молока на доильных установках и обоснование принципиальной схемы многофункционального устройства;

- исследование основных факторов, определяющих погрешность измерений устройств различных типов, с разработкой способов ее механизации;

- исследование и обоснование математической модели устройства индивидуального учета молока;

- обоснование основных технологических и гидравлических характеристик, режимов и параметров устройства;

- экспериментальные исследования разработанного универсального устройства индивидуального учета молока;

- технико-экономическая оценка применения нового универсального устройства на доильных установках.

Объекты исследования. Объектами исследования в работе являются: технические средства учета молока, процесс пропорционального отбора некоторой части от общего потока, баланс воздухопотребления устройства, необходимый для стабилизации вакуумного режима в системе.

Методы исследования. При теоретическом и экспериментальном исследованиях были использованы методы математической статистики и теория ошибок, основы гидродинамики проточных устройств, метод многофакторного планирования эксперимента, метод экспериментального исследования с использованием нового параметра - коэффициента неравномерности отбора.

Научная новизна. Научная новизна заключается в следующем:

- на основе блочно-модульной концепции разработана универсальная структурно-технологическая схема устройства индивидуального учета молока, позволяющая совместить функции устройств пропорционального и порционного типов и обеспечить собственно измерение количества молока, а также интенсивность потока для управления работой доильного аппарата;

- гидродинамическая модель устройства с комбинированным поплавково-транспортирующим звеном обеспечивающая оптимизацию параметров суживающегося участка транспортирующей трубки и выходного распределителя потока конического типа;

- разработана усовершенствованная методика экспериментальных исследований устройства индивидуального учета молока с использованием нового параметра - коэффициента неравномерности отбора, позволяющая эффективнее оценивать работу различных типов устройств в зависимости от диапазона измеряемых удоев.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенные в диссертации структурно-технологическиг схемы, параметры и режимы функционирования устройств индивидуального учета молока являются основой создшгия новых типов устройств, дающих возможность их применения как на доильных установках со стойловым содержанием животных, так и на автоматических доильных установках. Результатом работы явилось получение положительного решения ВНИИГПЭ по заявке № 98101952 / 13(001497) от 23.01.98, "Устройство для индивидуального учета молока".

Внедрение. На основе проведенных исследований создан опытный образец универсального устройства индивидуального учета молока многофункционального типа, прошедший предваритедьные хозяйственные испытания на животноводческом комплексе "Токарево" ОАО племзавода "Петровское" г. Лыткарино Московской области и на ОПХ Подольской МИС в 1998 году с положительной рекомендацией.

На защиту выносятся:

- структурно-технологические схемы и техническое решение;

- гидравлические характеристики и параметры устройства индивидуального учета молока;

- аналитические и экспериментальные зависимости;

- методика инженерного расчета и обоснования параметров устройства с пропорционапьным отбором.

Апробация. Основные положения и выводы диссертации доложены и одобрены на заседании секции Электромеханизащш молочного животноводства Ученого совета ВИЭСХ в 1997-1999 гг., а также на научно-технических конференциях по методам и техническим средствам, применяемым при испытаниях сельскохозяйственной техники в г. Оренбурге (1998 г.) и в ОшТУ (Ош, 1997 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации отражены в 4 публикациях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и 6 приложений на 189 страницах, включая 8 таблиц, 38 рисунков и библиографии из 117 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, степень ее разработал, приведена общая характеристика работы, сформулированы основные положения, защищаемые автором.

Первый раздел. Проанализированы методы и технические средства индивидуального учета молока. Рассмотрены различные конструкции устройств индивидуального учета молока, используемые а отечественных и зарубежных конструкциях доильных установок. Проведена классификация существующих методов и технических средств индивидуального учета молока, которая показывает, что они могут быть разделены на устройства измерения веса, объема, уровня и параметров потока молока.

Существующие устройства индивидуального учета молока не в полной мере отвечают требованиям по точности измерения, санитарно-гигиеническим показателям и надежности работы, так например, устройствам порционного типа присущи следующие недостатки: относительно высокая погрешность, необходимость ее корректировки; наличие соприкасающихся подвижных частей, отрицательно сказывающихся на физико-химическом составе молока; нестабильность работы пробоотборника для оценки качества молока.

Устройства объемного типа с пропорциональным отбором можно разделить на два вида: с воздухоотделительной камерой и без нее.

К достоинствам устройств, имеющих воздухоотделительную камеру (УЗМ-I, МИко-исоре) можно отнести относительно низкую погрешность измерений, независимость показаний при любой интенсивности молокоотдачи от расположения относительно установки, надежность эксплуатации в хозяйственных условиях. Основными недостатками являются: конструктивная сложность, трудоемкость очистки, относительно большая масса и габариты, влияние на вакуумный режим.

К недостаткам устройств без воздухоотделительной камеры (ИУ-1, УЗЮЛ-I, Тги-Те.и, Шшкаю) относятся: зависимость показаний от угла установки прибора

на молокопроводе, влияние на вакуумный режим, снижение точности отбора при малых значениях потока молока (при 1 .г мин - погрешность составляет 15 %).

Анализу различных видов учета молока посвящены работы многих исследователей, среди которых можно отметить Астахова А. С., Дриго В. А., Королева В. А., Цоя Ю. А., Карташева Л. П., Локшина В. 3., Носова Г. Р., Болотина В. М., Жорова И. В., Золотусского Ю. Л., Вишгнкова И. К., Москвина Г. А., Куренкова В. М., Корявых А. С., Марьяхина Ф. Г., Поспелова В. Г., Учевагкина А. И., Кирсанова В. В., Борисова А. В., Минаков Б. А., Палкин Г. Г., Нечиггайло Б. Ф. и других авторов.

Ретроспективный анализ существующих в настоящее время известных устройств для индивидуального учета молока показал, что в настоя щее время в России не существует устройства, которое можно было бы применить как на доильных установках со стойловым содержанием, так и на автоматизированных доильных установках. Распад хозяйственных связей СССР остро поставил вопрос о необходимости создания и производства данного оборудования для оснащения им молочных ферм России и импортных поставок в другие страны СНГ. Реализация данной задачи наиболее целесообразна в рамках общей блочно-модульной концепции создания доильных установок нового поколения.

На основании вышесказанного и критического анализа технических средств индивидуального учета молока предложен новый способ индивидуального учета молока с возможностью его применения на различных типах доильных установок.

На основании приведенного в разделе I анализа определены цель и задачи исследований.

Во втором разделе обоснована и разработана структурно-технологическая схема универсального устройства индивидуального учета молока, проведены исследования факторов, влияющих на погрешность измерений различных типов устройств, теоретические исследования гидродинамических характеристик устройства, определены основные технологические и конструктивные параметры.

В соответствии с теорией .ошибок общее выражение суммарной погрешности работы устройства можно представить следующим образом:

3? = Зсист + 2 За, (1)

где Зу- суммарная погрешность устройства;

Зсист - систематическая погрешность;

За - случайная погрешность.

Выражение для случайной погрешности будет иметь след>тощий вид:

3 +д2 +.. + 32 ■ (2)

ел V / 2 п

где 5[... Зп - элементарные ошибки.

Общее выражение систематической погрешности для функции IV =/(х, у, Л) определяется из выражения:

А х + ^-Л у + — А 2+ I (3)

<Ьс ¿у (к Ж

Проведенный математический анализ различных устройств учета молока показал, что с точки зрения минимума полной погрешности предпочтение следует отдавать устройствам с воздухоотделителыюй камерой, которая компенсирует случайность потока молока и как следствие - исключает случайную погрешность от интенсивности молокоотдачи. Причем приемная камера служит также для стабилизации вакуума при доении.

В настоящее время в России устройства весового и порционного типов серийно не выпускаются, что, безусловно, сдерживает производство конкурентоспособного доильного оборудования. Вместе с тем, простое воспроизводство вряд ли целесообразно по причине целого ряда недостатков, присущих как устройствам УЗМ-1Л, ИУ-1А, так и датчику-счетчику ковшового типа. В этой связи проблему их создания следует рассматривать в контексте общей блочно-модульной концепции построения унифицированного ряда доильного оборудования с минимальным количеством функциональных блоков, что может быть выражено целевой функцией следующего вида:

1 =/(х,. х2, хз, х4...........х^, , (4)

где 2 - общая структура типоразмерного ряда доильного оборудования;

х/, Х2, хз, х4.........х„ - функциональные блоки: доильный аппарат, молокопро-

оод, групповое и индивидуальное устройство для,учета молока.

Было установлено, что при синтезе новых функциональных блоков структурных схем устройств следует отдавать предпочтение многофункциональности, универсальности, надежности, простоте конструкции и другим качествам. Иными словами, там, где можно обойтись одним устройством, надо это использовать, наделив его дополнительными функциями. Эта проблема в равной степени относится ко всем типам устройств измерения количества надоенного молока.

Был создан один тип устройства, который используется на всех типах доильных установок, причем в его конструкции предусмотрены формирователь порций и контактная группа для преобразования окончания формирования порции в электрический выходной сигнал, с последующей подачей его в блок управления.

Установлено, что для этих целей лучше всего подходит поплавковый молокомер с формирователем порций гидростатического типа (рис. 1). Первым вариантом исполнения дашюго устройства является устройство индивидуального учета молока пропорционального типа.

Второе исполнение этого устройства отличается от первого только вмонтированной в него контактной группой (например магнитоуправляемый контакт).

Структурная схема данного устройства практически без изменений сохраняет конструкцию первичного- преобразователи! потока молока в обеих вариантах исполнения устройства. В качесуве формирователя порций (мерная камера) наиболее цслесообргвно использовать поплавковый отсекатель гидростатического типа, который отслеживает определенный уровень наполнения мерной камеры, после чего происходит ее опорожнение. При опорожнении основная часть молока уходит через разделитель потока в отводящую камеру и далее в молокопровод, а его меньшая часть (2 %) отделяется в мензуру (пробоотборник). Поплавковое звено позволяет компактно расположить гаремную камеру над мерной, сообщив

их между собой сливкым отверстием. Отделение приемной камеры от мерной позволяет "запереть" фиксированный объем молока, исключив долив в него некоторой части молока при опорожнении, что имеет место в формирователе порций с опрокидывающимися ковшами. С другой стороны, отделение приемной камеры от мерной не мешает процессу доения, посхольку молоко продолжает поступать в приемную камеру от доильного аппарата. Транспортирующее устройство может быть объединено с поплавком в одном узле, что упрощает его конструкцию.

К элементам второго исполнения относится контактная группа (магнит гер-кон) с выводом информации на индикатор.

Проведены исследования по определению основных технологических и конструктивных характеристик устройства: объемы приемной и мерной камеры, пропускной способности с продолжительностями циклов опорожнения и наполнения мерного объема молоком, а также свободного объема V, воздухом.

Рассмотрена динамика изменения уровней молока в приемной и мерной камерах устройства для получения аналитических зависимостей продолжительности наполнения t„ и опорожнения /„„ мерной камеры (рис. 2).

Уровень жидкости в приемной камере зависит от интенсивности поступления в нее молока, т.е. величины QM, а также скорости опорожнения и наполнения мерной камеры, или пропускной способности устройства QC4.

Если QM>Qct, то уровень молока в приемной камере будет возрастать до критического момента, после которого жидкость полностью перекрывает свободный выход воздуха из мерной камеры, тем самым влияя на производительность работы устройства.

При равенстве QM и QC4 за некоторый промежуток времени в приемную камеру поступает порция жидкости, равная откачиваемого из мерной камеры эталонного объема, и высота ее равняется Н « const, которая будет характеризовать пропускную способность устройства.

Если 0м<0Сч, то уровень жидкости в приемной камере будет опускаться, и это не влияет на работу устройства.

Продолжительность наполнения мерного объема

t^jfV^m...). (6)

Процесс опорожнения состоит из следующих циклов:

- цикла разгона - ускоренное неустановившееся движение жидкости на участке to (0-1), скорость в трубке на первом участке возрастает от 0 до и¡, а давление АР^э ДР—Ра,',

- установившееся неравномерное движение жидкости со скоростями щ и щ в нижнем и верхних сечениях потока в трубке, причем на участке 1-2 происходит постепенное сужение потока (конфузор), с переходом скорости потока от и; ДО и2\ •

- замедляющееся движение жидкости в конце, участок (2 -3) характеризуется прорывом пузырьков газа из мерной камеры в отводящую камеру (двухфазный поток), давление ЛР => АР = Р,ак. (рис. 3).

приемная камера

(ЭСТДУХ00ТДЕЛ1ПЕЛЫ

«юршровлталь порпиа мшшш)

ТРАНСПОРТИРУЮЩЕЕ

УСТРОЙСТВО (ПОПЛАВХОЭОВТаЕНО)

РАЗДЕЛИТЕЛЬ ПОГОЖА

II

щ

КОНТАКТНАЯ1ТУ1ША СДАТЧИК)

БЛОХ УПРАВЛЕНИЯ

I ащотАТСР

?пс и Структурна» схема универсального устройства индивидуального ; молока: .

! [ -элементы основного исполнения;

ГЦ7. ИИ -элементы дополнительного исполнения

Рис.2. Схема образования мерного объема измерительной камеры устройства индивидуального учета молоха

^оп "Лею

ур

и

А рк

Ро ~ Р:

(П

с г в:

При исследовании потерь напора, процесс транспортиров^ молока из мерной камеры в отводящую был рассмотрен без учета отбора части потока в сливную трубку, т.е. с учетом некоторого допущения, что О ~ Отр.

Таким образом, общие потери напора при установившемся движении молока по всей длине трубки поплавкового звена устройства равны:

кГк1 + Нвх + кконф + Ьвых"

64.

I

&Ы

еж* $ кип + ч" I + $ вых

иср

2Я

Поток жидкости заключен между двумя концентрически расположенными трубками с радиусами диаметров /•/ и г2, причем Г2 на входе больше аналогичного значения, чем на выходе г.). Потери напора по длине определяли исходя из схемы составного трубопровода, состояшего из участков /; и соединенных между собой постепенным сужением - конфузором.

Полное время одного цикла равно.

Л, = Л

пап *оп

Я

* 2р2-

2 ! 1 - ■

Ом

УР

1.5

Ро ~ Р;

¡Л -Н -н""' " * - Иг-"1 с __

' мк вш У / " 8 V -1-к

А рЛ

Р с-Р

К- I К- 1

гг.- 1 К I - £ 1 1 * 6 2.

(9)

В конце процесса эвакуации последней порции, которая может быть меньше объема измерительной камеры. Осуществляют её эвакуацию вручную, открывая жиклер атмосферного воздуха. При этом чаще всего наблюдается двухфазный

в

зам£д.дтояяи*

Рис.3. Циклограмма опорожнения молока из мерной хамсры:

1-усхоренное неустановившееся движение жидкости; П-установнвшееся неравном ное движение жидкости; Ш-замедпяющееся движение жидкости з конце процесса

режим течения жидкости по трубке, поэтому с небольшим допущением расход по трубке был принят равной расходу О;.

В случае тогда число единичных циклов равняется Ъ, полное время /' затраченное на измерение молока надоенного от одной коровы определяется из выражения

Т 2 1и " 1оет

Я

1 -

О,,

.1 /М-.!,?

г2 м _,-.];

! 1 < | /!Л1К " И;ЫГ. I N

Ри - Р:

' А, 2

J ол

X 1к- р , - р

1 к-Г

"> V - в 1 *

(Ю)

С учетом времени и объема мерной камеры производительность устройства для умета молока определяется из выражения:

О^Л',-УоаЛ Т.

Рассмотрен процесс пропорционального отбора части потока в сливную трубку. При этом принципиально важным является определение наилучшего расположения отверстия А для пропорционального отбора в сливной трубке (рис. 4).

противоположная стенка сливной трубки

Рис. 4. Схема истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке условного резервуара :

Рассматриваемый процесс может быть, при некоторых допущениях сведен к модели истечения жидкости через малое отверстие в тонкой стенке из условного резервуара.

Исходя из последнего, с учетом известного значения приведенного напора НЛ, скорость истечения определяется из выражения:

ис= У-

'■Г

— + — --

2 у 2г

иА

2

I 2х

Расход жидкости через малое отверстие равен:

Ос-

0,02-Уп

''У

3 • ^

Ш)

( 12)

Ро - Р2

■ ¿и» - +--- ''/ Я Т

Л рл

у ■> - Н V I-к- р с- р н Откуда диаметр отверстия для пропорционального отбора:

<*отв=~

0.02 V.,

я ^¡ц

Ш)

' Р,, и1 — 1- — + а „•-

.2 V 0 7

.4

У ~ Я 2 Я

Для определения необходимого диаметра выводного патрубка и стабилизации вакуумметрического давления, в работе рассмотрено условие баланса возду-хопотребления устройства.

Отводящая камера предназначена для вывода кольцевого потока из трубки поплавкового звена и последующей транспортировки в молокопровод.

Установлено, что уровень молока з процессе опорожнения в отводящей камере должен быть ниже уровня воздушного патрубка для исключения обратного слива:

Ьм.ак

патр-

0-1)

„ к была бы также меньше

С другой стороны, важно, чтобы величина А* диаметра отводящего патрубка с1от,, в противном случае перекрывается сечение для отвода воздуха О,, что приводит к нарушению вакуумного режима. Уровень молока з отводящей камере:

■>{0т

Л и

Омол^ ГОП'

ч,

(/5)

"ок; *апатр! \

Установлено, что для правильной работы устройства важно, чтобы продолжительность одного рабочего цикла была больше времени отвода

Тогда весь объем молока, отводимое за цикл, будет успевать перетекать в молокопровод, освобождая объем отводящей камеры для принятия очередной порции.

Проведены исследования по определению расхода воздуха, прошедшего через устройство:

За такт опорожнения мерной камеры (?„„) в нее поступит воздух в объеме: Уюп = 0,2 Ур+ Ур - 1,2 Ур. (16)

Здесь значение Уш численно равно геометрическому объему мерной камеры, включающему полезный объем молока Ур и необходимый свободный объем воздуха на поверхности раздела двух фаз (молока и воздуха), он, как правило, не превышает 0,2 Ур в различных устройствах.

За промежуток времени наполнения мерной камеры г^ молоком в отводящую камеру одновремешю начинает поступать воздух через жиклер Рж.

Этот объем воздуха целиком выводится через приемную камеру, далее - отводящую камеру и молочный патрубок в молокопровод. Значение этого объема равно:

'в'*" ж- рж Ш

'гнет

К- 1 К — 1

1 >1 * " 1- \е К

1 1 2) 1 \ о

(17)

где (К^ош,, - объем воздуха, поступающий в устройство за время

Одновременно в приемную камеру поступает воздух от коллектора доильного аппарата Ок. Объем воздуха численно равен:

Уз^Шпап, (Щ

где У} - объем воздуха, поступающий от коллектора доильного аппарата.

Ок « 8 + 10 л/мин. С учетом значения Ок, ~У'з перепишется следующим образом:

.^Аналогичная зависимость для объема воздуха, посыпающего от коллектора доильного аппарата за время опорожнения,

Ув-8 и (10)

Таким образом, суммарный объем воздуха, поступающий в устройство за цикл,равен:

'еКР ж рж

в цикл 1 к- 1

2 Кч " - I К 1- г 1

Расход воздуха от коллектора представляет транзитный расход, который уходит в молокопровод, не влияя на работу устройства. Однако если проходное сечение отводящей камеры будет рассчитано неточно, то это обстоятельство приведет к нарушению вакуумного режима и соответственно к неустойчивой работе устройства.

Установлено, что недостаточный выход воздуха ш мерной камеры, приводит к нарушению вакуумного режима и к возникновению условия "барботажа" молока в приемной камере, а также к замедленному наполнению мерной камеры. При достаточно большой подаче воздуха К/ заполнение мерной камеры молоком будет невозможным из-за повышенного давления в ней. Поэтому воздухопотреб-ление должно быть незначительным, но достаточным для эвакуации молока в такте опорожнения.

В третьем разделе приведена методика и результата экспериментальных исследований погрешности измерений индивидуального учета в лабораторных и хозяйственных условиях.

Целью экспериментальных исследований была проверка адекватности предложенных теоретических положений, используемых для разработки универсального устройства индивидуального учета молока, на основе проведения лабораторных и хозяйственных экспериментов на доильных установках о получением основных метрологических характеристик и обоснованием его расчетных параметров.

Программа экспериментальных и хозяйственных исследований, включала в себя следующие задачи:

- определение погрешности учета измеренного количества молока на лабораторном стенде в зависимоста от интенсивности молокоотдачи (0 + 5 л/мин );

- исследование влияния вакуумметрического давления на погрешность измерений.

- исследование неравномерности пропорционального отбора в зависимости от разового удоя животного, определение пропускной способности устройства;

- изменение коэффициента пропорционального отбора в зависимости от утла сужения молокоотводящего патрубка;

Ii

- исследование скоростей и давления в трубке поплавкового звена;

- определение погрешности учета молока на лабораторном стенде в зависимости от угла установки устройства относительно молокопровода.

На основании проведенных исследований и расчетных данных был создан опытный образец устройства индивидуального учета молока.

В результате хозяйственных испытаний было установлено, что разработанное универсальное устройство индивидуального учета молока устойчиво выполняет технологический процесс: ,

- измерения молока с относительной погрешностью а пределах -2 + i-3,6 %, при различных интенсивностях молокоотдачи (1-5 .v.intfj), что соответствует зоотехническим требованиям, предъявляемым к данному типу устройств (± 5 %);

- максимальная пропускная способность устройства составляет 5 л/лшн, однако следует сказать, о возможности ее увеличения за счет изменения конструктивных параметров приемной камеры, а также поплавково - транспортирующего звена.

Оптимальными параметрами устройства являются:

- объем мерной камеры (Vp = 150 .ил);

• объем приемной камеры (Vnj, = 750 .ил);

- угол сходимости на участке сужения трубки поплавкового звена а - 90°;

- диаметр калиброванного отверстия 1,2 мм;

- диаметр трубки поплавкового звена на входе 22 мм, а на выходе 18 lu;

- диаметр сливной трубки для пропорционального отбора 14 .им.

Установлено, что наилучшее расположение калиброванного отверстия для

пропорционального отбора находится перед входом в участок сужения трубки поплавкового звена.

Отклонение по установке устройства на молокопроводе от вертикальной плоскости не должно превышать ± 20°.

Уменьшенный объем мерной камеры устройства (150 мл) по сравнению с УЗМ-1А (450 ли) позволяет использовать его: в качестве датчика потока, дополнительно оснастив его электрическим выходным сигналом, что делает данное устройство универсальным.

Предложенный в методике оценочный параметр - коэффициент неравномерности отбора, позволяет эффективнее оценить работу различных'типов устройств в зависимости от диапазона измеряемых удоев (0 -¡- 15 кс); В.предлагаемом устройстве значение этого параметра в среднем, не превышает 4 + 5 %.

Изменение вакуума в молокопроводе от 0,55 до 0,40 кГ/ см" не вызывает существенного изменения погрешности учета, сохраняя его значение в пределах ± 4 %.

Результаты хозяйственных испытаний подтверждают эффективность про-ведешшгх теоретических и экспериментальных исследований по определешпо основных характеристик экспериментального устройства индивидуального учета молока. Устройство индивидуального учета молока обладает меньшей массой и габаритными размерами, чем аналог УЗМ-1А, надежней в рабех^, проще в изготовлении и эффективнее очищается при циркуляционной промывке, может при-

е.*

1

I 1

1

1

)

*

1 4 1 <

«А

I

5

i 5 4

г 1

■1 -1

Рис.5. Зависимость относительной погрешности Рис.6. Зависимость относительной измерений от интенсивности молокоотдачи погрешности от разового удоя

ЬдаЪ!1

5 %

а

к

! ! ! 1 1 ! 444-4-44- \1 1 1 '! ¡.1.

— 1 1 1 1 1 1 1 ггт /1 н-> 1

■> • 1 2 ) ♦ } * &х

в Я Ш 1Я Ш а

V

Рис.7.3ависимость относительной ногрешности Рис.8. Зависимость относительной

измерений от изменения величины вакуум- погрешности измерений от угла

метрического давления в системе вахуумпро- сходимости на. участке сужения

вода трубки поплавкового звена

меняться на всех типах доильных установок с молокопроводом.

В четвертом разделе рассмотрена технико-экономическая эффективность результатов исследования. Расчет экономической эффективности был выполнен на основании ГОСТ 23 728 - 68. Техника сельского хозяйства "Методы экономической оценки".

В роли заменяемого изделия было использовано устройство зоотехнического учета молока УЗМ-1А.

Источниками экономической эффективности являются:

- снижение себестоимости освоения и серийного производства устройства по сравнению с аналогом УЗМ-1А (Латвия);

- сокращение номенклатуры выпускаемых учетных средств по сравнению с существующим типоразмерным рядом доильных установок за счет унификации первичного преобразователя потока молока.

Годовой экономический эффект внедрения нового универсального устройства для индивидуального учета молока от снижения себестоимости составляет: Г, 16,7 руб (в ценах на 01. 01. 1998 г.).

Годовой экономический эффект от снижения себестоимости устройства дня учета молока в расчете на годовую потребность: Г,„ 835000 руб

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Индивидуальный учет молока является центральным тенсм при групповом обслуживании животных на молочных фермах с одновременным учетом их индивидуальных особенностей, роль которого возрастает по мерс роста уровня автоматизации доильных установок. 2. На основе ретроспективного анализа выявлена четкая тенденция усовершенствования устройств учета молока за счет повышения уровня автоматизации, расширения многофункциональности и снижения массогабаритных характеристик, обеспечения возможностей подключения к информационным системам различного уровня. 3 В результате анализа метрологических характеристик, различных способов и устройств индивидуального учета молока было показано, что применительно к реальному состоянию отрасли требованиям многофункциональности в большей степени отвечают объемные молокомеры порционного и пропорционального типов, причем, среди них преимущество имеют устройства с воздухоотделительной камерой, исключающие случайную погрешность от изменения интенсивности молокоотдачи и стабилизирующие вакуум при доении.

4. Разработанная на основе блочно-модульной концепции универсальная структурно-технологическая схема устройства для учета молока ((решение о выдаче патента на изобретение 98 101 952 / 13 (001 497) от 23.01.98 г.) позволяет совместить функции молокомеров пропорционального и порционного типов и создать в перспективе единое устройство, используемое как » качестве счетчика и пробоотборника, так и в качестве датчика потока для управления работой доильных аппаратов. Предлагаемая технологическая схема устройства

обладает расширенными функциональными возможностями, способна к наращиванию дополнительных функций, связанных с автоматическим опорожнением мензуры от взятой пробы и ее автоматической промывкой.

5. Теоретически и экспериментально обоснованы параметры и режимы работы нового устройства учета молока: объем мерной камеры \\ж=150 г; объем приемной камеры Упр=750 мл; диаметр калиброванного отверстия 1,2 .ш»; диаметр трубки поплавкового звена на входе 22 мм, а на выходе 18 мм; диаметр сливной трубки для пропорционального отбора 14 мм.

6. Разработанная модель устройства позволяет повысил, точность пропорционального отбора за счет оптимизации параметров суживающегося участка транспортирующей трубки ( асх /' 2 = 45°) и выпускного распределителя потока молока конического типа, а также за счет сохранения стабильного вакуумного режима в приемной и отводящей камерах, и значительно упростить конструкцию и улучшить качество промывки, исключив тупиковые зоны, как в поплавковом звене, так и в сливной трубке.

7 В результате экспериментальных исследований установлено, что устройство индивидуального учета молока устойчиво выполняет технологический процесс с относительной погрешностью от 0,82 до 3,6 % при интенсивности ,\н>-локоотдачи от ] до 5 кг мин.

8. Отклонения вертикальной оси устройства в пределах ± 30° при креплении еп. к молокопроводу не вызывает существенных изменений относительной погрешности. Погрешность измерений устройства при изменении величины вакуума в молокопро.воде от 0,55 до 0,40 кГ см2 не превышает ± 4%.

9. Результаты .хозяйственных испытаний подтверждают эффективность проведенных теоретических и экспериментальных исследований. Устройство индивидуального учета молока обладает меньшей массой и габаритами, чем аналог УЗМ-1А, надежней в работе, проще в изготовлении и эффективнее очищается при циркуляционной промывке. Годовой экономический эффект от снижения себестоимости устройства в расчете на годовую потребность со-стардяет835 000 руб (в ценах на 01. 01. 1998 г.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ.

1. Максутов А.А., Кирсанов В.В. Основные направления в совершенствовании счетчиков индивидуального надоя молока. / Сборник научных трудов (профессорско-преподавательского состава Ошского технологического университета. - Ош: Издательство ОТУ, 1997. С. 140 - 142.

2. Максутов А.А., Кирсацов В.В., Зеленцов А.И.,,Цой Ю.А., Бессарабов Н.В. Со-

вершенствование технических средств учета молока на фермах. ' IX - Международный симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных (тезизы докладов). - Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 1997. С. 58- 60.

3. Максутов A.A., Кирсанов B.B. Основные тенденции усовершенствования тех-

нических средств '/чета индивидуального надоя молока. // Техника сельского хозяйства. 1998. № 5. С.45.

4. Положительное решение ВНИИГПЭ по заявке № 981 001 952! 13 (001 497) "Устройство для индивидуального учета молока" Максутов A.A., Цой Ю.А., Кирсанов В.В., Зеленцов А.И. от 04. 02.1999 года.