автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение эффективности функционирования устройства для группового учета надоев молока от коров путем совершенствования конструктивно-технологических параметров и режимов работы

На правах рукописи

Круглов Сергей^Д1штоль ев и ч

Повышение эффективности функционирования устройства для группового учета надоев молока от коров путем совершенствования конструктивно - технологических параметров и режимов работы

05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических. наук

Санкт - Петербург - 1997

Работа выполнена в Санкт - Петербургском государственном аграрном университете.

Научные руководители: член -вдрреспондент Академии аграрного образования , доктор технических наук, профессор Барсов Н.А.; кандидат технических наук, доцент Квашенников В.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Ковалъчук Ю.К.; кандидат технических наук, доцентХилков Н.В.

• > *■

Ведущая организация - Научно-исследовательский и проектно

-технологический институт механизации и электрификации Нечерноземной зоны РФ

Зашита состоится ¿¿^¿^ 199

на заседании диссертационного совета К 120.37.05 в Санкт - Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург - Пушкин, Петербургское шоссе, 2, ауд. 719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт -Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "23" * 199С^31—

Ученый секретарь диссертационного совета

Смирнов В.Т.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Один из основных факторов, влияющих на эффективное использование техники - материальная заинтересованность обслуживающего персонала в применении машин, повышении производительности труда и снижении себестоимости продукции.

При существующей технологии и организации труда на молочных фермах, когда доение осуществляется в молокопровод, а современные устройства для учета количества молока либо отказывают в работе, либо работают с очень большой погрешностью, молоко сливается в одну емкость и делится по числу доярок поровну или пропорционально данным контрольных доек. Уравнительное распределение подрывает стремление обслуживающего персонала к увеличению производительности труда.

Чтобы ликвидировать создавшиеся трудности, следует прежде всего решить вопрос организации учета молока. Для этого необходимы измерительные устройства, которые были бы надежны в работе и работали с минимальной погрешностью.

Цель исследования. Повышение эффективности функционирования устройств для группового учета надоев молока за счет совершенствования конструктивно технологических парамегров и режимов работы этих приборов.

Объектами исследований явились приборы группового учета надоя молока на доильных установках АДМ - 8 (дозатор молока АДМ-52.000) и экспериментальный дозатор, собранный в лабораторных условиях.

Научная новизна, состоит в том, что предложены аналитические выражения для определения конструктивных параметров и режимов работы устройств для группового учета надоев молока; обоснованы критерии оценки и требования, предъявляемые к ним; получены математические модели, адекватно описывающие рабочий процесс.

Практическая ценность. Разработаны методики инженерного расчета оборудования, позволяющего снизить погрешность группового учета надоев молока.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях СПГАУ ( Санкт-Петербург 1993- 1996).

Защищаемые положения: теоретические модели функционирования устройств для группового учета молока; конструктивное решение устройства для группового учета молока; результаты экспериментальных исследований рабочего процесса группового дозатора.

Публикации результатов исследования. Основные положения диссертации опубликованы в 2 печатных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов , основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы (64 наименования) и приложений. Работа изложена наЙ&тра-

ницах машинописного текста, содержитЗбрисунка, 7 таблиц и 4 приложения.

Содержание работы

Во введении содержится сущность выполненной работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе "Состояние вопроса и задачи исследования" даны: состояние и перспективы развития отрасли; особенности замера молока в поточных линиях ферм и зоотехнические требования, предъявляемые к устройствам группового учета надоев молока; классификация этих устройств и их анализ.

В результате проведенного анализа выявлено, что вопрос измерения количества жидкостей в промышленности разработан достаточно основательно, однако измерение количества молока в поточных линиях ферм акционерных обществ, совхозов, крестьянских хозяйств имеет свои специфические особенности.

Движущийся под действием вакуума в молокопроводе поток представляет собой двухфазную газожидкостную смесь молока с воздухом. Газожидкостная смесь молока с воздухом получается за счет впуска воздуха в шланг доильного аппарата через коллектор и через неплотности стыков молокопровода.

В связи с вышеизложенным к измерительным устройствам предъявляют следующие зоотехнические требования. Измерительные устройства должны отмеривать определенную дозу молока независимо от присутствия в нем воздуха, они не должны оказывать влияния на работу доильных аппаратов и доильных установок, должны хорошо промываться, легко разбираться, быть надежными в эксплуатации.

Существующие в настоящее время приборы для группового учета надоев молока не могут в полной мере справиться с этими требованиями. В соответствии с отмеченным поставлены следующие задачи исследования:

1. Обосновать и разработать конструктивно - технологическую схему устройства (дозатора) для группового учета надоев молока, отвечающего зоотехническим требованиям.

2. Разработать теоретические предпосылки к выбору конструкции, принципа действия и режимов работы дозатора.

3. Провести лабораторные исследования и производственные испытания дозатора.

4. Получить математические модели, взаимоувязывающие конструктивно-технологические параметры с исследуемыми факторами.

5. Разработать методику инженерного расчета дозатора для группового учета надоев молока.

6. Оценить экономическую эффективность предлагаемого дозатора.

Во втором разделе " Теоретические предпосылки к усовершенствованию конструкции и обоснованию режимов работы устройств для

группового учета надоев молока" дан анализ причин неудовлетворительной работы устройств группового учета надоев молока с поплавком, расположенным в приемной камере (АДМ - 52.000), и колоколообраз-ным поплавком, расположенным в мерной камере; разработаны теоретические предпосылки к обоснованию рациональной конструкции устройств группового учета надоев молока; дан анализ рабочего процесса предлагаемого устройства; обоснованы способы регулировки массы дозы молока; рассмотрено влияние стабильности вакуумметрического давления на рабочий процесс дозатора.

Конструкция приборов группового учета надоев молока на доильных установках АДМ - 8 за последние 20 лет изменялась 5 раз, начиная от цистерн, установленных на весы, и закапчивая дозаторами молока АДМ -52.000, применяемыми сегодня.

Результатом многолетней работы бывшего Рижского ГСКБ является дозатор АДМ - 52.000 , входящий сегодня в комплект большинства модификаций АДМ - 8. Однако этот прибор в некоторых случаях при полной технической исправности и правильности монтажа отказывает в работе, либо работает с погрешностями, значительно превышающими допустимый предел в 3%.

Основным рабочим органом дозатора АДМ - 52.000 (Рис.1 А и В) является поплавковый узел с поплапом (8), расположенным в приемной камере (ПК). Начальной операцией цикла срабатывания дозатора является всплытие поплавкового узла при заполнении приемной камеры (ПК) молоком. Всплытие обеспечивается при условии:

, (1) где: рм - плотность молока, кг/м3; ускорение силы тяжести, м/с2; УПр - приведенный затопленный объем,м3; С - сила тяжести поплавкового узла.Н.

Конструктивные параметры поплавового узла расчитаны на плотность дозируемой жидкости не менее 1000 кг/м3. При плотности менее 1000 кг/м3 поплавковый узел может не всплыть. Плотность молока, поступающего в молокопровод из доильного аппарата, всегда составляет 600 ... 800 кг/м3 за счет впуска воздуха в шланг доильного аппарата через коллектор и через неплотности стыков молокопровода.

Рассмотрим механизм функционирования дозатора при дозировании молоковоздушной смеси плотностью 600 ... 1000 кг/м3. В первом случае всплытие произойдет при уровне Нь во втором случае при уровне Н2 (Рис.! А и В). В обоих случаях серийный дозатор при выполнении рабочего цикла (подъем - опускание) отмеривает дозу, равную вместимости мерной камеры Ум.к.. Но масса молока в первом случае:

пи = Ум.к. р1 , (2)

во втором;

Put. 7 Схемы дозаторов поппавкового типа дай измерения

¿руппового надой,

/- сумматор; наконечник; 3 - ЦШтратныи тток; 4 - стакан приемной камеры-^ 5- основной кпапан • 6~ Стакан мерной камеры ■ ¿ - обратный клапан;

попаавок■ КП8~ камера переменного КПfí - камера поста'внною

атмосферного давпчиия^ ПК- приемная камера■ МК- мерная камера^

ГП2 = Ум.к. Р2 , (3)

значит п\1 ф шз, так как р1 * рг. Разделив (2) на (3) получим

га!/ш2= рг/рг. (4)

Из (4) следует, что масса молока в одной дозе в первом и во втором случаях будет отличаться друг от друга во столько раз, во сколько отличаются плотности молока.

При таком конструктивном исполнении данное устройство является объемным дозатором.

Как показано нами ранее, начальной операцией цикла работы дозатора поплавкового типа является операция всплытия поплавкового узла из нижнего исходного положения в верхнее за счет выталкивающей архимедовой силы, приложенной к затопленной части поплавкового узла.

Упр = V,, + Ум , (5)

где: У„ объем поплавка, м3; Уы объем клапана, м3.

В дозаторе (Рис.1 А и В) всплытие поплавкового узла возможно только при условии:

Рё(У;, + Укл) > тё. (6)

Из (6) следует, что плотность молоковоздушной смеси р должна быть гп

Р>-----(7)

Уп + Укл

По схеме (Рис.1 В) выполнен серийно выпускаемый дозатор АДМ-52.000 второй модификации. Подставляя в (7) конструктивные параметры названного дозатора, получим 0,375

р > ; р > 765 кг/м3 .

(0,41 + 0,08) 10 3

С у чего м сил фения в подвижных соединениях дозатора можно заключить, что всплытие поплавкового узла дозатора в данном случае возможно лишь при плотностях дозируемой жидкости р=800 кг/м3. При плотностях р < 800 кг/м3 выполнение начальной операции рабочего цикла дозатора (всплытие поплавкового узла) невозможно.

Таким образом, дозаторы с поплавком, расположенным в приемной камере, имеют следующие недостатки:

- измерение количества молока осуществляется по объему, а не по массе;

- погрешность измерения массы надоенного молока зависит от его плотности;

- регулировочные возможности массы одной дозы не обеспечивают требуемый предел изменения массы дозы, вызванный вариабельностью плотности молоковоздушной смеси.

Конструктивное исполнение дозатора с колоколообразным поплавком, представленное на (Рис.1 С), на наш взгляд, имеет следующие недостатки:

- поток молока, проходящего из приемной в мерную камеру, и поток воздуха, выделяющегося из слоя молоковоздушной смеси в мерной камере, направленны навстречу друг другу. Это вызывает дополнительный барботаж молока;

- для объема молока внутри колокола невозможно использовать гидростатический метод измерения массы, так как ход жидкостного поршня независимо от плотности жидкости должен быть таким, чтобы обеспечить давление газа под колоколом, необходимое для создания подъемной силы, большей силы тяжести поплавка;

- при продувке дозы воздух из - под колокола прорывается через слой молока, вызывая барботаж молока со всеми вредными последствиями;

- погрешность формирования дозы зависит от стабильности вакууммет-рического давления, так как при его колебании изменяется и остаточное давление, действующее на сферическое дно колокола сверху;

- ограниченные регулировочные возможности при регулировке массы дозы.

Отмеченные недостатки значительно снижают положительный эффект работы дозаторов с поплавком, расположенным в мерной камере.

Нами предлогастся новая конструкция дозатора, существенными отличиями которого от АДМ - 52.000 являются: 1 . Поплавок размещен в мерной камере, а не в приемной камере.

2. Поплавковый узел имеет регулируемую массу,

3. Поплавок и мерная камера имеют цилиндрическую форму.

— —ГГ ■

н2 Нп

ч Н1

-¿V Ом к Нход

Рис.2. Расчетная схема дозатора с поплавком в мерной камере

В предлагаемом дозаторе всплытие поплавкового узла так же, как и в серийном дозаторе, произойдет при условии (1) . Согласно закону Ар-

химеда, всплытие поплавкового узла возможно, если выталкивающая сила больше или равна силе тяжести поплавкового узла. В первом случае выталкивающая сила будет равна Р! = (7гс32п/4)х Н. р( ё , (8)

где: ёп - диаметр поплавка, м; g - ускорение свободного падения,м/с2. Во втором случае

Р2 = (ттсРп/4)х Н2р2ё . (9)

Следовательно

п^ = (яс12п/4)х Н| р1 g = (лд2п/4) х Нг р2 g , (10)

где: т - масса поплавкового устройства. Из уравнения (10) имеем

Н1 р! = Н2 р2 (11)

или Н, / Н2 = рз / р1 . (12)

Объем молока в мерной камере при уровне Н! будет равен тг(02мК-сР„)

VI =-Н, , (13)

4

где: Омк - диаметр мерной камеры. При уровне Нг

и(02мк-(32„)

у2 =----Н2 . (14)

4

Отношение объемов

V,/У2 = Н,/Н2 . (15)

Поставив в уравнение (15) значение Н1 / Ш из уравнения (12), получим У,/У2 = р2/р1 (16)

илиУ|р1 = У2р2 (17)

Значит ГП1-ГП2 . (18)

Рабочий процесс дозатора осуществляется следующим образом (Рис.1 О). В исходном положении поплавковый узел занимает нижнее предельное положение. Отверстие 0| штока находится в зоне постоянного вакуума, т.е. в приемной камере. Нижний торец стакана (4) открыт. Воздух из мерной камеры через стакан проходит в приемную камеру и далее через выходной патрубок крышки приемной камеры в вакуумную магистраль.

Во время доения молоко по входному патрубку крышки попадает в приемную камеру, а затем по молочному шлангу подводится к входному штуцеру межстенной камеры МСК и через обратный клапан (7) заполняет межстенную камеру. После заполнения МСК молоко через край стакана (4) переливается в рабочую часть мерной камеры МК. По мере заполнения рабочей части МК возрастает затопленный объем поплавка

(8), увеличивая подъемную архимедову силу, приложенную к поплавку. В момент достижения подъемной силой предельной величины поплавковый узел всплывает, выводя отверстие О1 из зоны постоянного вакуума в камеру постоянного атмосферного давления КПА наконечника (2) .Через отверстие 0|, отверстие Оз атмосферный воздух натекает в мерную камеру, резко повышая в ней давление. Под действием этого давления клапан (5) стакана (4) и клапан (7) плотно прижимаются к своим гнездам. В то же время молоко, находящееся в рабочей части мерной камеры по шлангу, соединяющему мерную камеру с вакуумированной емкостью, выдавливается в эту емкость. Происходит такт продувки мерной камеры. По окончании продувки МК давление в ней падает и поплавковый узел под действием силы тяжести опускается в нижнее предельное положение. Клапан штока (5) открывает нижний торец стакана (4). Поплавковый узел находится снова в исходном положении.

По нашему мнению,данная конструкция дозатора имеет ряд преимуществ перед своими аналогами:

- в дозаторе нет встречных потоков молока и воздуха;

- негерметичность клапана (7) и клапана (5) не влияет на размер массы одной дозы;

- дозатор имеет три способа регулировки массы одной дозы.

Конструктивное исполнение дозатора по схеме (Рис. 1 О) позволяет довольно просто и в широких пределах регулировать массу одной дозы.

Так же нами рассмотрено влияние вакуумметрического давления на рабочий процесс устроуства группового учета надоев молока. В ходе исследований выявлено, что вариабельность вакуума в системе не влияет на рабочий процесс дозатора.

В третьем разделе "Методика и результаты экспериментальных исследований рабочего процесса устройства для группового учета надоев молока" приведены цели и задачи экспериментальных исследований, а так же их результаты.

Общей целью экспериментальных исследований является проверка теоретических предпосылок, разработанных во втором разделе настоящей диссертации. Для достижения этой цели необходимо реализовать следующие задачи:

- разработать и изготовить рабочий макет устройства для группового учета надоев молока (дозатора);

- провести предварительные поисковые опыты с целью определения оптимальной .массы дозы;

- выявить основные факторы, влияющие на процесс дозирования молока;

- определить оптимальные значения факторов на основе применения методики планирования многофакторного эксперимента, в качестве

критерия оптимизации может быть принята погрешность работы устройства для группового учета надоев молока; - провести производственные испытания устройства группового учета надоев молока.

Рабочий макет устройства группового учета надоев молока был изготовлен нами в 1995 году в экспериментальных мастерских СПГА^.С помощью предварительных поисковых опытов была определена оптимальная масса дозы, которая составила 3 кг. В качестве модельной жидкости при поисковых опытах использовалась водопроводная вода при температуре 4°С. По окончании поисковых опытов в соответствии с методикой планирования многофакторного эксперимента был выполнен трехфакорный эксперимент в котором факторы - угол отклонения продольной оси симметрии устройства от вертикали, величина хода поплавкового узла и расход дозируемой жидкости, имели два уровня значений. Третий уровень был взят для проверки адекватности процесса (Табл. 1). За критерий оптимизации была принята погрешность устройства . Эксперимент проводили в соответствии с планом (Табл.1).

Таблица 1

Матрица плана.___^

Уровень и интервал ва Фактор Критерий оптимиза ции

рьирования факторами Угол откло- Величина хо- Расход дози- Погрешность

нения прод. Осисимметри и дозатора от вертикали, да поплавкового узла,мм руемой жидкости, л/мин дозатора, %

град

Верхний уровень(+) ю 6 5,5

Основной уровень(О) 5 5 4

Нижний уровень (-) Интервал варьирования 0 5 4 I 2,5 1,5

I + + + 0,6

2 + + — 0,6

3 + + 1,27

...4 + _ — 1,04

5 — _ — 1,03

6 _ + _ 0,33

7 _ - + 0,63

8 _ + + 1,02

9 0 0 0 0,79

Результаты эксперимента были подвергнуты регрессионному анади-

11

зу, выполненному на ПЭВМ ЮМ PC.

Таким образом, с применением методики планирования многофакторного эксперимента получены оптимальные значения факторов, влияющих на процесс учета надоев молока групповым дозатором: угол отклонения продольной оси симметрии устройства от вертикали 0 градусов; величина хода поплавкового узла 5,62 мм ; расход дозируемой жидкости 2,98 л/мин.

С целью выявления влияния плотности дозируемой жидкости на стабильность работы дозатора был выполнен однофакторный эксперимент, в котором фактор ( плотность жидкости) имел три уровня значений. В качестве модельной жидкости использовались:

- дизельное топливо плотностью 809 кг/м3;

- чистая водопроводная вода плотностью 1000 кг/м3;

- раствор поваренной соли в воде плотностью 1200 кг/м3. Результаты эксперимента были подвергнуты регрессионному анализу, выполненному на ПЭВМ IBM PC.

Зависимость величины массы дозы М от плотности измеряемой жидкости р описывается следующим уравнением регрессии

М = 3,068 - 5,442 х 10 5р (19)

Малая величина коэффициента при независимой переменной р свидетельствует о незначительной зависимости массы дозы от плотности.

Дисперсионный анализ результатов эксперимента позволил определить критические границы для критерия F, равные при 5% - ном уровне значимости 19,46 и 1% - ном - 99,47. Расчетное значение F - критерия, равное 2,3, не превышает указанные границы. Что дает основание утверждать о независимости массы дозы от плотности измеряемой жидкости.

Производственные испытания рабочего макета дозатора проводились на молочной ферме Учхоза "Пушкинское" СПГАУ. Испытуемый дозатор был установлен на место демонтированного серийного дозатора АДМ - 52.000, доильной установки АДМ-8А-1.

Основные цели эксперимента: 1) выявить работоспособность дозатора в производственных условиях; 2) определить среднюю погрешность измерения массы дозы; 3) определить влияние интенсивности доения (кг/мин) на стабильность работы дозатора. Численное значение массы дозы определялось путем взвешивания мерной вакуумированной емкости после каждого срабатывания дозатора. Вместимость мерной емкости составляла 40 кг.

Интенсивность доения определялась с помощью прибора "PULSATOR TESTER" РТ IV Голландской фирмы D.DRIE. ELEKTRONIK.B.V.

Перед испытанием дозатор настраивался на измерение установленной (принятой) массы дозы 2,5 кг; 3 кг; 3,5 кг.

3.12

у-2.ЭЭ8<0*х+ер5

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

^ Интенсивность доения, кг(мин

3.5

4.0

Рис, 'Зависимость массы дозы долатора от интенсивности доения

>■=3.068-5.4 «о-б'х+ерБ

950 1050

Плотность, кг/м4

1150

Рис. I . Зависимость массы дозы от плотности дозируемой жидкости

За время испытаний произведено 129 измерений массы одой дозы при установленной величине 3 кг, 25 измерений при массе дозы 2,5 кг и 14 измерений при массе дозы 3,5 кг.

После статистической обработки экспериментальных данных получены следующие результаты.

Таблица2

Результаты производственных испытаний экспериментального доза-

тора для учета группового надоя.

Показатели Серия опытов

1-я (установка 3 кг) 2-я (установка 2,5 кг) 3-я (установка 3,5 кг)

Средняя масса дозы, кг 2,996 2,534 3,489"

Ср.кв. отклонение, кг 0,028 0,033 0,044

Для оценки степени влияния интенсивности доения на точность

(погрешность) работы дозатора были проведены его производственные испытания, в ходе которых интенсивность доения (кг/мин) имела 5 уровня значений: до 1 кг; 1,1...2;2,1...3;3,1...4; болсе4.

Регрессионный анализ, результаты которого представлены на (Рис.3 и 4), позволяют сделать заключение о полной независимости стабильности работы дозатора от интенсивности доения и плотности дозируемой жидкости.

В четвертом разделе приведена методика инженерного расчета дозатора с поплавком, расположенным в мерной камере. В качестве исходных данных для расчета конструктивных параметров дозатора необходимы следующие величины: - интенсивность доения, л/мин; рт.г, - минимальная плотность молоковоздуш-ной смеси, кг/м3; Рвж - величина вакуума в магистрали, кПа; М -масса одной дозы, кг.

Пропускная способность дозатора должна быть равной максимальной интенсивности доения, которая по результатам математического моделирования составляет 5 кг/мин при доении стада с годовой продуктивностью 4000 кг и работе оператора с пятью доильными аппаратами.

Минимальная плотность молоковоздушной смеси, входящей в дозатор, в соответствии с результатами наших исследований составляет р = Ртю = 700 кг/м3.

Расчетом следует определить численные значения следующих величин: диаметр поплавка-сЗп; высоту поплавка-Ьп; рабочую высоту мерной ка-меры-Нм«; диаметр мерной камеры-Омк; высоту приемной камеры-Н,,*; уровень затопления поплавка~тЬат ; расчетную пропускную способность-

С^расч-

Инженерный расчет выполняется в нижеизлагаемой последовательности.

-Определяется объем поплавка Vi,B

\/1.п = (гпрл + ткл + ш„п + rtii.n)/p , (20)

где: Шрсг - регулирующая масса поплавкового узла; тКл- масса клапана;

тип - масса штока; Ши,- собственная масса поплавкового узла. Vi,„ определяется методом последовательных приближений. При i = 1; Ш) = 0 . Затем при расчетном Vi,n, толщине стенок поплавка SC! и плотности материала, из которого изготавливается поплавок р«, определяется собственная масса поплавка после первой итерации. Затем расчетное значение массы поплавка после первой итерации учавствует во второй итерации и т.д. Расчет ведется до тех пор, пока последующее значение массы поплавка будет отличаться от предыдущего не более, чем на 0,5%. Для расчета массы поплавка в i—ой итерации необходимо выбрать отношение Пп / dn поплавка. Обычно бывает достаточно 3...4 итераций;

- определяются конструктивные параметры мерной камеры: объем V4K; высота Нмк;

M/p = Fm hxo.i + FMk h' п - Vn, где: h' п - скорректированная высота поплавка.

h'n =[(М/р + Vn)/ F«K] - hxo.t , (21)

Нмк - высота мерной камеры, равная Нмк = h n + hxo;(, (22)

Скорректированный диаметр поплавка d\i, будет равен

d'n = (4 Vn /7ih\, )т , (23)

- определяется диаметр гнезда основного клапана

d« =f 4g(mra + Шип- + m„) / к Рвак ]1/2 . (24)

Внутренний диаметр стакана приемной камеры будет равен диаметру гнезда клапана. Наружный диаметр этого стакана de, с учетом толщины стенок Sct будет равен

dm = dM +2Scl . (25)

Таким образом, рабочая площадь поперечного сечения приемной камеры Fm< будет равна

Fnx (D2r,K - d2n)]/ 4 . (26)

- Определяется расчетная пропускная способность дозатора. Ор.»я(кг/мин)

Qpac, - М/Т„ , (27)

где: Т„ - время одного цикла работы дозатора Tu — tsan tnpo;t + trrcp (28) где: tKm - время заполнения мерной камерьгДпрод - время продувки мерной камеръгДпср - время переходного процесса.

Время переходного процесса на основе наших экспериментальных данных составляет 4...6 с. Для определения длительности продувки мерной камеры tnpoj следует решить задачу о длительности опорожнения сосуда

i5

под действием вакуумметрического давления РВ!1К и отрицательного переменного напора, изменяющегося от "Н" до "Ь" (Рис 5а). Однако величина Ь многок-ратно меньше пьезометрического напора РЕЙК /р . Следовательно ей можно пренебречь и считать, что истечение из мерной камеры происходит под действием постоянного пьезометрического напора Гвак /р. Тогда

1прол =М/[р ц В,, [2в(Рв,к /р #]>«! , (29)

где : р. - коэффициент расхода; Рш - площадь поперечного сечения шланга.

Значение ц в зависимости от конструктивных особенностей мерной камеры, шланга и сливной вакуумированной емкости определяется по общеизвестным методикам.

Для определения времени формирования дозы 1зап рассмотрим процес заполнения мерной камеры. Заполнение происходит по следующей схеме (Рис 56). В приемную камеру ПК из молокопровода поступает молоко в количестве (л/мин). Из приемной камеры происходит переменный расход ч = /(Н) (л/мин). Расчет следует выполнять при максимальном поступлении молока из молокопровода, считая это поступление постоянным и равным . Движение молока по молочному шлангу является в этом случае движением неустановившимся, так как расход, скорость и напор изменяются во времени. За время продувки мерной камеры 1проД расход ч = 0. Уровень молока в приемной камере достигает своего максимума Нщах. По окончании продувки, т.е. в момент установления одинакового давления воздуха в приемной и мерной камерах по молочному шлангу начинается расход 4 под действием напора Нта% (Рис 56.). Поскольку ч > \Уо, напор Н уменьшается от Нгаах до Нтт . За время <11 объем молока в приемной камере уменьшится на Рш< с1Н за счет разности притока \Уо (11 и расхода ц = |Дт Е,, (2ё Н)1/2 <й, т.е.

Р™ <1 Н = [Цш Ип, (2ё Н)"2 - \У0 ] (11, (30)

где: Цш - коэффициент расхода, определяемый по известным методикам. Интегрирование дифференциального уравнения (30) в пределах от Нтах до Нщщ позволит определить длительность заполнения мерной камеры 1зял. Причем Н тах> Нтт > Но . (31)

После интегрирования уравнения (30) получим

иа„ = 2Рпк¡\Хш¥т(2^п [(Ншах)"2 - (Ншл)"2 + (Но)1/2 Ы |(Нтах)ш- (Но)|/2 / / (Нщт)|/2 ~ (Но)1'21 . (32)

Рис.5. Расчетная схема опорожнения "а" и заполнения "б" мерной камеры экспериментального устройства группового учета надоев молока. (Поплавковый узел условно не показан) где: Но - напор при установившемся движении, когда расход через молочный шланг я равен притоку Нт1л - минимальный уровень молока в приемной камере, который устанавливается в момент окончания заполнения мерной камеры.

Но =\У2()/((д2ш . (33)

Из формулы (32) видно, что Ншт будет равен Но только при =со. Поэтому при выполнении цикла работы дозатора уровень молока в мерной камере колеблется в пределах Нгаах...Нтт. Причем Нп™ никогда не достигает уровня Но. Доза молока М/р (л) состоит из объема молока Рпк (Нтм - Нтт) и объема, натекающего в приемную камеру за время снижения уровня от Нтах до Нщ.п , т.е. за время (зал, определяемое по формуле (32). Этот объем будет равен \¥о 1заГ1. Таким образом

М^РтСНти-НпшО + ТУоЬап , (34)

млн подставляя значение из (32), получим

м/р= Рпк (Нгпах - Нтю) +(2Wo Рпк) I (Цт Рт (2ё)"2) [(Нгсах),Й - (Ншт)"2 +

(Но)"2 х 1п ¡(Нтах)"2-(Но)"2 / (Нп,,)1/2 - (Но)"2 О . (35)

Таким образом, формирование дозы молока М/р происходит за время снижения уровня молока в приемной камере с Нтах до Нтт. В момент начала продувки мерной камеры расход из приемной камеры равен нулю и уровень молока в ней начинает возрастать от Hmm до Нтах.

Нтах = Hmin +(Wo UVo,) /F ПК ■ (36)

Подставляя значения Hmax из (36) в (34), получим уравнение с одним неизвестным Hmin ■ Решив его одним из известных способов, получим численное значение Hmm . После чсго вычисляются значения Нтах из (36) и tmn из (32), что позволит определить составляющие цикла (28) и вычислить Ч^расч по формуле (27).

В пятом разделе дана эффективность применения устройства группового учета надоев молока по сравнению с весовым оборудованием, применяемым на многих фермах. Эффективность применения устройства составляет 5069280 руб. в год в расчете на 100 коров.

Основные выводы и рекомендации

1. Разработанное устройство для группового учета надоев молока позволяет снизить погрешность измерения с 3% (по паспорту) до 1%, что соответствует зоотехническим требованиям.

2. Теоретический анализ рабочего процесса устройств поплавкового типа с поплавком, расположенным в приемной камере, позволил выявить причины их отказов, а так же обосновать выбор конструкции, принципа действия и режимов работы устройства с поплавком, расположенным в мерной камере.

3. Лабораторные исследования устройства для учета надоев молока с применением методики планирования многофакторного эксперимента позволили определить оптимальные значения факторов, влияющих на погрешность дозирования: угол отклонения продольной оси симметрии устройства от вертикали - 0 град.; величина хода поплавкового узла - 5,62 мм.; расход дозируемой жидкости - 2,98 л/мин. Установлено, что на рабочий процесс устройства с поплавком, расположенным в мерной камере, плотность молоковоздушной смеси влияния не оказывает.

4. Производственные испытания опытного образца экспериментального устройства на молочной ферме учхоза "Пушкинское" показали высокую точность измерения им установленной массы дозы (коэффициент вариации массы дозы при ее величине в 3 кг оказался равным 0,93 %).

5. Разработанная методика инженерного расчета устройств группового учета надоев молока позволяет определить их конструктивные параметры и режимы работы применительно к различным условиям использования.

6. Оценка эффективности применения устройств группового учета надоев молока по сравнению с весовым оборудованием показала,

что экономия от применения устройств для фермы с поголовьем в 100 голов составляет 5069280 руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Барсов H.A., Квашенников В.И., Круглов С.А. Анализ причин неудовлетворительной работы дозаторов группового учета надоев молока на молокопроводе. Материалы VIII(I Всероссийского симпозиума по машинному доению сельскохозяйственных животных).- Оренбург, 1995.

2. Барсов H.A., Квашенников В.И., Бунин И.А., Круглов С.А. Анализ причин отказов дозаторов группового учета надоев. "Механизация и электрификация сельского хозяйства", 1995, №4.