Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 10
1.1. Состояние и перспективы развития отрасли 10
1.2. Особенности измерения количества молока в поточных линиях доения и исходные требования, предъявляемые к потокомерам и счетчикам молока 12
1.3. Литературный обзор и анализ устройств для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока, основные тенденции в их создании 16
1.4. Результаты патентного поиска по теме исследования 31
1.5. Краткий обзор научных исследований по обоснованию параметров конструктивно-технологических схем и режимов работы устройств для индивидуального учета надоев молока 36
1.6. Цель и задачи исследования 45
2. Теория процесса учета надоев молока с разработкой конструктивно-технологической схемы многофункционального измерителя индивидуальных надоев 47
2.1. Краткий анализ работы систем контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока на фермах и комплексах хозяйств 47
2.2. Теоретические предпосылки к разработке конструктивно-технологической схемы и обоснованию режимов работы многофункционального устройства для оперативного контроля за процессом доения 53
2.2.1. Анализ работы устройств индивидуального учета надоев молока и потокомеров, основанных на измерении двухфазного потока в молочном шланге 53
2.2.2. Анализ работы устройств индивидуального учета надоев массового способа дозирования 62
2.3. Обоснование конструктивно-технологической схемы и параметров рабочего процесса многофункционального измерителя индивидуальных надоев 64
2.4. Оценка погрешности измерения количества молока в процессе доения и влияние конструктивно-технологических факторов на ее величину 77
2.5. Теоретическое обоснование необходимого расхода воздуха многофункциональным измерителем индивидуальных надоев молока при статическом режиме 87
3. Программа и методика экспериментальных исследований 89
3.1. Программа экспериментальных исследований 89
3.2. Экспериментальная установка для проведения исследований измерителя индивидуальных надоев, приборное и программное обеспечение 90
3.3. Тарировка первичного преобразователя (датчика) лабораторной установки 95
3.4. Методика проведения однофакторных экспериментальных исследований 96
3.4.1. Влияние изменения величины вакуумметрического давления в вакуумпроводе на погрешность измерения 96
3.4.2. Влияние плотности измеряемой жидкости на погрешность измерения 97
3.4.3. Влияние интенсивности потока на погрешность измерения 97
3.4.4. Влияние угла отклонения продольной оси симметрии измерителя от вертикали на погрешность измерений 97
3.5. Методика планирования и проведения многофакторного эксперимента по оценке влияния основных факторов на погрешность измерения 99
4. Анализ результатов экспериментальных исследований 105
4.1. Результаты однофакторных экспериментов 105
4.2. Результаты исследований влияния основных факторов на погрешность измерений 115
4.3. Определение оптимальных конструктивных и технологических параметров индивидуального измерителя надоев 122
4.4. Экспериментальные исследования измерителя индивидуальных надоев в производственных условиях 123
5. Эффективность предлагаемой технологии и технического средства для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев 126
Общие выводы 132
Список использованной литературы 134
Приложения 148
- Особенности измерения количества молока в поточных линиях доения и исходные требования, предъявляемые к потокомерам и счетчикам молока
- Краткий анализ работы систем контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока на фермах и комплексах хозяйств
- Экспериментальная установка для проведения исследований измерителя индивидуальных надоев, приборное и программное обеспечение
- Результаты исследований влияния основных факторов на погрешность измерений
Введение к работе
В условиях современного состояния животноводства в России, наличия на внутреннем рынке относительно дешевой продукции зарубежных производителей и недостаточной защищенности отечественного товаропроизводителя можно утверждать, что один из выходов из создавшегося положения - это повышение продуктивности животных (опыт хозяйств Ленинградской области) и, как следствие, повышение качества зоотехнической, селекционно-племенной работы со стадом и улучшения процесса машинного доения коров. При этом необходимым является использование систем, обеспечивающих с минимальными затратами труда выдачу информации о количестве надоенного молока и состоянии животных, что особенно важно в условиях возрастающего дефицита работников животноводства, а также внедрения новых организационных форм производства. [1,2,3]
Учет надоенного молока, получаемого на ферме и реализуемого на рынке, сегодня становится еще более важным, поскольку в целом ряде случаев производство и реализация молока являются основой экономики ряда сельскохозяйственных предприятий. Также учет надоя молока становится базовым основополагающим звеном технологии, так как выходной показатель системы, - продуктивность животных, является параметром, определяющим тесно взаимосвязанную систему кормления животных и получения молока. [2,3]
При машинном доении коров на МТФ и комплексах получение и регистрация информации о ходе процесса и количестве надоенного молока, индивидуально для каждой коровы, осуществляется сегодня, в большинстве случаев, по существующим технологиям штатными техническим средствами учета надоя молока. Несовершенство технологий и недостатки технических средств для учета индивидуальных надоев молока обуславливают значительную трудоемкость работ, связанных с определением параметров молокоотдачи, величины удоев и обработкой получаемой информации, а также неудобство в обслуживании, ненадежность, высокую погрешность и низкую пропускную способность
систем. В результате процесс учета оказывает отрицательное влияние на стереотип доения коров. Это, в свою очередь, не отвечает зоотехническим требованиям внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, снижает качество учета молока на фермах, ухудшает зоотехническую и селекционно-племенную работу с животными, что, в конечном итоге, приводит к снижению продуктивности молочного стада. [2,3,4]
Чтобы устранить создавшиеся трудности, необходимо, прежде всего, решить вопрос организации контроля за процессом доения и учета молока. Для этого необходимы измерительные устройства, которые были бы безотказны и работали с минимальной погрешностью, а также имели выходной сигнал, удобный для хранения и обработки полученных результатов на ПК.
Поэтому целью исследования является повышение эффективности процесса машинного доения коров за счет обоснования и разработки технологии и устройства для контроля процесса и учета индивидуальных надоев молока.
Объектом исследования является рабочий процесс экспериментальной установки многофункционального измерителя индивидуальных надоев молока.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
на основе анализа результатов выполненных ранее исследований, патентов, литературных источников и передового опыта отечественных и зарубежных товаропроизводителей определить основное направление совершенствования технологий и технических средств для контроля процесса и учета индивидуальных надоев молока при машинном доении коров;
на основе анализа факторов, связанных с характеристикой молока и процессом машинного доения, получить математические модели оценки величины погрешности измерения;
разработать функциональную и конструктивно-технологическую схемы измерителя индивидуальных надоев молока, отвечающего зоотехническим требованиям;
теоретически обосновать выбор принципиальной схемы устройства и его конструктивно-режимных параметров;
провести экспериментальные исследования макетного образца предлагаемого устройства с целью оценки его погрешности, работоспособности и соответствия зоотехническим требованиям;
на основе обработки результатов экспериментального исследования получить математические зависимости оценки влияния факторов на величину погрешности;
разработать программное обеспечение и практические рекомендации для использования предлагаемого устройства в производственных условиях;
оценить эффективность технологии и измерителя индивидуальных надоев молока.
На защиту выносятся: классификация средств индивидуального учета молока в потоке; функционально-технологическая и конструктивно-технологическая схемы измерителя индивидуальных надоев; теоретические модели функционирования устройства для индивидуального учета; конструктивное решение измерителя индивидуальных надоев; программное обеспечение для использования предлагаемого устройства в производственных условиях; результаты экспериментальных исследований рабочего процесса измерителя индивидуальных надоев молока; математические зависимости влияния технологических, эксплуатационных и конструктивных факторов на величину погрешности.
Теоретической и методологической основой исследования и разработки параметров процесса измерения количества получаемого молока на молочнотоварных фермах (МТФ) послужили материалы исследований, изложенные в трудах Астахова А.С., Асманкина Е.М., Бабкина В.П., Вагина Б.И., Винникова И.К., Гордиевских М.Л., Дриго В.А., Зеленцова А.И., Золотуского Ю.Л., Кар-ташова Л.П., Кирсанова В.В., Королева В.Ф., Королева В.А., Краснова И.Н., Кузьмина А.Е., Максутова А.А., Марьяхина Ф.Г., Москвина Г.А., Нечитайло Б.Ф., Огородникова П.И., Палкина Г.Г., Поспелова В.Г., Радоманского В.М., Соловьева С.А., Ужика В.Ф., Учеваткина А.И., Цоя Ю.А. и других авторов.
Методы исследования. При теоретическом и экспериментальном исследованиях были использованы основные закономерности гидродинамики проточных устройств, метод планирования эксперимента, имитационное моделирование с использованием ПК, методы математической статистики, теория ошибок.
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры Ml 11111Ж Санкт-Петербургского аграрного университета и в производственных условиях в ЗАО «ПЗ»Рабитицы» Ленинградской области и учебном хозяйстве Ивановской ГСХА.
Научную новизну работы составляют:
принципиальный подход к технологии учета индивидуальных надоев молока, обеспечивающий минимальную погрешность измерений;
теоретический анализ рабочего процесса измерителя и математические модели, адекватно описывающие рабочий процесс;
математические модели оценки влияния основных факторов на величину погрешности измерителя индивидуальных надоев;
аналитические выражения для определения конструктивно-технологических параметров устройства.
Практическую значимость работы определяют:
конструктивно-технологическая схема измерителя индивидуальных надоев молока, обеспечивающая минимальную погрешность измерения и повышенную надежность в эксплуатации;
программное обеспечение для использования предлагаемого устройства в производственных условиях;
рекомендации по обоснованию основных конструктивн-отехнологиче-ских параметров предлагаемого измерителя.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в СПбГАУ (Санкт-Петербург 2004 -
9 2007 гг.) и на расширенных заседаниях кафедры «Механизация производства и переработка продукции животноводства».
Результаты о проведенных в производственных условиях испытаниях технологии и многофункционального измерителя индивидуальных надоев доложены, одобрены и приняты для реализации.
Публикации. Основные положения работы и результаты исследований опубликованы в 6 печатных изданиях, включая одну статью, опубликованную в издании рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы, приложений. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, 39 рисунков, список литературы из 126 наименований, в том числе 6 на иностранных языках, 6 приложений.
Исследования проведены на кафедре «Механизация производства и переработки продукции животноводства» Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, в производственных условиях в ЗАО «ПЗ»Рабитицы» Ленинградской области и учебном хозяйстве Ивановской ГСХА за период 2003...2006 гг. Автор искренне благодарит коллектив кафедры М11ІШЖ СПбГАУ, лично доктора технических наук, профессора Вагина Б.И. и инж. Му-ханова В.Н. за оказанную методическую и практическую помощь в процессе диссертационной работы.
Особенности измерения количества молока в поточных линиях доения и исходные требования, предъявляемые к потокомерам и счетчикам молока
Гидравлическая система коммуникаций воздушной и молокопроводной линий доильных установок основана на принудительном движении молока и мол очно-воздушной смеси. При этом наиболее важным и сложным является движение потока на участках подъема от коллектора доильного аппарата до молокопровода и на подъемах самого молокопровода. Установлено, что структура потока смеси существенно влияет на стабильность разряжения в процессе доения, дестабилизацию жира и транспортирующую способность доильного аппарата. По данным физиологов снижение уровня и колебания разряжения приводят к увеличению заболеваний молочной железы вымени животных. [19]
Комплексная проблема изучения гидравлических закономерностей в доильных установках и на их основе разработка методов расчета - важны и актуальны. Следует отметить, что отдельные методики, решения, принципы, заложенные в исследованиях транспортировки газожидкостных потоков, применимы в исследованиях функционирования системы молокопроводной линии доильных установок при условии, что измеряемое вещество заполняет все поперечное сечение трубопровода. Тем не менее, совмещенные системы для доения и транспортировки молока резко отличают их от аналогичных транспортных коммуникаций двухфазных потоков промышленных систем (газ-нефть, воздух-вода и другие), поскольку в них поток жидкости является практически установившимся, то есть скорость потока и давление в одном и том же месте могут изменяться медленно [19,20]. Также свои ограничения в работе доильных установок накладывают исходные требования к разрабатываемым устройствам, технические условия и требования охраны животных.
Из сказанного выше следует, что ни один из известных классов учетных приборов не пригоден к использованию в поточных технологических линиях (ПТЛ) доения, в связи с особыми условиями, существующими в транспортных коммуникациях рассматриваемых ПТЛ.
К особым условиям относятся: - наличие двухфазных потоков молоко-воздух с относительно большим содержанием газа и удельной поверхности раздела фаз при пониженном давлении в сравнении с нормальным атмосферным [20,22,23,24,25]. Необходимость впуска воздуха в шланг доильного аппарата обоснована многими учеными, то есть в шланге течет не молоко в чистом виде, а молоковоздушная смесь, в которой воздух равномерно (в виде мельчайших пузырьков) распределен во всем объеме молока. Соотношение этих компонентов зависит от числа работающих аппаратов, размеров молокопроводов, вакуумного режима работы доильных установок, интенсивности молокоотдачи коров, наличия прососов в системе и других факторов [19,26,27,28,29]; - интенсивность отдачи молока изменяется при доении от 0 до 9 л/мин, а количество молока, подлежащее замеру, сравнительно невелико, при индивидуальном учете оно составляет порядка 5...20 л или редко больше 20 л [25, 28,30,31]; - случайный характер изменения расхода молока и воздуха, что ведет к неустановившемуся режиму их движения. Он наблюдается при эвакуации молока от коллектора доильного аппарата в молокопровод, а также при течении молока по молокопроводу [19,20,21,23,24,25,28]; - нестационарный режим теплообменных процессов в связи со случайным изменением количества поступающего молока [19,20,21,23,24]; - интенсивное многократное механическое воздействие на молоко, сопровождающееся пенообразованием, соударением отдельных порций молока, ударами струй молока о твердые поверхности, барботажем молока воздухом [21,22,23,24,28]; - наличие в жидкой фазе (молоке) механических примесей (опилки, торф), а также комочков молочного жира при его сбивании, слизи и маститных сгустков [21,22,23,24]; - неоднородность молока по плотности, зависящая как от физико-механических свойств молока, так и от конструктивных особенностей моло-котранспортных коммуникаций доильных установок и дольных аппаратов [21,22,23,24,28,32,33]. Согласно результатам многих исследователей плотность молочно-воздушной смеси в ПТЛ доения может изменяться в пределах от 800 до 1033 кг/м3 [21,22,32]. Рассмотренные особенности вынуждают исследователей усовершенствовать существующие или разрабатывать новые приборы и устройства для учета надоев молока, способных работать в этих условиях и удовлетворять следующим исходным требованиям и техническим условиям: - учет массы молока должен осуществляться с допустимой погрешностью ±3% для 95% всех значений и ±5% для 5% измерений в независимости от присутствия в молоке воздуха [12,13,31,32,34,35,36,37,38,39,40,41]; - отсутствие отрицательных воздействий рассматриваемых технических средств на стабильность вакуумного режима доильной установки и физико-химический состав молока, а также возможность взятия в процессе доения репрезентативных проб молока [12,13,14,15,23,24,25,28,30,31,41,42,43]; - универсальность принципов измерения и эргономически оптимальное размещение (что позволяет использовать их при доении в станках и в стойлах, а также позволяет не увеличивать неизбежное образование пены) [15,31,44,45]; - устройства индивидуального учета надоев молока и контроля за процессом доения, служащие измерительными преобразователями, должны являться неотъемлемой частью каждой АСУ ТП молочного животноводства и иметь нормированный электрический сигнал на выходе, удобный для обработки результатов измерения при сопряжении их с микропроцессором и/или ПК [2,3,12,13,14,15,23,41,44,46,47]; - градуированная шкала на молокомере должна быть постоянно зафиксирована в стенке сосуда и иметь темный цвет по сравнению с цветом молока [31,34]; - обладать высокой эксплуатационной надежностью. Технические средства должны эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от +10 до +35 С, верхнее значение относительной влажности воздуха в месте установки преобразователя измерения - до 95% при +25 С и более низких температурах без конденсации влаги. Атмосферное давление может быть от 84 до 107 кПа. Содержание агрессивных паров и газов, а также пыли в месте установки не должно превышать санитарные нормы [28,31,48,49]; - материалы, используемые в конструкциях устройств индивидуального учета надоев молока и контроля за процессом доения, должны соответствовать как требованиям ISO 5707 [50], так и местным законодательным требованиям. Они должны быть устойчивы при длительной мойке водой температурой до 90 С [31]; - возможность эффективной очистки и дезинфекции первичного измерительного преобразователя с чувствительным элементом при подключении его к автоматизированной промывочно-циркуляционной системе доильной установки [2,3,24,25,28,31,39,40,41,45,48,49,51,52]; - простота обслуживания и высокая ремонтопригодность. Конструкция устройства должна обеспечивать изготовление, монтаж и наладку с применением типовых приемов и схем. Ремонт в процессе эксплуатации должен осуществляться стандартным инструментом с использованием контрольно-измерительных приборов, выпускаемых отечественной промышленностью [2,3,24,25,31,39,40,41,45,48,49,51,52].
Краткий анализ работы систем контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока на фермах и комплексах хозяйств
Первые устройства для учета индивидуальных надоев молока появились в нашей стране около 50 лет назад, чуть позже появились и первые средства контроля процесса доения. Как любое оборудование, они упрощались и совершенствовались. В разработке и совершенствовании этих устройств специалисты шли по линии упрощения их конструкции при одновременном повышении надежности, снижении погрешности измерений надоя и точности срабатывания средств сигнализации [96]. Некоторые типы этих устройств и пути их совершенствования, а также их достоинства и недостатки, описаны в первом разделе настоящей диссертации. Однако, несмотря на множество конструктивных решений контроль за процессом доения и учет молока в хозяйствах нашей страны в настоящее время, ведется не на должном уровне.
При существующих технологиях и организации труда, когда доение осуществляется в молокопровод на линейной доильной установке или в доильном зале, а современные устройства для учета количества молока и контроля процесса доения, либо отказывают в работе, либо работают с погрешностью, значительно превышающей установленную зоотребованиями, происходит нарушение многих параметров. При этом не учитываются индивидуальные особенности животных, что обуславливает стрессовое доение.
В связи с экономической нестабильностью последних лет нашей страны, развитие процесса механизации животноводства в сельском хозяйстве РФ ведется на низком уровне. Все новое оборудование, более совершенное и надежное в эксплуатации, мы вынуждены закупать за границей. В полной мере это относится к устройствам контроля процесса доения и учета молока на фермах КРС России.
Конечно, при создании нового оборудования, приборов и устройств зарубежные фирмы и отечественные производители стремятся учесть многие факторы экономического, эксплуатационного и конструктивного характера, а также возможности и уровень развития отечественной технологии.
Поэтому в диссертации и предлагается обосновать технологию и устройство для учета надоя и контроля процесса доения на базе отечественных разработок для доильных залов, положив в основу главный критерий оценки - величину погрешности при учете.
На наш взгляд функционально-технологическая схема [41,78] (рис. 2.1) доения должна включать датчик (первичный преобразователь сигнала), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенные в измерительной схеме с микропроцессором и таймером. Микропроцессор в зависимости от интенсивности потока молока, определяемой при помощи датчика, в ходе доения управляет работой пульсатора, обеспечивая тем самым оптимальный режим доения индивидуально для каждой коровы. Он также передает информацию на ПК и на дисплей многофункционального пульта управления. По предварительно заложенной программе ПК производит регистрацию, накопление, анализ, обновление и передачу обработанной информации для воспроизведения на монитор или распечатки ее на принтере.
Основным моментом, на наш взгляд, является сделать процесс доения и сопутствующих ему операций как можно менее стрессовым для животного. Иными словами, технология машинного доения должна быть пересмотрена и переориентирована на животных. То есть не животное, которое дает молоко, должно приспосабливаться к доильной машине и к особенностям всего дойного стада, а сама доильная машина должна реагировать на индивидуальные особенности животного, подбирая для него наиболее выгодные режимы доения. Как мы уже говорили в первом разделе, осуществление предлагаемой технологии невозможно без применения устройств контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока. Кроме того, мы считаем необходимым, чтобы одно устройство выполняло обе функции (контроль и учет) с возможностью расширения контролируемых параметров [78]. Так, например, дополнительный замер электропроводности молока при доении позволяет выявить мастит на ранних стадиях его развития.
Все это обусловило выбор направлений в создании конструктивно-технологической схемы устройства для контроля процесса доения и учета количества молока при машинном доении коров, а именно [3,23,24,41,78]: - повышение метрологических характеристик устройств; - многофункциональность (контроль потока, анализ кривых молокоотдачи, обработка и хранение информации, передача информации на расстояние); - контроль во времени за процессом доения (сигнализация начала и окончания процессов доения). Общими величинами, характеризующими все системы контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока, независимо от способа измерения и конструктивных особенностей самого устройства, являются пропускная способность устройств, уровень погрешности измерения и чувствительность системы (точности срабатывания) к малым изменениям потока. Пропусканная способность устройств для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев характеризует эти устройства с количественной стороны и зависит от нескольких геометрических и кинематических параметров. Согласно теоретическим исследованиям, проведенных под руководством Б.И. Вагина [1,22,33,52], представляет значительный интерес выявление факторов и оценка их влияния на величину погрешности и чувствительности (точности срабатывания) системы. Величина погрешности измерения и чувствительности системы характеризует работу устройства с качественной стороны и зависит от ряда факторов, почти всегда взаимосвязанных друг с другом, причем в процессе измерения они изменяются. В первом приближении факторы, влияющие на величину погрешности и чувствительность системы, можно классифицировать в соответствии со схемой, представленной на рис. 2.2.
Экспериментальная установка для проведения исследований измерителя индивидуальных надоев, приборное и программное обеспечение
В первом и втором разделах диссертации были рассмотрены и проанализированы некоторые аспекты работы устройств для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока, а также факторы, влияющие на работу этих устройств. Поэтому целью экспериментальных исследований является проверка и уточнение теоретических положений по организации рабочего процесса предлагаемого устройства, а также оценка его характеристик, численное значение которых можно найти из экспериментальных зависимостей полученных в ходе эксперимента.
Всестороннее изучение и исследование факторов, влияющих на работу и погрешность измерения предлагаемого устройства, а также влияние самого устройства на рабочий процесс доильной установки в целом и доильного аппарата в частности позволяют предложить рекомендации по оптимизации его конструктивных параметров. В соответствии с поставленной целью задачами программы экспериментальных исследований являются: - разработка и изготовление опытного макета устройства для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока с измененными технологическими и конструктивными характеристиками; - определение зависимости погрешности дозирования от технологических факторов: давления в вакуумпроводе и интенсивности доения; - определение влияния плотности молочно-воздушной смеси на точность измерения предлагаемого устройства; - определение оптимальных конструктивных параметров с целью получения минимальной погрешности измерения; - экспериментальная проверка устройства для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока в производственных условиях. Экспериментальная установка для проведения исследований измерителя индивидуальных надоев, приборное и программное обеспечение Исследование статических и динамических режимов работы предлагаемого устройства для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока проводились в лаборатории кафедры МПППЖ СПбГАУ и на опытной доильной установке АДМ-8. Она включает в себя вакуумную установку с вакуум-регулятором, вакуумпроводом, молокопровод, доильный аппарат, аппарат искусственного вымени подключенного к центральной водной магистрали, разработанный макет многофункционального измерителя надоев молока и приборное обеспечение (рис. 3.1). В предлагаемый измеритель жидкость могла поступать из водопроводной сети (или от резервуара емкостью 0,01 м3) или из искусственного вымени подключенного посредством гибкого шланга к водопроводной сети (или от резервуара емкостью 0,01 м3) через доильный аппарат. Далее отмеренная масса жидкости сливалась из приемно-накопительной емкости в резервуар и взвешивалась повторно на электрических весах марки ВЛКТ-500М. Для изменения расхода дозируемой жидкости перед измерителем индивидуальных надоев предусмотрен регулировочный вентиль, на ручке которого нанесены риски, соответствующие определенному расходу жидкости. Для определения влияния плотности на величину погрешности проводился поисковый эксперимент, где в качестве «рабочих жидкостей» использовались: водопроводная вода, раствор поваренной соли и дизельное топливо. «Рабочая жидкость», предварительно отмеренная порциями в 1 кг на весах ВЛКТ-500М, заливалась через воронку, вставленную в патрубок приемно-накопительной емкости. Для изменения разрежения в системе предусмотрен вакуум-регулятор. Посредством удаления или добавления шайб-грузов с центрального штока вакуум-регулятора изменяли разряжение в системе в меньшую или большую сторону соответственно. Величина колебания вакуума контролировалась вакуумметром и пневмотестером ПТД-1. Соотношение высоты мерной камеры к ее диаметру изменяли специальными вставками, которые устанавливались внутри мерного резервуара. Угол наклона устройства относительно вертикали изменяли при помощи клиньев с различными углами. Отношение радиуса поперечного сечения приемно-накопительной емкости к радиусу приемной платформы 13 изменяли при помощи крышки 15 (см. рис. 2.7). Таким образом, экспериментальная установка позволяет: - изменять вакуумметрическое разрежение в системе; - изменять расход жидкости; - проводить многократное взвешивание; - изменять угол наклона центральной оси симметрии измерителя относительно вертикали; - изменять отношение высоты мерной камеры к ее диаметру; - изменять отношение радиуса поперечного сечения емкости к радиусу приемной платформы. В качестве приборного обеспечения использовался электронный секундомер, электрические весы ВЛКТ-500М, весы, мультиметр DT-830B и мерительный инструмент (линейка, штангенциркуль, отвес и др.). А также, при проведении испытаний макетного образца измерителя в производственных условиях нами были дополнительно использованы ноутбук, АЦП на USB 2.0 (принципиальная схема представлена в Приложении 1 А) для захвата и передачи данных в ПК (рис. 3.3).
Результаты исследований влияния основных факторов на погрешность измерений
Обзор существующих технологий индивидуального учета молока и контроля процесса доения, а также конструкций устройств, применяемых для этих целей, показал, что в ПТЛ доения учет индивидуальных надоев, а также контроль за функцией молокоотдачи животного целесообразно осуществлять при помощи одного устройства, объединяющего в себе обе функции и основанного на массовом способе измерения с возможностью получения электрического сигнала, что реализовано в конструкции предлагаемого многофункционального измерителя надоев молока.
Теоретическими исследованиями установлено влияние технологических и конструктивных параметров устройства на погрешность измерения. В частности, для уменьшения погрешности, связанной с отклонением центральной оси измерителя от вертикали, минимальный радиус приемной платформы датчика rmin 0,25 R, а факторы, связанные с характеристикой молока и процессом машинного доения, такие как плотность, интенсивность доения и уровень разрежения в емкости измерителя не оказывают влияния на величину погрешности. Определена теоретическая зависимость расхода воздуха многофункциональным измерителем индивидуальных надоев в статическом режиме. Получено минимальное время опроса датчика fmmin = 1 с. В итоге получены математические модели, определяющие взаимосвязь технологических и конструктивных параметров измерителя с погрешностью измерений и расходом воздуха при его работе. Модели могут быть положены в основу методики инженерного расчета измерителя и его рабочих параметров.
Экспериментальные исследования позволили определить влияние конструктивно-технологических факторов на погрешность измерения, а также получить математические модели, адекватно описывающие процесс измерения, которые могут быть использованы при создании технических средств для контроля процесса доения и учета индивидуальных надоев молока. Кроме того, результаты экспериментальных исследований имеют высокую сходимость с теоретическими предпосылками и для всех факторных экспериментов расхождение с теоретическими значениями не превышает 9%. Также установлено, что при угле отклонения центральной оси симметрии устройства от вертикали ф 7 град, погрешность измерений не превышает ±1%.
На основании разработанных функционально-технологической и конструктивно-технологической схем создан макет измерителя, испытания которого в производственных условиях показали, что величина его погрешности не превысила ±1%, что соответствует зоотехническим требованиям.
Для обработки результатов измерения и хранения полученной информации нами разработано программное обеспечение (ПО), написанное на языке «Visual Basic 6.0».
6. Разработанные технология и техническое устройство и ПО к нему рекомендуются использовать: в качестве индивидуального счетчика-потокомера при доении в доильных залах на доильных установках типа «Елочка», «Тандем» и др. каждую дойку и в качестве группового счетчика, после соответствующей доработки на линейных доильных установках.
7. Определены следующие параметры измерителя при разовом удое до 10 кг: объем приемно-накопительной камеры - 12 кг; конструктивные параметры датчика характеризуются следующими величинами: ход сердечника - 10 мм; длина намотки первичной и вторичной катушек - 15 мм; соотношение rlR = 0,585.
8. Годовой экономический эффект от использования предлагаемой технологии контроля за процессом доения и учета индивидуальных надоев, а также технического средства для ее осуществления составит 168644 руб. в год, для поголовья в 200 дойных коров, а коэффициент экономической эффективности 3,325.
