Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи 9
1.1 Машинное доение коров и значение вакуумной силовой установки в реализации процесса доения 9
1.2 Вакуумный режим доильных установок и его влияние на показатели машинного доения коров 13
1.3 Обзор конструкций и классификация вакуумных насосов доильных установок 18
1.4 Обзор работ по исследованию вакуумных насосов 33
1.5 Анализ применяемых способов и средств стабилизации вакуумного режима в доильной установке 41
1.6 Цель и задачи исследования 45
1.7 Выводы 46
2. Теоретические исследования ротационного пластинчатого вакуумного насоса с регулировкой частоты вращения ротора 47
2.1. Теоретическое обоснование конструктивной схемы 47
2.2. Анализ поточного процесса доения 53
2.3 Анализ основных кинематических характеристик вакуумного насоса 61
2.4 Динамика вакуумного насоса 67
2.5 Характеристика пневмопровода 77
2.6 Определение мощности необходимой для привода ротационного пластинчатого вакуумного насоса с регулируемой частотой вращения 81
2.7 Выводы 86
3. Программа и методика экспериментальных исследований 88
3.1 Задачи экспериментальных исследований 88
3.2 Экспериментальная установка и приборное обеспечение исследований..89
3.3 Методики, используемые при проведении экспериментальных исследований 95
3.3.1 Методика исследования влияния диаметра вакуумной трубы на энергозатраты вакуумной установки 95
3.3.2 Методика исследования числа работающих доильных аппаратов на энергозатраты вакуумной установки 96
3.3.3 Методика исследования влияния частоты вращения вала ротора насоса на энергозатраты вакуумной установки 96
3.4 Методика планирования и проведения многофакторного эксперимента по оценке влияния основных факторов на мощность 99
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 106
4.1. Определение оптимальных значений исследуемых факторов 106
4.1.1 Влияние диаметра вакуумпровода на мощность вакуумной установки 106
4.1.2 Влияние частоты вращения ротора на мощность вакуумной установки 107
4.1.3 Влияние числа доильных аппаратов на мощность вакуумной установки 109
4.2 Выявление количественных зависимостей между основными параметрами и определение их оптимального значения 111
4.3 Выводы 126
5. Оценка эффективности результатов исследования 128
5.1 Исходные данные для расчета 128
5.2 Методика расчета 130
5.3 Определение затрат на изготовление модернизированной установки .131
5.4 Результаты расчета экономической эффективности 131
6. Общие выводы 135
Список используемой литературы 138
Приложения
- Машинное доение коров и значение вакуумной силовой установки в реализации процесса доения
- Теоретическое обоснование конструктивной схемы
- Задачи экспериментальных исследований
- Определение оптимальных значений исследуемых факторов
Введение к работе
В повышении уровня производства продукции молочного животноводства и улучшении ее качества большое значение, вместе с кормлением и содержанием животных, имеет машинное доение коров.
Эффективность работы доильных машин и технологии доения в целом определяется постоянством вакуумного режима в технологических линиях доильных установок. Анализ научных работ отечественных и зарубежных исследователей показал, что даже незначительное отклонение параметров вакуумного режима доильной установки приводит к росту числа заболеваний коров маститом, вызывает снижение их продуктивности и качества молока.
В качестве источника вакуума в современных доильных установках используются вакуумные насосы различных типов. Их рабочие параметры и, в первую очередь, подача определяют стабильность и величину рабочего разрежения в доильных машинах. В результате анализа технических средств создания разрежения установлено, что для обеспечения заданных параметров вакуумного режима доильных установок целесообразно использовать ротационные пластинчатые вакуумные насосы, а для снижения энергозатрат на привод использовать электродвигатель с регулированной частотой вращения ротора.
При неполной загрузке вакуум-силовой установки, когда одновременно доят не 6, а 2 или 4 коровы, существующие насосы роторно-пластинчатого типа работают на полную мощность, в результате через вакуум-регулятор в систему поступает атмосферный воздух. Поэтому для поддержания необходимого вакуумного режима и снижения энергозатрат на привод возникла потребность в дальнейшем совершенствовании вакуумных насосов и улучшении показателей их работы.
5 Совершенствование схемы привода ротационных вакуумных насосов должно увеличить их надежность, снизить расход электроэнергии и соответственно, повысить эффективность процесса доения.
Цель работы. Разработка энергосберегающей конструктивно-технологической схемы вакуум-силовой установки для машинного доения коров за счет обоснования режимов и оптимизации ее параметров.
Задачи исследования.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
на основе анализа результатов проведенных ранее исследований, патентов и литературных источников определить основное направление совершенствования технологий и технических средств для создания вакуумного режима;
на основе анализа факторов, характеризующих процесс машинного доения, получить математические модели зависимостей основных факторов исследуемой вакуумной установки с регулируемой частотой вращения ротора;
разработать функциональную и наиболее рациональную конструктивно-технологическую схему вакуум-силовой установки с регулируемой частотой вращения ротора, отвечающую зоотехническим требованиям;
- теоретически обосновать выбор принципиальной схемы вакуум-
силовой установки и ее конструктивно-режимных параметров;
разработать методику исследований и провести
экспериментальные исследования для определения оптимальных
конструктивных параметров и режимов работы вакуум-силовой установки;
на основе обработки результатов экспериментального исследования получить математические зависимости влияния основных факторов исследуемой вакуумной установки с регулируемой частотой вращения ротора на её производительность и энергоемкость;
разработать программное обеспечение и практические рекомендации для использования усовершенствованной установки в производственных условиях;
-оценить экономическую и энергетическую эффективность усовершенствованной вакуум-силовой установки.
Объект исследования - Вакуум-силовая установка с вакуумпроводом.
Предмет исследования - Рабочий процесс работы вакуум-силовой установки при введении в её состав электродвигателя с регулируемой частотой вращения ротора и изменении конструктивных параметров вакуум-провода.
Методика исследования. В работе использованы аналитический и экспериментальный методы.
Аналитический метод включал изучение технологического процесса с применением методов теоретической механики, термодинамики, электропривода, гидравлики, системы программных средств ПК.
В экспериментальных исследованиях использовались методы физического моделирования для проверки теоретических положений и выводов.
Результаты исследований обрабатывались с применением известных методов математического анализа с использованием программных средств ПК.
Научная новизна. На основании аналитических и экспериментальных исследований получены расчетные зависимости для определения объемной подачи и требуемой мощности вакуум-силовой установки с регулируемой частотой вращения ротора. Практическую ценность представляют:
-Математическая модель работы вакуум-силовой установки с регулируемым вращением ротора.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно-технологической схемы.
Результаты энергетической и экономической оценки исследуемой вакуум-силовой установки.
Снижение энергозатрат в вакуум-силовой установке целесообразно осуществлять изменением её конструктивной схемы за счет введения электродвигателя с изменяемой частотой вращения ротора. Насосы с регулируемой частотой вращения ротора имеют меньшее потребление электроэнергии за счет адаптации его расхода к реальным потребностям доильной установки, обусловленным количеством доильных аппаратов, находящихся в работе.
Реализация результатов исследований.
Разработанные методы расчета и экспериментальная модель вакуум-
силовой установки используются в учебном процессе кафедры «М11Ш1Ж»
СПбГАУ при проведении занятий со студентами инженерно-
технологического и энергетического факультетов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в СПбГАУ (Санкт-Петербург 2004-2009).
Публикации. По результатам исследования опубликовано 6 печатных работ, одна из которых в издании, рекомендованном ВАК.
Объем диссертации. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста, включая список литературы из ПО наименований (в том числе 4 на иностранных языках), содержит 21 таблицу, 51 рисунок, 4 приложения.
На защиту выносятся:
- конструктивно-технологическая схема и режимы работы вакуум-силовой установки с регулируемой частотой вращения ротора электродвигателя.
- математическая модель изменения энергозатрат вакуум-силовой
установки в зависимости от количества доильных аппаратов, используемых
в работе.
изменение энергозатрат в зависимости от диаметра вакуумпровода.
результаты экспериментального исследования.
результаты оценки экономической и энергетической эффективности использования усовершенствованной вакуум-силовой установки.
Машинное доение коров и значение вакуумной силовой установки в реализации процесса доения
В повышении уровня производства продукции молочного животноводства и улучшении ее качества большое значение, вместе с кормлением и содержанием животных, имеет машинное доение коров.
К настоящему времени накоплен большой теоретический, экспериментальный и практический материал по физиологии доения, конструировании доильных машин и установок.
Как известно, молокообразование - это сложная функция, выполняемая молочной железой, благодаря совершенству рефлекторной регуляции. Процесс молокообразования осуществляется при участии коры полушарий головного мозга и ряда отделов центральной нервной системы, строго согласованной в своей деятельности и образующих единую морфофункциональную структуру которую можно назвать центром, регулирующим секрецию и выведение молока или лактационным центром. [2,3,4]
Рефлекс молокоотдачи — это результат взаимодействия нервной, эндокринной и сосудистой систем. Он выработался у самок млекопитающих в ответ на раздражение при сосании детенышей и закрепился у домашних животных как реакция на раздражение нервных рецепторов вымени при доении. В рефлексе молокоотдачи различают две фазы. Первая фаза- чисто нервная, характеризуется выделением молока из крупных протоков и цистерн вследствие раздражения рецепторов молочной железы и передачи импульсов в центры и обратно по короткой рефлекторной дуге. Вторая фаза - нейрогуморальная, характеризуется поступлением окситоцина в кровь, а затем в молочную железу и выведением молока из альвеол и мелких протоков вследствие сокращения миоэпителий под воздействием нейрогуморального механизма.
Фазовый характер рефлекса молокоотдачи имеет важное биологическое значение.
Естественный способ извлечения молока из вымени коровы — это высасывание его теленком, он достаточно прост. Акт сосания у телят состоит из двух фаз: выжимания (сосания) и отдыха.
Для того чтобы получать молоко для нужд человека, необходимы технические устройства, имитирующие работу полости рта теленка. В период одомашнивания крупного рогатого скота человек такими устройствами не располагал, а поэтому для извлечения молока из вымени коровы люди стали применять ручное доение (выжимание молока из вымени коровы), которое сыграло большую роль в повышении продуктивности животных. Пальцы дояра ритмично и сильно сжимают сначала рецепторную зону основания соска, а затем весь сосок сверху вниз, выжимая молоко.[5]
При этом работа требующая определенных движений рук зависит от типа высшей нервной деятельности (ВНД) коровы, строения ее вымени и продуктивности.[6,7,8].Оператор видоизменяет движения; как частоту, так и силу нажимов на сосок в зависимости от индивидуальных реакций коровы на дойку и интенсивность проявления рефлекса молокоотдачи [2,9].
Темп доения должен обеспечивать наиболее полное опорожнение вымени. Обычно оптимальная частота сжатия соска зависит от фазы лактации и индивидуальных особенностей животного.
Довольно подробно исследователями изучены показатели ручного доения и все они указывают на один основной недостаток ручного доения -недостаточная средняя скорость извлечения молока из вымени, при работе одного оператора. Продолжительность доения малопродуктивной коровы, при ручном доении, равна 6...9 мин., а рефлекс молокоотдачи длится всего 4...6 мин. и доение коров становится затруднительным без дополнительного стимулирования. При машинном доении коров молоко из вымени коровы извлекается, как и при ручном, механически. [10,11].Чаще всего молоко из вымени выводится благодаря действию рабочего вакуумметрического давления (разрежение), создаваемого под соском или за счет выжимания его. В первом случае вакуумные доильные аппараты зону основания соска сдавливают лишь слегка, ритмически и сильнее сжимают кончик соска и его нижнюю половину снизу вверх. Во втором наблюдается имитация ручного доения. Однако аппараты второго типа не получили распространения, так как сложны и неудобны в эксплуатации [3,5].
В настоящее время машинное доение прочно вошло в практику молочного скотоводства. Машинное доение, помимо увеличения производительности и облегчения труда доярок, позволяет наиболее эффективно использовать особенности рефлекса молокоотдачи- его кратковременность и диффузный характер, то есть одновременное выделение молока всеми четвертями вымени [13].
В настоящее время ученые занимаются вопросами, связанными с технологией машинного доения коров. Несмотря на то, что указанные вопросы достаточно хорошо изучены, они остаются наиболее актуальными. Это вызвано тем, что пока не удалось определить оптимальные параметры доильных аппаратов при различных режимах доения и выявить наилучшую технологию доения, которая позволила бы добиться оптимальной скорости доения и, что вполне возможно, полностью исключить заболеваемость вымени коров при машинном доении. [9,3,13].
В процессе машинного доения реализуются две задачи. Во-первых, необходимо воздействовать на корову таким образом, чтобы она была готова полностью отдать молоко. Во-вторых, это молоко нужно извлечь.
В общем случае на работу системы машинного доения влияют следующие основные факторы: внешняя среда (в том числе методы селекционной работы и подбора коров к машинному доению); управляющие воздействия, осуществляемые оператором непосредственно во время доения коров; характер работы исполнительного механизма, непосредственно связанного с функционированием системы [14]. Анализ рабочего процесса доильного аппарата позволяет сделать следующие выводы [14]: 1. Режим работы аппарата должен меняться в зависимости от интенсивности молокоотдачи, обеспечивая оптимальную скорость доения. 2. В процессе доения должна производиться своевременная стимуляция молокоотдачи и достигаться наиболее полное выдаивание молока без ручного додаивания. Температура доильных стаканов должна быть близкой к температуре вымени животного. 3. В аппарате должны быть предусмотрены средства регулирования соотношения тактов и частоты пульсаций. 4. Должна обеспечиваться полная безопасность для животного как самого процесса доения, так и случайных передержек доильных стаканов на сосках. 5. Необходимо надежно изолировать молоко от прикосновения рук человека, что во многом исключает бактериологическую загрязненность свежевыдоенного молока. 6. В аппарате должен быть предусмотрен учет надоя молока от каждой коровы. 7. Обязательно наличие средств сигнализации об окончании процесса доения, а также устройств для автоматического отключения доильных стаканов при снятии их с сосков. 8. В конструктивном отношении аппарат должен быть максимально простым, при наименьшем числе деталей с тем, чтобы обеспечивалась возможность проведения быстрой и тщательной мойки.
Теоретическое обоснование конструктивной схемы
Целью исследования является снижение энергопотребления за счет обоснования энергосберегающих режимов и конструктивно-технологических параметров ротационных вакуум-силовых установок.
Поточный процесс доения коров состоит из ряда последовательных операций, большая часть которых осуществляется доильным аппаратом. Поэтому время доения коровы, состоит из двух слагаемых: времени автоматической работы аппарата и времени работы оператора машинного доения по обслуживанию данного аппарата.
От общего времени доения примерно 90% составляет время выдаивания коровы аппаратом (которое равно времени от момента постановки доильных стаканов на вымя коровы до момента их снятия). Общее время доения всегда больше времени работы доильного аппарата, так как корове массируют вымя, записывают количество надоя, ведут наблюдение за процессом молокоотдачи, производят машинное додаивание и другие работы.
По результатам хронометрических измерений сделанных Квашенниковым В.И.[85,100] в своей диссертации можно начертить график поточного процесса доения. ( рис.2.2)
Преобразователи частоты (ПЧ) в настоящее время являются стандартным промышленным оборудованием, выпускаемые на мощности от единицы до тысячи кВт, широко используемые в различных отраслях промышленности, транспорта и АПК. На рисунке 2.3 приведен общий вид ПЧ фирмы HYUNDAI N100 от 0.4 до 7.5 кВт.
Структурная схема частотно регулируемого асинхронного электропривода. АИН- автономный инвертор напряжения, С-звено постоянного тока.
Современный частотно регулируемый электропривод состоит из асинхронного электрического двигателя и преобразователя частоты (рис.2.6).
Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию и приводит в движение исполнительный орган технологического механизма.
Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и представляет собой электронное статическое устройство. На выходе преобразователя формируется электрическое напряжение с переменными амплитудой и частотой.
Название «частотно регулируемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты напряжения питания, подаваемого на двигатель от преобразователя частоты.
На протяжении последних 10-15 лет в мире наблюдается широкое и успешное внедрение частотно регулируемого электропривода для решения различных технологических задач во многие отрасли экономики. Сам АИН собран на полностью управляемых вентилях (транзисторах) IGBT. Регулирование напряжения на выходе АИН проводится с помощью широтно-импульсной модуляции.
Принцип действия замкнутой системы автоматического регулирования заключается в следующем: при подключении или отключении доильных аппаратов разрежение в молоко-и вакуум проводе соответственно увеличивается или уменьшается. Датчик давления фиксирует эти колебания и вырабатывает сигнал для операционного усилителя. Операционный усилитель сравнивает выходной сигнал датчика давления с задающим сигналом и вырабатывает свой сигнал, передавая его на преобразователь частоты, с помощью которого регулируется скорость вращения вала электродвигателя, изменяя тем самым производительность насоса [92,93]. Таким образом, изменяя частоту вращения двигателя с помощью преобразователя частоты, мы можем регулировать подачу вакуумнасоса от 60 м /ч (для 6 одновременно работающих доильных аппаратов) до 15 м /ч (для 2 одновременно работающих доильных аппаратов), при этом величина разрежения в системе трубопроводов доильной установки АДМ-8А будет постоянной.
В результате проведенных исследований режимов работы вакуум-насоса доильной установки АДМ-8А стало очевидно, что создание замкнутой системы частотного регулирования скорости двигателя для изменения подачи вакуум-насоса наиболее целесообразно при доении коров шестью доильными аппаратами.
При доении 100 коров шестью доильными аппаратами, за счет экономии электроэнергии, капиталовложения окупятся за 1,64 года. В последнее время в энергетике сложилась устойчивая тенденция к повышению цен на электроэнергию, в результате чего срок окупаемости системы частотного регулирования будет сокращаться. Потребление электроэнергии при регулировании подачи насоса изменением скорости вращения ротора сокращается в .2,5 раза. [92,93] Применение частотного регулирования также благоприятно скажется на сбережении ресурса вакуум-насоса, вследствие уменьшения износа подвижных трущихся деталей.
Задачи экспериментальных исследований
В первом разделе диссертации приведены: характеристика вакуумного режима доильных установок, анализ способов и средств создания разрежения в доильных машинах, исследования процесса работы вакуумных насосов и режимов их работы, показаны основные направления совершенствования вакуумных доильных установок. Во второй главе выводятся основные параметры вакуумных насосов доильных установок, и исследуется повышение удельной подачи ротационного пластинчатого вакуумного насоса с одновременным снижением общей потребляемой мощности его привода.
Целью экспериментальных исследований является проверка и уточнение теоретических положений, а также оценка характеристик насоса, численное значение которых можно получить из экспериментальных исследований.
В соответствии с поставленной целью можно сформулировать задачи экспериментальных исследований: - разработать и изготовить экспериментальную установку, - выявление закономерностей изменения мощности вакуумной установки в зависимости от количества доильных аппаратов, работающих одновременно и моделирования процесса доения при работе оператора с 3 доильными аппаратами. -определение оптимальной частоты вращения вала электродвигателя вакуумного насоса при увеличении или уменьшении количества одновременно работающих доильных аппаратов. - определение зависимости изменения требуемой мощности вакуумной установки от величины диаметра вакуумной трубы. - выявление совместного влияния основных факторов рабочего процесса исследуемого насоса на его требуемый расход и мощность методами математического планирования эксперимента и нахождение оптимальных параметров его функционировании.
С целью определения влияния конструктивно-технологических параметров вакуумной установки на внешнюю характеристику был проведен многофакторный эксперимент, в ходе которого изучался процесс изменения мощности вакуумной установки.
Для проведения экспериментальных исследований на кафедре МПППЖ СПбГАУ и в мастерских СПбГАУ была изготовлена установка.
Опыты проводились на установке типа АДМ-8А. Она включает в себя вакуумную установку УВУ-60/45( которая предназначена для создания вакуумметрического разрежения ( Р=48-53 кПа) и поддержания его на заданной величине) В комплект которой входит: быстроходный, пластинчатый вакуумный насос марки УВД 10.000, производительностью 60 м /час; асинхронный короткозамкнутый двигатель марки 4АМ100Ь4УЗ мощностью 4 кВт с фиксированной частотой вращения выходного вала 1430 мин"1 [88], вакуум-провод, вакуум-баллон, вакуумметр, молокопровод, аппараты искусственного вымени, подключенной к центральной водной магистрали, доильные аппараты и приборное обеспечение.
Вакуумный насос имел сменные шкивы. При их перестановке частота вращения ротора насоса изменялась в пределах от 500 до 1500 мин"1, что обеспечивало различную подачу.
Экспериментальная вакуумная установка имела сменные трубы вакуум-провода диаметром 25; 30 и 35 мм, которые были поочередно установлены между вакуумным насосом и вакуумным баллоном при помощи соединительных патрубков. При их перестановке менялась объемная подача насоса, и изменялось, соответственно, мощность установки.
В экспериментальной вакуумной системе было установлено 6 вакуумных кранов для подсоединения доильных аппаратов. Подачу ротационного вакуумного насоса измеряли с помощью индикатора производительности вакуумных насосов КИ-4840М. Относительная погрешность прибора 4%. Частоту вращения ротора регулировали набором шкивов различного диаметра и замеряли тахометром инерционного типа. Разряжение в вакуумной магистрали измеряли с помощью вакуумметра. В качестве ревизионного вакуумметра и регулятора расхода воздуха служил индикатор производительности вакуумных насосов КИ-4840М с вакуумметром ОБВ - 1-100 ГОСТ 2405-72. Регулировка разрежения производилась поворотом регулировочного барабана индикатора производительности КИ-4840М. Потребляемую насосом мощность измеряли трехфазным электроизмерительным комплектом К-50 . На одной панели в общем корпусе смонтированы приборы - амперметр, вольтметр и однофазный ваттметр со встроенным трансформатором тока до 50 А, указатель фаз, переключатели и зажимы для подключения. Время прохождения процесса измеряли секундомером. Для смены труб использовался стандартный набор слесарного инструмента. Так же на кафедре электрических машин и электропривода была исследована работа аналогичного насоса. В процессе опытов частота вращения вала ротора насоса изменялась с помощью частотного преобразователя МОVITRAC 31 С 022-503-4-00. [106]
Определение оптимальных значений исследуемых факторов
По результатам таблицы 4.2. построен график (рис.4.2.) влияния частоты вращения ротора насоса на мощность вакуумной установки, а также проведен регрессионный и дисперсионный анализ с использованием программы MS Excel. Полученные данные сведены в таблицу Б. 1 (приложение Б)
Полученный, в результате дисперсионного анализа, критерий Фишера (F- критерий) показал, что его расчетное значение Fp =273,466862 больше табличного значения та5л=4,1 для 5%-го уровня значимости. Это также позволяет сделать вывод о том, что фактор (частота вращения ротора насоса) влияет на мощность вакуумной установки.
По результатам таблицы 4.3. построен график (рис.4.3) влияния числа доильных аппаратов на мощность вакуумной установки, а также проведен регрессионный и дисперсионный анализ с использованием программы MS Excel. Полученные данные сведены в таблицу В.1(приложение В)
Анализ рисунка 4.3. показывает хорошую сходимость теоретических предположений и результатов эксперимента. Расхождение между теоретическими и экспериментальными данными не превышает 9%.
Коэффициент детерминации R близок к 1, что указывает заметное влияние изучаемого фактора на погрешность измерения.
Полученный, в результате дисперсионного анализа, критерий Фишера (F- критерий) показал, что его расчетное значение Fp =246,2 больше табличного значения табд=4,1 для 5%-го уровня значимости. Это также позволяет сделать вывод о том, что фактор (число доильных аппаратов) влияет на мощность вакуумной установки.
После проведенных теоретических исследований и поисковых экспериментов были определены конструктивно-технологические факторы, факторами являются частота вращения ротора насоса вакуумной установки, диаметр вакуумной трубы и количество доильных аппаратов, участвующих в работе. В качестве критерия оптимизации принята мощность вакуумной установки.
Проверим значимость коэффициентов уравнения регрессии с использованием критерия Стьюдента (t- критерия) и адекватность всего уравнения с помощью критерия Фишера (F-критерия). Табличное значение критерия Стьюдента уравнения (4.1) при степенях свободы f = т0 -1 = 7-1 = 6 [91,99] при уровне значимости (0.05) равно f(0,05;6)=2,45. Расчетные значения критерия Стьюдента представлены на рис. 4.4 (г - Statistic).
После реализации полного двухфакторного эксперимента по плану-матрице, представленного в таблице 4.7. и получения критерия оптимизации проведена обработка результатов и построение математической модели с использованием пакета STATGRAPHICS Plus 5.1 и STATISTICA 6.0. Число повторностей в серии опытов: то=7
В качестве наиболее значимых следует отметить такие факторы, как частота вращения ротора насоса вакуумной установки, число одновременно работающих доильных аппаратов и диаметр вакуумпровода. При частоте вращения ротора 500 мин"1 требуемая мощность будет равна 1 кВт, при частоте вращения 1000 мин"1 - 1.7 кВт и при частоте вращения ротора 1500 мин"1 - 2,5 кВт. Также было установлено, что при работе оператора с двумя доильными аппаратами требуемая мощность будет равна 0,9 кВт, при работе с 4 аппаратами -1,6 кВт и при работе с шестью аппаратами потребуется 2,4 кВт. При оценке влияния диаметра вакуумной трубы было установлено, что при существующем диаметре вакуумной трубы 0,025 м, требуемая мощность будет 4,5 кВт, при диаметре трубы 0,03 м требуемая мощность будет 2,5 кВт, а при диаметре 0,035- 1,8 кВт.
3. Обработка многофакторного эксперимента позволила выявить оптимальные конструктивные и режимные параметры вакуум-силовой установки. Установлена связь между исследуемыми факторами и выходными величинами.
4. Оптимизация исследуемого процесса в значительной степени повлияла на энергетическую характеристику электропривода, что позволило снизить энергопотребление в среднем в 2,5 раза в сравнении с серийным образцом. Установка обеспечивает необходимую стабильность вакуумного режима Р=53,3 кПа согласно зоотехническим требованиям. 5. Оценка экономической эффективности. 5.1 Исходные данные для расчета.
В ходе проведения эксперимента экспериментальной вакуумной установки на доильной установке АДМ-8,смонтированной в лаборатории кафедры МППЖ СПбГАУ установлено, что она обеспечивает запроектированные показатели по удельной подаче, потребной мощности привода, температурному и вакуумному режиму.
За базу для технико-экономического сравнения был принята установка УВУ 60/45. Она состоит из вакуумного насоса УВД-10.000 и электродвигателя номинальной мощностью 3 или 4 кВт. Установка содержит в своем составе: вакуум-баллон, вакуум- регулятор, вакуумметр и глушитель шума. При давлении всасывания 50 кПа, частоте вращения ротора 1430±20 мин"1, атмосферном давлении 100 кПа и температуре воздуха 20 С данный насос обеспечивает подачу - 1м /мин.[88,90]
По результатам эксперимента 66 % времени доения коров работают одновременно только 4 доильных .аппарата, 30% -2 доильных аппарата. И только 4% времени 6 доильных аппаратов. -Получается, что доильная установка 100% времени работает на полную мощность, а требуется полная мощность только 4% времени.
Мы вносим изменения в вакуум-силовую установку, состоящую из пластинчатого вакуумного насоса и электродвигателя, добавляя частотный преобразователь MOVITRAC и убираем вакуум-регулятор.
