Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса исследований и механизации заключительных операций машинного доения коров
1.1. Состояние исследований средств механизации заключительных операций машинного доения коров... 16
1.2. Классификация и анализ средств автоматизации сня- т тия доильных аппаратов с вымени коров
1.3. Цель и задачи исследований 37
2. Теоретические исследования рабочего процесса переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания
2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания
2.2. Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров регулятора вакуума доильного стакана 52
2.3. Теоретические исследования рабочего процесса гид-ростабилизированного пульсатора 64
3. Программа и методика экспериментальных исследования переносного адаптивного манипулятора доения коров 80
3.1. Методика исследований 81
3.1.1. Методика исследований интенсивности моло-ковыведения 82
3.1.2. Методика исследований регулятора вакуума доильного стакана 85
3.1.2.1. Методика определения вакуумметриче-ского давления в подсосковой камере доильного стакана в зависимости от конструктивных параметров регулятора вакуума и давления в камере управления 86
3.1.2.2. Методика определения длительности переходных режимов в камере управления регулятора вакуума доильного стакана 88
3.1.2.3. Методика определения усилия открытия клапана 90
3.1.3. Исследования двухполупериодного пульсатора 93
3.1.3.1. Методика определения усилия на трубке двухполупериодного пульсатора в зависимости от его конструктивно-режимных параметров 93
3.1.3.2. Методика определения необходимого перепада давления на мембране для заданного перемещения ее жесткого центра 96
3.1.3.3. Методика определения перепада давления на мембране в зависимости от нагрузки электрогенератора 98
3.1.3.4. Методика определения перепада давления на мембране в зависимости от сопротивления коммутатора вакууммет-рического давления пульсатора 100
3.1.3.5. Методика определения перепада давления на мембране пульсатора с учетом потерь на преодоление сил трения коммутатора и привод электрогенератора 102
3.1.3.6. Методика исследований по оптимизации конструктивных параметров пульсатора 105
4. Результаты экспериментальных исследований переносного адаптивного манипулятора доения коров 107
4.1. Результаты исследований интенсивности мо-локовыведения 107
4.2. Результаты исследований регулятора вакуума 109
4.2.1. Результаты исследований по определению характера зависимости вакуумметрического давления в подсосковой камере доильного стакана от конструктивных параметров регулятора вакуума и давления в камере управления 109
4.2.2. Результаты исследований по определению длительности переходных режимов в камере управления регулятора вакуума доильного стакана 111
4.2.3. Результаты исследований по определению усилия открытия клапана
4.3. Результаты исследований пульсатора 116
4.3.1. Результаты исследований по определению усилия на трубке двухполупериод-ного пульсатора в зависимости от его конструктивно-режимных параметров 116
4.3.2. Результаты исследований по определению необходимого перепада давления на мембране для обеспечения заданного перемещения ее жесткого центра 118
4.3.3. Результаты исследований по определению перепада давления на мембране в зависимости от нагрузки электрогенератора 120
4.3.4. Результаты исследований по определению перепада давления на мембране в зависимости от сопротивления коммутатора вакуумметрического давления пульсатора 122
4.3.5. Результаты исследований по определению перепада давления на мембране пульсатора с учетом потерь на преодоление сил трения коммутатора и привод электрогенератора ... 124
4.3.6. Результаты исследований по оптимизации конструктивных параметров пульсатора 130
Выводы 130
5. Производственные испытания переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания 135
5.1. Условия производственных испытаний 135
5.2. Методика испытания 136
5.3. Результаты производственных испытаний переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания 137
5.4. Экономическая эффективность переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания 139
5.4.1. Экономическая эффективность экспериментального переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания от снижения затрат ручного труда... 159
5.4.2. Лимитная цена экспериментального переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания 140
5.4.3. Экономическая эффективность экспериментального переносного адаптивного манипулятора от увеличения продуктивности коров... 141
5.4.4. Расчет экономической эффективности экспериментального переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания 142
Выводы 145
Общие выводы и предложения 146
Литература 149
Приложения 168
- Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров регулятора вакуума доильного стакана
- Методика определения усилия на трубке двухполупериодного пульсатора в зависимости от его конструктивно-режимных параметров
- Результаты исследований по определению перепада давления на мембране пульсатора с учетом потерь на преодоление сил трения коммутатора и привод электрогенератора
- Экономическая эффективность переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания
Введение к работе
Становление отрасли молочного скотоводства России неразрывно связано с механизацией производственных процессов, одним из важнейших которых является машинное доение коров. Определяющий фактор пригодности доильного оборудования - его физиологичность. При этом под этим термином следует понимать способность доильного аппарата обеспечивать оптимальный режим доения, исключающий вредное воздействие на молочную железу, и полное выдаивание животного. Это, прежде всего, связано с физиологической особенностью вымени коров - неравномерностью развития их долей [1,2, 3].
Как свидетельствует зарубежный опыт и результаты многих исследований [3, 4, 5, 6 и др.] наиболее прогрессивной технологией является технология, предусматривающая доение коров в доильном зале на стационарных автоматизированных доильных установках типа «Тандем», «Елочка», «Параллель», «Карусель» и т.д. Однако внедрение такой технологии требует больших капиталовложений, что нереально в нынешних условиях функционирования сельскохозяйственных предприятий.
Наиболее приемлемая в настоящее время, на наш взгляд, - технология привязного содержания коров и доение их в стойлах с использованием линейных доильных установок типа АДМ-8, так как имеющее место доение в большинстве хозяйств на доильных установках типа АД-100Б и ДАС-2В, комплектуемых доильными аппаратами "Волга", ДА-2 "Майга", АДУ-1 и осуществляющих сбор молока в доильные ведра - весьма неэффективно. Однако и такой метод содержания и доения коров обладает существенными недостатками: неудобная поза оператора при обслуживании вымени и доильных аппаратов; большое расстояние перехода оператора от животного к животному; необходимость переноса доильного ведра на расстояние до 25...30 метров для сдачи молока после выдаивания 2...3 коров; субъектив 8 пая оценка степени выдоенности вымени на предмет установления момента выполнения машинного додоя и снятия доильных аппаратов; отсутствие дифференцированного управления режимом доения по каждой доле вымени коров в отдельности в зависимости от интенсивности потока молока в них [3]. Это приводит к преждевременной усталости операторов, а также недо-дою или передержке доильных аппаратов на вымени. Следствие этого -снижение производительности труда и нарушение правил машинного доения, что, в конечном счете, сказывается на молочной продуктивности коров, а также возникновение предпосылок к заболеванию вымени маститом.
Наиболее рациональный путь повышения эффективности отрасли молочного скотоводства, по нашему мнению, комплектация доильной установки АДМ-8 переносными доильными аппаратами с устройством, обеспечивающим отключение и снятие доильных стаканов с сосков вымени по завершении процесса доения. Кроме того, доильные аппараты должны обладать возможностью изменения вакуумного режима доения по каждой доле вымени коров в отдельности при снижении интенсивности потока молока в ней ниже 50мл/мин., что позволит в полной мере реализовать потенциальные возможности коров. Однако в настоящее время промышленность не выпускает такие автоматы доения.
Поэтому вопрос разработки переносного доильного оборудования для доильной установки типа АДМ-8, обеспечивающего управление режимом доения по долям вымени в зависимости от интенсивности потока молока и своевременное снятие доильных аппаратов с вымени коров - актуален и требует своего разрешения.
Решению указанных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная в соответствии с целевой комплексной программой научно-исследовательских работ ФГОУ ВПО «Белгородской государственной сельскохозяйственной академии» (номер государственной регистрации
№1860125985). Сроки выполнения: 12.10.2004-3.10.2006 г.г.
Цель работы Повышение эффективности машинного доения коров на основе разработки переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи исследования:
• обосновать основные направления в создании переносных адаптивных манипуляторов доения коров с автономным источником питания;
• разработать новую конструкцию переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания;
• обосновать конструктивные параметры адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания;
• изучить влияние разработанной конструкции манипулятора на функциональные свойства вымени и заболеваемость маститом;
• дать оценку эффективности предлагаемого переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания.
Объект исследований - рабочий процесс переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания.
Предмет исследований - закономерности изменения технологических показателей работы переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания.
Научную новизну работы составляют: научное направление в создании адаптивных манипуляторов доения коров; математические модели рабочего процесса переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания; результаты лабораторных и производственных испытаний переносного адаптивного манипулятора доения коров. Практическую ценность представляют:
конструкция переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания (Патенты №2151499, №2221417, №2288577, Заявка № 2005135534); результаты теоретических и экспериментальных исследований по обоснованию конструктивно - режимных параметров переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания.
Реализация результатов исследований
По результатам проведенных исследований подготовлены учебные пособия «Переносные манипуляторы доильных установок» и «Доильные аппараты с однокамерными стаканами», монография «Теория и конструкция адаптивного оборудования для новотельных коров с телятами», рекомендации «Адаптивное оборудование для новотельных коров с телятами».
Разработанное устройство с положительным эффектом внедрено в хозяйствах Белгородской области (ОАО «Агро-Стрелецкое», ОАО «Центральное» Белгородского района).
Апробация
Материалы исследований и разработок были доложены и одобрены на международных Симпозиумах по машинному доению коров (Переславль-Залесский, 2001; Казань, 2003; Брацлав (Украина), 2004 и научно-производственных конференциях (Подольск, ГНУ «ВНИИМЖ», 2000-2006; Белгород, БелГСХА, 2004-2006; Москва, ГНУ «ВИМ», 2005; Брянск, БГСХА, 2004; Харьков (Украина) ХНТУ, 2005-2006).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 18 работ, в т.ч. монография «Теория и конструкция адаптивного оборудования для новотельных коров» и рекомендации «Адаптивное оборудование для новотельных коров с телятами». Получено 8 патентов на изобретения. Объем диссертации
Диссертационная работа изложена на 167 стр. машинописного текста, включая список литературы из 156 наименований (в том числе 10 на иностранных языках), содержит 5 таблиц, 48 рисунков, 122 приложения.
Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров регулятора вакуума доильного стакана
Одновременно с этим вакуумметрическое давление из молокопровода 8 поступает в молоколовушку 10 и далее по молочной трубке 11 к коллектору 13 доильного аппарата 1. Клапан 29 отключения доильного аппарата при этом закрыт.
Рычагом 27 устанавливают поплавок молоколовушки 10 в стартовое положение. При этом магнит поплавка удаляется от геркона 24 и он замыкается, включив питание электропневмоклапана 25, который отключает пневмоцилиндр 3 от вакуумпровода 9 и соединяет ег о с атмосферой. В результате трос 2 свободно вытягивают из пневмоцилиндра 3, освобождая доильный аппарат 2. Затем открывают клапан 29 и вакуумметрическое давление распространяется в молокоприемную камеру 12 коллектора 13 и далее по патрубку 37 в молокоотводную камеру 36 регулятора вакуума 22, откуда по переливной трубке 40 поступает в молоколовушку 34 и через калиброванную щель 47, образованную установленным в центре мембраны 35 клапаном 45 и выпускной трубкой 46 - в подсосковую камеру 33 доильного стакана 23. Причем, так как в камере управления 38 регулятора вакуума 22 вакуумметрическое давление ниже, чем в молокоотводной камере 36, то мембрана 35, прогибаясь вверх, прижимает клапан 45 к выпускной трубке 46, тем самым затрудняя откачку воздуха из подсосковой камеры 33 доильного стакана 23. В результате в подсосковой камере 33 устанавливается вакуумметрическое давление, зависящее от давления в камере управления 38 регулятора вакуума 22, изменяющегося в соответствии с переключением пульсатора 15. При этом при подаче в клапанную коробку
21 регулятора вакуума 22 и камеру управления 19 пневмоклапана 20 атмосферного давления клапан 32 открыт и атмосферный воздух дозированным потоком поступает в подсосковую камеру 33 доильного стакана 23, способствуя установлению в ней пониженного вакуумметрического давления, а также, при наличии, транспортировке молока.
В такте сосания молоко поступает в выпускную трубку 46 доильного стакана 23 и через калиброванную щель 47 стекает в молоколовушку 34, откуда через калиброванную щель 41, образованную переливной трубкой 40 с дном молоколовушки 34, поступает в молокоотводную камеру 36 и далее по патрубку 37 в молокоприемную камеру 12 коллектора 13, откуда через открытый клапан 29 по молочной трубке 11 поступает в молоколовушку 10 и далее в молокопровод 8. При смене такта в пульсаторе 15 (Рис. 2.3) атмосферное давление по цепочке: трубка 16, распределительная камера 17, патрубок 18 поступает в камеру управления 19 (Рис. 2.3, 2.4) пневмоклапана 20 и клапанную коробку 21 регулятора вакуума 22. В результате, мембрана 30 выравнивается и освобождает клапан 32, который открывает сообщение между камерой 31 атмосферного давления и подсосковой камерой 33 доильного стакана 23, а в камере управления 38 (Рис. 2.2, 2.4) регулятора вакуума 22, за счет впуска атмосферного воздуха через впускной подпружиненный пружинным механизмом 51 с пружинами 53 и 54 (Рис. 2.7.) клапан 48, устанавливается остаточное вакуумметрическое давление (10 кПа). Снижение вакуумметрического давления в камере управления 38 приводит к возрастанию усилия прижатия мембраной 35 клапана 44 к выпускной трубке 46, что при одновременном впуске атмосферного воздуха через клапан 32 приводит к снижению вакуумметрического давления в подсосковой камере 33 доильного стакана 23 и, за счет впуска воздуха, активизации процесса транспортировки молока по указанной цепочке в молокопровод 8. При этом при интенсивности выведения молока из доли вымени не более 50 мл/мин, оно не накапливается в молоколовушке 34 и поплавок 42 с магнитом 43 сохраняет свое нижнее положение. При этом геркон 44 разомкнут и электроклапан 39 обесточен. Так осуществляют доение каждой доли вымени коровы в отдельности в щадящем режиме. При возрастании интенсивности потока молока выше 50 мл/мин, происходит его накопление в молоколовушке 34, что приводит к всплытию поплавка 42. В результате удаления магнита поплавка 42 геркон 44 замыкается и подается напряжение от электрогенератора 14 к электроклапану 39, который открывает обратный клапан 50, что обеспечивает беспрепятственную откачку воздуха из камеры управления 38, минуя клапан 49 и в то же время исключает поступление атмосферного воздуха из клапанной коробки 21 в камеру управления 38, кроме как через клапан 48. При этом в такте сосания вакуумметрическое давление в камере управления 38 и мо-локоотводной камере 36 устанавливается одинаковым, что приводит к выравниванию мембраны 35 и, в результате этого, возрастанию вакууммет-рического давления в подсосковой камере 33 доильного стакана 23 до номинального значения. В такте сжатия в камере управления 38, а значит и в подсосковой камере 33 доильного стакана 23, как и при доении в щадящем режиме, сохраняется остаточное вакуумметрическое давление, обеспечивающее удержание доильного стакана на соске. При существенном увеличении интенсивности потока молока в молоколовушке 34 поплавок 42 всплывает выше своего хода. При этом, взаимодействуя с выступом переливной трубки 40, поплавок приподнимает ее, тем самым увеличив щель 41, что приводит к увеличению ее пропускной способности и снижению уровня молока в молоколовушке 34. Одновременно происходит накопление молока и в молоколовушке 10, поплавок всплывает и освобождает рычаг 27, что приводит к переводу поплавка в следящий режим. Так проводят доение коровы в номинальном режиме. При снижении интенсивности потока молока в доильном стакане 23 ниже 50 мл/мин, поплавок 42 опускается и геркон 44 размыкается, обесточив электроклапан 39, тем самым закрыв обратный клапан 50. Снова начинается доение в щадящем режиме.
При снижении общего потока молока от всех доильных стаканов доильного аппарата 1 ниже 50 мл/мин, поплавок с магнитом в молоколовуш-ке 10 опускается вниз, геркон 24 замыкается, подключив тем самым элек-тропневмоклапан 25 к элекфогенератору. При этом вакуумметрическое давление из вакуумпровода 9 через электропневмоклапан 25 по трубопроводу 26 поступает в пневмоцилиндр 3, под воздействием которого его поршень втягивает трос 2, который за свободный конец рычага 28 закрывает клапан 29, отключает доильный аппарат 1 и снимает его с вымени коровы, зафиксировав в исходном положении. Таким образом осуществляют доение коров с управляемым режимом доения по каждой доле вымени коров в отдельности и снимают доильный аппарат по завершению доения.
Как следует из описания работы предложенного нами адаптивного переносного манипулятора доения коров, в качестве источника механической энергии для привода электрогенератора применяется двухполупери-одный гидростабилизированный пульсатор. Очевидно, что расход его энергии складывается из расхода энергии на перекачивание жидкости в процессе работы пульсатора; расхода энергии на преодоление сил трения в механизме коммутации вакуумной магистрали доильного аппарата; расхода энергии на привод электрогенератора. Для обоснования конструктивно-режимной схемы пульсатора вначале рассмотрим теорию рабочего процесса регулятора вакуума доильного стакана для определения его параметров и установления потребной электрической мощности электроклапана управления вакуумным режимом в камере управления.
Методика определения усилия на трубке двухполупериодного пульсатора в зависимости от его конструктивно-режимных параметров
Проведенные теоретические исследования рабочего процесса переносного адаптивного манипулятора доения коров свидетельствуют о том, что основным условием его работоспособности является удержание его на вымени и обеспечение заданного режима доения, максимально отвечающего физиологии животного. Выполнение этих условий зависит от многих факторов.
Поэтому в задачу экспериментальных исследований переносного адаптивного манипулятора доения коров входила проверка теоретических положений; выявление ряда физических величин; оптимизация конструктивно-режимных параметров составляющих механизмов манипулятора.
В соответствии с поставленной задачей работа выполнялась по следующей программе: Изучение динамики молоковыведения у коров как в целом по вымени, так и в среднем по соску; Проверка теоретических положений взаимосвязи конструктивных параметров регулятора вакуума и режимом доения; Установление закономерности изменения усилия открытия клапана клапанного механизма управления вакуумным режимом в камере управления регулятора вакуума в зависимости от конструктивных параметров механизма; Оптимизация конструктивно-режимных параметров двухпо-лупериодного гидростабилизированного пульсатора, используемого в качестве источника механической энергии для привода электрогенератора питания электрической схемы адаптивного манипулятора.
В соответствии с программой на основании предложенной конструкции и теоретических исследований переносного адаптивного манипулятоpa доения коров, нами были изготовлены его макетный образец, а также отдельные узлы, подвергаемые нами исследованиям при оптимизации конструктивно-режимных параметров доильного устройства (рис. 3.1). Испытания проводили с использованием тензометрического оборудования [135].
Прежде чем приступить к исследованиям и обоснованию конструктивно-режимных параметров переносного адаптивного манипулятора доения коров нами изучались функциональные свойства вымени коров с целью выявления закономерности динамики роста интенсивности молоковы-ведения как по долям, так и по вымени в целом в зависимости от их молочной продуктивности. Для этого мы использовали тензометрическое оборудование с применением датчиков потока молока, разработанных во ФГОУ ВПО «Белгородская ГСХА», а также разработанного нами доильного аппарата (приложение 14, 15) [136, 137, 138]. Эти исследования были необходимы для прогнозирования максимального уровня потока молока на различных участках гидравлического контура доильного аппарата манипулятора и которые использовались нами при обосновании конструктивно-режимных параметров регулятора вакуума.
Исследования проводили в учхозе «Центральное» на животных с удоем от 3500 до 8130 кг молока за лактацию. Для измерений параметров молоковыведения, как уже отмечалось ранее, мы использовали тензометри-ческие датчики потока молока, отличительной особенностью которых является непрерывная регистрация параметра, в отличие от дискретных измерений при использовании датчиков объемного или весового типа. Это позволило нам определить пиковое значение интенсивности потока молока, что является весьма важным для получения максимального потока, используемого при обосновании конструктивных параметров датчика потока и регулятора вакуума доильного аппарата.
Работу проводили в два этапа. На первом этапе определяли интенсивность потока молока по долям вымени коров. Для этого применяли датчик потока молока для почетвертной регистрации измеряемой величины. Схема установки приведена на рис. 3.2., и рис. 3.3. В ее комплект, кроме датчика 1, входил электронный осциллограф РС-500А, позиция 2 на схеме, тензоусилитель 3 «Топаз-4» с блоком питания 4 «Агат», и переносной компьютер 5 «RoverBook». Датчик 1 потока молока включали на участке доильный стакан 6 - молокоприемное устройство, в качестве которого использовали доильное ведро 7, сообщаемое, как и пульсатор 8 доильного аппарата, с вакуумпроводом 9.
Регистрацию измерений осуществляли в памяти компьютера. Точ-ность измерений - 10 л/мин. Исследования проводили на 25 коровах. Животных подбирали в зависимости от удоя в интервале от 3500, минимального на ферме, до 8130 кг/лактац - максимального. Измерения проводили с трехкратной повторностью. Обработку результатов исследований вели методами вариационной статистики, а также корреляционного и регрессионного анализа с применением компьютерных программ [139, 140].
На втором этапе проводили измерения интенсивности потока молока в целом по вымени. Для этого применяли датчик потока молока для регистрации измеряемой величины в целом по вымени.
Схема установки приведена на рис. 3.4., и рис. 3.5. В ее комплект, так же как и в предыдущем случае, кроме датчика 1, входил электронный осциллограф РС-500А, позиция 2 на схеме, тензоусилитель 3 «Топаз-4» с блоком питания 4 «Агат», и переносной компьютер 5 «RoverBook». Датчик 1 потока молока включали на участке коллектор 6 - молокоприемное устройство, в качестве которого использовали молокопровод 7. Пульсатор 8 доильного аппарата соединяли с вакуумпроводом 9.
Регистрацию измерений осуществляли в памяти компьютера. Точность измерений - 10"3 л/мин. Исследования проводили на 25 коровах. Животных подбирали в зависимости от удоя в интервале от 3500, минимального на ферме, до 8130 кг/лактац - максимального. Измерения проводили с трехкратной повторностью. Обработку результатов исследований вели методами вариационной статистики, а также корреляционного и регрессионного анализа с применением компьютерных программ [139, 140].
Результаты исследований по определению перепада давления на мембране пульсатора с учетом потерь на преодоление сил трения коммутатора и привод электрогенератора
Установлено, что на величину вакуумметрического давления доения в подсосковой камере доильного стакана влияет вакуумметрическое давление в камере управления регулятора вакуума, диаметр мембраны и ее прогиб, а также свойства материала мембраны. Снижение вакуумметрического давления доения от 48 до 33 кПа при диаметре мембраны 50 мм обеспечивается уменьшением вакуумметрического давления в камере управления от 49,3 до 43,32 кПа, а при диаметре мембраны 40 мм - от 48,65 до 40,5 кПа. Эта зависимость достаточно точно описывается теоретическим, а также эмпирическими уравнениями. Поэтому они могут быть использованы при расчете подобных регуляторов вакуума доильных аппаратов.
Результаты исследований показывают, что теоретическое предположение о зависимости длительности переходных режимов в камере управления регулятора вакуума от диаметра отверстий откачки или поступления воздуха, перепада давлений и других конструктивно-режимных параметров камеры, справедливо. Установлено, что при включении номинального режима доения при увеличении диаметра электроклапана от 0.25 мм до 0 3 мм время достижения давления 48 кПа в камере управления сокращается о, 0 17 до 008 с, а. при включении режима удержания - z 009 до 0 05 с. Поэтому теоретические, а также эмпирические уравнения и их графические интерпретации могут быть использованы при расчете аналогичных устройств.
Сравнение расчетов теоретических и эмпирических уравнений, характеризующих взаимосвязь между усилием на штоке пружинного механизма прижатия клапана к посадочному гнезду и перемещением клапана, свидетельствует об их идентичности. Это подтверждает правильность полученных нами теоретических уравнений,. Как свидетельствуют результаты исследований, для условия, что расстоянии точки крепления «а» пружины длиной 28,3 мм от штока клапана - 20 мм, экстремум усилия на штоке для всех исследуемых пружин при данных конструктивных параметрах пружинного механизма достигается при перемещении клапана, равном 10 мм, и не зависит от их жесткости.
Сравнением теоретического уравнения и математической модели, характеризующей зависимость усилия на трубке пульсатора от параметров мембраны и вакуумметрического давления, установлена их адекватность. Для пульсатора с диаметром мембраны 50 мм фактическое значение F-критерия Фишера составляет 1,48 при табличном его значении 2,73; для мембраны 60мм - 1,64 и 2,73; для мембраны 70мм - 2,62 и 2,73 соответственно. Это подтверждает правильность нашего теоретического уравнения и мы, например, можем сказать, что для диаметра мембраны 60 мм при давлении на ней 30 кПа усилие на трубке будет равно 31,4 Я, а при том же давлении, но диаметре мембраны 70 мм - 42,2 Н. Поэтому и теоретическое и эмпирические уравнения, а также их графические представления могут быть использованы при расчете пульсаторов подобного типа.
Установлено, что перемещение жесткого центра мембраны зависит от вакуумметрического давления на мембране, ее наружного диаметра и диаметра жесткого центра, а также свойств материала мембраны. Эта зависимость достаточно точно описывается теоретическим уравнением, а также эмпирическим уравнением, сравнение которых подтвердило их адекватность. Поэтому мы с уверенностью можем сказать, что при диаметре мембраны 50 мм для перемещения ее жесткого центра на 10 мм необходимо вакуумметрическое давление 146,7 Па, а при диаметре 60 мм - 68,7 Па
Доказано, что с увеличением нагрузки электрогенератора, а также по мере уменьшения частоты пульсаций и диаметра мембраны, изменяется вакуумметрическое давление, необходимое для обеспечения работы пульсатора. Эта зависимость достаточно точно описывается теоретическим и эмпирическим уравнениями. Так, при диаметре мембраны 50 мм для привода генератора с потребной мощностью 0,5 Вт, перепад давлений на мембране должен составлять 33,3 кПа, а при диаметре мембраны 60 мм - 22,0 кПа, и в то же время при изменении частоты пульсаций от 1 до 0,66 Гц ва-куумметрическое давление возрастает на 16,1 кПа. Поэтому приведенные уравнения могут быть положены в основу разработки аналогичных устройств.
Оценка по критерию Фишера адекватности теоретического и экспериментальных уравнений, указывающих на наличие связи между конструктивными параметрами узла коммутации потоков воздуха, величиной коммутируемого вакуумметрического давления, диаметром мембраны пульсатора и потребным вакуумметрическим давлением привода пульсатора, свидетельствует об их идентичности. При табличном значении F-критерия 5,93 фактические значения равны 1,7, 2,3 и 2 соответственно уравнениям. Это подтверждает правильность настоящего теоретического уравнения, из которого мы получили, что, например, при диаметре мембраны 50 мм при коммутации вакуумметрического давления 50 кПа перепад давлений на мембране пульсатора должен быть 2,0 кПа, а при диаметре 60 мм- 1,4 кПа.
Доказано, что наряду с диаметром мембраны, потребной мощностью генератора и сопротивлением перемещению коммутатора, на потребное вакуумметрическое давление для привода пульсатора оказывает диаметр трубки. Так, при диаметре мембраны 40 мм, коммутируемом вакуум-метрическом давлении 50 кПа, потребной мощности 0,5 Вт и диаметре трубки 9 мм - вакуумметрическое давление составляет 49,1 кПа, а при диаметре трубки 10 мм -47,2 кПа. И в то же время установлено, что с увеличением диаметра мембраны вакуумметрическое давление на мембране вначале уменьшается, а затем возрастает. Так при диаметре трубки 10 мм и мембраны 30мм - давление составляет 83,9 кПа; 40 мм - 47,2 кПа; 50 - 36,7; 60 мм - 49,8 кПа. Эти зависимости достаточно описываются теоретическим уравнением и эмпирическими уравнениями, которые справедливы для рассматриваемой конструкции пульсатора и могут быть использованы при разработке аналогичных устройств.
Результаты факторного эксперимента показывают, что для обеспечения минимального значения потребного вакуумметрического давления для привода пульсатора, при условии максимальной нагрузки генератора 0,5 Вт, коммутируемом вакуумметрическом давлении 50 кПа и частоте пульсаций 0,66 Гц, его конструктивные параметры должны быть следующие: диаметр мембраны - 0,05 м; диаметр трубки - 0.01 м; ход мембраны -0.012 м.
Экономическая эффективность переносного адаптивного манипулятора доения коров с автономным источником питания
Наиболее перспективным устройством для доения коров на линейных доильных установках типа АДМ-8, оборудованных молокопроводом, является переносной манипулятор с автономным источником питания элементов автоматики управления режимом доения и доильным аппаратом с по-четвертной адаптацией к интенсивности потока молока (патент №2151499, №2221417, №2288577, заявка №2005135534).
Между удоем и интенсивностью потока молока установлены зависимости, из которых следует, что на уровне молочной продуктивности 4000 кг интенсивность молоковыведения по доле и в целом по вымени составляет 0,85 и 2,81 л/мин, а на уровне 6000 кг молока за лактацию - 1,66 и 6,47 л/мин соответственно. Поэтому данные уравнения могут быть использованы для прогнозирования потока молока при разработке гидравлических контуров доильных аппаратов.
На величину вакуумметрического давления доения в подсосковои камере доильного стакана влияет вакуумметрическое давление в камере управления регулятора вакуума, длительность переходных режимов в которой, а, следовательно, и в подсосковои камере доильного стакана, зависит от диаметра отверстий откачки или поступления воздуха, перепада давлений и других конструктивно-режимных параметров камеры. Так, снижение вакуумметрического давления доения от 48 до 33 кПа при диаметре мембраны 50 мм обеспечивается уменьшением вакуумметрического давления в камере управления от 49,3 до 43,32 кПа При этом при увеличении диаметра электроклапана от 0 25 мм до 0 3 мм время достижения давления 48 кПа в камере управления сокращается с 0 17 до 0.08 с, а при включении режима удержания - с 0 09 до 0 05 с. Эти зависимости могут быть использованы при расчете регулятора вакуума доильного стакана.
Экстремум усилия на штоке для всех исследуемых пружин длиной 28,3 мм и расстоянии точки крепления пружины от штока клапана - 20 мм, достигается при перемещении клапана, равном 10 мм, и не зависит от их же 147 сткости. Эти уравнения могут быть использованы при расчете аналогичных устройств.
Как усилие на трубке, так и перемещение жесткого центра мембраны пульсатора зависят от перепада давления на мембране, ее наружного диаметра и диаметра жесткого центра, а также свойств материала мембраны. Мы с уверенностью можем сказать, что при диаметре мембраны 50 мм для перемещения ее жесткого центра на 10 мм необходим перепад давления 146, 7 Па, а при диаметре 60 мм - 68,7 Па
С увеличением нагрузки электрогенератора, коммутируемого вакуум-метрического давления, а также по мере уменьшения частоты пульсаций и диаметра трубки, возрастает перепад давления на мембране, необходимый для обеспечения работы пульсатора. Вместе с тем установлено, что с увеличением диаметра мембраны от 30 до 70 мм потребный перепад давления на мембране вначале уменьшается, а затем снова возрастает и минимальное его значение достигается при диаметре мембраны 50мм и диаметре трубки 10 мм. Приведенные уравнения могут быть положены в основу расчета аналогичных гидростабилизированных двухполупериодных пульсаторов. 7. Результаты факторного эксперимента показывают, что для обеспечения минимального значения потребного вакуумметрического давления для привода пульсатора, при условии максимальной нагрузки генератора 0,5 Вт, коммутируемом вакуумметрическом давлении 50 кПа и частоте пульсаций 0,66 Гц, его конструктивные параметры должны быть следующие: диаметр мембраны - 0,05 м; диаметр трубки - 0.01 м; ход мембраны -0.012л . 8. Экспериментальный переносной адаптивный манипулятор доения коров с автономным источником питания в сравнении с доильным аппаратом АДУ-1-03 способствует более полной реализации рефлекса молокоотдачи коров. Вследствие изменения вакуумметрического давления в подсоско-вых камерах доильных стаканов в зависимости от потока молока, а также 148 своевременного снятия доильного аппарата отмечено снижение заболеваемости вымени коров маститом на 18...22%. Рост молочной продуктивности животных составляет 8,1%. Сокращение времени подготовительных операций до 28...34 секунд, а также автоматизация снятия доильных аппаратов с вымени коровы позволяют операторам машинного доения работать с шестью переносными манипуляторами, в то время как в базовом варианте оператор обслуживает три доильных аппарата АДУ-1-03. Годовой экономический эффект с учетом приведенных затрат и роста молочной продуктивности коров, в расчете на 256 голов, составляет 708156 рублей, а на одну корову - 2766 рублей. Внедрение переносных адаптивных манипуляторов доения коров для линейных доильных установок типа АДМ-8 в хозяйстве ОАО «Агро-Стрелецкое» и ОАО «Центральное» позволило получить экономический эффект свыше 340 тысяч рублей в год.
