CC BY
66
ФЕРРОМАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ В ПУЛЬСАТОРЕ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА В.Ф. Ужик, О.В. Ужик, И.Я. Пигорев, Д.Н. Клесов
Аннотация. Приведена схема конструкции пульсатора доильного аппарата с заполненными ферромагнитной жидкостью гидравлическими камерами. Выполнено математическое моделирование рабочего процесса пульсатора. Приведены результаты лабораторных и производственных испытаний доильного аппарата с предлагаемым пульсатором.
Ключевые слова: пульсатор, ферромагнитная жидкость, камера, мембрана, трубка, коммутатор, соленоид, контакт, блок управления.
Один из механизмов доильного аппарата, формирующий управляющее воздействие, направленное на выведение молока из вымени коровы - это пульсатор [1, 2]. Существуют различные конструкции пульсаторов, отличающиеся по типу, принципу действия и ряду других параметров: - пневмомеханические, гидропневматические, электромеханические с автономным или центральным управлением, однофазные или двухфазные, обеспечивающие «попарное» доение и др. Так, фирма «SAC» (Дания) предлагает электронный пульсатор попарного действия с системой электронной пульсации «LOW POWER», которая позволяет регулировать соотношение тактов в пределах от 50/50 до 60/40 и частоту пульсаций от 50 до 180 пульсов в минуту [1]. А система «Стимоимпульс» фирмы «Westfalia Separator» обеспечивает электронную пульсацию с частотой от 1 до 5 Гц. В начале доения включается режим стимуляции с частотой пульсации 5 Гц, а затем система переходит на обычный режим доения с частотой пульсаций 1 Гц [1]. Известный пульсатор фирмы «Alfa-Laval Agri» имеет три варианта исполнения: - с соотношением тактов 50/50, 60/40 и 70/30 [1].
Вместе с тем, одна из важнейших особенностей развития техники на современном этапе - применение искусственных материалов с заданными свойствами, использование которых позволяет сообщить новые особенности разрабатываемым конструкциям и технологиям.
Предлагаемый нами пульсатор доильного аппарата (рисунок 1) выполнен в виде двух силовых камер 3 и 12, жестко скрепленных между собой, и каждая из которых выполнена в виде разделенных гибкими мембранами 4 и 11 пневматических камер 5 и 10, и сообщаемых между собой калиброванной трубкой 6, гидравлических камер 2 и 13 [3, 4].
Отличительная его особенность - гидравлические камеры 2 и 13 заполнены ферромагнитной жидкостью с магнитоуправляемыми физико-механическими свойствами [5, 6]. Причем для создания управляющего магнитного поля пульсатор снабжен двумя примыкающими к внешним сторонам гидравлических камер 2 и 13 и установленными соосно с калиброванной трубкой 6 соленоидами 1 и 14.
При подключении доильного аппарата к вакуум-проводу, молокопроводу и источнику электрической энергии (на схеме не показаны), золотник 22 коммутатора 16, изменяя положение под воздействием пружины 24, патрубками 23 и 15 поочередно соединяет пневматические камеры 5 и 10 силовых камер 3 и 12 с патрубком 20, соединяемым с источником вакууммет-рического давления, или с атмосферой. При этом, последовательное чередование атмосферного и вакуум-метрического давления в пневматических камерах 5 и 10 силовых камер 3 и 12 пульсатора вызывает прогиб
гибких мембран 4 и 11 и возвратно-поступательное перемещение калиброванной трубки 6 с одновременным перетеканием между гидравлическими камерами 2 и 13 по калиброванной трубке 6 вязкой жидкости с магнито-управляемыми физико-механическими свойствами. Перемещение калиброванной трубки 6 вызывает возвратно-поступательное перемещение ползуна 9 по остову 8 коммутатора потока воздуха 7, чем обеспечивается чередование вакуумметрического и атмосферного давления в межстенных камерах доильных стаканов (на схеме не показаны) с заданной частотой. Одновременно центральный контакт 18 золотника 22 коммутатора 16, поочередно взаимодействуя с контактами 21 и 17, соединяет соленоиды 1 и 14 через блок управления 19 с источником электрической энергии (на схеме не показан). При этом блок управления 19 обеспечивает, в зависимости от выбираемого режима доения коровы, или синхронное с изменением интенсивности потока молока изменение тока и напряжения питания соленоидов 1 и 14, или их отключение от источника электрической энергии. При этом магнитное поле соленоидов 1 и 14, воздействуя на жидкость, заполняющую гидравлические камеры 2 и 13 пульсатора, изменяет ее физико-механические свойства, тем самым изменяя частоту пульсаций пульсатора.
Рисунок 1 - Пульсатор: 1 и 14 - соленоид; 2 и 13 -гидравлическая камера; 3 и 12 - силовая камера; 4 и 11 -гибкая мембрана; 5 и 10 - пневматическая камера; 6 -калиброванная трубка; 7 и 16 - коммутатор; 8 - остов; 9 - ползун; 15 и 23 - патрубок; 17 и 21 - контакт; 18 - контакт; 19 - блок управления; 20 - патрубок; 22 -золотник; 24 - пружина.
Математическим моделированием рабочего процесса пульсатора установлена зависимость частоты п пульсаций пульсатора от его конструктивных параметров, вакуумметрического давления управления, а также потерь напора в местах местных сопротивлений, в том числе и в результате воздействия на магнитную жидкость магнитного поля одного из соленоидов:
9ü(d22 - d2u
2
32vL I P е
" glL1 + 2
Ре (2Смагн + Се.с. + Се.р.) , 32vL
--kH—2
SY gdг
[2^магн +^е.с. + ^е.р. )
bdf
лц + и1иц )
где кн - поправочный коэффициент учитывающий влияние канала с кольцевой формой поперечного сечения [7]; V - кинематическая вязкость жидкости, М/с; Смагн- коэффициент «местных» сопротивлений участков концентрации магнитной жидкости под действием магнитного поля [8]; Се.с. - коэффициент «местных» сопротивлений на участке внезапного сужения поперечного сечения канала; Се.р. - коэффициент «местных» сопротивлений на участке внезапного расширения поперечного сечения канала; йг - гидравлический диаметр, м: ёг=ё2-ёи ; й2 - внутренний диаметр патрубка, м; йи - диаметр иглы, м; Ь - длина хода патрубка, м; Ь -длина канала, м.
Экспериментальными исследованиями установлено, что соленоиды магнитной системы должны быть расположены на оси канала пульсатора вне зоны течения жидкости по каналу патрубка. При использовании соленоидов длиной 4,5-Ш"2 м.; внутренним диаметром 0,710-2 м., наружным диаметром 4,5-Ш"2 м. и числом витков 595 медного провода сечением 110'6 м2, для уменьшения частоты пульсаций пульсатора с 60 до 40 пульс/мин достаточно силы тока 4 А.
Испытания доильного аппарата с пульсатором предлагаемой конструкции и регуляторами вакууммет-рического давления доения коров в зависимости от интенсивности потока молока на молочном комплексе ОАО «Агро - Стрелецкое» Белгородского района показали, что он обеспечивает снижение заболеваемости вымени коров маститом на 18.. .22 %.
uzhik16@rambler.ru, тел. (919) 433-75-97.
Ужик Оксана Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры электрооборудования и электротехнологий в АПК ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», е-таД:ок8апащЫк@таД.га, тел (910) 737-84-39.
Пигорев Игорь Яковлевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор, проректор по научной работе и инновациям ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Клёсов Дмитрий Николаевич, аспирант ФГБОУ ВПО «Белгородская ГСХА», e-maiMemon-30-11-1990@ya.ru, тел. (920) 576-90-91.
g
n =
Список использованных источников
1 Тенденции развития доильного оборудования за рубежом (Ан. обзор) / Ю.А. Цой, Н.П. Мишуров, В.В. Кирсанов, А.И. Зеленцов. - М.: ФГНУ Росинформагротех, 2000. - 76 с.
2 Кирсанов В.В. Оптимальный режим регулирования вакуума в доильном аппарате // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2002. - №8. - С. 16 - 18.
3 Патент №2328110, RU, МПК A01J 5/04, 5/00. Доильный аппарат // Ужик В.Ф., Науменко A.A., Чигрин A.A., Шар-ко В.И. (RU). - N.2006123401/12; Заявлено 30.06.06; Опубл. 10.07.2008; Бюл. N.19.
4 Заявка N.2013146314 RU A01J 5/12. Пульсатор для доильных установок // Ужик В.Ф., Клёсов Д.Н., Ужик О.В. N.2013146314; Заявлено 16.10.2013.
5 Такетоми С., Тикадзуми С. Магнитные жидкости: Пер. с японск. - М.: Мир, 1993. - 227 с.
6 Фертман В.Е. Магнитные жидкости: Справ. пособие.- Мн.: Высш. Шк., 1988.- 184 с.
7 Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1975. - 559 с.
8 Монтгомери Д. Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов: Магнитные и механические свойства конструкций из обычных и сверхпроводящих материалов. - М.: «МИР», 1971. - С. 3-30.
Информация об аторах
Ужик Владимир Федорович, доктор технических наук, профессор кафедры машин и оборудования в агробизнесе ФГБОУ ВПО «Белгородская rcXA», e-mail:
