CC BY
56
УДК 637.116
______с/ ______v_/
В.Ф. ВТОРЫИ, д-р техн. наук; С.В. ВТОРЫИ, канд. техн. наук
ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПУЛЬСАТОРА ДОИЛЬНОГО АППАРАТА
Представлена информационная модель пульсатора доильного аппарата, где входным параметром является вакуумметрическое давление в подводящем вакуумпроводе, выходные параметры цикличность, равномерность, частота пульсации с учетом влияния возмущающих и управляющих воздействий.
Ключевые слова, информационная модель, доильный аппарат, пульсатор Y. VTORYI, DSc. (Eng); S. YTORYI, Cand. Sc. (Eng) INFORMATION MODEL OF THE MILKING MACHINE PULSATOR
The information model of the milking machine pulsator is presented, where the input variable is the vacuum gage pressure in the supply vacuum hose and the result parameters are the repeating pattern, uniformity and pulsation rate with due account for the effect of disturbance and control action.
Keywords, information model, milking machine unit, pulse unit
В процессе жизнедеятельности животное вступает во взаимодействие с обслуживающей его техникой, образуя биотехническую систему. Наличие в системе живого объекта коренным образом изменяет основные свойства и характеристики технологического процесса производства сельскохозяйственной продукции.
При производстве молока технологические процессы и операции выполняются с использованием отдельных машин и механизмов, объединенных в единую технологическую последовательность и взаимодействие исполнительных механизмов звена «машина -животное» на ферме по производству молока имеет более высокий
183
уровень организации, чем это наблюдается в любом другом процессе производства.
Одно из основных звеньев процесса производства молока это процесс доения, где на животное непосредственно воздействует механизм - доильный аппарат. Одним из основных узлов доильного аппарата является пульсатор, обеспечивающий извлечение молока по определенной программе аналогичной сосанию коровы теленком. Обеспечение идентичности машинного процесса доения и физиологических потребностей способствует получению
максимальной продуктивности животных и сохранения их здоровья. Для соблюдения этих условий необходим постоянный контроль за процессом доения и особенно за работой пульсатора, что обеспечивают современные информационные технологии на основе математического моделирования.
При исследованиях использовались методы системного и статистического анализа, математического моделирования. Основой практических исследований пульсаторов различных типов и конструкций является инструментальный экспресс-метод с использованием разработанных методик и планирования экспериментов, компьютерной регистрацией и обработкой данных, позволяющий определить значения контролируемых параметров и технологических режимов в заданный промежуток реального времени.
Пульсатор доильного аппарата можно представить в виде информационной модели, блок-схема которой изображена на рисунке 1.
Входным параметром подлежащими контролю является вакуумметрическое давление в подводящем вакуумпроводе Рв(0, отклонения которого от номинального не должны превышать допустимых пределов ± АР, которые заданы техническими условиями завода-изготовителя.
Выходными параметрами, подлежащими постоянному контролю являются: цикличность Уц (соответствие циклов работы пульсатора нормативным); равномерность выполнения тактов сосания и сжатия
184
Ур; частота пульсации вакуумметрического давления Уч. К факторам, влияющим на значения выходных параметров относятся- уровень вакуумметрического давления Рв(0, время цикла Тц, частотно-амплитудная характеристика пульсатора ЧАХ.
Входной параметр
Управляющие воздействия,
Возмущающие воздействия,
Выходные параметры У1...п0):
Цикличность, = Тц)
^ Равномерность, Ур = Тц)
Частота пульсации
КРВ; чах)
Рис. 1. Блок-схема информационной модели пульсатора
К управляющему воздействию 11(1) относятся действия по регулировке частоты пульсации пульсатора в соответствии с ЧАХ или изменение уровня Рв(0 входного вакуумметрического давления осуществляемые вручную человеком или автоматическими системами с целью получения требуемых выходных параметров процесса доения при изменении внешних факторов (возмущающие воздействия существенно влияющих на выполнение процесса.
Например засорение каналов, износ отдельных деталей пульсатора, некачественная сборка при техническом обслуживании. В этих случаях для компенсации этих отрицательных факторов могут потребоваться дополнительные управляющие воздействия.
В общем виде целевую функцию информационной модели пульсатора можно записать в виде: У1...п0) ^ном ± АУ,
где УНОм - номинальное значение параметра;
АУ - предельный допуск на отклонение параметра.
В настоящее время в основном применяются 2-х тактные доильные аппараты как отечественного, так и зарубежного производства.
В двухтактном доильном аппарате в соответствии с диаграммой (рис. 2) цикл работы делится на два такта и четыре фазы (цикличность Уц): фаза А - переключение пульсатора с такта сжатия на такт сосания; фаза В - сосания; фаза С - переключение пульсатора с такта сосания на такт сжатия; фаза Б - сжатия. При такте сосания в фазе В происходит выведение молока из соска животного, при такте сжатия в фазе Б происходит массаж соска, сосок пережимается и выведение молока прекращается. При такте сосания вакуумметрическое давление в подсосковой и межстенных камерах доильного стакана и должно быть в пределах 40-50 кПа, при такте сжатия вакуумметрическое давление в межстенной камере доильного стакана должно быть не более 15-20 кПа иначе фаза Б отсутствует, что отрицательно сказывается на здоровье животного.
Вакуумметрическое давление
Рис. 2. Диаграмма цикла работы пульсатора
Фазы рассчитываются следующим образом, и выражены в процентах:
АЛ=(А/Х(А+В+С+Б))* 100%; ВЛ=(В/Х(А+В+С+Б))*100%;
С=(С/1(А+В+С+Б))*100%; Вл=(В/Х(А+В+С+Б))*100%;
АЧВЛ=((А+В)/Х(А+В+С+0))*100%.
186
Пределы допуска на фазу: АЛ=10-15%; ВЛ=45-55%; АЛ+ВЛ=60-70% - такт сосания;
СГ=10-15%; БЛ=20-25%; СЧ Б = 30-40%- такт сжатия.
В процессе доения колебания вакуумметрического давления влекут изменение частоты пульсации и соотношения фаз рабочего цикла пульсатора (рис. 3). Так пульсатор ДД-4-1 при вакуумметрическом давлении 43 кПа и частоте пульсации 63 пульсации в минуту имеет соотношение фаз 70/30, а при вакуумметрическом давлении 54 кПа и частоте пульсации 53 пульсации в минуты соотношение фаз составило 60/40. Это связано с увеличением времени цикла пульсации с 0,98 с до 1,2 с. Замечено, что увеличение времени цикла пульсатора происходит в основном за счет увеличения времени выполнения такта сжатия сосковой резины [1].
Время, с Время, с
Рис. 3. Пульсограммы рабочего цикла пульсатора ДД-4-1
Равномерность выполнения тактов сосания и сжатия У£. Методика контроля технического состояния пульсатора доильного аппарата с использованием устройства регистрации вакуумметрического давления [2] позволяет фиксировать величину, характер, частоту изменения вакуумметрического давления в межстенной камере доильного стакана, представить процесс графически в виде пульсограммы (рисунок 4).
Основными контролируемыми параметрами являются: среднее вакууметрическое давление при тактах сосания Рс и сжатия Рсж в кПа,
187
их среднеквадратичные отклонения ос? осж? технологические допуски бс, 6СЖ, ¥ч - частота пульсаций вакуума 1/мин, А - амплитуда изменения вакуумметрического давления, кПа.
Необходимо отметить, что технологический допуск такта сосания определяется по выражению бс = Рс ± ос < Рс ± 1 кПа.
Технологический допуск такта сжатия: 6СЖ = (Рс - ос) - (Рсж + бсж) > 20 кПа.
45,0 -
40,0 -
с
в" 35,0 -
X
а> с 30,0 -
о
Ч 0) 25,0 -
о
о V 20,0 •
X
а V- 15,0 -
3
>ч 10,0 -
СО 5,0-
0,0 -
п
'еж
сж
0 2 4 6 8
Время процесса, с
Рис. 4. Пульсограмма изменения вакуумметрического давления в межстенной
камере доильных стаканов
Амплитуда изменения величины вакууметрического давления при тактах сосания или сжатия определяется по выражению А = Р ± о и характеризует степень равномерности выполнения процесса пульсации вакуумметрического давления при доении [1].
Также для характеристики неравномерности изменения вакууметрического давления можно рекомендовать коэффициент неравномерности т, определяемый коэффициентом вариации, выраженным в процентах:
тс= ос / Рс * 100, тс < 2%,
^СЖ ^СЖ I Рсж 100, Тсж ^ 5 /о.
сж
где тс - коэффициент неравномерности изменения
вакууметрического давления при такте сосания, %;
тсж - коэффициент неравномерности изменения вакууметрического давления при такте сжатия, %.
Частота пульсации Уч это, как правило, величина переменная, так как в процессе доения происходят иногда значительные колебания вакуумметрического давления. Величина изменений частоты пульсации зависит от частотно-амплитудной характеристики пульсатора.
Частотно-амплитудная характеристика - зависимость частоты пульсации (Уч, 1/мин) создаваемой пульсатором при изменении величины вакуумметрического давления (Рв, кПа) в доильной системе [3].
На рисунке 5 представлены частотно-амплитудные характеристики пульсаторов L02 и ДД-4-1 описываемые
уравнениями регрессии:
L02 Уч = 0,942р + 18,39 ДД-4-1 Уч = -1,011р +107,52
35 40 45 50 55
Вакууметрическое давление, кПа
33 38 43 48 53
Вакууметрическое давление, кПа
(а)
(б)
Рис. 5. Частотно-амплитудные характеристики пульсатора: (а) - положительная пульсатор Ь02, (б) - отрицательная пульсатор ДД-4-1.
Пульсатор L02 имеет положительную ЧАХ, т.е с ростом вакуумметрического давления растет частота пульсации, а пульсатор ДД-4-1 отрицательную, где с ростом вакуумметрического давления частота пульсации снижается. Эта особенность отражена в уравнениях регрессии, где независимые переменные уравнения имеют положительные или отрицательные значения соответственно.
Одним из показателей оценки степени влияния вакуумметрического давления на частоту пульсации является частотно-амплитудный коэффициент (Кча) - отношение изменения частоты пульсаций пропорциональное изменению величины вакуумметрического давления: Кча = (Y4 max - Уч min) / (Рв
max Рв min)»
Установлено, что коэффициент независимой переменной уравнения регрессии по величине и знаку соответствует частотно-амплитудному коэффициенту и является показателем степени влияния вакуумметрического давления на частоту пульсации. Для различных типов пульсаторов он имеет свои положительные или отрицательные значения.
ВЫВОДЫ
1. Информационная модель пульсатора позволяет осуществлять контроль за соответствием технологических параметров функционирующего пульсатора нормативам и принимать оперативные управленческие решения для устранения возникающих отклонений.
2. Выходными параметрами пульсатора являются цикличность, равномерность и частота пульсации вакуума, которые зависят от стабильности вакуумметрического давления в подводящем вакуумпроводе, времени цикла и частотно-амплитудной характеристики пульсатора, а также от управляющих и возмущающих внешних воздействий.
3. Значительные колебания вакуумметрического давления в процессе доения приводят к изменению соотношения фаз сосания и
сжатия в доильном аппарате, что отрицательно сказывается на здоровье вымени коровы.
4. Необходимо выдерживать стабильность амплитуды вакуумметрического давления при такте сосания, коэффициент неравномерности тс не должен превышать 2%, при такте сжатия тсж не более 5%.
5. Важной с практической точки зрения является частотно-амплитудный коэффициент, показывающий степень изменения частоты пульсации положительный или отрицательный характер ЧАХ в зависимости от уровня вакууметрического давления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вторый В.Ф., Вторый C.B. Методика контроля технического состояния пульсаторов доильных аппаратов / Вестник ВНИИМЖ, № 4(16), М. 2014. С.89-91.
2. Патент на полезную модель РФ № 113635, 27.02.2012. Вторый В.Ф., Вторый C.B. Устройство регистрации вакуумметрического давления в доильной установке//Патент России на полезную модель №113635.2012. Бюл.№6.
3. Вторый В.Ф., Вторый C.B. Частотно-амплитудные характеристики пульсаторов доильных аппаратов / Вестник ВИЭСХ, Выпуск №2 (15), M. 2014.С.24-26.
УДК 620.91, УДК 631.3 A.B. НИКИТИН
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА И ВЕТРА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
На основании обработки метеоданных в статье проанализированы перспективы и направления использования установок преобразования солнечной и ветровой энергии в электрическую и тепловую. Рассмотрены
