CC BY
10
Новикова Галина Владимировна, доктор технических наук, профессор
Белова Марьяна Валентиновна, доктор технических наук, профессор
Михайлова Ольга Валентиновна, доктор технических наук, доцент
ГБОУ ВО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет»
Россия, 606340, Нижегородская область, г. Княгинино, ул. Октябрьская, 22а
Е-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
Тихонов Александр Анатольевич, кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия»
Россия, 603170, г. Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 97
Е-mail: [email protected]
The microwave unit of continuous action for defrosting and warming of bovine colostrum
Novikova Galina Vladimirovna, Doctor of Technical Sciences, Professor
Belova Maryana Valentinovna, Doctor of Technical Sciences, Professor
Mikhailova Olga Valentinovna, Doctor of Technical Sciences, Assistant Professor
Nizhny Novgorod State Engineering and Economic University
22a, Oktyabrskaya St., Knyaginino, Nizhny Novgorod Region, 606340, Russia
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]
Tikhonov Alexander Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor
Nizhny Novgorod State Agricultural Academy
97, Gagarina Ave., Nizhny Novgorod, 603170, Russia
E-mail: [email protected]
The purpose of the work is to develop a microwave installation that ensures the safety of immunoglobulins during continuous processes of defrosting and heating of cow colostrum in separate resonators with different specific powers to reduce the duration of exposure to an ultrahigh frequency electromagnetic field and ensure electromagnetic safety. A review of existing technologies and defrosting cow colostrum, highlighted their shortcomings. Changes in the electrophysical and thermophysical parameters of cow colostrum depending on the temperature and frequency of the electromagnetic field with the determination of the depth of the wave penetration are analyzed. Theoretically, the dynamics of heating colostrum in the MICROWAVE with regard to changes in electro-thermal parameters during defrosting and heating is described. Radio-wave installations with various design versions of resonators have been developed to ensure the implementation of the main criteria for microwave technology and the technological process of defrosting and heating cow colostrum. A laboratory sample of a microwave installation has been made that is most satisfactory in terms of electromagnetic safety performance and operating costs. Estimates of the biological value of thawed and warmed cow colostrum in the traditional way (in a water bath) and the impact of emph, electromagnetic safety when working with a manufactured microwave installation, the effectiveness of the microwave installation in farms: the duration of exposure to EMPH 6 - 8 min, the power of microwave generators 1.6 kW, the performance of the installation 16 - 18 kg/h, energy costs - 0.15 kW-h/kg, the heating temperature 36 - 38 °C. As a result of using the proposed installation, it is possible to evenly defrost and warm up the raw material by regulating the power of individual generators that excite the microwave IN non-traditional resonators arranged in tiers in a continuous installation with observance of electromagnetic safety.
Key words: defrosting and heating, cow colostrum, tiered unconventional resonators, dielectric loss factor. -♦-
УДК 637.116.2
Интенсификация промывки доильных аппаратов с использованием гидромеханических устройств
Р.Ф. Филонов, канд. техн. наук; В.Н. Кравченко, канд. техн. наук ФГБОУ ВО Российский государственный аграрный университет -МСХА имени К.А. Тимирязева
В статье представлены сведения о процессе движения газожидкостной смеси в доильной установке (доильном аппарате) при промывке и анализ перемещения моющей жидкости и движения потока газожидкостной смеси при учёте гидродинамических и вакуумметрических факторов. Определена силовая характеристика на преодоление зависимости от перепада давления в системе «активатор с распределённым струйным потоком - патрубок коллектора», характеризующая свойства внутренней неоднородности смеси. Совершенствование предлагаемой технологии промывки выполнено на основании теоретических предпосылок и применения изобретений авторов. Предложены новый подход и возможности в плане использования
устройства для интенсификации режимов промывки с активацией гидромеханического характера. Новые средства, технология и оборудование промывки доильных аппаратов могут быть интегрированы в доильные автоматизированные установки для доения в доильных залах, конвейерных установках и доильные роботы. Использование соответствующих схем промывки позволит сократить продолжительность промывки, расход воды и моющих средств, а также расходные энергетические затраты на осуществление процесса.
Ключевые слова: доение, промывка, доильный аппарат, молокопровод, коллектор, газожидкостная смесь, моющая жидкость.
Промывка систем доильных установок - основа получения качественного молока. Тщательность процесса является результатом как продолжительности, так и использования соответствующих химических веществ для очистки от молочных включений. Промывке подвергаются все участки доильной установки, осуществляющие трансмиссию молока в процессе доения, транспортировки, вывода из-под вакуумного воздействия, первичной обработки. Наиболее уязвимыми узлами промывки с точки зрения качества выполнения процесса являются геометрически сложные участки, а также полимерно-резиновые составляющие. К таким в первую очередь относятся собственно доильные аппараты.
Цель исследования - определить эффективность воздействия моющей жидкости при различных гидромеханических влияниях на процесс мойки с выполнением качественного проведения процесса и учётом технико-экономических параметров воздействия.
Динамика промывки определяется характером газожидкостной смеси (моющего раствора), её интенсивностью на участке доильный стакан -коллектор - молокопровод. Данный режим нестабилен, что наблюдается на участке подъёма моющей жидкости от коллектора к молокопро-воду до некоторой высоты Н и далее. Смесь становится более насыщенной газом, её режим
перемещения меняется и увеличивается вакуум-метрическое давление в сравнении с режимами коллекторного типа (рис. 1).
Материал и методы исследования. Объектом исследования послужило движение газожидкостной моющей смеси, сопровождаемое силой трения, препятствующей перемещению потока, уравновешивающейся силой Даламбера при передвижении потока по шлангу вследствие интенсивности образования пузырьков воздуха [1, 2].
Перемещение газожидкостной моющей смеси, препятствующей перемещению потока, а именно силой Даламбера (^д), определяется по формуле:
Рд = ^^А + рв^вас + + (1)
где Кп - коэффициент прямого сопротивления. Кп = ДЯе);
рж - плотность жидкости, кг/м3;
Sк - сечение коллектора, м2;
рв - плотность воздуха, кг/м3;
Ув - объём газосмеси, м3;
ам - абсолютное ускорение в точке отчёта,
м/с2;
к - коэффициент диффузии моющей жидкости;
ас - абсолютное ускорение частицы, м/с2; уп - скорость образования пузырьков воздуха при движении по шлангу в коллектор, шт/ч;
Рис. 1 - Определение баланса давлений при промывке доильных аппаратов с использованием гидромеханического способа промывки:
1 - активатор с распределённым струйным потоком; 2 - доильный стакан; 3 - коллектор; 4 - кран подключения к стенду промывки; 5 - коллектор промывочного стенда
кр - распределённый коэффициент сопротивления гидропневматической системы, Па-с/кг;
—а - подъёмная сила Архимеда, действующая на газ, введённый в жидкость, Н; Л^вак - перепад вакуумметрического давления на уровне Н - Н0, Па;
—р - сила трения газожидкостной смеси при движении по шлангу, Н.
Перемещение жидкости в контуре «активатор - доильный аппарат - коллектор» представляет замкнутый цикл движения, который можно смоделировать в виде сообщающихся сосудов, где давление внутри одинаково, а баланс давлений в этом случае составит:
Нр см Нор ж: (2)
где Н - высота от нижней точки патрубка коллектора до молокопровода, м; рсм - плотность пневмосмеси, кг/м3; Но - высота от нижней точки патрубка коллектора до нижней точки активатора, м.
Сила, затраченная на преодоление перепада от активатора с распределённым струйным потоком до патрубка коллектора, характеризует свойства внутренней неоднородности смеси:
РсмНо^ш, (3)
где g - ускорение свободного падения, м/с2; 5Ш - площадь сечения шланга, м2.
Данная сила является критерием динамического подобия, отражая величину сил Архимеда и внутренней неоднородности смеси. Проектирование гидродинамических систем как доения, так и промывки обусловлено влиянием различных факторов, но оптимизация проектной модели может обусловливаться на качественных показателях (чистота моющихся поверхностей) и минимизации энергетических затрат.
Характер воздействия моющей жидкости на формирование эффекта очистки внутренней части сосковой резины также определяется параметрами эвакуации моющего раствора из коллектора [3]. При одинаковых режимах вакуумного воздействия уменьшение площади контакта с коллекторными промывочными насадками увеличивает степень очистки доильных стаканов.
В настоящее время предложены эффективные схемы промывки молокопроводов с инжекторным впуском воздуха и предварительной аккумуляцией промывочной жидкости [2], позволяющие интенсифицировать режим промывки за счёт увеличения скорости движения жидкости в пробковом режиме. При этом обеспечиваются хорошие санитарно-гигиенические показатели промывки основного оборудования. Однако непосредственная промывка доильных аппаратов, осуществляемая в циркуляционном режиме, требует значительного расхода воды, моющих средств и необходимости подогрева моющего
раствора в процессе циркуляции с 40 до 65 °С [4]. Это вызывает дополнительные затраты.
Представляет интерес использование нетрадиционных растворов для дезинфекции доильного оборудования, в том числе ионизированной воды. В ряде случаев это даёт положительный эффект, а отказ от химических средств минимизирует затраты на отчистку доильного оборудования [2, 5]. Однако, как показывают исследования, отказ от щелочных моющих средств в пользу кислотных растворов с использованием нетрадиционных источников получения увеличивает продолжительность процесса промывки [6].
Результаты исследования. На основании проблемного подхода к задаче эффективной промывки доильных стаканов предлагается гидромеханические устройство, представляющее собой стенд промывки коллекторного типа с активными рабочими органами, установленным расходом моющей жидкости и автономным режимом работы [7]. Данное устройство обеспечивает сокращение времени промывки доильных стаканов, количества воды и промывочной жидкости, повышение качества промывки за счёт увеличения интенсивности воздействия на внутренние стенки сосковой резины. Качество оценки промывки определяется многократными исследованиями на содержание бактериальной флоры и соматических клеток [8].
Стенд для промывки доильных стаканов (рис. 2) включает платформу 1 с внутренней полостью 2 для подачи моющей жидкости, соединённой посредством патрубка 12 с системой подачи моющего раствора. На поверхности платформы 1 имеются четыре коллектора 16 для подключения доильных стаканов и зажимы 11 (фиксирующие устройства) для герметичного крепления доильных стаканов. Полые оси приводных валов 17 коллекторных насадок 4 исполнены с рассредоточенными по конусной поверхности струйными распылителями 5 для равномерной, объёмной подачи на загрязнённую поверхность сосковой резины моющей жидкости и имеют щёточную часть 6, способствующую фрикционной мойке.
Коллекторные насадки 4 исполнены эксцентрично относительно продольных осей доильных стаканов, при этом их щёточная часть 6 имеет дифференцированный размер длины щетины: минимальный в верхней части и максимальный в нижней. Данное расположение определяет равномерность моющего воздействия по всей внутренней поверхности сосковой резины.
Коллекторы 16 на платформе 1 расположены аналогично соскам на вымени животного, вследствие чего доильные аппараты не подвергаются разбору, а молочные шланги 7 и коллектор доильного аппарата 8 промываются одновременно безразборным методом.
Общий привод коллекторных насадок 4 выполнен с использованием кривошипно-шатунного механизма 15 от вакуума, создаваемого вакуумным насосом доильной установки, посредством силового пневмоцилиндра 14 и управляющего пульсатора 13.
При промывке автоматизированной или роботизированной доильной установки доильный аппарат закрепляют на платформе 1, размещённой в каждом доильном станке. Доильные стаканы 9 располагают на коллекторные насадки 4 и фиксируют с помощью зажимов 11.
14
15
Изменив положение крана, подают в полость 2 моющую жидкость используя в качестве движущей силы жидкость, поступающую в полость 18. Раствор поступает в полости осей приводных валов 3 и распыляется через струйные распылители на загрязнённую часть внутренней поверхности сосковой резины, из которой моющая жидкость попадает в молочные шланги 7, затем коллектор 8, далее поступает в накопительную ёмкость и используется для дальнейшего цикла промывки всей системы. Гидромеханическое воздействие при активации синхронизировано с работой моющего блока [9].
! 16 17
1 / 1
...... ... 1 т *г
13
2
4
5
6
19 18
Рис. 2 - Стенд для промывки доильных стаканов:
1 - платформа; 2 - внутренняя полость; 3 - приводной вал; 4 - коллекторные насадки; 5 - струйные распылители; 6 - синтетические щётки; 7 - молочный шланг; 8 - коллектор доильного аппарата; 9 - корпус доильного стакана; 10 - сосковая резина; 11 - фиксаторы; 12 - патрубок для моющего раствора; 13 - пульсатор; 14 - пневмоцилиндр; 15 - кривошипно-шатунный механизм; 16 - промывочный коллектор; 17 - внутренняя полость вала; 18 -распределение моющего раствора; 19 - факельная струя
1
3
7
Эксцентрично вращающиеся относительно доильных стаканов коллекторные насадки 4 обеспечивают различный подводящий факел струй жидкости 19 к поверхности сосковой резины, а щёточная часть 6 за счёт вращения оказывает интенсивное фрикционное моющее воздействие на поверхность.
Применение технологических средств для мойки стаканов доильных аппаратов в виде предложенного стенда возможно и для установок конвейерного типа, и роботизированных систем с соответствующей адаптацией к режимам работы и циклам дезинфекции [10, 11].
Вывод. Предлагаемый вариант стенда для промывки доильных аппаратов может быть интегрирован в доильные автоматизированные установки для доения в доильных залах и роботизированные установки. Использование соответствующих схем промывки позволит сократить продолжительность промывки, расход воды и моющих средств, а также расход электроэнергии на осуществление процесса. Таким образом можно добиться снижения общих затрат на получение молока с одновременным повышением его качества.
Литература
1. Кожевникова Н.Г., Филонов Р.Ф. Гидродинамические аспекты оптимизация процесса доения // Горячкинские чтения: сб. стат. по итогам II междунар. науч.-практич. конф. 18 апреля 2018 г. М., 2019. С. 341 - 345.
2. Филонов Р.Ф., Кожевникова Н.Г. Гидродинамическое обоснование процесса доения и промывки доильных аппаратов // Доклады ТСХА. М., 2019. С. 335 - 339.
3. Механизация животноводства: дипломное и курсовое проектирование по механизации животноводства / Р.Ф. Филонов, Д.Н. Мурусидзе, В.В. Кирсанов [и др.]. М.: ИНФРА-М, 2016. 427 с.
4. Исследование процесса гидродинамического движения газожидкостной смеси в замкнутом контуре «молочная железа - доильная машина - счётчик молока - молокопровод» системы «Ч - М - Ж - С» / ВВ.А. Шахов, В.А. Урбан, Е.В. Вагенлейтнер [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2015. № 5 (55). С. 86 - 88.
5. Мазаев Ю.В., Кравченко В.Н. Применение ионизированной и серебряной воды при поении и кормлении сельскохозяйственных животных // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2018. N° 2 (70). С. 133 - 135.
6. Пат. 2648147 Российская Федерация МПК А23С7/02. Способ санитарной обработки молочного оборудования / В.Н. Кравченко, Ю.В. Мазаев; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева. Бюл. № 02 от 22.03.2018 г.
7. Анализ современных способов определения качества молока / Г.Н. Самарин, А.Н. Васильев, В.А. Ружьев [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2019. № 5 (79). С. 158 - 162.
8. Пат. 2636332 Российская Федерация МПК A01J7/02. Стенд для промывки доильных стаканов / В.В. Кирсанов, Р.Ф. Филонов, Н.Г. Кожевникова, С.С. Рузин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева. Бюл. № 33 от 22.11.2017 г.
9. Пат. на полезную модель 180325 Российская Федерация МПК A01J7/02. Устройство для промывки доильных аппаратов / Р.Ф. Филонов, Н.Г. Кожевникова, В.Н. Кравченко; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева. Бюл. № 16 от 15.02.2018 г
10. Молокоприёмные и молокоперерабатывающие предприятия. Монография. / В.И. Трухачев, И.Н. Краснов, И.В. Капустин [и др.]. Ставрополь: Издательство «АГРУС», 2013. 312 с.
11. Vladimir V. Kirsanov, Andrey Y. Izmaylov, Yakov P. Lobachevsky, Oksana A. Tareeva, Sergey N. Strebulyaev, Roman F. Filonov. Models and algorithms of adaptive animal flow control // Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis. 2019. Number 6. Volume 67. P. 1394 - 1414.
Филонов Роман Фёдорович, кандидат технических наук, доцент Кравченко Владимир Николаевич, кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева» Россия, 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49 E-mail: [email protected]
Intensification of milking machines washing out using hydraulic and mechanical devices
Filonov Roman Fedorovich, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor Kravchenko Vladimir Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev 49 Timiryazevskaya St., Moscow, 127550, Russia E-mail: [email protected]
The article presents information about the process of movement of the gas-liquid mixture in the milking unit (milking machine) during washing and analysis of the movement of the washing liquid and the flow of the gas-liquid mixture taking into account hydraulic, mechanical and vacuum factors. The power characteristic for overcoming the pressure drop from the activator with a distributed jet stream to the manifold branch pipe, characterizing the properties of the internal in homogeneity of the mixture, is determined. Improvement of the proposed washing technology is carried out on the basis of theoretical assumptions and application of the authors ' inventions. A new approach and possibilities in terms of using the device for intensification of washing modes with activation of hydro and mechanical nature are proposed. New facilities, technology and equipment for washing milking machines can be integrated into milking automated milking machines in milking parlors, conveyor systems and milking robots. The use of appropriate washing schemes will reduce the duration of washing, the consumption of water and detergents, as well as the energy costs of the process.
Key words: milking, washing, milking machine, milk pipeline, collector, gas-liquid mixture, washing liquid. -♦-
