CC BY
66
МОДЕРНИЗИРОВАННЫЙ ДОИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ
УДК 6З7.116
И.В. КАПУСТИН, кандидат технических наук, профессор
Д.И. ГРИЦАЙ, кандидат технических наук, доцент В.И. БУДКОВ, кандидат технических наук, старший преподаватель
Ставропольский ГАУ E-mail: gritcay_kirill@mail.ru
Резюме. Предложена конструкция модернизированного доильного агрегата с совершенной системой смазки рабочих органов вакуумного насоса. Ключевые слова: доильный аппарат, вакуумный насос, ресурс, агрегат.
Сегодня практически во всех регионах страны интенсивно развиваются личные подсобные и фермерские хозяйства. По данным Министерства сельского хозяйства Ставропольского края до 78 % молока производится в индивидуальном секторе [1]. В связи с этим актуально совершенствование имеющихся и разработка новых технических устройств для механизации доения коров в хозяйствах названной категории.
Отечественная промышленность выпускает агрегат индивидуального доения (АИД) стационарного и мобильного исполнения. В результате их эксплуатации выявлен ряд конструктивных недостатков, которые отрицательно влияют на процесс доения. В первую очередь это низкая надежность вакуумного насоса, обусловленная повышенным износом его рабочих органов (лопастей и корпуса). Основная причиной такой ситуации - неудовлетворительная смазка, которую осуществляют из масленки фитильным способом.
Кроме того, в этих аппаратах используются регуляторы грузового и пружинного типов, которые не обеспечивают стабильности вакуума в системе, что приводит к изменению частоты пульсаций доильного аппарата и служит одним из факторов, тормозящих рефлекс молокоотдачи у коровы.
Цель нашей работы - улучшение качества работы агрегатов индивидуального доения для личных подсобных и фермерских хозяйств.
Условия, материалы и методы. Для достижения поставленной цели была предпринята попытка усовершенствования системы смазки рабочих органов вакуумного насоса и стабилизации вакуумметри-ческого давления.
По принципу исполнения система циркуляционной смазки может быть одно- или двухконтурной (рис. 1).
Одноконтурная система проще и менее материалоемка. Однако подача масла непосредственно в насос не позволяет полностью отделять его от воздуха. Оно оказывается во вспененном состоянии, что способствует повышенному износу рабочих органов и снижению производительности насоса.
Двухконтурная система предусматривает отстаивание масла в баке-накопителе. Именно такая схема положена в основу конструкции вакуумной установки, разработанной на кафедре «Машины и технологии в животноводстве» Ставропольского ГАУ (рис. 2).
Рис. 1. Схемы систем циркуляционной смазки вакуумных насосов: а) одноконтурная; б) двухконтурная; 1 - вакуумный насос; 2 - бак-маслоуловитель; 3 - бак-маслонако-питель; —► - воздух; —► - масло.
Достижения науки и техники АПК, №10-2010 __
Рис. 2. Вакуумная установка с двухконтурной системой циркуляционной смазки: 1 - электродвигатель; 2 - вакуумный насос; 3 - бак-маслоотделитель; 4 - бак-маслонакопи-тель; 5 - маслопроводы.
Установка включает в себя вакуумный насос 1, электродвигатель 2, бак-маслоотделитель 3, бак-мас-лонакопитель 4 и маслопроводы 5. Работает она следующим образом. Выбрасываемый вакуумным насосом воздух вместе с отработанным маслом попадает в бак-маслоотделитель 3 где при прохождении через комплект разделительных сеток и тарелок капли масла отделяются от воздуха. В результате поступления воздуха в бак-маслоотделитель в нем создается избыточное давление, что заставляет масло поступать в бак-маслоотделитель 4, а из него по маслопроводам 5 - в вакуумный насос 1. Наличие бака-накопителя обеспечиваем полное удаление воздуха из масла, что повышает его смазывающий эффект.
Обеспечение стабильности работы доильного аппарата, достигается с помощью разработанного авторами стабилизатора вакуума (рис. 3).
Он состоит из клапанно-мембранных регулятора управления и исполнительного механизма и работает следующим образом. При увеличении вакуума в системе мембрана 1 регулятора управления поднимается, открывая воздушный клапан 3. Атмосферный воздух поступает под мембрану 13 исполнительного механизма, что обеспечивает ее перемещение вверх и открытие воздушного клапана 11, в результате чего наружный воздух поступает в вакуумпровод и снижает вакуумметрическое давление в нем.
В случае снижения вакуума в вакуумпроводе 17
--------------------------------------------- 63
дг
Т и ' гХ
дг
+ Х = -к„ ■г,
Рис. 3. Схема стабилизатора вакуума: А - регулятор управления; Б - механизм исполнительный; 1,13 - мембраны; 2,6,14 - камеры переменного вакуума; 3,11 - клапаны; 4 -пружина; 5 - гайка регулировочная; 7,9,16 - трубки вакуумные; 8 - тройник; 10 - фильтр; 12 - камера вакуумная; 15 -кран; 17 - вакуумпровод магистральный; 18 - вакуумметр, пружина 4 регулятора управления перемещает мембрану в нижнее положение, закрывая при этом воздушный клапан 3. Вакуумметрическое давление под мембраной 13 исполнительного механизма вследствие этого возрастает, она перемещается вниз, и воздушный клапан 11 перекрывает поступление наружного воздуха в вакуумную магистраль. Регулирование ва-куумметрического давления в вакуумпроводе осуществляется путем изменения усилия сжатия пружины 4 регулятора управления.
При испытании стабилизатора его характеристики определяли при помощи самопишущих приборов путем снятия осциллограмм. Продолжительность записи после изменения расхода воздуха не превышала 15 с.
Испытания вакуумной установки проводили в лаборатории «Доильные аппараты и установки» кафедры «Машины и технологии в животноводстве» (МТЖ) СтГАУ, а производственную проверку - в 2009-2010 гг. на молочной ферме СПК «Московский» Изобильнен-ского района Ставропольского края.
Результаты и обсуждение. Проведенные исследования показали, что благодаря усовершенствованной системе смазки рабочих органов вакуумного насоса его ресурс увеличивается на 27...30 %. Предложения конструкция бака-маслоуловителя (см.рис. 2, поз. 3) обеспечивает отделение масла от выбрасываемого воздуха с эффективностью очистки 97.98 %, что практически исключает попадание смазывающего материала в атмосферу.
Мы установили, что магистральный вакуум, как объект регулирования - звено с запаздыванием, которое обусловлено его протяженностью. Изменение вакуума в нем повторяет изменение расхода воздуха доильными установками с постоянным интервалом времени (рис. 4).
Дифференциальные уравнения движения чувствительного элемента и исполнительного механизма стабилизатора вакуума:
т -г
М г Ь г 7
- + г = к г - р,
куума в вакуум-проводе с регулятором непрямого действия: Wr - чувствительный элемент стабилизатора; WИ - исполнительный элемент; WО - объект регулирования; WМОС -местная отрицательная обратная связь; WОС - главная обратная связь; г - координата воздействия чувствительного элемента на исполнительный; Х - координата воздействия стабилизатора вакуума на объект регулирования; ц - возмущающее воздействие (расход воздуха доильными установками); <р - регулируемый параметр (величина вакуума); О - точка разрыва цепи главной обратной связи. гоэлемента и исполнительного механизма, f - время; ґг - время воздействия чувствительного элемента; ґл - время воздействия исполнительного элемента; кг - коэффициент воздействия чувствительного элемента; ки - коэффициент воздействия исполнительного элемента.
С учетом приведенных формул мы получили уравнения регулятора вакуума непрямого действия:
Т • Ти ■ д 2 • Х ( + Ти ) дХ .
——+——+Х=-к' у где кр - коэффициент усиления регулятора. Устойчивость системы регулирования вакуума в магистральном вакуумпроводе можно определить по характеристическому уравнению:
ТоТТ-Ч>3+(Т0 Тг+Т0 Т+Т-Т)• уЧ(Т0 Т-Ти)у+(1+к0кр)=0, где Т0 - постоянная времени объекта регулирования; к0 - коэффициент усиления регулятора.
Нами приняты возмущения, исходя из соотношения:
(0-00)/0тах=1
где О, 00 и От
соответственно изменившееся,
номинальное и максимальное значение нагрузки.
Для устойчивости системы, содержащей три последовательно включенных инерционных звена, необходимо параллельно встречно одному из них подключить корректирующее звено с отрицательной обратной связью. В нашей структурной схеме - это исполнительный элемент стабилизатора. Введение отрицательной обратной связи меняет вид передаточной функции всей системы регулирования вакуума. Скорректированная передаточная функция разомкнутой системы примет вид:
к- (1 + Тос -р)
(р) =
(1 + Тж+ Т у)
где Т и Т - постоянные времени чувствительно-
где Тсс, Тч - соответственно, постоянные времени обратной связи и чувствительного элемента; к - коэффициент устойчивости системы.
В соответствии с полученной зависимостью можно рассчитать характеристики системы регулирования - вакуумметрическое давление и его стабильность.
Согласно результатам исследований установлено, что стабильность вакуумметрического давления в системе не превышает 12 кПас, что соответствует требованиям Г0СТа28545-90 [3].
Выводы. В целом предложенные решения по модернизации доильного агрегата обеспечивают повы-__ Достижения науки и техники АПК, №10-2010
шение работоспособности благодаря увеличению ре- полняемой операции в результате обеспечения ста-
сурса вакуумного насоса и улучшение качества вы- бильного вакуумметрического давления в системе.
Литература.
1. Квасова Е.И. Обоснование прогнозных сценариев развития молочнопродуктового подкомплекса (на материалах Ставропольского края): Автореферат диссертации к.э.н. - М.: 2009.
2 Капустин И.В., Юрин А.Ф. Вопросы комплектования доильных аппаратов сосковой резиной // Материалы 6 Всесоюзного симпозиума по доению с.х. животных. - М.:19в3. - ч2.
3. ГОСТ 28545-90 Установки доильные. Конструкция и технические характеристики. - М.: ИПК Издательство стандартов, 199в.
MODERNIZATION OF THE MILKING INSTALLATION I.V. Kapustin, D.I. Gritsay, V.I. Budkow
Summary. The design of the modernized milking installation with improved lubrication system of work members of the vacuum pump is suggested.
Key words: milking installation, vacuum pump, resource, installation.
УДК 631.363
ИСТЕЧЕНИЕ СЫПУЧИХ КОРМОВ ИЗ БУНКЕРА МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ВИБРАЦИОННОГО ДОЗАТОРА
Н.С. СЕРГЕЕВ, доктор технических наук, профессор
В.Н. НИКОЛАЕВ, кандидат технических наук, доцент
Челябинская ГАА E-mail: mail@csaa.ru
Резюме. Предложена конструктивно-технологическая схема многокомпонентного вибрационного дозатора сыпучих кормов. Выявлены факторы, влияющие на равномерность истечения материалов из бункера. Получено теоретическое выражение скорости равномерного истечения сыпучих кормов из секций бункера многокомпонентного вибрационного дозатора. Ключевые слова: сыпучий корм, многокомпонентное дозирование, вибрационный дозатор.
При производстве комбикормов необходимо поддерживать не только абсолютную величину расхода каждого ингредиента дозаторами, но и их соотношение в соответствии с рецептом. При многокомпонентном дозировании значительного повышения точности соблюдения требуемой рецептуры можно добиться путём применения принципов связного дозирования [1].
На сегодняшний день единого взгляда на сущность процессов истечения и движения сыпучего материала в бункере при вибрации нет, что существенно усложняет дальнейшие исследования и не позволяет разработать стройную методику инженерного расчета рабочих органов дозаторов, особенно при многокомпонентном дозировании. На фоне большого количества теоретических и экспериментальных работ, исследований по истечению сыпучих материалов из боковой щели бункера малого объема без воздействия и под воздействием вибрации недостаточно.
Мы разработали конструктивно-технологическую схему многокомпонентного вибрационного дозатора [2], который состоит из бункера 1 с секциями (рис. 1), установленного посредством пружин 2 на опорах 3 Достижения науки и техники АПК, №10-2010 ___
рамы. На скошенном дне бункера 1 с наружной стороны прикреплен инерционный вибровозбудитель 4, а с внутренней - активаторы 5 в виде пружин. На передней части бункера 1 имеется выгрузной лоток 6 и направляющие 7 ползунов 9 с зубчатыми рейками. Ползуны 9 соединены с помощью фиксаторов 10 с регулируемыми заслонками 8, проходящими через выгрузной лоток 6. Зубчатые рейки ползунов 9 находятся в зацеплении с шестернями 11, которые приводятся во вращение ручным приводом 12.
Дозатор работает следующим образом. Секции бункера 1 заполняют сыпучими компонентами. В зависимости от их требуемого соотношения до загруз-
тора: 1 - бункер с секциями; 2- пружины; 3 - опоры; 4 - вибровозбудитель инерционный; 5 - активаторы; 6 - лоток выгрузной; 7 - направляющие; 8 - заслонки; 9 - ползуны с зубчатыми рейками; 10 - фиксаторы; 11 - шестерни; 12 - привод ручной.
