Модульно-блочная структура доильных установок и оценка их надежности Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.3:636

МОДУЛЬНО-БЛОЧНАЯ СТРУКТУРА ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК И ОЦЕНКА ИХ НАДЕЖНОСТИ

В.А. Борознин, кандидат технических наук, доцент, А.В. Борознин, кандидат технических наук, доцент

Волгоградский государственный аграрный университет

Представлено модульно-блочное построение отдельных систем доильных установок и приведены модели для оценки надежности сложных технических систем, состоящих из последовательно-параллельно соединенных элементов. Приведены результаты оценки показателей надежности отдельных элементов доильного оборудования. Для изучения динамики изменения показателей безотказности, таких как наработка на отказ, параметр потока отказов ш(;), интенсивность отказов X 1 и вероятность безотказной работы, в зависимости от наработки доильного агрегата в течение года эксплуатации построены кривые распределения (рисунки 4, 5).

Ключевые слова: блок-модуль, наработка, надежность, доильная установка.

Различные модели доильных установок представляют собой совокупность отдельных восстанавливаемых сложных технических систем, которые, в свою очередь, состоят из последовательно и параллельно соединенных элементов (блок-модулей). Эти блоки или системы более низкого уровня выполняют определенно-заданную работу [4].

Так, все системы, входящие в комплект доильных установок, по функциональным признакам можно разделить на три группы блок-модулей: энергетические, исполнительные и обслуживающе-вспомогательные. Таким образом, в общем виде доильную установку можно представить в виде следующей схемы (рисунок 1).

ЭБ - энергетический блок, ИБ - исполнительный блок, ОИЭ - основной исполнительный элемент

Рисунок 1 - Схема доильной установки в общем виде

Для доильных установок в качестве энергетического блока-модуля выступает вакуумная система, состоящая из вакуумного насоса (1) с электродвигателем (ветродвигателем, ДВС и др.) и комплекта вспомогательных контрольно-регулировочно-стабилизирующих элементов, создающих поток энергии в виде вакуума (разряжения). Этот блок представлен на рисунке 3, а, он включает в себя: обратный клапан с диэлектрической вставкой (2), вакуумный баллон (3), вакуумрегулятор с вакуумметром (4), вакуумпровод (5) с кранами (6).

В качестве исполнительного блока-модуля (рисунок 3, в), который может извлекать молоко из вымени животного, транспортировать (перекачивать) его к местам сбора и хранения выступает молочная система, состоящая из доильного аппарата (7) (основной исполнительный элемент (ОИЭ)), молокопровода (11) с кранами (6'), переключателя режимов работы (10), групповых счётчиков молока (9) (элементы 9 и 10 необязательны) и молокосборника (8). Основной исполнительный элемент в свою очередь состоит из доильных стаканов (74), коллектора (73), шлангов (72) и пульсатора (71)

(рисунок 3, б). Кроме этих двух, энергетической (вакуумной) и исполнительной (молочной) систем, в конструкцию доильной установки могут входить еще ряд различных дополнительных систем, таких как:

- система первичной обработки молока (СПОМ) (молочный насос (12), фильтр (13) и охладитель (14));

- система промывки доильной аппаратуры (СПДА), включающая бак автомата промывки (15), водонагреватель (16), систему клапанов (17), блок управления (18), промывочный стенд (19, 19'), линию промывки (20), переключатель режимов работы (10);

- система обмыва вымени животного (СОВ) в виде линии (29), с разбрызгивателями (30));

- система силового вакуума (ССВ), объединяющая подсистемы: 1 - раздачи концентрированных кормов (блок управления дозатором (23), привод дозатора кормов (24)), 2 - привода ворот (блок управления воротами (25), пневмоцилиндры привода ворот (26)), 3 - управления манипуляторами доения (блок управления манипулятором (27), пневмоцилиндры манипулятора (28)).

Все вышеперечисленные системы условно можно назвать обслуживающе-вспомогательными блоками (ОВБ), обеспечивающими возможность совершенствования процесса машинного доения за счет механизации и автоматизации отдельных операций, а следовательно, повышения качества молока, улучшения обслуживания животных и сокращения затрат ручного труда. С учётом этих систем общая схема доильной установки примет следующий вид (рисунок 2).

Рисунок 2 - Общая схема доильной установки с учетом обслуживающе-вспомогательных систем (Ж - животное).

Составляющие блоки-модули этой схемы можно изобразить в виде структурных схем, представленных рисунком 3.

В зависимости от модели доильная установка может быть сложной или простой, т.е. включать в свою структуру большое количество вспомогательных блок-модулей, а может состоять только из энергетического блока и одного или нескольких ОИЭ.

ж) ССВ (каждая система состоит из 8 и более линий)

Рисунок 3 - Структурные схемы блок-модулей доильной установки

На базе представленной выше элементной градации основных и вспомогательных систем доильных установок, могут быть представлены их обобщенные схемы функционирования в виде развертки схемы по рисунку 2.

Как видно из структурных схем блок-модулей доильных установок, приведённых на рисунке 3, к последовательно-соединённым элементам относятся ЭБ, ИБ и ОИЭ, к параллельно-соединённым все ОВБ (хотя сами они являются последовательными соединениями).

Тогда оценку надежности доильных установок в целом можно провести с помощью следующей модели [1]:

Рус ('д) = п РЭБ1 (гд) • П РИБ1 <

г=1 г=1

1 - П Р

ОИЭгУд;

(гд) -1 -[1 - Р)]4 )\

1 - П[1 - Роев, ('д )]

(1)

Таким образом, для получения наибольшей эффективности использования ДМО, исходя из формулы (1), необходимо, чтобы Рус^д) .

Проведенные исследования надежности доильных аппаратов (ОИЭ) [2] и вакуумной системы (ЭБ) [3] доильных установок показали, что отказы элементов этих блоков подчиняются трём законам распределения, поэтому оценку надежности по вероятности безотказной работы Р(^ и средней наработке на отказ Ш, используя выражения (2) и структурные схемы на рисунке 3 а, б, можно провести с помощью следующих моделей:

'а =

Рус ('д ) =

П V

г

П V

1

42л ■

Не )2 2от д

ЕЛ

-Е

(2)

) -42ж

> ' 'е 2а> д'

-'Ел -Е| е • е

д'

(3)

Показатели безотказности, такие как наработка на отказ, параметр потока отказов ю(^, интенсивность отказов X i и вероятность безотказной работы для изучения динамики изменения были рассчитаны по формулам (3, 4) в зависимости от наработки доильного агрегата (^ в течение года эксплуатации. Полученные данные сведены в таблицу 1 и по ним построены кривые распределения (рисунки 4, 5).

Таблица 1 - Результаты статистического исследования безотказности ЭБ и ОИЭ

Показатели безотказности Интервал наработки доильного агрегата, ч

0-500 5001000 10001500 15002000 20002500 25003000

ЭБ Ре(1) 0,759 0,391 0,228 0,048 0,017 0,005

0,0013 0,0016 0,0012 0,0008 0,0003 0,0001

X i = й / К 0,0018 0,0041 0,0055 0,0084 0,0101 0,0118

ю(0, 10-3 3,34 4,31 5,39 2,48 3,56 2,15

ОИЭ 'о 183 178 158 159 169 223

ю(0, 10-3 4,0 5,61 6,78 6,05 5,27 2,15

Р(0 0,866 0,678 0,451 0,248 0,072 -

п

п

к

1=1

со

а

!=1

е

е

е

ь

1

ад

е

Анализ результатов, представленных в таблице 1 и на рисунках 4 и 5, показывает, что значения показателей безотказности элементов доильного оборудования изменяются в зависимости от наработки. Причем, наименьшее количество отказов по всем элементам доильного оборудования приходится на наработку до 1000 часов, а наибольшее количество у элементов ЭБ на период с 600 до 1700 часов, а у ОИЭ - на период с 1000 до 2500 часов.

Используя полученные данные, можем сделать вывод: вероятность безотказной работы Рс(^ вакуумной системы доильной установки уменьшается с увеличением наработки в интервале 0-2500 ч. Плотность отказов вакуумной системы ОД наиболее велика в интервале 250-1500 ч.

Рисунок 4 - Динамика изменения показателей безотказности вакуумной системы: а) вероятность безотказной работы вакуумной системы: гистограмма - эмпирическая вероятность безотказной работы; б) плотность распределения отказов вакуумной системы: гистограмма - эмпирическая функция плотности; в)интенсивность отказов вакуумной системы: гистограмма - эмпирическая функция интенсивности; г) поток отказов Линия 1 - аппроксимация с помощью распределения Гаусса; линия 2 - аппроксимация с помощью распределения Вейбулла

Интенсивность появления отказов в вакуумной системе увеличивается пропорционально увеличению наработки. Полученные данные о безотказности доильного аппарата как агрегата в целом свидетельствуют о том, что для доильного аппарата период нормальной эксплуатации лежит в пределах наработки равной от 0 до 1000 часов. У основных элементов (шлангов, коллектора, пульсатора и доильных стаканов) уровень безотказности начинает резко снижаться при наработке 1000 ч и достигает своего низшего уровня к наработке 1750 ч (наиболее интенсивный летний период эксплуатации). Обусловлено это, в основном, нарастанием износных отказов, возникающих в первую очередь из-за несоблюдения правил эксплуатации (условия и порядок ТО, режимы эксплуатации), а также из-за недоработок в конструкции и нарушений технологии изготовления и сборки.

Рисунок 5 - Изменение наработки на отказ ^о (t), параметра потока отказов ro(t) и вероятности безотказной работы P(t) работы доильного аппарата

Структуризация доильных установок на отдельные функциональные блоки-модули позволяет точнее оценить уровень надежности каждого элемента, входящего в структуру доильной установки, найти их взаимосвязь и подобрать систему диагностирования и технического обслуживания (обоснование необходимости выполнения тех или иных операций, их периодичности, классифицировать по сложности), а также позволяет проводить комплектацию доильных установок, исходя из поставленных задач (поголовье, продуктивность, качество молока, затраты труда, стоимость оборудования).

Библиографический список

1. Борознин, В.А. Вероятность эффективного использования доильно-молочного оборудования [Текст]/ В.А. Борознин, Е.А. Пучин // Вестник МГАУ. - 2005. - № 1. - С. 56-58.

2. Борознин, В.А. Эффективность использования доильных аппаратов в зависимости от их диагностирования [Текст]/ В.А. Борознин, А.В. Борознин //Materialy VIII mezinarodni vedecko - prakticka konference «Vznik moderni vedecke - 2012». - Dil 15. Biologicke vedy. Ekolo-gie. Zemepis a geologie. Zemedelstvi: Praha. Publishing House "Education and Science" s.r.o - 96 stran.

3. Борознин, В.А. Теоретическая оценка показателей надежности вакуумной системы доильной установки [Текст]/ В.А. Борознин, А.В. Борознин, Ю.В. Бобылев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее професиональное образование. -2009. - № 4 (16). - С. 113-117.

4. Карташов Л.П. Концепция развития доильных аппаратов [Текст]/ Л.П. Карташов, З.В. Макаровская// Техника в сельском хозяйстве. - 2003. - №1. - С. 15-18.

E-mail: [email protected].