Научная статья на тему 'Обоснование конструктивно-режимных параметров пульсатора адаптивного доильного аппарата'

Обоснование конструктивно-режимных параметров пульсатора адаптивного доильного аппарата Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
170
44
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПУЛЬСАТОР / ЗОЛОТНИК / ВАКУУММЕТРИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ / АТМО­СФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ / СИЛА ПРИЖАТИЯ / КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ / PULSATOR / SLIDE / VACUUM-METRIC PRESSURE / AIR PRESSURE / PRESSING FORCE / TWISTING MOMENT

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Ужик Владимир Фёдорович, Ужик Оксана Владимировна, Чехунов Олег Андреевич, Клёсов Дмитрий Николаевич, Шахов Владимир Александрович

В статье рассмотрена конструкция пульсатора адаптивного доильного аппарата. Дано описание исполнительного механизма пульсатора, рассмотрены принципы его работы. Представлены теория расчёта основных параметров, схема сил, действующих на исполнительный механизм пульсатора адаптивного доильного аппарата, а также трёхмерные графики зависимостей составляющих силы прижатия от вакуумметрического давления и диаметра исполнительного механизма.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SUBSTANTIATION OF THE DESIGN-MODE PARAMETERS OF THE PULSATOR IN THE ADAPTIVE MILKING MACHINE

The article deals with the design of the adaptive milking machine pulsator. The description of the operating mechanism of the pulsator is suggested and the principles of its operation are considered. The theory of its basic parameters calculation, the scheme of the forces acting on the operational mechanism of the above pulsator as well as the three-dimensional graphs of dependencies forming the pressing forces of the vacuum-metric pressure and diameter of the operating mechanism, are submitted.

Текст научной работы на тему «Обоснование конструктивно-режимных параметров пульсатора адаптивного доильного аппарата»

Обоснование конструктивно-режимных параметров пульсатора адаптивного доильного аппарата

В.Ф. Ужик, д.т.н., профессор, О.В. Ужик, к.т.н., О.А. Че-хунов, к.т.н., Д.Н. Клёсов, аспирант, ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ; В.А. Шахов, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ

Отрасль молочного скотоводства располагает значительными резервами дальнейшего увеличения производства молока.

Наряду с кормлением, поением, способом содержания и многими другими факторами, влияющими на продуктивность молочного стада, машинное доение имеет немаловажное значение. Машинное доение является одной из самых трудоёмких технологических операций в молочном скотоводстве. В то же время оно несовершенно [1].

Основной рабочий орган любой доильной установки – доильный аппарат. Он состоит из доильных стаканов, коллектора, пульсатора, шлангов и трубок. Работа любого доильного аппарата происходит циклически. Каждый цикл состоит из двух или трёх тактов, что в свою очередь разделяет доильные аппараты на двухтактные и трёхтактные. Смену тактов осуществляют пульсатор и коллектор [2, 3].

Однако важным недостатком современных доильных аппаратов является неполное выдаивание молока из вымени коров. Одна из причин данного явления – недостаточная его адаптация к физиологии вымени животных, в результате чего происходит передержка доильных стаканов на вымени, а также зачастую несвоевременное переключение на пониженный вакуум при снижении молокоотдачи [3–7].

Материал и методы исследования. В результате синтеза собранного материала нами предложен механический пульсатор (рис. 1) c возможностью автоматического регулирования частоты пульсаций и соотношения тактов [8—10].

Отличительная особенность пульсатора — наличие вращающегося с регулируемой частотой золотника (рис. 2) со сходящимися книзу наклонными разделительными стенками вакуумметрической и атмосферной камер, одновременно имеющего возможность продольного перемещения в корпусе относительно впускных и выпускных отверстий для изменения соотношения тактов пульсаций.

Результаты исследования. На золотник разработанного нами пульсатора действует сила прижатия F (рис. 3) к внутренней поверхности корпуса пульсатора, которая определяется по формуле:

Рис. 1 - Пульсатор механический:

1, 2, 7, 14 – патрубки; 3, 5 – камеры вакуумметрического давления; 4, 11, 13 – отверстия; 6 – корпус пульсатора; 8 – золотник; 9 – крышка; 10 – электродвигатель; 12, 15 – камеры атмосферного давления; 16 – корпус пневмоцилиндра

Рис. 2 – Золотник пульсатора:

1, 2 – разделительные стенки камер вакуумметрического и атмосферного давления

Горизонтальная составляющая силы прижатия определяется по формуле:

FX — S1 ' (РАТМ — РВАК) ' sin (2)

где а — угол наклона разделительных пластин золотника, °.

Площадь контакта в данном случае представляет собой усечённый эллипс и определяется из соотношения:

F — S' (Ратм рвак), (1)

где S — площадь золотника, воспринимающая воздействие разности давления РТМ и РВАК М2; Ратм — атмосферное давление, Па;

Рвак — вакуумметрическое давление, Па.

S1 — $Э. ^С.Э.1 Sc

(3)

где S3^ — площадь эллипса, м2;

Scg l и SCg2 — площади сегментов эллипса, м2. Площадь эллипса мы можем определить как площадь круга под углом:

Рис. 3 - Схема сил, действующих на золотник

■ о-ю Ш1й-2й iifr-и ijchi) и^о-Кр *W-w տևծ-К ifc-up ■»-» и&о-ий

Рис. 4 – График зависимости горизонтальной составляющей силы прижатия от вакуумметрического давления и диаметра золотника

■ P>!Q ■IG.JTfl ւշս՚Յս 14q*jQ ■

Рис. 5 – График зависимости вертикальной составляющей силы прижатия от вакуумметрического давления и диаметра золотника

=■

nd2

4cosa'

(4)

S =

nd2 Л2(a1 - sin a1)

где d — диаметр золотника, м.

Площадь сегмента эллипса мы можем определить также как площадь сегмента круга под углом. Получим:

_ R 2(a1 - sin a1)

4cosa 2cosa

R2(a2 - sin a2)

(6)

S.

С.Э.1

Sr

2cosa

R2(a2 - sin a2)

2cosa

Подставив уравнение (6) в уравнение (2), получим:

nd2 R2(a1 - sin a1) R2(a2 - sin a2)

fx _ ^---г------^----T---------^---T----) •

4cosa

(5)

2cosa

• (РАТМ - РВАК)

2cosa

(7)

2cosa

где a1 и a2 – углы отсекаемых сегментов, °;

R – радиус золотника, м.

Подставляем уравнения (4) и (5) в уравнение (3), получаем:

,■) • sin a.

Согласно уравнению (7) график зависимости горизонтальной составляющей силы прижатия от значений вакуумметрического давления и диаметра исполнительного механизма представлен на рисунке 4.

Вертикальная составляющая FY силы прижатия F, воздействующей на разделительную пластину золотника, будет равна:

FY = Sշ ' ՄАТМ — РВАК) ' cosa. (8)

Площадь контакта в данном случае представляет собой круг и определяется по формуле:

зонтальная, так и вертикальная составляющая усилия прижатия золотника к внутренней поверхности корпуса пульсатора, равно как необходимый крутящий момент привода золотника и усилие его перемещения по оси ординат, зависят от коммутируемых атмосферного и вакуумметрического давления, диаметра золотника, площади

S շ = S к.

nd2 4

(9)

Подставив уравнение (9) в уравнение (8), по-

золотника, воспринимающей разность давлений, угла наклона разделительной пластины и коэффициента трения.

2. Применение адаптивного доильного аппарата

лучим:

nd2

Fy = 4 ՝ {Рати - Рвак)'sin a. (10)

Согласно уравнению (10) график зависимости вертикальной составляющей силы прижатия от значений вакуумметрического давления и диаметра исполнительного механизма представлен на рисунке 5.

Таким образом, нами получено уравнение для расчёта горизонтальной составляющей силы взаимодействия золотника с внутренней поверхностью корпуса пульсатора, которое может быть положено в основу расчёта необходимого крутящего момента Мкр привода золотника:

Mкр = f {Рвак , Рати , Fx, D, k), (11)

где к — коэффициент трения.

Также уравнение для расчёта усилия, воздействующего на золотник в вертикальной плоскости, которое может быть использовано при обосновании параметров механизма его перемещения по оси ординат в процессе изменения соотношения тактов пульсаций пульсатора.

Использование данного пульсатора в конструкции адаптивного доильного аппарата за счёт автоматического регулирования частоты пульсаций и соотношения тактов позволит повысить степень выдаиваемости коров на 3—5%.

Выводы.

1. Математическим моделированием рабочего процесса пульсатора установлено, что как гори-

с механическим пульсатором позволит улучшить степень выдаиваемости коров на 3—5%.

Литература

1. Передня В. И. Совершенствование доильного аппарата // Научно-технический прогресс в животноводстве: перспективная система машин — основа реализации стратегии машинно-технологического обеспечения животноводства на период до 2010 г.: сб. науч. трудов. Подольск, 2004. Т. 13.

Ч. 2. С. 137—140.

2. Справочник инженера-механика сельскохозяйственного производства / под ред. директ. Департамента научнотехнической политики и образования Минсельхоза России В.В. Нунгезера, акад. РАСХН Ю.Ф. Лачуги и чл.-корр. РАСХН В.Ф. Федоренко. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. Ч. II. 492 с.

3. Шахов В.А. Техническое обеспечение реализации потенциала молочной продуктивности коров: автореф. дисс. ... докт. техн. наук. Мичуринск-Наукоград, 2011.

4. Ужик О.В. К обоснованию параметров регулирующих устройств адаптивного доильного аппарата // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2013. № 4 (30). С. 82—86.

5. Шахов ВА. Повышение эффективности использования и эксплуатационной надёжности доильных аппаратов / В.А. Шахов, В.Д. Поздняков, А.П. Козловцев, И.В. Герасименко // Вестник Челябинской государственной агроинженерной академии. 2014. № 1 (67).

6. Шахов В.А. Методика проектирования высокоскоростных доильных машин // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. № 29 (1).

7. Карташов Л.П., Соловьёв С.А., Шахов В.А. Лабораторные стенды для испытания животноводческой техники. М.: Колос, 2009.

8. Патент №2539957 RU, МПК А 01 j 5/10 (2006.01). Пульсатор для доильных установок / Ужик В.Ф., Клёсов Д.Н., Ужик О.В. №2013146314/13. Заявлено 16.10.2013. Опубл. 27.01.2015. Бюл. № 3.

9. Ужик В.Ф., Клёсов Д.Н., Ужик О.В. Механический пульсатор для доильных аппаратов // Вестник Всероссийского научноисследовательского института механизации животноводства. 2014. № 4 (16). С. 86—88.

10. Ужик В.Ф. Пульсатор адаптивного доильного аппарата / В.Ф. Ужик, О.А. Чехунов, О.В. Ужик, П.Ю. Кокарев, Д.Н. Клёсов // Сельский механизатор. 2014. № 12. С. 26—27.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.