ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО СНЯТИЯ С ВЫМЕНИ КОРОВЫ ПОДВЕСНОЙ ЧАСТИ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

13-

Вестник РГАТУ, № 2 (30), 2016

ehnergoobespecheniya i snizheniyu ehlektrotravmatizma ehlektropotrebitelej. Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta №5, 2014 д., s. 46-56.

12^НктЬак Strategiya i taktika dinamichnogo snizheniya i likvidacii proizvodstvennogo travmatizma V АРК. (Теопуа i рткШа). МоподтПуа/М. SHkrabak. SPbGAU, S.P.-Pushkin, 2007. - 580s.

УДК 001.57:(658.011.56:637.125)

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО СНЯТИЯ С ВЫМЕНИ КОРОВЫ ПОДВЕСНОЙ ЧАСТИ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА

УЛЬЯНОВ Вячеслав Михайлович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой технических систем в АПК, ulyanov-v@list.ru

ХРИПИН Владимир Александрович, канд. техн. наук, докторант кафедры технических систем в АПК, khripin@mail.ru

КОЛЕДОВ Роман Владимирович, соискатель кафедры технических систем в АПК, romankoledov@ mail.ru

КИРЬЯНОВ Александр Юрьевич, канд. техн. наук, соискатель кафедры технических систем в АПК, ulyanov-v@list.ru

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

Передержка доильных аппаратов на вымени животного вызывает отрицательное воздействие на молочную железу, которое ведет к заболеванию и выбраковке коров. В связи с этим при машинном доении следует не только обеспечить полное выдаивание, но и своевременное снятие доильных стаканов с вымени. С целью решения данной проблемы авторами разработано устройство для автоматического снятия подвесной части доильного аппарата по завершении доения. Данное устройство включает в себя пневмодвигатель, редуктор и барабан с гибкой нитью. При теоретическом рассмотрении рабочего процесса снятия подвесной части получена аналитическая зависимость, которая позволяет определить требуемую угловую скорость, и соответственно, частоту вращения барабана устройства для автоматического снятия подвесной части доильного аппарата в любой момент времени, исключая ее удар о пол стойла. Также предложено уравнение, по которому можно определить продолжительность процесса снятия подвесной части по завершении доения. Использование предложенных расчетных формул показало, что оптимальная частота вращения барабана составит 98-104 мин-1, соответственно скорость движения нити подвеса будет равна 0,22-0,24 м/с, а длительность процесса снятия - 7-8 с.

Ключевые слова: машинное доение, доильный аппарат, подвесная часть, устройство для снятия доильного аппарата, пневмодвигатель, манипулятор.

Введение четырьмя пазами, в которых шарнирно установ-

Наиболее рациональным направлением совер- лены криволинейные лопатки 7. В нижней части шенствования привязного содержания животных криволинейных лопаток 7 в выемках закреплены

при доении на линейных установках с молокопро-водом, на наш взгляд, является комплектование их переносными доильными аппаратами, содержащими в своей конструкции устройства для слежения за процессом доения и своевременного снятия подвесной части с вымени животного по завершении процесса молокоотдачи [1].

На кафедре «Технические системы в АПК» ФГБОУ ВО РГАТУ разработано устройство для автоматического снятия подвесной части доильного аппарата (рис. 1).Устройство состоит из пневмод-вигателя 1, редуктора 2 и барабана 3 с гибкой нитью 4. Пневмодвигатель 1 содержит корпус 5, вал ротора 6, выполненный из немагнитного материала, наружная поверхность которого снабжена

элементы из постоянного магнита 8. Вал ротора 6 с лопатками 7 установлен в корпусе 5, образуя четыре отдельные камеры 9. Эти камеры герметизированы относительно корпуса 5 за счет широкой контактной поверхности криволинейных лопаток со стенками роторной камеры под действием магнитов 10. Корпус 4 имеет впускной и выпускной патрубки для соединения с атмосферой и источником вакуума. Вал ротора вращается из-за разности атмосферного и вакуумметрического давления в камерах 9, вместе с ним вращается барабан 3, наматывая на себя гибкую нить 4 и стягивая подвесную часть доильного аппарата с вымени животного по завершении доения [2,3,4].

© Ульянов В. М., Хрипин В. А., Коледов Р. В., Кирьянов А. Ю.,2016г.

(1)

Z 8_/9_У 4

1 - пневмодвигатель; 2 - редуктор; 3 - барабан; 4 - шнур; 5 - корпус; 6 - вал ротора; 7 - криволинейная лопатка; 8 - элемент из постоянного магнита; 9 - камера Рис. 1 - Устройство для автоматического снятия доильного аппарата

Объект и методика исследований

Исходя из вышесказанного, объектом исследования был определен рабочий процесс снятия устройством подвесной части доильного аппарата с вымени животного. Теоретические исследования направлены на выведение уравнения, позволяющего установить требуемую угловую скорость барабана в любой момент времени, исключающую удар подвесной части о пол стойла [5].

Теоретическая часть Подвесную часть доильного аппарата примем за материальную точку, имеющую массу т (рис. 2). При действии на эту точку силы тяжести Р, она движется по траектории радиусом 10, что приведет к падению на пол стойла. Следовательно, необходимо уменьшить длину I нити подвеса в зависимости от угла поворота ф.

где: L - функция Лагранжа, L=T+U, Дж; Т - кинетическая энергия, Дж; и - силовая функция, Дж;

ф - угол, на который отклоняется подвесная часть от вертикального положения, рад.

Рассмотрим движение подвесной части в момент времени ^ когда она находится в точке М_1. Скорость д движения подвесной части делится на нормальную составляющую дп и дт, дп направлена вдоль нити подвеса, дт- перпендикулярна нормальной составляющей дп. Длина нити в точке М1 составляет I.

Скорость д материальной точки (подвесной части) составит:

(2)

А ее кинетическая энергия T:

.2

Т =

тд

m

2

№ + z2 И' \dt/ \dt)

(3)

На подвесную часть во время движения действует сила тяжести P=mg, К - реакция связи со стороны нити (рис. 2). Значит, потенциальной энергией будет силовая функция U. Примем в точке подвеса U=0, следовательно, на высоте h1=l cos Ф потенциальная энергия составит: ^

U=-mgl cos l ф ()

Подставив выражения (3) и (4) в уравнение Лагранжа, после соответствующих преобразований получим следующее уравнение:

(5)

В аналитическом виде решить уравнения (5) затруднительно. Допустим, при уменьшении угла ф длина I нити изменяется так, что подвесная часть доильного аппарата движется параллельно полу на расстоянии Ь от него. Поэтому, длина I нити будет равна:

I =

h-b cos q>

(6)

Рис. 2 - Схема траектории движения подвесной части доильного аппарата Используем уравнение Лагранжа для определения закона движения подвесной части доильного аппарата [6]:

dt \дф/ д(р

где h - высота установки пневмодвигателя над полом стойла, м.

Продифференцировав выражение (5) и подставив результат из формулы (6) в уравнение (5), получим:

2 (?)

+^5Ы<рсо5<р = 0 (И2 соБ(р \dtjg к-Ь

Решим уравнение (7) при начальных условиях: ф(0)=ф_0>0, ф (0)=0, при этом обозначим

(8)

ф

Вестник РГАТУ, № 2 (30), 2016

Выражение (8) представляет собой закон изменения угла поворота нити барабана подвесной части доильного аппарата в функции времени.

С изменением угла ф длина нити подвеса из-за наматывания на барабан уменьшается. При этом скорость перемещения нити будет равна:

(11 , ч

-— = СО{Ь}-Г (9)

где г - радиус барабана пневмодвигателя, м; ы© - угловая скорость барабана, рад/с.

Учитывая выражение (6), после преобразований уравнение (9) примет вид:

(10)

Решив совместно уравнения (8) и (10), получим:

/ \ _ ^к(М ЬШп2<р0 бш (-/а-с оБ^-^а- 0

- I (11)

ГСОБФо \л ■ 2( Г Л -2 К '

11—Бпгчр

Для определения критической частоты вращения барабана пневмодвигателя необходимо провести исследование функции ы© на экстремум. После соответствующих преобразований получим формулу для определения критической угловой

скорости ы барабана пневмодвигателя:

(12)

критическая частота вращения n барабана

составит:

(13)

В ходе преобразований уравнения (11), приняв угол ф=0, (т.к. по завершению снятия подвесная часть зависает относительно вакуумпровода так, что угол ф, на который отклоняется подвесная часть от вертикального, положения, равен 0) можно определить продолжительность t процесса снятия подвесной части по завершению доения: п

t =

(14)

Результаты и выводы

Формула (11) позволяет определить требуемую угловую скорость, и соответственно, частоту вращения барабана устройства для автоматическо-

го снятия подвесной части доильного аппарата в любой момент времени, исключая ее удар о пол стойла.

Исходя из полученных аналитических выражений, определена оптимальная частота вращения барабана устройства для автоматического снятия подвесной части доильного аппарата; она составляет 98-104 мин-1, т.е. скорость движения нити подвеса равна 0,22-0,24 м/с, а длительность процесса снятия 7-8 с.

Список литературы

1. Хрипин В.А. Экспериментальные исследования устройства для автоматического снятия доильного аппарата в лабораторных условиях / Хрипин В.А., Ульянов В.М., Кирьянов А.Ю., Коледов Р.В., Панферов Н.С. // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - №1. 2016. -с. 91-97.

2. Пат. Российская Федерация № 2534511 C1 Устройство для автоматического снятия доильного аппарата [Текст] / В.М. Ульянов, В.А. Хрипин, Р.В. Коледов, Н.А. Медведев; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева; заявл. 02.04.2013; опубл. 27.11.2014 бюл. №33.

3. Коледов Р.В. Теоретическое обоснование параметров элементов манипулятора для автоматического снятия доильного аппарата / Коледов Р.В., Ульянов В.М., Хрипин В.А. // Аграрная наука как основа продовольственной безопасности региона: Материалы 66-й международной научно-практической конференции 14 мая 2015 года. - Рязань. Издательство Рязанского государственного агро-технологического университета, 2015. - Часть 2. 230 с. С.121-124

4. Коледов Р.В. К определению зависимости тяговой силы пневмодвигателя от линейных и силовых параметров магнитных элементов / Коле-дов Р.В., Ульянов В.М., Хрипин В.А. // Сборник научных трудов совета молодых ученых Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - Рязань: ФГБОУ ВПО РГАТУ, 2015. - Вып. 1. - 109 с. с. 87-92

5. Ульянов В.М. Теоретические исследования устройства доильного аппарата для защиты вымени от вредного воздействия вакуума / Ульянов В.М., Костенко М.Ю., Хрипин В.А., Карпов Ю.Н., Набатчиков А.В. // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. - №1, 2015. - 121с., с. 8084

6. Лачуга Ю. Ф., Ксендзов В. А. Теоретическая механика. - М.: Колос, 2000. - 376 с.

GROUNDING THE OPERATING PARAMETERS OF THE DEVICE FOR AUTOMATIC REMOVAL OF THE MILKING MACHINE SUSPENSION PART FROM THE COW'S UDDER

Khripin Vladimir A., candidate of technical sciences, the doctoral student of department of technical systems in the agricultural sector, khripin@mail.ru

Ulyanov Vyacheslav M., doctor of technical sciences, professor, the head of the department of technical systems in the agricultural sector, ulyanov-v@list.ru

Koledov Roman V., competitor of the department of technical systems in the agricultural sector, romankoledov@mail.ru

Kiryanov Alexander Ju., candidate of technical sciences, the competitor of department of technical systems in the agricultural sector, ulyanov-v@list.ru

Ryazan State Agrotechnological University Named after PA AgrotechnologicalKostychev

Overexposure milking machines on the animal's udder causing a negative impact on the mammary gland, which leads to disease and culling cows. In this regard, the milking machine must not only ensure the complete milking, but the timely removal of the teat cups to the udder. In order to solve this problem, the authors developed a device for the automatic removal of the suspension of the milking machine at the end of milking. This device includes a pneumatic motor, a reducer and a drum with a flexible thread. In a theoretical consideration of the working process of the removal of the suspension obtained analytical dependence, which allows you to determine the desired angular velocity, and accordingly, the device drum rotational speed for the automatic removal of the suspension of the milking machine at any time, except it hit the floor stall. Also invited to the equation by which you can determine the duration of the process of removing suspended at the end of milking. The use of the design formulas shown that the optimum drum rotation frequency is 98-104 min-1, respectively, the suspension filament speed is equal to 0.22-0.24 m / s, and the duration of the withdrawal process - 7-8 c.

Key words: machine milking, milking machine, suspension part, a device for removing the milking machine, air motor, manipulator.

Literatura

1. Hripin V.A. EHksperimental'nye issledovaniya ustrojstva dlya avtomaticheskogo snyatiya doil'nogo apparata vlaboratornyh usloviyah/Hripin V.A., Ul'yanov V.M., Kir'yanovA.YU., KoledovR.V., PanferovN.S. // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva. - №1. 2016. -s. 91-97.

2. Pat. Rossijskaya Federaciya № 2534511 C1 Ustrojstvo dlya avtomaticheskogo snyatiya doil'nogo apparata [Tekst] / V.M. Ul'yanov, V.A. Hripin, R.V. Koledov, N.A. Medvedev; zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VO Ryazanskij gosudarstvennyj agrotekhnologicheskij universitet imeni P.A. Kostycheva; zayavl. 02.04.2013; opubl. 27.11.2014 byul. №33.

3. Koledov R.V. Teoreticheskoe obosnovanie parametrov ehlementov manipulyatora dlya avtomaticheskogo snyatiya doil'nogo apparata / Koledov R.V., Ul'yanov V.M., Hripin V.A. // Agrarnaya nauka kak osnova prodovol'stvennoj bezopasnosti regiona: Materialy 66-j mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii 14 maya 2015 goda. - Ryazan'. Izdatel'stvo Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta, 2015. - CHast' 2. 230 s. S.121-124

4. Koledov R.V. K opredeleniyu zavisimosti tyagovoj sily pnevmodvigatelya ot linejnyh i silovyh parametrov magnitnyh ehlementov/Koledov R.V., Ul'yanov V.M., Hripin V.A. //Sbornik nauchnyh trudov soveta molodyh uchenyh Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva. -Ryazan': FGBOU VPO RGATU, 2015. - Vyp. 1. - 109 s. s. 87-92

5. Ul'yanov V.M. Teoreticheskie issledovaniya ustrojstva doil'nogo apparata dlya zashchity vymeni ot vrednogo vozdejstviya vakuuma /Ul'yanov V.M., Kostenko M.YU., Hripin V.A., Karpov YU.N., Nabatchikov A.V. // Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kostycheva. - №1, 2015. - 121s., s. 80-84

6. Lachuga YU. F., Ksendzov V. A. Teoreticheskaya mekhanika. - M.: Kolos, 2000. - 376 s.