CC BY
40
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
6. Functional foods from goat's milk [Text]/ D.I. Ahtyamova, D.V. Lepehina, I.V. Mgebrishvili, E.N. Vorontsova, I.F. Gorlov, OP. Serova, А.А. Korotkova, Е.А. Seleznyova // AllRussian student competition "Best Russian product. Ecotrophelia Russia 2012» : mater. / FSBEI HPO «Saratov State Agricultural University named after N.I. Vavilov». - City of Saratov, 2012. - P. 48-55.
7. Erl, M. Development of food products [Text] / M. Erl, N. Erl, А. Андерсон // City of Saint-Petersburg: Profession, 2004
8. Yudina, S.B. Technology functional food [Text] / S.B. Yudina. - City of Moscow: DeLi print, 2008.
9. Ghosh, S. Bioactive natural compounds for the treatment of gastrointestinal disorders (Review) [Text]/ S. Ghosh, R.J. Playford // Clinical Science, 2003.
10. Faryabi, B. Functional Foods Containing Whey Proteins (Book Chapter) [Text] / B. Faryabi, S. Mohr, C.I. Onwulata, S.J. Mulvaney // Whey Processing, Functionality and Health Benefits, 2009. - P. 213-226.
E-mail: [email protected]
УДК 631.3:636
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКРО- И МИКРОКОЛЕБАНИЙ ВАКУУМА В СИСТЕМАХ ДОИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
DETERMINATION OF MACRO- AND MICROVIBRATIONS VACUUM SYSTEMS MILKING EQUIPMENT
В.А. Борознин, кандидат технических наук, доцент А.В. Борознин, кандидат технических наук, доцент Л.В. Борознин, старший преподаватель
V.A. Boroznin, A.V. Boroznin, L.V. Boroznin
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agricultural University
На основании анализа представленной схемы взаимосвязи основных рабочих параметров доильного аппарата с рабочими параметрами вакуумной системы и уравнения баланса расхода воздуха выявлены основные причины нестабильной работы всех элементов ДМО, которыми являются макро- и микроколебания вакуумметрического давления в основной магистрали и под соском, возникающие в результате: потерь производительности вакуумного насоса из-за негерметичности и засоренности различных элементов, составляющих ДМО; случайных прососов при нарушении технологического процесса доения; конструктивных особенностей доильного агрегата, - и представлены методы определения величин этих колебаний. Приведены исследования, показывающие, что значительные потери вакуума наблюдаются при подъеме молоко-воздушной смеси на высоту молокопровода, поступлении в него смеси из молочного шланга (поворот потока), транспортировке по нему (шероховатость поверхности), крутоизогнутых поворотах и различных уклонах (несоблюдение правил монтажа), подсосе воздуха через дроссель коллектора (засорение) в молочную линию. Показано, что введение в конструкцию вакуумной установки устройства для стабилизации вакуума позволит повысить производительность вакуумного насоса, сократить макроколебания вакуумметрического давления и увеличить срок эксплуатации вакуумной системы. Экспериментальные данные, полученные в ходе расчетов зависимости вакуумметрического давления от производительности вакуумного насоса, позволили построить график.
Based on the analysis presented interconnection scheme main operating parameters of the milking machine to the operating parameters of the vacuum system and the air flow balance equation, identified the major causes of unstable operation of all elements of MDE, which are the macro and micro fluctuations of vacuum pressure in the main line under the teat, arising from: loss of performance of the vacuum pump for leaks and contamination of the various elements that make up the
187
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
MDE; Random sucking in violation of the process of milking; design features of milking unit, and presents methods for determining the valuesof these fluctuations. Presents research showing that a significant loss of vacuum are observed when lifting the milk-air mixture to the height of the milk, admission to a mixture of the milk hose (turn flow), transportation on it (surface roughness), knuckle turns and different gradients (non-compliance with the rules of installation) inleakage of air through the choke manifold (contamination) to the milk line. It is shown that the introduction of the design of the vacuum installation of the device to stabilize the vacuum will increase the capacity of the vacuum pump to reduce the macro fluctuations of vacuum pressure and increase the life of the vacuum system. The experimental data obtained in the course of calculations based on the performance of vacuum pressure of the vacuum pump is possible to construct a graph.
Ключевые слова: колебания, потери, давление, молокопровод, вакуум.
Key words: vibration, losses, pressure, milk delivery, vacuum.
Введение. Большое влияние на работу доильно-молочного оборудования (ДМО) имеет влияние макро- и микроколебания вакуума в вакуумной системе.
Материалы и методы. Для определения причин возникновения макро- и микроколебаний вакуума в системах ДМО составим уравнение (1) баланса расхода воздуха через элементы ДМО и построим схему взаимосвязи основных рабочих параметров доильного аппарата с рабочими параметрами вакуумной системы (рисунок 1)
Qф - Qe -Qm -QpQ- Qcy = о, (1)
где Qф - фактическая производительность вакуумной установки; Qe - расход воздуха через вакуумную систему; Qm - расход воздуха через молочную систему; Qp - регулируемая подача воздуха через вакуумрегулятор; Qe6 - потери подачи в вакуумном баллоне; Qcy - расход воздуха на собственные нужды установки.
Результаты. Проведя анализа схемы (рисунок 1) и уравнения баланса расхода воздуха, можно заметить, что основной причиной нестабильной работы всех элементов ДМО являются макро- и микроколебания вакуумметрического давления в основной магистрали и под соском, которые возникают в результате потерь производительности вакуумного насоса из-за негерметичности и засоренности различных элементов, составляющих ДМО, или в результате случайных прососов при нарушении технологического процесса доения.
Для определения зависимости колебаний вакуумметрического давления как основного фактора, влияющего на режим работы остальных элементов от производительности вакуумной установки, воспользуемся формулой Бойля-Мариотта - Г ей-Люссака:
h • v = R • T . (2)
Обозначим R • T = Р , и v = 4S /(ж • dBn • р), и, подставив в формулу 2, получим
h • 4S /(жс12ВП • р) = Р , отсюда давление будет равно:
h =
р 'ж • dBn •р 4S
Далее, используя формулу определения расхода воздуха:
q=
р • Увп • ж • dBn
4
(3)
(4)
выразим диаметр вакуумпровода d2ВП из формулы (4) и подставим в формулу (3), проведем математические вычисления и получим зависимость давления от производительности вакуумной установки:
188
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40) 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
h =
4£-Q•р
Ъ600п- dln • VBn
(5)
где в - коэффициент преобразования; h - вакуумметрическое давление кгс/м2; Q - производительность вакуумного насоса, м3/ч; v - удельный объём, м3/кг; R - газовая постоянная, Дж/кгКо; Т - абсолютная температура, Ко; S - площадь сечения вакуумпровода, м2; den - диаметр вакуум-провода, м; р - плотность воздуха, кг/м3; УВП - скорость потока воздуха в вакуумпроводе, м/с.
Рисунок 1 - Схема взаимосвязи основных рабочих параметров доильного аппарата с рабочими параметрами вакуумной системы:
Q - расход воздуха, индексы: Т - на технологические нужды; Г - из-за негерметичности и З - засоренности /-ых элементов таких, как: мвк, мп, пр, Да, сч, мс, П, К, Дс,
Ш - молочно-вакуумный кран, молокопровод, переключатель режимов работы, доильный аппарат, групповой счетчик молока, молокосборник, пульсатор, коллектор, доильные стаканы, шланги j-ых систем таких, как: м - молочная и в - вакуумная; сл - случайные потери подачи; hmax^,h0,hd,3h,3h - вакууметрическое давление: максимальное, фактическое, рабочее, под соском; колебания рабочего давления и под соском; поб,Аиз,Нм,тдА,Жср - число оборотов ротора и износ в сопряжениях вакуумного насоса, высота установки молокопровода, масса доильного аппарата, жесткость сосковой резины; тсос,тсж,п - продолжительность тактов сосания и сжатия,
частота пульсаций 189
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Полученные экспериментальные [1, 2, 3] данные в ходе расчетов зависимости вакуумметрического давления от производительности вакуумного насоса позволили построить график (рисунок 2).
Рисунок 2 - Изменение вакуумметрического давления от производительности
вакуумного насоса
Как видно из рисунка 2, увеличение производительности насоса позволяет повысить вакуумметрическое давление. Применительно к нашей работе, введение в конструкцию вакуумной установки устройства для стабилизации вакуума позволит повысить производительность вакуумного насоса, сократить макроколебания вакуумметрического давления (Aho) и увеличить срок эксплуатации вакуумной системы на АНд (рисунок 3).
Рисунок 3 - Изменение вакуумметрического давления в зависимости от потерь производительности:
hMAX - максимальное вакуумметрическое давление; hPEP - рабочее вакуумметрическое давление; hCPAg - минимальное вакуумметрическое давление;
НПОТ - ресурс использования вакуумной установки
190
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Проведенные нами и другими [8] исследования показали, что значительные потери вакуума наблюдаются при подъеме молоко-воздушной смеси на высоту молокопровода, поступлении в него смеси из молочного шланга (поворот потока), транспортировке по нему(шероховатость поверхности), крутоизогнутых поворотах и различных уклонах (несоблюдение правил монтажа), подсосе воздуха через дроссель коллектора (засорение) в молочную линию.
Обсуждение. При доении молоко под воздействием вакуума, создаваемого в подсосковых камерах доильных стаканов, поступает в коллектор, где смешивается с воздухом, поступающим через дроссель, образуя молоко-воздушную смесь, которая по молочному шлангу поступает в верхне-расположенный молокопровод и соединяется с основным потоком молока. Основными параметрами, влияющими на процесс подъема смеси, являются высота установки молокопровода, диаметр, длина и шероховатость внутренней поверхности молочного шланга, скорость движения молоко-воздушной смеси, угол входа молока в молокопровод.
При подъеме смеси от коллектора до молокопровода необходимо преодолеть гидравлическое сопротивление, возникающее при движении реальной жидкости. В гидравлике оценочным показателем является коэффициент гидравлического сопротивления [8]:
Ah
у - V
2 ’
(6)
2 g
где Ah - разность давления (вакуума), кПа; у -V2 /2g - скоростное давления в принятом сече-
нии, кПа.
Коэффициент сопротивления молочного шланга [6] определяется как:
€ = ^смШ + €вх + €вых + 2£изг, (7)
где Хсм= (1...1,3) X - коэффициент сопротивления трению смеси; X - коэффициент сопротивления трению для однофазного потока молока (при скорости доения 3 л/мин Хсм=0,4); l и d - длина и диаметр молочного шланга; €вх и €вых - коэффициенты местного сопротивления смеси на входе в молочный шланг и на выходе из него; €изг - коэффициент местного сопротивления смеси на изгибе молочного шланга с подъемом > 15о.
Тогда потери вакуума по длине молочного шланга при подъеме молоковоздушной смеси на высоту H составят:
у - V2
Ah = H + L---(1 + Г)
2g
(8)
Произведя замену скорости потока (v) на объемный расход молоко-воздушной смеси, используя зависимость v= 4GM/nd2, получим расчетную формулу определения потерь вакуума при подъеме молока по молочному шлангу в молокопровод:
где Gm
Ah
H +
у_ ( JGm^ 2g ^ж-d2
скорость молокоотдачи (молоковыведения), л/мин.
2
(1 + €),
(9)
На потери вакуума при подъеме молоко-воздушной смеси по молочному шлангу в молокопровод, согласно исследованиям [8], приходится 46 %, в то время как потери от слияния потоков молока, транспортировки, преодоления поворотов и незначительных уклонов составляют в сумме 3,14 % суммарных потерь вакуума.
191
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Чтобы определить потери молока из-за колебаний вакуума, зададимся условием, что если скорость выведения молока из вымени коровы доильным аппаратом GM равна скорости молокоотдачи молочной железы коровы VM, т.е. GM = VM , а hd = h0 (оптимальный режим), тогда потери молока П1 = 0. Если же это условие не соблюдается, т.е. если GM>VM или GM<VM, тогда будут происходить потери молока, которые, согласно исследованиям [4], можно определить по следующим формулам. Так как
G = м
G м
f 2h ^
г +1
V Р J
(10)
V =___П__
г м •
4Т - F
то потери молока, если GM<VM определяются как:
(
П1 = П
1 -
2G,
3
2
V
3V.
м J
а если Gm>Vm , тогда П2 = kмП,
(11)
(12)
а
где П - разовый удой молока от одного животного, м3; kM - коэффициент относительного снижения продуктивности в результате заболевания маститом, равен (0,12...0,15) [2]; T - период молокоотдачи, с; F - площадь сечения выводного канала соска, м2; т - соотношение тактов; л -коэффициент расхода; р - плотность молока.
Заключение. Так как GM и F находятся в зависимости от hd и h0, используя формулы (9.12), можно определить потери продукции П1 и П2 в зависимости от колебаний вакуума.
Потери по молочному жиру Пж, исходя из потерь молока, можно определить по формуле:
П„
^П1,2 100 ,
(13)
где kx - жирность молока в %.
Для решения проблемы снижения микроколебаний вакуума под соском, нами разработан безвакуумопроводный доильный агрегат с нижним расположением промежуточного ресивера [10, 9, 7, 5].
Библиографический список
1. Борознин, В.А. Методы оценки эффективности использования доильного оборудования [Текст] /В.А. Борознин, А.В. Борознин, Ю.В. Бобылев // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. -№ 1(17). - С. 123-127.
2. Борознин, В.А. Оценка эффективность использования доильного оборудования в зависимости от уровня его надежности [Текст] /В.А. Борознин, А.В. Борознин, Ю.В. Бобылев // Труды XIV Международного симпозиума по машинному доению. - Углич, 2008. - С. 254-260.
3. Борознин, В.А. Повышение функционального состояния вакуумной системы доильных установок [Текст] /В.А. Борознин, Ю.В. Бобылев//Аграрный вестник Урала. - 2009. - №12. - С. 83-85.
4. Борознин, В.А. Особенности рабочего процесса безвакуумопроводного доильного агрегата/ В.А. Борознин, Л.В. Борознин// Материалы нач.-практ. конф. - Волгоград: ВолГАУ, 2014. - Том 1. - С. 456-461.
192
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
5. Безвакуумопроводной доильный агрегат [Текст] : пат. 153232 Российская федерация A01J7/00 / Борознин В.А., Борознин А.В., Борознин Л.В., Харлашин А.В.; заявители и патентообладатели Борознин В.А., Борознин А.В., Борознин Л.В., Харлашин А.В. -№ 2014152800/13; заявл. 24.12.2014; опубл. 10.07.2015, бюл. №19.
6. Карташов, Л.П. Размеры молокопроводов доильных установок [Текст]/Л.П. Карташов, М.К. Базаров //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1969. - №3. -
С. 22-24.
7. Кран устройства для перекачивания молока промежуточного молокосборника [Текст]
: пат. 153227 Российская федерация A01J7/00 / Борознин В.А., Борознин А.В., Борознин Л.В., Харлашин А.В.; заявители и патентообладатели Борознин В.А., Борознин А.В., Борознин Л.В., Харлашин А.В.. - № 2014152802/13; заявл. 24.12.2014; опубл. 10.07., бюл.№19.
8. Малявкин, Н.П. Определение потерь вакуума в молокопроводах доильных установок [Текст] /Н.П. Малявкин//Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2003. - №1. -
С. 12-14.
9. Регулятор производительности вакуумного насоса доильной установки [Текст] : пат. 79751 Российская федерация A01J7/00/ Борознин В.А., Борознин А.В., Бобылев Ю.В.; заявители и патентообладатели Борознин В.А., Борознин А.В., Бобылев Ю.В. - №2008133254; заявл. 14.09.08; опубл. 20.01.2009, бюл.№2.
10. Система автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки [Текст] : пат. 79376 Российская федерация A01J7/00 / Борознин В.А., Борознин А.В., Бобылев Ю.В.; заявители и патентообладатели Борознин В.А., Борознин А.В., Бобылев Ю.В. - №2008133252; заявл. 14.08.08; опубл. 10.01.2009, бюл.№1.
Literature list:
1. Boroznin, V.A. Methods for evaluating the effectiveness of the use of milking equipment [Text] /V.A. Boroznin, A.V. Boroznin, Y.V. Bobilev // News Nizhnevolzhskiy agricultural university complex: Science and higher vocational education. - 2010. - № 1(17). - P. 123-127.
2. Boroznin, V.A. Evaluation of the effectiveness of the use of milking equipment, depending on the level of its reliability [Text] /V.A. Boroznin, A.V. Boroznin, Y.V. Bobilev // Proceedings of the XIV International Symposium on machine milking. - City of Uglich, 2008. - P. 254-260.
3. Boroznin, V.A. Raising the functional state of the vacuum system of milking machines [Text] /V.A. Boroznin, Y.V. Bobilev//Agrarian Messenger of Ural. - 2009. - №12. - P. 83-85.
4. Boroznin V.A. Features workflow without vacuum milking machine wire /V.A. Boroznin,
L. V. Boroznin// Materials S. C. Volume 1. - City of Volgograd: VGAU, 2014. - P. 456-461.
5. Without vacuum milking machine Wired [Text] : pat. 153232 Russian Federation A01J7/00 /Boroznin V.A., Boroznin A.V., Boroznin L.V., Harlashin A.V.; applicants and patent holders: Boroznin V.A., Boroznin A.V., Boroznin L.V., Harlashin A.V. - № 2014152800/13; statement 24.12.2014; published 10.07.2015, bull. №19.
6. Kartashov, L.P. Dimensions milk lines milking machines [Text] /L.P. Kartashov,
M. K. Bazarov // Mechanization and electrification of agriculture. - 1969. - №3. - P. 22-24.
7. Crane device for pumping milk intermediate milk collection [Text] : pat. 153227 Russian Federation A01J7/00 / Boroznin V.A., Boroznin A.V., Boroznin L.V., Harlashin A.V.; applicants and patent holders: Boroznin V.A., Boroznin A.V., Boroznin L.V., Harlashin A.V. - № 2014152802/13; statement 24.12.2014; published 10.07., bull.№19.
8. Malyavkin, N.P. Determination of the loss of vacuum in the milk of milking machines [Text] /N.P. Malyavkin// Mechanization and electrification of agriculture. - 2003. - №1. - P. 12-14.
9. Regulator performance vacuum pump milking plant [Text] : pаt. 79751 Russian Federation A01J7/00 [Text]/ Boroznin V.A., Boroznin A.V., Bobilev Y.V.; applicants and patent holders: Boroznin V.A., Boroznin A.V., Bobilev Y.V. - №2008133254; statement 14.09.08; published
20.01.2009, bull.№2.
193
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 4 (40), 2015
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА:
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
10. The automatic control system performance vacuum pump milking plant [Text] : pat. 79376 Russian Federation A01J7/00 / Boroznin У.А., Boroznin А.У., Bobilev Y.V.; applicants and patent holders: Boroznin У.А., Boroznin А.У., Bobilev Y.V. - №2008133252; statement 14.08.08; published
10.01.2009, bull.№1.
E-mail: [email protected].
УДК 631.6.02.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОДНОГО ПОТОКА НА СКЛОНОВОМ АГРОЛАНДШАФТЕ
ENERGY APPROACH FOR THE CONSTRUCTION OF HYDRODYNAMIC CHARACTERISTICS OF WATER FLOW ON SLOPING AGRICULTURAL LANDSCAPE
С.А. Васильев, кандидат технических наук, доцент S.A. Vasilev
Чувашская государственная сельскохозяйственная академия, г. Чебоксары Chuvash state agricultural Academy
Для изучения вопроса о движении водного потока по подстилающей поверхности предлагается использовать энергетический подход. При рассмотрении движения водного потока на склоне, разработана математическая модель в виде баланса действительного уклона и суммы уклонов гидравлических потерь при движении водного потока по стокоформирующей поверхности. Для решения полученного выражения предложена гидродинамическая характеристика водного потока на склоновом агроландшафте - зависимость изменения уклонов гидравлических потерь на стокоформирующей поверхности от скорости движения водного потока. Определен круг задач, которые можно решать с помощью уравнения баланса уклонов водного потока: анализ возможности движения водного потока на тех или иных подстилающих поверхностях, определение и анализ параметров потока при ускорении, торможении или при равномерном его движении и другие. Выражение также можно использовать в решении обратных задач, например определение коэффициента гидравлической шероховатости, потенциала эрозионной стойкости и других параметров стокоформирующей поверхности. Теоретические предпосылки по обоснованию уравнения баланса уклонов подтверждены лабораторными исследованиями. Представлены результаты экспериментальных исследований в виде гидродинамической характеристики водного потока, при проводении анализа которого определено условие баланса уклонов для равномерного режима движения водного потока при скорости равной 0,16 м/с. Применение гидродинамической характеристики позволит решить целый ряд задач по управлению водным потоком на склоновых агроландшафтах при проектировании и оценке противоэрозионных мероприятий.
To examine the movement of water flow by the underlying surface is proposed to use the energy approach. Considering the movement of the water flow on the slope, the mathematical model for the balance of the actual slope and amount of slope of hydraulic losses in the movement of the water flow on the surface stationery. The resulting expression proposed hydrodynamic characteristics of water flow on sloping agricultural landscape is the dependence of slope on hydraulic losses stockfarmers the surface velocity of the water flow. Defined the range of problems that can be solved by using the balance equation for the slope of the water flow: analyzing the possibility of movement of water flow on different underlying surfaces, the definition and analysis of the flow settings during acceleration, braking or in uniform motion, and others. The expression can also be used in solving inverse problems, such as determining the coefficient of hydraulic roughness, capacity, erosion resistance and other parameters stockfarmers surface. The theoretical background for the justification of the balance equation of the slope confirmed in vitro. Presents the results of experimental studies in the form of
194
