CC BY
17
УДК 637.116
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ, РАЗВИВАЕМОГО СОСКОМ
ВЫМЕНИ
В.Ф. Ужик, доктор технических наук О.А. Чехунов, кандидат технических наук ФГБОУ ВО Белгородский ГАУ E-mail: Olegbelgorod@mail.ru
Аннотация. Основной рабочий орган доильного аппарата - доильный стакан, вступающий в непосредственный контакт с выменем животных. Применяемые на фермах доильные аппараты с сосковой резиной имеют ряд недостатков, исключить которые можно путем применения аппаратов с однокамерными стаканами, для обеспечения работоспособности которых необходимо знать усилие, развиваемое соском. Данное усилие зависит от диаметра соска, который изменяется от воздействующего на него ваку-умметрического давления. В статье представлено описание устройства и результаты измерений усилия, оказываемого соском при изменении его диаметра. В результате проведенных исследований был получен ряд значений усилия воздействия соска на жесткую стенку от величины разрежения в подсосковом пространстве доильного стакана. Проверку однородности полученной выборки проверяли по критерию Кохрена. Установлено, что различие между экспериментальными зависимостями силы трения соска по стенке однокамерного доильного стакана достоверно. Было доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении F05 - критерия Фишера, равном 2,71, фактическое значение находилось в интервале 1,11-2,50.
Ключевые слова: доильный стакан, диаметр соска, вакуумметрическое давление, критерий Фишера.
Специалистам в области машинного доения коров известно, что слабое место серийно выпускаемых доильных аппаратов - их сосковая резина, изменение механических характеристик которой ведет к нарушению, а иногда и к полному прекращению процесса извлечения молока. Наползание доильных стаканов на соски вымени приводит к перекрытию канала между цистерной вымени и полостью соска и, как следствие, к холостому доению. Отрицательно влияют на доение и ударные воздействия на соски, возникающие в результате цикловых пульсаций сосковой резины.
В процессе доения корова испытывает вначале ударную нагрузку на сосок, потом сжатие его резиной, что приводит к постепенному ороговению соска и появлению на его поверхности трещин. Еще один недостаток доильных аппаратов - образование в подсосковых камерах аэрозолей, способствующих проникновению патогенных микробов в полости молочных цистерн вымени животных. Для исключения этих недостатков нами разработан доильный аппарат,
включающий однокамерные доильные стаканы с пневмо-клапанами, обеспечивающими периодический впуск атмосферного воздуха в подсосковую камеру, двухполупери-одный пульсатор и коллектор с двумя регуляторами вакуума, каждый из которых объединяет два диаметрально противоположных доильных стакана [1].
Для обеспечения работоспособности доильных аппаратов с однокамерными доильными стаканами важно знать значение силы трения, возникающей между соском и стенкой стакана. Теоретически ее можно найти по выражению:
F = ^ • { , (1)
тр у тр' V1)
где Гу - усилие, развиваемое соском, Н; /тр - коэффициент трения материала доильного стакана по соску.
Для нахождения величины силы трения опытным путем мы определяли закономерность изменения величины усилия воздействия соска вымени коровы в трех точках (у основания, посередине и на расстоянии 5 мм от окончания соска) от величины разрежения
Journal of VNIIMZH №4(28)-2017
135
в подсосковом пространстве доильного стакана. Для этого была разработана и изготовлена экспериментальная установка для измерения усилия воздействия соска на стенку однокамерного доильного стакана от величины разрежения в подсосковом пространстве (рис. 1) [2].
Рис. 1. Схема экспериментального устройства для измерения усилия воздействия соска на жесткую стенку в зависимости от величины разрежения в подсосковом пространстве доильного стакана:
1 - специальный доильный стакан; 2 - емкость для сбора молока; 3 - вакуумметр; 4 - регулятор вакуума;
5 - блок питания; 6 - тензоусилитель; 7 - регистрирующее устройство; 8 - вакуумпровод;
9 - тензорезисторы; 10 - механизм перемещения
Устройство для измерения усилия, оказываемого соском, выполнено в виде специального однокамерного доильного стакана 1, съемной емкости для сбора молока 2, вакуумметра 3, регулятора вакуума 4, блока питания 5, тензоусилителя 6, регистрирующего устройства 7, вакуумпровода 8, тензо-резисторов 9 и механизма перемещения 10. Доильный стакан выполнен однокамерным, с механизмом для измерения усилия, оказываемого соском на жесткую стенку при изменении его диаметра, состоящим из трех аналогичных узлов с возможностью измерения усилия, оказываемого соском в трех точках
(у основания, посередине и у окончания соска). Каждый узел механизма выполнен в виде кольца с прорезями, механизма перемещения кольца в корпусе доильного стакана и измерительной части. Последняя выполнена в виде рычагов с выступами и тензоэлемен-тами, шарнирно закрепленными в корпусе доильного стакана, кронштейнами с отверстиями и опорными колесами. Механизм перемещения выполнен в виде корпуса, штока, подпружиненного пружиной и жестко закрепленного с кольцом, стопорных рычагов с отверстиями, между которыми установлены пружина и ограничитель хода.
Исследования проводили следующим образом. После надевания специального доильного стакана 1 на сосок вымени животного регулятором вакуума 4 плавно изменяли вакуумметрическое давление в подсосковой камере доильного стакана (в пределах от 5 до 55 кПа с шагом 5 кПа) с точностью ±0,5 кПа. Измерения усилия воздействия соска на жесткую стенку проводили с трехкратной повторностью по каждому соску вымени в трех точках: у основания, посередине и у окончания соска с точностью измерений ±0,09 Н. Сигнал с тензорезисто-ров регистрировали на регистрирующем устройстве 7. Для усиления сигналов использовали многоканальный шлейфовый тензоусилитель 6 с блоком питания 5. Одновременно регистрировали величину вакуумметриче-ского давления в подсосковом пространстве доильного стакана вакуумметром 3. После обработки результатов исследований зависимости изменения усилия воздействия соска на жесткую стенку от величины разрежения в подсосковом пространстве доильного стакана нахождение величины силы трения между соском и стенкой однокамерного доильного стакана для различных начальных диаметров сосков вымени вели по выражению (1).
9
В результате проведенных исследований согласно описанной выше методике был получен ряд значений усилия воздействия соска на жесткую стенку от величины разрежения в подсосковом пространстве доильного стакана. Про-
1
верку однородности полученной выборки проверяли по критерию Кохрена. о
Графическая интерпретация зависимости изменения усилия воздействия соска на жесткую стенку однокамерного доильного стакана от величины разрежения в подсосковом пространстве для трех точек (у основания, посередине и у окончания соска) представлена на рисунке 2.
В результате обработки данных исследований установлено, что искомая зависимость достаточно полно описывается линейным уравнением вида:
у основания соска: 7=0,0000457х+1,0199; посередине соска: 7=0,0002048х+1,1572; (2) у окончания соска: 7=0,0000507х+0,1572,
где 7 - усилие, развиваемое соском от величины разрежения в подсосковом пространстве доильного стакана, Н; х - вакуумметри-ческое давление, Па.
3,75 / 3,25 V I 2,75' V
и.
при dнач=28 мм при dнач=26 мм при dнач=24 мм при dнач=22 мм
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 р, кПа
Рис. 3. Зависимость изменения силы трения между соском и стенкой однокамерного доильного стакана от величины разрежения в подсосковом пространстве
Теоретическую зависимость изменения силы трения между соском и стенкой однокамерного доильного стакана можно найти по выражению [3]:
F =-
тр
Ч4/тр [(1 " 22 >02(Рвн + Р)г2 + (1 + 22 )ГкГ2 (Рв
(1 - 22 Ак + (1 + 22 )ГЛ22
(3)
2,25 Г/ 1,75'/
¿75^
у основания по середине
у окончания
5 10 15 20
25 30 35 р, кПа
40 45 50 55
□ 0,75-1,25 □ 1,25-1,75 □ 1,75-2,25 □ 2,25-2,75 □ 2,75-3,25 □ 3,25-3,75
Рис. 2. Зависимость усилия воздействия соска на жесткую стенку от величины разрежения в подсосковом пространстве доильного стакана при начальном диаметре соска 22 мм
Подставив полученные уравнения в выражение (1), получаем экспериментальные зависимости изменения силы трения между соском и стенкой однокамерного стакана от величины разрежения в подсосковом пространстве доильного стакана. Графическая интерпретация представлена на рисунке 3.
+ р)г2 + (1 + 22 »22(Рвн + Р2- и2Е(гК - Г2 >02]
(1 - 2 2 >ок2 + (1 + 2 2 Ж Г2
где -диаметр соска, м; 1с - длина соска, м; ц2 - эмпирический коэффициент поперечной деформации соска; г02 - элементарный радиус соска, м; рвн - внутрисоско-вое давление, Па; р - вакуумметри-ческое давление в стакане, Па; г2 -радиус соскового канала, м; гк -контактный радиус между соском вымени и однокамерным доильным стаканом, м; и2 - радиальное перемещение соска, м; Е2 - эмпирический переменный модуль упругости, Н/м .
Оценку достоверности сходимости теоретических и экспериментальных данных зависимости силы трения между соском и стенкой однокамерного доильного стакана проводили по критерию Фишера. Методом дисперсионного анализа по критерию Фишера проверялась адекватность теоретических и экспериментальных моделей, а также сравнивались экспериментальные зависимости, характеризующие изменение силы трения между соском и стенкой однокамерного доильного стакана от величины ва-
Лоигпа! оГ VNIIMZH №4(28)-2017
137
+
куумметрического давления в подсосковом пространстве для различных начальных диаметров сосков вымени. Так, величина силы трения при изменении вакуумметрического давления в подсосковом пространстве доильного стакана от 5 до 55 кПа для сосков с начальным диаметром 22 мм изменяется в пределах от 0,85 до 2,7 Н.
Установлено, что различие между экспериментальными зависимостями силы трения соска по стенке однокамерного доильного стакана достоверно. Фактические значения Г - критерия Фишера - при сравнении смежных уравнений, а также соответствующих в различных группах превышало табличное значение, равное 2,71. Одновременно было доказано, что теоретические и экспериментальные модели адекватны. При табличном значении Г05 - критерия Фишера, равном 2,71, фактическое значение находилось в интервале 1,11-2,50. Это свидетельствует о достоверности нашего теоретического предпо-
ложения о зависимости трения соска по стенке доильного стакана при различных значениях вакуумметрического давления в подсосковом пространстве стакана.
Литература:
1. Пат. 2250605 RU. Доильный аппарат / Ужик В.Ф. и др. Заяв. 02.04.04; Опубл. 27.04.05.
2. Пат. 2284691 RU. Устройство для измерения усилия, оказываемого соском при изменении его диаметра / Ужик В.Ф. и др. Заяв. 11.01.2005; Опубл. 10.10.06.
3. Ужик В.Ф., Чехунов О.А. Аналитическое обоснование конструктивно-режимных параметров доильного аппарата с однокамерными доильными стаканами // Бюл. Бел ГСХА. Вып. 5. Белгород, 2006. С. 138-143.
Literatura:
1. Pat. 2250605 RU. Doil'nyj apparat / Uzhik V.F. i dr. Zayav. 02.04.04; Opubl. 27.04.05.
2. Pat. 2284691 RU. Ustrojstvo dlya izmereniya usiliya, okazyvaemogo soskom pri izmenenii ego diametra / Uzhik V.F. i dr. Zayav. 11.01.2005; Opubl. 10.10.06.
3. Uzhik V.F., CHekhunov O.A. Analiticheskoe obosno-vanie konstruktivno-rezhimnyh parametrov doil'nogo ap-parata s odnokamernymi doil'nymi stakanami // Byul. Bel GSKHA. Vyp. 5. Belgorod, 2006. S. 138-143.
THE EFFORT DEVELOPED BY THE UDDER' NIPPLE DEFINITION F.V. Ujik, doctor of technical sciences O.A. Cheshunov, candidate of technical sciences FGBOU VO Belgorod GAU
Abstract. The milking machine's main working body is the teat cup, come into direct contact with the animal's u d-der. Used on farms milking machines with teat's rubber have several disadvantages, that can be excluded by the using of devices with single-cylinder cups, to sustain of which it is necessary to know the force developed by the nipple. This force depends on the nipple's diameter, that changes from the vacuum-metric pressure influencing. The article presents the description of the device and measurement of results of efforts exerted by the nipple at diameter's changing. In the result of the research was obtained the series of the efforts values at the nipple impact on a rigid wall in depend on the depression magnitude in under nipple's space of the teat cup. The obtained samples homogeneity test was checked by the Kochren criterion. It is established that the difference between the experimental dependences of the force friction of the nipple on the wall of single-cylinder teat cup is reliable. It has been proven as well that the theoretical and experimental models are adequate. At a F05 - Fisher criterion tabular value is equal to 2,71, the actual value is in the range of 1,11-2,50.
Keywords: teat cup, teat diameter, vacuum metric pressure, Fisher criterion.
