ПНЕВМОУСТРОЙСТВО ДОИЛЬНОГО СТАКАНА АДВ.01.000.А Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 637.116-83

ПНЕВМОУСТРОЙСТВО ДОИЛЬНОГО СТАКАНА АДВ.01.000.А

Барагунов А. Б., кандидат технических наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В. М. Кокова»

PNEUMATIC DEVICES TEAT CUP ADV.01.000.A Baragunov A. B., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

FSBEIHPE «Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V. M. Kokov»

В статье дается математическое описание физических процессов в пневмоприводе доильного стакана АДВ.01.000.А для доения коров. Основное внимание уделяется третьей камере доильного стакана, обеспечивающей выжимающую способность при молоковыведении.

Ключевые слова: доение коров, доильный стакан, пневмопривод.

Пневмоприводы обеспечивают возвратно-поступательные движения рабочих органов под воздействием сжатого воздуха, поступающего из полости с большим абсолютным давлением в полость с меньшим абсолютным давлением [1].

Рассмотрим часть доильной установки - доильный стакан АДВ.01.000.А доильного аппарата АДВ-Ф-1А (рис.1), приводимый в действие, как и все разновидности доильных аппаратов от вакуум-насоса. Доильный стакан, в свою очередь, сам содержит оригинальные элементы пневмопривода в данной области [3]. Тем же вакуумметрическим давлением осуществляет дополнительную работу. Исследуемое нами устройство состоит из двух камер, к которым относятся 2-ая и 3-ая камеры, гармонично взаимодействующие друг с другом. Обе камеры являются самостоятельными пневмоустройствами, объединенными в общую конструкцию. Резиновые детали доильного стакана АДВ.01.000.А (сосковая резина и оболочка) являются одной из разновидностей мембранных приводов. Основным рабочим органом выжимающего доильного стакана аппарата АДВ-Ф-1А является резиновая оболочка, которая является одной из разновидностей мембранных приводов.

По классификации [1] пневмоустройств 2-я камера относится к компрессионным, а 3-я - к приводным пневмоустройствам.

Наша модель приводного пневмоустройства (3-ая камера) состоит из гильзы 4 (см. рис.1), сообщающейся с атмосферным давлением через отверстие 3, оболочки 2 и направляющей 5. Направляющая 5 исполняет функцию управляюще-

The article presents a mathematical description of physical processes in the pneumatic ADV.01.000.A teat cup for milking cows. Focuses on the third chamber of the teat cup, providing the ability to squeeze in lactation.

Key words: milking, teat cup, pneumatic.

го устройства, обеспечивая заданную последовательность действия исполнительного устройства - оболочки 5.

Компрессионное пневмоустройство (2-ая камера) является замкнутым пространством, не сообщающимся с атмосферой, которое можно отнести к исполнительному устройству, ограниченной стенками сосковой резины 1 и оболочки 2. В свою очередь 3-ая камера также является исполнительным устройством. Заметим, что оболочка 5 является деталью осуществляющей действие и в приводном, и в компрессионном пневмоустройствах.

Следовательно, резиновая оболочка 2 является исполнительным механизмом, предназначенным для преобразования энергии сжатого воздуха в энергию движения этой же резиновой оболочки.

Во время рабочего такта в доильном стакане в 3 -ю рабочую камеру втягивается атмосферный воздух. Резиновая оболочка и сосковая резина прогибаются вовнутрь, сжимают сосок и все остальное, находящееся внутри доильного стакана, в том числе вытолкнутое количество молока и воздух. Поэтому порция молока, вытолкнутая из соска и воздух в подсосковой камере, приобретают повышенную величину абсолютного давления в подсосковой камере. Молоко дальше транспортируется пневматическим способом по молочной линии доильной установки. При установившемся режиме работы доильного аппарата стабилизируются все пневматические величины (давление, температура и плотность молока и воздуха внутри доильных стаканов), а также и

кинематические параметры упругих рабочих органов: резиновой оболочки и сосковой резины в каждом доильном стакане.

Рисунок 1 - Доильный стакан АДВ.01.000.А: I - 1-ая камера - подсосковая; II - 2-ая камера - переменного вакуумметрического давления; III - атмосферного давления; IV - 4-ая камера - присосковая

Доильный аппарат АДВ-Ф-1А является готовой конструкцией с динамическими расчетами пневмоприводов в выжимающем доильном стакане АДВ.01.000.А. Поэтому по общепринятым правилам здесь требуется провести дополнительные поверочные расчеты.

Цель поверочных расчетов готовых конструкций обычно заключается в определении:

1. времени цикла, в состав которого входят рабочий такт и такт разгрузки,

2. характера движения рабочих органов,

3. времени торможения и т.д.

В частности, необходимо произвести дополнительные поверочные расчеты и определения пределов изменения исследуемых параметров для 3-ей рабочей камеры выжимающего доильного стакана АДВ.01.000.А аппарата АДВ-Ф-1А.

Во всех пневмоустройствах, в том числе и в 3-ей рабочей камере доильного стакана

АДВ.01.000А (см. рис.1), рабочим телом является сжатый воздух, который в этой камере сжимается при такте разгрузки во всем доильном стакане. Сжатие воздуха в этой 3-ей камере происходит, под воздействием упругих деталей (сосковая резина 3 и оболочка 2) возвращающихся в крайние исходные положения. Сжимаемый при этом воздух принудительно выталкивается из 3-ей камеры через боковые отверстия 3 гильзы 4 в атмосферу, называемую неограниченным объемом.

Торможение прогиба резиновой оболочки 2 вовнутрь гильзы 4 осуществляет направляющая 5. За счет усеченной по диагонали формы направляющей 5, обеспечивается постепенно усиливающееся торможение прогиба оболочки 2. Так как верхняя часть площади соприкосновения оболочки 2 с направляющей 5 минимальна, и чем ниже, тем площадь этого соприкосновения увеличивается, и это увеличение площади соприкосновения оболочки 2 с направляющей 5 стремиться к максимуму, то есть вкруговую оболочка прижимается к основанию направляющей. Соответственно увеличивается объем 3-ей рабочей камеры. Поэтому возрастает количество всасываемого воздуха до максимума. Описанный процесс является рабочим тактом.

По завершении рабочего такта в доильном стакане АДВ.01.000А начинается подача другой порции воздуха в межстенную камеру доильного стакана от пульсатора. Сосковая резина 1 и резиновая оболочка 2 начинают совершать возвращение в исходное положение. Воздух, который втянулся в 3-ю рабочую камеру этого доильного стакана, начинает подвергаться сжатию как в пневмоустройствах. Этот процесс называем тактом разгрузки.

Рабочий цикл нашего пневмоустройства состоит из двух тактов - рабочего и разгрузки, повторяющихся в заданном рабочем режиме, где осуществляется возвратно-поступательное движение исполнительного механизма - резиновой оболочки 2

Эта особенность является фактором, обеспечивающим выжимание молока из соска во время рабочего такта во всем доильном стакане.

Исходя из вышеизложенного, закономерно будет, если рассматривать этот процесс согласно уравнениям [1] Клапейрона, Ван-дер-Ваальса и т.д.

В этом пневмоустройстве абсолютное давление в 3-ей рабочей камере то уменьшается относительно атмосферного давления, когда воздух всасывается в эту камеру, то увеличивается, когда эта порция воздуха сжимается и выталкивается через боковые отверстия гильзы в атмосферу при такте разгрузки в доильном стакане.

Наиболее простым и удобным математическим выражением, отображающим характер изменения положения рабочей резиновой оболочки, является уравнение Клапейрона:

РгУ^Ж.-ЯоГо , (1)

где:

Рг- - переменная величина абсолютного давления в 3-ей рабочей камере выжимающего доильного стакана АДВ.01.000.А, кПа;

V] - переменная величина объема 3-ей камеры этого доильного стакана, м3;

Ж, - переменная величина массы воздуха в объеме 3-ей рабочей камеры доильного стакана АДВ.01.000.А, кг;

Яо - газовая постоянная сухого воздуха [1],

яс=287 хж;

кг ■ К

То - температура, установившегося движения воздуха в 3-ей камере доильного стакана АДВ.01.000.А, оС.

В действительности при установившемся режиме работы доильного стакана процесс всегда называется изотермическим То=соп81;, так как температура воздуха (газа) не изменяется. И термодинамический процесс - адиабатический.

Поэтому по Герцу Е.В. [1] по мере увеличения объема V] 3-ей рабочей камеры доильного стакана пропорционально растет количество массы воздуха Ж), поступающего из атмосферы в эту 3 -ю рабочую камеру. В результате этого можно считать, что удельный объем воздуха в этой камере остается неизменным:

V

Ж

■ = еот1,

(2)

где: ио - неизменный по величине удельный объем воздуха, заполняемый единицей массы газа, м3/кг.

Из (2) составим дифференциальное уравнение фактического рабочего объема 3-ей рабочей камеры доильного стакана АДВ.01.000А:

Ж

V = \°о ■ Ж

аж.

(3)

ж

Кроме того, из выражения (1) видна существующая зависимость режима работы 3-ей рабочей камеры доильного стакана АДВ.01.000.А от высокогорного атмосферного давления. Следует учесть что, на абсолютное давление влияет атмосферное давление, которое изменяется не только в зависимости от изменения высоты над уровнем моря, но и от изменения природно-климатических условий.

Пределы колебания объема 3-ей рабочей камеры доильного стакана аппарата в зависимости от высокогорного атмосферного давления, в особенности, во время рабочего такта и такта разгрузки можно описать продифференцировав уравнение (1):

V = Я ■ Т ■

I "о

Г р

1

л

11Т ^

р Рё

V Р 1

V °о

ГЖ ^ | ЖгйЖ

V 0

(4)

где:

Ро и Рц - начальное и конечное значения соответственно переменного атмосферного давления, в зоне которых проводим исследование режимов работы доильных аппаратов АДВ-Ф-1А в высокогорных условиях, Р$о = 100 кПа и Рц = 70 кПа.

Рисунок 2 - Изменение длительностей тактов работы 3-ей камеры АДВ.01.000.А

Из существующих зависимостей, описывающих работу пневмоприводов, наиболее точно подходят к 3-ей камере доильного стакана АДВ.01.000.А следующие уравнения [1]. Время истечения воздуха из камеры:

t =

2V

( k-1

(k - ï)^(k

°22k

2k

(5)

j

где:

k - показатель адиабаты; ц - коэффициент расхода; f - площадь проходного отверстия, м2; К* - коэффициент учитывающий зависимость ускорения свободного падения от коэффициента адиабаты,

здесь К = Л2^к = 8,283м1/2с-1, ^=9,8м/с2); V к 1

о - отношение давлений, о=р/рм, среды в которую поступает газ (воздух) к давлению среды из которой он вытекает.

Время наполнения воздухом камеры:

t =

V

-а1 ) =

V

(Pl - Р2 )

kvfK *y[RTM

Р M

(6)

По найденным зависимостям можно провести анализ характера поведения нашего пневмо-устройства при изменении внешних климатических условий ориентированных местности Кабардино-Балкарской республики, где содержится хороший запас разнотравных высокогорных кормовых пастбищ.

По полученным результатам построены графики зависимостей атмосферного давления и длительности тактов рис.2. Здесь наблюдается изменение, которое не повлияет отрицательно на процесс молокоотдачи, так как нормативные пределы молоковыведения [2] не нарушаются.

Выводы

1) проведенный анализ классификации пнев-моустройств выявил, что 3-ая камера доильного стакана АДВ.01.000.А относится к приводным пневмоустройствам;

2) устройство является готовой конструкцией с динамическими расчетами пневмоприводов в выжимающем доильном стакане АДВ.01.000.А, к которой подобрали максимально приближенные математическое описание рабочего режима с возвратно-поступательной особенностью;

3) произвели дополнительные поверочные расчеты и определение пределов изменения исследуемых параметров для 3-ей рабочей камеры выжимающего доильного стакана АДВ.01.000.А, которые подтвердили практическую значимость внедрения данной конструкции в условиях КБР.

Литература

1. Герц Е.В., Кретин Г.В. Расчет пневмоприводов. - М.: Машиностроение, 1975.

2. Королев В.Ф. Доильные машины. - М.: Машиностроение, 1969.

3. Патент на изобретение «Доильный стакан» № 22176932 от 27.11.2003 г. Барагунов А.Б.

V

УДК 631.379

ФУНКЦИОНАЛЬНО-АДАПТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ И АГРОБИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Дышеков А. Х., кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В. М.Кокова»

FUNCTIONAL ADAPTIVE TECHNOLOGY IMPROVEMENT IN THE TECHNICAL

AND AGROBIOLOGICAL SYSTEMS

Dishekov A. Kh., Candidate of Science in Agriculture, Associated Professor

FSBEIHPE «Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V. M. Kokov»

В статье приведены алгоритмы совершенствования технических и агробиологических систем до уровня биосферосовместимости.

Ключевые слова: технология, система, моделирование, функции, критерии.

In this article the algorithms of improvement in the technical and agrobiological systems till the level of biosphere combination are investigated.

Key words: technology, system, modeling, functions, criteria.