CC BY
436
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 637.11
Коледов Р. В., Хрипин В. А. Koledov R. V., Khripin V. A.
РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО СНЯТИЯ ПОДВЕСНОЙ ЧАСТИ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА
CALCULATION OF MAGNETIC ELEMENTS PNEUMOENGINES DEVICES AUTOMATIC TAKE-OFF MILKING MACHINE
Основным процессом на животноводческом комплексе по производству молока является доение. На эту операцию приходится до 30 % затрат ручного труда. Это значительно повышает себестоимость молочной продукции. На сегодняшний день разработано достаточно много конструкций доильных аппаратов с манипуляторами. На наш взгляд наиболее перспективными являются манипуляторы оснащенные пневмодвигателями. Нами предлагается доильный аппарат с устройством для автоматического снятия подвесной части с вымени животного на основе пневмодвигателя, работающего от вакуума доильной установки. Главным рабочим органом пневмодвигателя является вал с криволинейными лопатками, на которых установлены элементы из постоянного магнита. Так же нами рассматривается методика расчета силовых и линейных параметров магнитных элементов устройства. В ходе расчета получили численные значения силовых и линейных параметров элементов из постоянного магнита, необходимые для работы пневмодвигателя, в частности силу магнитных элементов и линейные размеры. По данной методике можно рассчитывать магнитные элементы для аналогичной конструкции манипуляторов и других устройств. Разрабатываемый доильный аппарат с устройством автоматического снятия подвесной части с вымени животного позволит сократить затраты ручного труда и повысить производительность при процессе доения.
Ключевые слова: доение, доильный аппарат, манипулятор, пневмодвигатель.
The main process in the animal farm milk production is the milking. In this operation must be up to 30 % of the cost of manual labor. This significantly increases the cost of dairy products. To date, developed a lot of designs of milking machines with manipulators. In our opinion, the most promising are manipulators equipped with air motors. We propose a milking machine with a device for automatic removal of the suspension from the udder of the animal on the basis of an air motor, powered by the vacuum milking machine. The main member is a shaft of the air motor with curved blades, which are mounted on the permanent magnet elements. The same method of calculation we consider the power and linear parameters of the magnetic elements of the device. During the calculation of numerical values received power and the linear parameters of the permanent magnet elements required to operate the air motor, in particular the magnetic force of the linear dimensions of the elements. By this method can be expected to magnetic elements similar design manipulators and other devices. Developed milking machine with an automatic suspension of the removal from the udder of an animal will reduce the cost of manual labor and increase productivity in the process of milking.
Keywords: milking, milking machine, the manipulator, the air motor.
Коледов Роман Владимирович -
аспирант кафедры механизации животноводства ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева», г. Рязань Тел: (4912) 35-08-87 E-mail: romankoledov@mail.ru
Хрипин Владимир Александрович -
докторант кафедры механизации животноводства
ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный
агротехнологический университет
имени П. А. Костычева», г. Рязань
Тел: (4912) 35-08-87
E-mail: khripin@mail.ru
Koledov Roman Vladimirovich -
PhD student of the Department Mechanization Livestock Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Ryazan State University Agrotechnological P.A.Kostycheva», Ryazan Tel: (4912) 35-08-87 E-mail: romankoledov@mail.ru
Khripin Vladimir Aleksandrovich -
Doctoral of the Department Mechanization Livestock Federal State Educational Institution of Higher Professional Education «Ryazan State University Agrotechnological P.A.Kostycheva», Ryazan Tel: (4912) 35-08-87 E-mail: khripin@mail.ru
Наиболее трудоемким процессом по производству молока является доение, на него приходится 30 % затрат ручного труда. Это снижает производительность труда персонала и существенно повышает себестоимость молочной продукции. Современные конструкции доильных аппаратов оснащены
манипуляторами-устройствами автоматического снятия подвесной части с вымени животного.
На кафедре «Механизация животноводства» ФГБОУ ВПО РГАТУ разрабатывается доильный аппарат с устройством для автоматического снятия подвесной части, выполненный на основе пневмодвигателя (рис. 1)
№ 1(17), 2015
Рисунок 1 - Устройство для автоматического снятия
доильного аппарата (позиции указаны в тексте)
Корпус 1 пневмодвигателя выполнен из магнитного материала, он образует цилиндрическую роторную камеру 2, в которой эксцентрично, на шарикоподшипниковых опорах 3 установлен вал ротора 4, выполненный из немагнитного материала. На поверхности вала ротора 4 выполнено четыре цилиндрических паза, в них шарнирно установлены криволинейные лопатки 5, в нижней части которых закреплены элементы из постоянного магнита 6. На выходном конце вала ротора 4 установлен редуктор 7 с барабаном 8, на который наматывается шнур 9. Корпус 1 имеет впускной патрубок 10 для сообщения с атмосферой и выпускной патрубок 11 для соединения с источником вакуума. Роторная камера 2 разделена криволинейными лопатками 5 и крышкой 12 на четыре отдельные камеры [1, 2].
Для надежной герметизации камер в начальный период работы пневмодвигателя, на криволинейных лопатках 5 установлены элементы из постоянного магнита. В ходе предварительных исследований, было выявлено, что сила магнита в значительной мере влияет на сопротивление вращению пневмодвигателя. Поэтому необходимо, чтобы элементы из постоянного магнита, установленные на лопатках пневмод-вигателя, обладали силой, не более чем достаточной для удержания криволинейных лопаток в рабочем положении.
Материалом элементов из постоянного магнита, выбираем Nd2Fe14B, класс № 35, т. к. неодим является самым мощным постоянным магнитным материалом и очень доступным [3]. Для принятого материала в соответствии с его кривой размагничивания (рис. 2) находим рабочую точку А, соответствующую максимальной энергии.
На графике размагничивания проводим прямые, параллельные осям абсцисс и ординат на графике кривой размагничивания на расстояниях Вг и Нс, где Вг - остаточная магнитная индукция, Нс - коэрцитивная сила. [4] В нашем случае Вг = 12,2 кГс; Нс = 13 кЭ. Точка пересечения ди-
Рисунок 2 - Кривая размагничивания Nd2Fe14B (класс № 35)
агонали полученного прямоугольника и кривой размагничивания приближенно соответствует значениям Вб = 11 кГс, и На = 12,2 кЭ, определяющим максимальную величину магнитной энергии для данной магнитной системы.
После нахождения рабочей точки, определяем расчетные значения индукции Вз и напряженность магнитного поля Нз в зазоре:
В.3 = к . В
'3.
(1)
где
кз - коэффициент, учитывающий соотношение между индукцией средней по сечению зазора и в центре зазора. Обычно кз = 1,05.. .1,1.
Н3 = В3/^
(2)
где ц0 - магнитная проницаемость среды в зазоре.
Далее находим основные предварительные размеры магнита - длину и площадь поперечного сечения:
I.. =
взГб В3о83
в*
(3)
(4)
где f -
коэффициент, учитывающий падение магнитодвижущей силы в магнитной цепи. Обычно принимают f = 1,1.1,4; коэффициент рассеяния магнитного потока, значение данного коэффициента колеблется в больших пределах из-за большого разнообразия магнитных форм и полюсных наконечников. Для прямых магнитов рекомендуется выбирать а = 20.40; величина зазора, м;
ориентировочная площадь зазора, м2 [5].
По вычисленным размерам выполняется предварительный эскиз магнитной системы (магнита).
Рассмотрим систему в виде магнита из плоского диска, металлической поверхности и рабочего зазора (толщина лопатки). [6] Магнитная энергия, сосредоточенная в рабочем зазоре и окружающем пространстве выражается уравнением
£
а
38
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
W =- BHV
м.окр 2 п
(5)
wM.n = V j Н dB.
(6)
wM.n = WM.n0 + Vn J HdB = wM.n0 + V
H (BB - B) 2
(7)
AW„„ =-AW„.
(9)
F =
dW„.
dW„
где В и Н - индукция и свободная напряженность поля в постоянном магните;
Уп - объем постоянного магнита.
Принимая линию возврата за прямую, для рассматриваемого случая в пределах рабочих состояний можем считать, что проницаемость постоянного магнита неизменна и гистерезис отсутствует. Тогда энергия, расходуемая на намагничивание вещества, может быть отождествлена с энергией магнитного поля в намагниченной среде, а энергия, сосредоточенная в постоянном магните, будет выражаться в виде
dx dx Или с учетом уравнения (8)
F =- Вв dä.
2 dx
(10)
(11)
Свободная напряженность поля постоянного магнита может быть представлена в виде
Н = Вв
1
(12)
Р + G( -f-)
где р - коэффициент возврата, Гн, определяется по кривой размагничивания;
О - суммарная магнитная проводимость путей, по которым проходит поток постоянного магнита.
Примем за начало отсчета значение энергии №м.пО, сосредоточенной в постоянном магните, при Н = 0. Тогда для состояния, характеризуемого точкой А:
G = /ио Л.ШМ,
(13)
- принятый диаметр магнита, м.
где бм
1п и Эп - длина и сечение постоянного магнита.
Подставив (12) в (11) получаем силу магнита, Н
Полный запас магнитной энергии в системе будет:
К = К.окр + Гмл = №мл0 + ^ ВвН¥п. (8)
Под действием сил магнитного притяжения совершается некоторая механическая работа, потери энергии на тепло учитывать не будем, механическая работа совершается за счет убыли магнитной энергии в системе, т.е.
F = 1Д
/2.
dG
Р + G( -S-) s„
dx
(14)
Тогда получаем выражение для определения силы магнитного притяжения, действующей на поверхность:
Таким образом, получили, что для удержания лопаток пневмодвигателя в рабочем положении необходим магнит силой определяемой из выражения (14). Для нашей системы необходим магнит силой Гм =15 Н, выбираем неодимо-вый магнитный диск марки № 35 с размерами 1п = 1,5 мм, и = 8 мм [7].
Изложенная выше методика расчета может применяться в практических целях при расчете магнитных систем с неодимовыми магнитами в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Н = 0
2
2
2
Литература:
1. Ульянов В. М., Коледов Р. В., Хрипин В. А. Устройство для автоматического снятия подвесной части доильного аппарата // Актуальные проблемы агроинженерии и их инновационные решения : сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. / РГАТУ. Рязань, 2013. С. 104-106.
2. Пат. 2534511 Я11, С1, Д0и 5/017. Устройство для автоматического снятия доильного аппарата / Ульянов В. М., Хрипин В. А., Коледов Р. В. (Россия) ; заявл. 02.04.13 ; опубл. 27.11.14, Бюл. № 33, Приоритет 02.04.13 (Россия). 2 с.
3. Марочник сплавов и сталей : справочник / М. М. Колосков, Е. Т. Долбенко, Ю. В. Каширский [и др.] ; под общей ред. А. С. Зубченко. М. : Машиностроение, 2011. 672 с.
References:
1. Ulyanov V. M., Koledov R.V., Khripin V. A. A device for automatic removal of the suspension of the milking machine // Actual problems of agricultural engineers and their innovative solutions : collection of scientific papers on materials of the international scientific-practical conference / RGATU. Ryazan, 2013. P. 104-106.
2. Pat. 2534511 RU, C1, A01J 5/017. A device for automatic removal of the milking machine / Ulyanov V. M., Khripin V. A., Koledov R. V. (Russia) ; appl. 04/02/13 ; publ. 27.11.14, Bul. number 33, priority 04/02/13 (Russia). 2 p.
3. Database of steels and alloys : directory / М. М. Колосков, Е. Т. Долбенко, Ю. В. Каширский [и др.] ; под общей ред. А. С. Зубченко. M. : Machinery, 2011. 672 p.
: № 1(17), 2015
4. Сливинская А. Г. Электромагниты и постоянные магниты : учебное пособие для студентов вузов. М. : Энергия, 1972. С. 154155.
5. Пятин Ю. М. Постоянные магниты : справочник. М. : Энергия, 1980. С. 244-247.
6. Сливинская А. Г, Гордон А. В. Постоянные магниты. М. : Энергия, 1965. 128 с.
7. Новые материалы / под науч. ред. Ю. С. Ка-рабасова. М. : Мисис, 2002. С. 235-237.
4. Slivinskaya A. G. Electromagnets and permanent magnets : textbook for university students. M. : Energy, 1972. P. 154-155.
5. Pyatin Y. M. Permanent magnets : directory. M. : Energia, 1980. P. 244-247.
6. Slivinskaya A. G., Gordon A. V. Permanent magnets. M. : Energy, 1965. 128 c.
7. New materials / under scientific. Ed. Y. S. Karabasova. M. : Misis, 2002. P. 235237.
