CC BY
6ф
Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 1 (25), 2015
5. Бабков, В. Ф. Проходимость колесных ма- 7. Рязанцев, А. И. Оптимизация широко-шин по грунту [Текст] / В. Ф. Бабков, А. К. Бируля. захватных дождевальных машин кругового дей-- М., 1959. ствия для сложных почвенно-рельефных условий
6. Строительная механика [Текст] / А. Е. [Текст] / А. И. Рязанцев, А. О. Гаврилица. - Киши-Саргсян и др. - М. : Высшая школа, 2000. - 416 с. нев : Штиинца, 1991. - 200 с.
SPRINKLING MACHINE "FREGAT" BRAKING ON SIDEHILLS
RYAZANTSEV Anatoly Ivanovich, doctor of technical Sciences, Professor of the Department of agricultural, road and special machines, Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev, ryazantsev.41@mail.ru
Trishkin Ivan Borisovich, doctor of technical Sciences, associate Professor of agricultural, road and special machines, Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev, iv.trishkin@yandex.ru
Kirilenko Nikolay Yakovlevich, candidate of technical Sciences, Professor of Department of mechanical engineering, Moscow state regional social-humanitarian Institute, kirilenko_nya@mail.ru
Timoshin Yuri Nikolaevich, candidate of technical Sciences, associate Professor of mechanical engineering, Moscow state regional social-humanitarian Institute, timoshin58@mail.ru
Antipov Alexey Olegovich, a graduate student in the Department of agricultural, road and special machines, Ryazan state agrotechnological University named after P. A. Kostychev, antipov.aleksei2010@ yandex.ru
Describes the process of moving pivot "Frigate" in sloping areas. It is shown that the effectiveness of sprinkler is determined by the reliability of the technological process, falling against normative values due to excessive rolling on slopes trucks cars and emergency stop sprinkler. The results of studies on optimization of run-on trucks when they are rolling and sliding. Considered the reduction issues thalipeeth soil pneumatic tires and their impact on the process of rolling (sliding). Recommendations for improving the reliability of the technological process of irrigation on sloping areas through improved brake system sprinkler and optimizing the installation of the pneumatic tires according to the direction of pacotaco.
Key words: sprinkler machine chassis truck, slope areas, rolling carts, mechanical brake.
Literatura
1. Ryazancev, A.I. Postanovka tormozov na dozhdeval'nuyu mashinu [Tekst] / A.I. Ryazancev, N.Ja. Kirilenko, A.O. Antipov // Sel'skiy mekhanizator. - №6. - 2013.
2. Ryazancev, A.I.Tormozhenie «Fregata» na uklonakh /A.I. Ryazancev, N.Ja. Kirilenko, A.O. Antipov [Tekst]// Sel'skiy mekhanizator. - №7. - 2014.
3. Pat. 144001 Rossiyskoy Federacii, MPK A01G25/09. Mnogoopornaya dozhdeval'naya mashina krugovogo deystviya [Tekst] / A.I. Ryazancev, N.Ja. Kirilenko, A.O. Antipov. - № 2014115759, zajavl. 18.04.2014, opub. 10.08.2014, Bjul. №22. - 2 s.
4. Pat. 144004 Rossiyskoj Federacii, MPK A01G25/09. Mnogoopornaya dozhdeval'naya mashina krugovogo deystviya[Tekst]/A.I. Ryazancev, N.Ja. Kirilenko, A.O. Antipov, № 2014114097, zayavl. 09.04.2014, opub. 10.08.2014, Bjul. №22. - 1 s.
5. Babkov, V.F. Prokhodimost'kolesnykh mashin po gruntu [Tekst]/ V.F. Babkov, A.K. Birulya. - M., 1959.
6. Sargsyan A.E. Stroitel'naya mekhanika [Tekst]/ A.E. Sargsyan i dr. - M: Vysshaya shkola 2000 - 416 s.
7. Ryazancev A.I. Optimizaciya shirokozahvatnyh dozhdeval'nyh mashin krugovogo dejstviya dlya slozhnyh pochvenno-rel'efnyh uslovij[Tekst]/A.I. Ryazancev, A.O. Gavrilica, Kishinev, SHtiinca, 1991 - 200 s.
УДК 001.57:637.125
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВА ДОИЛЬНОГО АППАРАТА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВЫМЕНИ ОТ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВАКУУМА
УЛЬЯНОВ Вячеслав Михайлович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой механизации животноводства, E-mail: ulyanov-v@list.ru
КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры «Безопасность жизнедеятельности»
ХРИПИН Владимир Александрович, канд. техн. наук, докторант кафедры механизации животноводства, E-mail: khripin@mail.ru
КАРПОВ Юрий Николаевич, инженер кафедры механизации животноводства НАБАТЧИКОВ Алексей Викторович, аспирант кафедры механизации животноводства Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева
© Ульянов В.М.,Костенко М. Ю.,Хрипин В. А.,Карпов Ю. Н., Набатчиков А. В. 2015г.
Технические науки
По завершении молокоотдачи у коров часто наблюдаются передержки доильных стаканов на сосках вымени выдоившихся коров, что вызывает болевые ощущения у коровы, последующее снижение удоев и заболевание животного маститом. В связи с чем авторами предлагается доильный аппарат, не оказывающий вредного воздействия на вымя при передержках доильных стаканов. Данный аппарат снабжен устройством, обеспечивающим автоматическое отключение пульсатора на такте сжатия по завершении доения, при этом сосковая резина обжимает сосок, что препятствует проникновению вакуума в полость молочных цистерн вымени. В данной статье рассмотрена конструкция и рабочий процесс устройства доильного аппарата, выполненного в виде пульсопри-ставки для защиты вымени от вредного воздействия вакуума. Авторами было теоретически рассмотрено взаимодействие основных частей пульсоприставки, получено уравнение работы термо-сильфона, обеспечивающего перемещение клапана для отключения пульсатора на такте сжатия. Проверка результатов теоретических и экспериментальных исследований показала высокую их сходимость, ошибка в среднем не превышает 6,4%.
Ключевые слова: доильный аппарат, мастит, термосильфон, клапан, пульсоприставка.
Введение
По завершении доения коров двухтактными доильными аппаратами часто наблюдаются их передержки на сосках вымени с холостым доением, что вызывает болевые ощущения у коровы, последующее снижение удоев и заболевание животного маститом. [1,2]. В связи с чем необходимо создание доильного аппарата, не оказывающего вредного воздействия на вымя при передержках доильных стаканов. На наш взгляд, перспективна конструкция доильного аппарата, обеспечивающая автоматическое отключение пульсатора на такте сжатия по завершении доения. При этом сосковая резина, обжимая сосок, препятствует проникновению вакуума в полость молочных цистерн вымени, чем и достигается эффект защиты тканей вымени от вредного воздействия вакуума при передержках доильных стаканов.
В качестве элемента, отключающего пульсатор, предлагается устройство на основе термостатического сильфона, срабатывающего от температуры поступающего при доении молока, который размещается в пульсоприставке 1, установленной в стандартной комплектации доильного аппарата (рисунок 1) [3].
Пульсоприставка состоит из пневматического пульсатора 1, установленного в корпусе 2, в котором имеется молочная камера 3 с размещенным в ней термосильфоном 4 со штоком 5 и присоской 6 в его верхней части. В управляющей камере пульсатора 1 размещена пружина 7, одним концом упирающаяся в клапан 8 с боковой рабочей поверхностью, а другим в корпус приставки.
Процесс доения осуществляется следующим образом. Оператор подключает доильный аппарат к источнику вакуума и надевает доильные стаканы на вымя коровы, начинается процесс доения. Молоко из вымени поступает в молокосборник, проходя через молочную камеру 3 приставки 2. Рабочее тело термосильфона нагревается от воздействия молока, что приводит к увеличению его длины. Шток 5 с присоской 6 упирается в основание клапана 8 и в таком положении остается до конца молоковыделения. По завершении доения, при прекращении поступления молока в камеру 3, рабочее тело сильфона 5 охлаждается. Сжимаясь, он стремится опустить вниз шток 5, отчего появляется сила в области присоска 6, стремящаяся за счет воздействия на клапан 8 переместить его.
По истечении какого-то времени клапан 8 отрывается от торцевой поверхности корпуса. Это приводит к образованию кольцевой щели и увеличению площади, на которую действует атмосферный воздух. Возрастает сила, действующая на клапан 8, направленная вниз. Клапан отрывается от пластины присоски и перемещается самостоятельно, сжимая пружину 7. При этом клапан 8 опережает движение сильфона 4, который укорачивается с изменением температуры. При опускании клапана перекрывается канал 9. Это приводит к прекращению работы пульсатора на такте сжатия; тем самым достигается защита сосков вымени коровы от вредного воздействия вакуума.
Рис. 1 - Пульсоприставка
Объект и методика исследований
Исходя из вышесказанного, объектом исследования был определен рабочий процесс пуль-соприставки доильного аппарата с устройством защиты вымени от вредного воздействия вакуума. Теоретические исследования направлены на выведение уравнения работы термосильфона, обеспечивающего перемещение клапана для отключения пульсатора.
Теоретическая часть Рассмотрим движение клапана совместно с укорачиванием сильфона, что характерно для момента отрыва клапана от торцевой поверхности корпуса. Расчетная схема представлена на рисунке 2.
л
Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 1 (25), 2015
Рис. 2 - Схема к расчету движения клапана
(d/2 - a) - N2 - F 2 • d + G • d/2 + Р • d/2 = 0
тр2
(1)
- G - Рс = 0 (2) h - Fïnp • (d/2 + b)
(3)
E'h0-n
Приняв, что примет вид Pc = u • y
(5)
Для данного случая составим уравнения равновесия:
^х = о N - N = 0 1 ЕТ = 0П ^ + ^ + ^ - Р
I МА = 0; Р.
А - вид перемещения; Б - расчетная схема Рис. 3 - Схема возможных перемещений клапана
-FTp ■ d + N ■ h + Fynp ■
(6)
где Fynp - сила упругости пружины, Н; FTp1, FTp2 - силы трения, Н; Pv - вакууметрическое давление, Н/м2; G - сила тяжести, Н; Pc - сила от воздействия термосильфона, Н.
Сила от действия термосильфона определяется в виде [5]:
где Е - модуль упругости, Н/м2; м - коэффициент Пуассона; ш - осевое перемещение, м; h0 - толщина стенки термосильфона, м; n - число полных гофр термосильфона; kc - эмпирический коэффициент.
кс = и, а ш = у, выражение (4)
-G-Î-Pv-(ï-a)-Pc-Î= 0
Решая совместно уравнения (3) и (6), после преобразований получим выражение для определения силы трения
а+Ь
Fmp — Fynp
d—2а-
- (G + Рс)
d—2а-
(7)
или
где Lt =
Fmp — Fynp a+b
Ц - {G + Pc)L2 Lo =
¿-2 a-Îj
Силы трения Етр1 и Етр2 учитывают все силы трения в системе, возникающие при движении клапана с некоторым перекосом при наиболее неблагоприятном варианте.
Для раскрытия статической неопределимости при определении неизвестных величин выражений (1-3) из принципа возможных перемещений клапана (рисунок 3) составим дополнительное уравнение элементарных работ, придав системе возможное перемещение относительно точки В.
f - коэффициент трения. До начала укорачивания термосильфона, когда Pc = 0, клапан удерживается в верхнем положении за счет предварительного сжатия пружины, действующей с силой F п = c • y0 , при этом y0 - предварительное сжатие пружины. С учетом сказанного и уравнения (7) равновесия клапана имеем
Р (2L2 + 1) + G(2L2+1) - СУ0 (2L1 + 1) + Pv = 0 (8) А уравнение движения клапана с учетом того, что сила упругости F = c (y0 + y) примет вид
md2y
= uy (2L2 + 1) + G(2L2 + 1) —
-cy0 (2Lx + 1) - су (2LX + 1) + Pv
После преобразования с учетом выражения (8), имеем
(9)
- Ау = 0
d2y dt2
где А - коэффициент,
(10)
А =
c(2L1+1)-u(2L2 + 1)
л lit
dy п d2y п dp
Обозначим — = Р, тогда = Р — и уравнение
dt dt2 dy ^
(10) примет вид:
л dp л
Р — = Ау
dy
Проинтегрировав выражение (11), найдем общее решение:
(11)
Технические науки
Рг = А ■ уг + Сг
(12)
Возьмем начальные условия: статическое равновесие при I = 0, пружина сжата от воздей-
ствия клапана на
У = Уо =
Р„+( 2Ь2+1)-С
У-у о)
(14)
Г =
1
Ж
1п(-
4
У+АУ -уо
Уо
-)
(15)
р-к6
сИ
У< 1-
Сж-г^Рж I
где А =
(17)
<1
2(2г,1+1)-с '
тогда при у = у0, скорость клапана равна нулю:
Подставив значения в выражение (12), определяем постоянную интегрирования С1:
Подставив значения постоянной С1 и Р в выражение (12), получим
ск. =
перемещения клапана для отключения пульсатора в зависимости от разницы действующих температур в камере пульсоприставки и термостатического сильфона и его конструктивно-режимных параметров.
На рисунке 4 представлены графические зависимости времени движения клапана от длины перемещения при различных значениях разности температур АТ.
Ъс
Интегрируя выражение (14) в пределах времени от 0 до t и перемещения клапана от у0 до у, получим время срабатывания клапана
у, м-10-3
---&Т = 12 С
.....ДТ= 22 С
¡ЛТ = 32 С
Движение клапана происходит первоначально за счет сокращения длины сильфона из-за снижения температуры, это следует учесть при определении продолжительности срабатывания клапана, обеспечивающего отключение пульсатора.
Уравнение работы термостатического сильфона можно определить по Квашенникову В.И. [4]:
Сж'г°2'Рж-ау+ у(Тср-Т6) = о (16)
где Сж - теплоемкость рабочего тела (газоконденсата) термосильфона, Дж.; рж - плотность га-
кг-Х'
зоконденсата, кг/м3; гв - внутренний радиус термосильфона, м; (3 - коэффициент объемного расширения^;кб - коэффициент термосильфона; Тср Тб - температура соответственно среды (молока) и термосильфона, 0С.
При этом температура среды (молока) = 3738 0С. Длина термосильфона при доении изменяется от 1н до 1тах. По завершении доения длина термосильфона максимальная, а его температура равна температуре молока. Ввиду того, что в первый этап работы отключающего устройства по завершении доения клапан движется за счет укорачивания термосильфона, длина перемещения клапана, пружины и термосильфона будет равна "у", соответственно и скорости их равны. Тогда в первом приближении возникает возможность совместного решения уравнений (14), (15) и (16). Неточность такого решения устраняется вводом опытного коэффициента. Решение имеет вил
Рис. 4 - Графические зависимости времени срабатывания отключающего устройства в зависимости от разницы температур и величины перемещения клапана
Исходя из рисунка, можно сказать, что при рабочем ходе клапана в пределах двух миллиметров необходима разница температур не менее 22 0С, тогда время срабатывания отключающего устройства не превысит требуемых по зоотехническим условиям 60 секунд.
Результаты и выводы Для подтверждения достоверности результатов теоретических исследований на рисунке 5 представлены теоретическая и экспериментальная зависимости времени отключения пульсатора от силы упругости пружины пульсоприставки.
*,с-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г
Выражение (17) позволяет определить время
♦ Экспериментальные зависимости ■ Теоретические зависимости
Рис. 5 - Сравнительные графические зависимости времени отключения пульсатора от силы упругости
пружины пульсоприставки Данные графические зависимости показывают, что сходимость результатов достаточно высокая, ошибка в среднем не превышает 6,4%. Поэтому аналитическая формула (17) может быть использована при обосновании конструкторско-режим-ных параметров доильного аппарата с устройством защиты вымени от вредного воздействия вакуума.
Вестник ФГБОУ ВПО РГАТУ, № 1 (25), 2015 ^-
Список литературы A 01 J 5/00. Доильный аппарат [Текст] / Ульянов
1. Ульянов, В. М. Аппарат для доения коров В. М., Карпов Ю. Н., Коледов Р.В., Набатчиков А. при привязном содержании [Текст] /в. М. Ульянов, В. ; заявитель и патентообладатель Рязанский Ю. Н. Карпов, Н. А. Медведев // Механизация и гос. агротехнол. ун-т. - № 2012126476/13 ; заявл. электрификация сельского хозяйства. - 2013. - № 25.06.12 ; опубл. 27.09.13, Бюл. № 27. - 10 с. : ил. 5. - С.12-14. 4. Справочник машиностроителя [Текст] /
2. Теоретические исследования доильно-го под ред. Е.А. Чудакова. - М., 1952. - Т. 3. - 1084 с. аппарата с изменяющимся центром масс [Текст] 5. Квашенников, В. И. Повышение эффектив-/ В. М. Ульянов, В. А. Хрипин, Ю. Н. Карпов, А. В. ности использования линейных доильных устано-Набатчиков // Вестник Рязанского государственно- вок за счёт совершенствования эксплуатационных го агротехнологического университета имени П. А. режимов технических средств [Текст] : автореф. Костычева. - 2014. - № 4. - С. 81-87. дис. ...д-ра техн.наук / В. И. Квашенников. - СПб.,
3. Пат. 2493696 Российская Федерация, МПК 1996. - 46 с.
THEORETICAL INVESTIGATIONS OF MILKING UNIT STRUCTURE TO PROTECT THE UDDER FROM
VACUUM DAMAGE EFFECT
Ulyanov Vyacheslav Mikhaylovich, professor, doctor of technical sciences, the head of the department of livestock mechanization, E-mail: ulyanov-v@list.ru
Kostenko Mihail Yurevich, doctor of technical sciences, professor of department of life safety,
Khripin Vladimir Aleksandrovich, candidate of technical sciences, the doctoral student in the mechanization of livestock, E-mail: khripin@mail.ru
Karpov Yuriy Nikolaevich, the engineer in the mechanization of livestock,
Nabatchikov Alexey Viktorovich, the graduate student in the mechanization of livestock Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Upon completion of milk cows are often observed overexposure teat cup on the teat milked cows, which causes pain, subsequent reduction of milk production and animal diseases mastitis. In this connection, the authors propose the milking machine that does not adversely impact on the udder when overexposure. This unit is equipped with a device automatically cuts off pulser on the compression stroke at the end of milking, and the teat rubber compresses the nipple, which prevents the penetration of the vacuum in the cavity of the udder. This article describes the design and workflow device milking machine made in the form pulsopristavki to protect the udder from the harmful effects of the vacuum. Authors have studied theoretically the interaction of the main parts pulsopristavki, obtained an equation termosilfona work, which permits movement of the valve to turn off pulser on the compression stroke. The results check of theoretical and experimental studies have shown their high convergence, error does not exceed an average of 6.4%.
Key words: milking machine, mastitis, thermostatic silfon, valve pulsopristavka
Literatura
1. Ylianov V.M., Kaprov Y.N., Medvedev N.A.. Apparat dlya doeniya korov pri privyaznom soderzhanii// Mehanizaciya I Electrificaciya selskogo hozyaistva. - 2013, №5. - S.12...14
2. Ylianov V.M., Teoreticheskie issledovaniya doilnogo apparata s izmenyzyushimsya centrom mass/ Ylianov V.M.,Hripin V.A., Karpov Y.N., Nabatchikov A.V.// Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotehnologicheskogo universiteta imeni P.A. Kosticheva. - №4, 2014. - S. 81-87
3. Patent Rossiyskoi federacii RU 2493696 C1 Doilniy apparat// Ylianov V.M., Kaprov Y.N., Koledov R.V., NabatchikovA.V., opubl. 27.09.2013 Bul. №27
4. Spravochnik mashinostroitelya.//Pod red. E.A. Chudakova. - M., 1952, 1084s., t. 3
5. Kvashennikov V.I. Povishenie effectivnosti ispolzovaniya lineinih doilnih ystanovok za schet sovershenstvovaniya ekspluatacionnih rezhimov tehnicheskih sredstv: Avtoreferat na soiskanie ychenoi stepeni doktora tehnicheskih nayk. - SPb, 1996, - 46s.
