Тема: «Реконструкция вакуумной системы доильной машины»
Вздорик Илья
Уссурийский аграрный техникум,
отделение «Механизация сельского хозяйства», 241 группа, г. Уссурийск
4 курс
Научный руководитель: Подолько Н.М., заслуженный изобретатель России.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение...3
1. Основная часть.5
1.1. Общие вопросы влияния вакуумного режима на процессе
машинного доения коров5
1.2. Пути усовершенствования исполнительных механизмов
вакуумной системы доильной машины.. ..6
1.3. Реконструкция вакуумной системы доильной машины ..8
2. Выводы...11
3. Литература......11
4. Приложение........13
Введение
Основными направлениями экономического и социального развития страны, предусматривается дальнейшее совершенствование материально - технической базы промышленности, сельского хозяйства, увеличение количества и повышение качества поставляемой производству отечественной техники. Производство должно быть оснащено высоко технологичным оборудованием, повышающим производительность труда, качество выпускаемой продукции и снижающем ее себестоимость - таково решение времени. Эти требования в полной мере относятся также и к сельскому хозяйству, перед которым стоят весьма ответственные задачи. Предстоит увеличить производство зерна, мяса, молока, других видов растениеводческой и животноводческой продукции необходимых для более полного удовлетворения возрастающих потребностей: - населения в продуктах питания, - промышленности в сырье. Стоит вопрос не только количественного роста показателей производства, но и коренного улучшения качества выпускаемой продукции. Вопросы качества, конкурентоспособности отечественной продукции, все больше и больше выдвигаются на первое место. Улучшению качества - способствует создание, внедрение новых технологий, технических средств, конструкций машин, механизмов, над разработкой которых в нашей стране занято большое количество научно-исследовательских институтов, конструкторских, проектных организаций, учебных заведений, а также высококвалифицированных специалистов работающих в сфере сельскохозяйственного и сопутствующих ему производств.
Вопросам расширения функциональных возможностей, повышению эффективности отдельных систем животноводческого оборудования, а именно совершенствованию базовых конструкций агрегатов доильной машины - посвящена данная работа.
Цель работы: – повышение эффективности машинного доения животных.
Объект исследования: - доильные машины для доения животных.
Предмет исследования: – вакуумная система и регулятор вакуума доильной машины.
Гипотеза исследования – мы предполагаем, что:
1 - основное влияние на молокоотдачу животного оказывает вакуумный режим;
2 - вакуумный режим доения должен быть индивидуальным, учитывающим физиологические особенности каждого животного;
3 - технологическая расстановка агрегатов в базовой вакуумной системе доильной машины не предусматривает использование регулируемых доильных аппаратов;
4 - доильные аппараты должны быть оснащены индивидуальными регуляторами вакуума, обеспечивающими высоко стабильный вакуум;
5 - конструкция базовых регуляторов вакуума не обеспечивает стабильный вакуум в регулируемой ими системе и не предусматривает их использование для настройки доильных аппаратов на индивидуальный режим доения;
6 - необходима принципиально новая конструктивная техническая разработка регулятора вакуума.
Задачи исследования:
- проанализировать влияние вакуумного режима на процесс машинного доения коров;
- проанализировать уровень развития новейших разработок в направлении влияния рабочих и исполнительных механизмов доильных машин на процесс создания, поддержания стабильного вакуумного режима доения животных;
- проанализировать раздел развития новейших разработок в области создания вакуумных систем доильных машин, учитывающих применение регулируемых доильных аппаратов;
- проанализировать направление развития новейших разработок в области создания доильных аппаратов с параметрами настройки на индивидуальный вакуумный режим доения;
- проанализировать раздел развития новейших разработок в области создания без подсосных регуляторов вакуума;
- реконструировать базовую систему доильной машины, с целью расширения ее функциональных параметров до возможности использования (подключения к ней) регулируемых доильных аппаратов;
- разработать регулятор вакуума с лучшими показателями регулирования вакуумного режима и функциональной возможностью его использования для настройки доильного аппарата на индивидуальный вакуумный режим доения животных.
Практическая значимость работы:
- эффективность машинного доения (качество молока, себестоимость продукции, продуктивность животных) в первую очередь зависит от вакуумного режима доильных машин, возможности настройки и стабильного поддержания доильными аппаратами во время доения оптимальной величины вакуума учитывающей индивидуальные физиологические особенности животных;
- конструкции отдельных исполнительных механизмов базовых доильных маши, не отвечают зооветеринарным требованиям, предъявляемым к аппаратам машинного доения животных по параметрам создания, стабильного поддержания индивидуального вакуумного режима доения, что приводит к травмированию животных доильными аппаратами, вызывающими их заболевания, снижение качества молока, продуктивности, увеличению себестоимости продукции, затратам по лечению и выбраковке животных. Это наносит хозяйствам большой экономический ущерб;
- предложенные разработки технических устройств, для замены устаревших базовых конструкций механизмов доильных машин, позволяют не снижать продуктивность животных, не ухудшать качество молока и в тоже время несколько понизить себестоимость продукции.
1. Основная часть
1.1. Общие вопросы влияния вакуумного режима на процесс машинного доения коров
История изобретения различных доильных машин, устройств и аппаратов насчитывает более 100 лет.
Конструкции агрегатов данных установок продолжают совершенствоваться и в настоящее время, однако, не смотря на большое разнообразие доильных технических устройств, существующие современные доильные машины не отвечают предъявленным к ним требованиям [1].
К техническим характеристикам доильных машин в первую очередь следует отнести величину рабочего вакуума под соском животного и его колебания. Многочисленными опытами установлено, что между величиной рабочего вакуума и скоростью извлечения молока из вымени имеется прямая зависимость [2, 3].
Для осуществления эффективного доения недостаточно иметь доильные машины, обладающие оптимальными техническими характеристиками (например, величиной рабочего вакуума 50...53 кПa), но следует в процессе работы обеспечивать и достаточную стабильность этих характеристик. Так, рабочий вакуум в трубопроводах доильного агрегата должен быть постоянным в течение всей дойки. Колебания рабочего вакуума приводят к нарушению стереотипа, что вызывает торможение рефлекса молокоотдачи, увеличение затрат времени на доение, снижение продуктивности коров [4, 5].
По данным В.П. Саврана [6], систематические колебания вакуума в пределах 9,7...19,8 кПа в подсосковом пространстве доильного стакана во время доения коров снижают среднесуточный удой на 1,9...2,5%, скорость молокоотдачи на 0,060,15 л/мин и вызывают субклинические маститы.
Используемая в настоящее время одноступенчатая вакуумная система доильной машины обладает невысокой стабильностью, не позволяет учитывать в процессе доения физиологические особенности каждого животного, приводящая к их травмированию доильными аппаратами, вызывающими заболевания, снижение качества молока, продуктивности, увеличению себестоимости продукции, затратам по лечению и выбраковке загубленных машиной животных. Это наносит хозяйствам большой экономический ущерб.
Разработанные и изготовленные (см. рис. 3, рис. 4) в при кабинетном кружке технического творчества экспонаты механизмов доильных установок, позволяют устранить выше отмеченные недостатки существующих базовых моделей вакуумных систем доильных машин.
1.2. Пути усовершенствования исполнительных механизмов
вакуумной системы доильной машины
С.В. Мельниковым [7] описана используемая в настоящее время принципиальная схема доильной машины (см. приложение, рис. 1).
Включающая в себя доильный аппарат, вакуум-провод с контрольно-измерительными и регулирующими приборами, вакуумный насос и электродвигатель. Основными недостатками данных схем доильных машин являются:
1) низкая стабильность номинального значения вакуума в регулируемой системе, обусловленная отсутствием запаса глубокого (пониженного давления) вакуума (ресивера) необходимого для постоянного поддержания его заданного значения в вакуумной системе доильной машины при кратковременных подсосах воздуха, возникающих в результате подключения (или спадывания) доильных аппаратов. Такие подсосы воздуха, приводящие к «утечке» вакуума, являются иногда причиной спадывания других рядом расположенных аппаратов.
2) осуществляется повышение бактериальной обсемененности молока в результате подсоса атмосферного воздуха {не только выше указанных в 1), но и технологического} в молокопровод доильной машины [8].
Чем же вызваны указанные недостатки?
Отсутствие резерва глубокого вакуума, технологический подсос атмосферного воздуха в систему молокопровода, не стабильность вакуумного режима доения, применение завышенного (пониженного давления) общего вакуума для доения всех животных, не возможность применения регулируемых доильных аппаратов, обусловлены конструктивной недоработкой как вакуумной системы доильной машины, так и вакуум-регулятора, отвечающего за стабильность регулируемого вакуума, описание которого приведено С.В. Мельниковым [7] на стр. 501502. рис. 275.
В основе работы данного типа регуляторов лежит принцип подсоса атмосферного воздуха в регулируемую систему при грубом отклонении вакуума (в сторону понижения давления) от его заданной величины, установленной наличием определенного груза воздействующего на клапан (см. приложение, рис. 2).
Стремление устранить отмеченные недостатки привело к созданию целого ряда усовершенствованных регуляторов (в отличие от вакуумной системы, конструктивные доработки которой коснулись весьма не значительно). Проведенный анализ существующих и предложенных к настоящему времени регуляторов для поддержания заданного вакуума в системе молокопровода показал, техническое усовершенствование конструкций данного типа регулятором направленно в основном на повышение эксплуатационной надежности и улучшение вакуумного режима в регулируемой системе, что не отвечает в полной мере требованиям [9], предъявляемым к современным доильным машинам [1].
Общим недостатком, данных типов регуляторов, является значительная вакуумная неравномерность, возникающая при технологических подсосах воздуха, а также при открытии и закрытии запирающих органов, во время регуляции вакуума в регулируемой системе доильной машины, работающих по принципу клапанного запора.
Используемые в других областях машиностроения конструкции клапанов, работающих по принципу заслонки, обладают рядом преимуществ перед клапанным запором:
1 - отсутствует дополнительная сила, необходимая на отрыв клапанного запора от сопла клапана при его открытии. Эта сила в основном зависит от двух параметров:
а) величины вакуума, создаваемого установкой,
б) размеров сопла выходного канала, т.е. площади его сечения и в отдельных случаях является величиной значительной, с которой приходится считаться. Она вызывает несвоевременное резкое закрытие канала клапана, а при его открытии - запаздывание на величину создания дополнительной уравновешивающей силы, а затем резкого открытия - результат уменьшения и исчезновения этой силы при удалении клапанного запора от сопла. Это создает довольно большие отклонения вакуума от заданной величины, и не позволяет использовать сопла с каналами большего сечения.
2 - Проходное сечение поступления вакуума в регулируемую вакуумную систему доильной машины можно автоматически изменять (настраивать) в зависимости от величины его использования.
1.3. Реконструкция вакуумной системы доильной машины
Существующие базовые производственные доильные машины (рис. 3) не отвечают зооветеринарным требованиям, предъявляемым к аппаратам машинного доения животных по возможности создания и стабилизации оптимальной (минимально безопасной) рабочей величины вакуума (учитывающей индивидуальные физиологические особенности) необходимой для выведения молока из вымени животного. А создаваемый доильными машинами обще усредненный для всех животных «номинально - завышенный» вакуумный режим в процессе доения изменяется в довольно широких пределах, что дополнительно усугубляет не благоприятные факторы влияющие на молокоотдачу животного [1; 10].
Учитывая сложившееся на сегодняшний день все производственные (экономические) условия механизации доения животных, целесообразно не вносить координационных изменений в принципиальные схемы доения. Но возрастающие требования предъявляемые к технологии по получению большего количества и притом качественной продукции при минимальных затратах по ее производству, уже не возможно удовлетворить без модернизации «устаревших» технологических линий.
С целью увеличения молокоотдачи животных предлагается создать возможность настройки доильных аппаратов на индивидуально номинальный вакуумный режим (с учетом физиологических особенностей) необходимый для выведения молока из вымени конкретного животного, координационно не меняя технологическую схему базовой доильной машины.
Реализация предлагаемого решения предусматривает:
1) перенос регулятора вакуума в самую удаленную от вакуумного насоса точку вакуумопровода, со значительным одновременным увеличением вакуума (понижением давления) во всей вакуумо проводящей системе (см. приложение, рис. 3), величина которого регламентируется только технико-эксплуатационной характеристикой вакуумного насоса.
2). Доильный аппарат дополнительно комплектуется вакуумметром и без подсосным регулятором индивидуального вакуума, который устанавливается на крышке доильного ведра между вакуумной магистралью доильной машины и пульсатором – доильным ведром доильного аппарата.
На рисунке 4 (в приложении) представлена технологическая схема технической разработки предлагаемого (без подсосного) регулятора вакуума.
Регулятор для регулирования вакуума в вакуумной системе доильного аппарата выполнен в виде полого корпуса 1, имеющего камеру 2 постоянного атмосферного давления и регулируемую камеру 3 переменного вакуума, соединенную посредством выходного патрубка 4 с источником постоянного вакуума (вакуумной системой доильной машины). Камеры 2 и 3 имеют общую стенку, выполненную в виде мембраны-сильфона 5. Центральная часть мембраны-сильфона 5 связана с заслонкой 6, расположенной в направляющих 7, закрепленных в корпусе 1 регулируемой камеры 3. Причем заслонка 6 и обращенная к ней стороны направляющих 7, а также кромка выходного патрубка 4 покрыта материалом с малым коэффициентом трения. В основании заслонки 6 выполнен вырез треугольной формы с направленной к мембране вершиной. Мембрана-сильфон 5 жестко соединена с пружиной 8, натяжение которой регулируется винтом 9, ввернутым в крышку 10 регулятора вакуума. Регулируемая камера переменного вакуума 3 сообщена с регулируемой вакуумной системой доильного аппарата посредством воздушного патрубка 11. Входное отверстие выходного патрубка 4 и выходное отверстие воздушного патрубка 11 имеют форму, идентичную вырезу в заслонке 6, причем основания отверстий совмещены и расположены параллельно основанию выреза заслонки 6. Сечение выходного отверстия воздушного патрубка 11 выполнено большим сечения входного отверстия выходного патрубка 4 [11].
Устройство работает следующим образом.
В нерабочем состоянии либо при малом вакууме в регулируемой системе доильного аппарата мембрана-сильфон 5 несколько оттянута к крышке 10 под действием пружины 8. Заслонка 6 поднята вверх и канал выходного патрубка 4 сообщен с регулируемой камерой переменного вакуума 3 посредством выреза в заслонке треугольной формы (рис. 5).
Происходит отсос воздуха из регулируемой системы (стрелками указано его движение, см. рис. 4). При увеличении вакуума в регулируемой системе доильного аппарата выше заданного, сила, возникающая под действием разности давлений в камерах 2 - 3, преодолевает сопротивление пружины 8, растягивает ее и заставляет мембрану-сильфон 5, заслонку 6 переместиться в сторону корпуса 1. Сечение треугольного отверстия канала выходного патрубка 4 уменьшается вплодъ до полного его перекрытия (рис. 6).
При резких изменениях регулируемой среды (перепадах давления) регулятор вакуума реагирует на них резким изменением своего активного объема за счет увеличенного хода мембраны-сильфона 5. При постоянном расходе вакуума заслонка 6 занимает определенное положение и автоматически изменяет проходное треугольное сечение выходного патрубка 4 от максимального значения при совмещении выреза заслонки 6 с входным отверстием выходного патрубка 4 до минимального при отклонении регулируемого вакуума от номинальной величины. Причем даже максимальное открытие отверстия в результате совмещения оснований входного отверстия выходного патрубка 4 и выходного отверстия воздушного патрубка 11, имеющих форму, идентичную вырезу в заслонке 6, исключает возможность перетечек регулируемой среды из воздушного патрубка 11 в выходной патрубок 4. Необходимый индивидуальный вакуумный режим в регулируемой системе доильного аппарата устанавливается в зависимости от силы натяжения пружины 8, регулируемой при помощи регулировочного винта 9.
Данная конструкция вакуумного регулятора позволяет:
-1) использовать как ресивер всю вакуумную систему доильной машины, с созданием в ней запаса повышенного вакуума (пониженного давления, - относительно номинально необходимого для доения животных);
-2) применять регулируемые доильные аппараты с возможность настройки их на индивидуальный вакуумный режим доения конкретного животного;
-3) регулятор вакуума, являющийся технологически более компактным (не проблематично изготовить любых, в т.ч. и миниатюрных размеров), приблизить непосредственно к пульсатору и доильному ведру доильной машины - тем самым уменьшить неблагоприятное влияние длины трубопровода на скорость реагирования регулятора при отклонении вакуума (определенного для каждого животного с учетом его физиологических особенностей) от заданной величины непосредственно под сосками животных во время их доения (по данным исследований: [9, 12, 13, 14, 15] - величина вакуума, необходимая для выведения молока у различных животных колеблется в довольно широких пределах);
-4) не понижать качество молока, за счет устранения конструктивных недоработок базового регулятора вакуума, дополнительно повышавших его бактериальную обсемененность во время машинного доения.
2. Выводы
1. Доильная машина с поэтапным понижением вакуума в вакуумной системе (повышением давления) обеспечивает приемлемую стабильность, значительно улучшает вакуумный режим, предусматривающий индивидуальность каждого животного, а также полнее отвечает зооветеринарным требованиям, предъявляемым к аппаратам машинного доения животных.
2. Возможность индивидуальной настройки доильного аппарата на оптимальный для данного животного вакуумный режим в зависимости от его физиологических особенностей, дополнительно дает возможность расширить диапазон подбора по пригодности КРС к машинному доению, так как отпадает необходимость выбраковки (!) животных по такому важному признаку как тугодойкость.
3. Применение измененной, без подсосной конструкции регулятора вакуума для настройки доильного аппарата на индивидуальный вакуумный режим доения, с замкнутой без подсосной системой регулирования и запирающим рабочим органом работающим по принципу заслонки, позволяет значительно уменьшить колебания вакуума в регулируемой им системе.
Литература
1. Подолько, Н.М. Некоторые вопросы повышения стабильности вакуума в вакуумных системах доильных машин / Н.М. Подолько, А.В. Ильин // Совершенствование электромеханизации и техногенные факторы в агропромышленном производстве Приморского края: сб. науч. тр. / ПГСХА.– Уссурийск, 2008. – С. 68-75.
2. Кавешникова К.И. Молокоотдача у коров при различных параметрах доильной машины - Животноводство, 1960 г. № 7.
3. Мокри Р., Халл X. и др, Влияние высоты вакуума и продолжительности доения на состояние вымени - Сборник иностранной сельскохозяйственной информации, 1957 г.
№ 4.
4. Белянчиков Н.Н. Автоматические регулирования процесса доения - Механизация и электрификация сельского хозяйства 1965 г.
5. Богдан И.Д., Богдан Т.З. Исследование вакуумного режима доильных установок. - Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1966 г. № 10.
6. Пятый Всесоюзный симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных (тезисы докладов), части I, 2 М. АН СССР ВАСХНИЛ, 1979 г.
7. Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм - М. Колос, 1978 г.
8. Королев В.Ф. Автоматы на молочной ферме - М. Знание, 1964 г.
9. Королев В.Ф. Доильные машины - М. Машиностроение, 1969 г.
10. Подолько, Н.М. Повышение эксплуатационных характеристик доильных установок / Н.М. Подолько // Дальневосточная наука – агропромышленному производству региона: сб. науч. тр. / РАСХН. Дальневост. науч.-метод. центр. Примор. НИИСХ. – Владивосток: Дальнаука, 2008. – С. 260-267.
11. А.С. 1732878 СССР, МКИ А 01 J 7/00. Регулятор вакуума / Н.М. Подолько, В.Н. Красковский. № 4840539/15; заявл. 25.05.90; опубл. 15.05.92, Бюл. № 18.
12. Баумгартнер X. Служба здоровья вымени - Сельское хозяйство за рубежом (животноводство), 1969 г., № 8.
13. Карташов Л.П. Машинное доение коров - М. Колос, 1983 г.
14. Материалы IV Всесоюзного симпозиума по физиологическим основам машинного доения - Алма-Ата, АН СССР, ВАСХНИЛ, 1975 г.
15. Огнев Ю.М., Петрова В.И. Влияние краткости доения первотелок на молочную продуктивность - Молочное и мясное скотоводство, 1975 г. № 9
4. Приложение
Рисунок 1 – Принципиальная схема доильной машины
Рисунок 2 – Схема месторасположения, устройства, работы,
базового, подсосного регулятора вакуума
Рисунок 3 – Рекомендуемая к внедрению схема доильной машины
Рисунок 4 – Регулятор индивидуального вакуума
Рисунок 5 – Фрагмент расположения выреза заслонки
относительно воздушного патрубка
Рисунок 6 – Фрагмент расположения выреза заслонки
относительно выходного патрубка.
13PAGE 15
13PAGE 141515
Р
Р2
Рс
Р1
Т
Индивидуальный регулятор вакуума
Приложенные файлы
