Повышение эффективности функционирования доильных установок путём увеличения молоКопроводящей

Время продувки мерной камеры определяется по формуле:

, (6)

где Vм – объем мерной камеры, м3; Р1, Р2 –давление в мерной камере соответственно в начале и конце продувки, кПа; R - универсальная газовая постоянная, Дж/(мольК); T – абсолютная температура, 0К.

Время продувки мерной камеры зависит от ее объема и снижается с увеличением сечения отводящего шланга.

В третьей главе «МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СЧЕТЧИКА-ЭВАКУАТОРА МОЛОКА» изложена программа экспериментальных исследований, приводится описание лабораторных установок и методики проведения опытов.

Программой экспериментальных исследований предусматривалось определение расходных характеристик счетчика-эвакуатора молока и влияние его конструктивно-режимных параметров на точность измерения количества молока.

При определении расходных характеристик использовался полный четырехфакторный эксперимент, при оценке влияния конструктивно-режимных параметров на точность измерения количества молока - полный трехфакторный эксперимент.

В качестве рабочей среды использовалась модельная жидкость, по своим физическим свойствам аналогичная натуральному молоку.

Для регистрации режимных параметров процесса эвакуации молока использовался компьютерный комплекс, включающий в себя датчик давления – разряжения ДД-2, блок АМД-4 работающий в режиме осциллографа и компьютер с программным обеспечением МТ10, а также специально разработанный расходомер жидкости.

В четвертой главе «РЕЗУЛЬТАТЫ И АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ» на первом этапе экспериментальных исследований, на основе анализа осциллограмм рабочего процесса счетчика-эвакуатора молока, был установлен характер взаимосвязей его конструктивно-режимных параметров.

Выяснилось, что увеличение площади отверстия для впуска воздуха в мерную камеру позволяет значительно снизить величину вакуума в мерной камере в процессе эвакуации молока (рисунок 4).

В данном случае при рабочем вакууме 40 кПа и диаметре отводящего шланга – 14 мм снижение вакуума в мерной камере произошло с уровня 12 кПа до уровня 1,5 кПа.

Увеличение сечения отводящего шланга с 154 мм2 до 254 мм2 (согласно рисунку 5 позволяет в 1,5 раза увеличить расход жидкости из мерной камеры.

Установлено также, что величина вакуума в мерной камере при продувке с увеличением площади отверстия для впуска воздуха снижается. При диаметре отверстия равном 20 мм2 (5 мм) (согласно рисунку 5 б) эта величина находится на уровне 37 кПа. Для того чтобы уравновесить перепад давлений в приемной и мерной камерах (в пределах 11 кПа) столб жидкости в приемной камере должен составлять около 1,1 метров, что практически невыполнимо без перекрытия доступа воздуха в мерную камеру в процессе продувки с помощью дополнительного устройства.

Из осциллограмм, представленных на рисунках 4б и 5б установлено, что в начале процесса опорожнения мерной камеры имеет место изменение вакуума в мерной камере с характером затухающих колебаний. На рисунке 6 представлен фрагмент этого процесса для диаметра отводящего шланга 18 мм, диаметра воздушного канала 5 мм при вакууме 40 кПа.

Величина избыточного давления в мерной камере в этом случае составляет около 6 кПа, амплитуда начальных колебаний давления 12 кПа, время затухания колебаний около 4 с. Установлено, что амплитуда колебаний увеличивается с увеличением сечения воздушного канала.

Эта особенность учтена при расчете параметров управляющей камеры, в частности для исключения возможности срабатывания клапана управляющей камеры в момент воздействия импульса давления, поступление воздуха в мерную камеру 2 (согласно рисунку 2) начинается до того как верхний конец трубки 3 перекроет отверстие камеры 7.

Весь массив экспериментальных данных по определению характеристик рабочего процесса счетчика-эвакуатора молока аппроксимирован следующими зависимостями.

- давление в мерной камере в процессе эвакуации:

(7)

- расход жидкости из мерной камеры в процессе эвакуации:

(8)

где Рм – вакуум в мерной камере при ее опорожнении, кПа; Qм – расход молока из мерной камеры, л/с; H - высота подъема жидкости, м; F1 - площадь сечения отводящего шланга, мм2; F2 - площадь отверстия для доступа воздуха в мерную камеру, мм2.

Результаты корреляционного анализа зависимостей показали следующее. Для зависимости (7) коэффициент множественной корреляции равен 0,9388. Весомости факторов: высота подъема жидкости (H) – 2,36%; площадь сечения отводящего шланга (F1) – 24,12%; площадь отверстия для доступа воздуха в мерную камеру (F2) – 28,42%; рабочий вакуум (Pр) – 45,01%. проверка адекватности модели по F – критерию показала высокую сходимость результата (F = 525,22; F0,01 = 4,04).

Из данных видно, что существенное влияние на давление в мерной камере оказывают; рабочий вакуум, площадь сечения отводящего шланга и площадь отверстия для доступа воздуха в мерную камеру.

Для зависимости (8) коэффициент множественной корреляции равен 0,9140. Весомости факторов равны: высота подъема жидкости (H) – 2,24%; площадь сечения отводящего шланга (F1) – 52,77%, площадь отверстия для доступа воздуха в мерную камеру (F2) – 30,14%, рабочего вакуума (Pр) – 14,85%. Проверка адекватности модели по F – критерию показала высокую сходимость результата (F = 359,11; F0,01 = 5,25).

Поверхности отклика для зависимостей: вакуума в мерной камере при опорожнении и расходе жидкости из нее при рабочем вакууме 50 кПа и высоте подъема равной 2,0 м представлены на рисунке 7.

Зависимость уровня вакуума в мерной камере при продувке (Рп) аппроксимирована уравнением регрессии:

(4.3)

Коэффициент множественной корреляции равен 0,9862. Весомости факторов: площадь сечения отводящего шланга (F1) – 16,82%, площадь отверстия для доступа воздуха в мерную камеру (F2) – 83,18%, Проверка адекватности модели по F – критерию показала высокую сходимость результата (F = 106,27; F0,01 = 3,46).

Исследования рабочего процесса клапанного механизма управляющей камеры показал, что его работоспособность обеспечивается при любых значениях параметров, соответствующих выражению 2. На рисунке 8 представлена осциллограмма изменения вакуума в управляющей камере при рабочем вакууме 40 кПа, площади клапана 236 мм2 и массе клапана 12,3 грамма.

На участке осциллограммы 1-2 происходит опорожнение мерной камеры, в точке 2 начинается продувка мерной камеры, вакуум в ней возрастает и в точке 3 происходит срабатывание клапана управляющей камеры, при перекрытии клапана (точки 4-5) происходит выравнивание давлений и поплавково-клапанный механизм опускается, на участке 6-7 происходит открытие клапана управляющей камеры и в ней (точка 8) устанавливается атмосферное давление.

На основе полученных данных разработан алгоритм инженерного расчета конструктивно-режимных параметров счетчика-эвакуатора молока (рисунок 9).

На основе проведенных расчетов установлено, что счетчики-эвакуаторы молока, соответствующие пропускной способности молокопроводов диаметром 38; 48,5 и 60 мм, работающие при вакууме 48 кПа и подъеме молока на высоту 2 метра должны иметь параметры соответственно: объем мерной камеры 1,0; 1,5; и 2,0 литра; сечение межкамерного отверстия не менее 1140; 1920 и 2820 мм2; сечение отводящего шланга 112; 248 и 376 мм2; сечение воздушного канала 3,7; 8,6 и 17,2 мм2.

Исследование метрологических характеристик счетчика-эвакуатора молока показало следующее. На основании данных поисковых исследований было установлено, что влияние объема мерной камеры на точность измерения статистически не значимо, поэтому экспериментальные исследования были направлены на установление влияния на точность измерений рабочего вакуума (Рр) и подачи жидкости в счетчик-эвакуатор(Qп).

Погрешность измерений () аппроксимирована зависимостью:

(4.4)

Коэффициент множественной корреляции равен 0,9893. Весомости факторов равны: рабочего вакуума (Рр) – 50,18%, подачи жидкости (Qп) – 49,82%, Проверка адекватности модели по F – критерию показала высокую сходимость результата (F = 207,06; F0,01 = 3,46).

На основе полученной зависимости разработан алгоритм учета систематической ошибки при определении общего количества молока, который можно использовать при применении в качестве регистрирующих устройств программируемых контроллеров и других ЭВМ.

В пятой главе «ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ РЕАЛИЗАЦИИ СТРУКТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ СЧЕТЧИКОВ-ЭВАКУАТОРОВ МОЛОКА» результаты исследований были использованы при разработке и реализации проекта модернизации технологии производства молока на двух молочных фермах по 200 голов ОАО «Голицыно» Никифоровского района Тамбовской области.

Структурно-технологическая схема доильной установки разработана на базе счетчиков-эвакуаторов молока в соответствии со схемой, представленной на рисунке 2б. Параметры счетчика эвакуатора соответствовали пропускной способности молокопровода.

Предложенная схема позволила: полностью исключить необходимость применения подъемных петель молокопровода; сократить протяженность магистральных молокопроводов в 2,1 раза; уменьшить расстояние перемещения молока по молокопроводу в 2,3 раза; увеличить уклон молокопроводов в 2 раза; повысить пропускную способность молокопровода за счет увеличения уклона на 30%.

Результат реализации проекта показал согласно официальной статистике хозяйства следующее.

Рост продуктивности коров за рассматриваемый период составил 21,5%. Фактический срок окупаемости капитальных вложений - 1,4 года. Снижение трудоемкости производства молока составило 29,3%, Годовой объем прибыли в базовом варианте 4481 тыс. рублей, в новом варианте он фактически составил 6416 тыс. рублей. Годовой экономический эффект от внедрения одной модернизированной доильной установки - 817,5 тыс. рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Пропускная способность молокопроводных систем ограничивается пропускной способностью первичных молокоприемников. Серийный счетчик молока АДМ-52.000 соответствует по пропускной способности молокопроводу диаметром не более 38 мм. Пропускная способность первичного молокоприемника для молокопроводов диаметром 38; 48,5 и 60 мм и длиной 30 м должна быть не менее соответственно 9; 16; и 28 л/мин.
2. Установлено, что повышение пропускной способности счетчика-эвакуатора молока достигается путем введения в его конструкцию управляющей камеры с клапаном, обеспечивающим перекрытие воздушного канала при продувке мерной камеры, что позволяет увеличить сечения отводящего шланга и воздушного канала и приводит к увеличению интенсивности эвакуации молока и снижению времени продувки мерной камеры.
3. Давление в мерной камере в процессе ее опорожнения при определенном рабочем вакууме зависит в основном от сечения воздушного канала и сечения отводящего шланга. Диапазон этих значений при изменении сечения воздушного канала в пределах 3…47 мм2 для отводящего шланга сечениями 50,100, 150, 200 и 250 мм2 равен 69…101, 59…98, 55…95, 53…92 и 52…89 кПа. Влияние высоты подъема жидкости из мерной камеры на давление в ней менее значимо, чем остальных факторов, при изменении высоты подъема от 0 до 2 м при сечении воздушного канала 20 мм2 находится в пределах для отводящих шлангов сечением 50, 100, 150, 200 и 250 мм2 находится в пределах 89…93, 78…85, 69…80, 65…77 и 62…75 кПа.
4. Теоретически установлена взаимосвязь расходных характеристик счетчика-эвакуатора молока с его конструктивно-режимными параметрами. Время заполнения мерной камеры объемом 1,0; 1,5; и 2,0 литра для диаметров межкамерного отверстия 0,3…0,6 м находится соответственно в пределах 2,83 … 0,71 с; 3,16 …0,79 с и 3,49 … 0,87 с. Расход жидкости (молока) в процессе эвакуации из мерной камеры для сечений отводящего шланга 50…250 м2 при рабочем вакууме 48 кПа составляет 0,20…2,2 л/с.
5. Экспериментально установлены зависимости расходных характеристик счетчика-эвакуатора молока от рабочего вакуума, площади сечения отводящего шланга, площади сечения воздушного канала и высоты подъема жидкости. Счетчики-эвакуаторы молока, соответствующие пропускной способности молокопроводов диаметром 38; 48,5 и 60 мм, работающих при вакууме 48 кПа и подъеме молока на высоту 2 метра должны иметь следующие параметры: объем мерной камеры 1,0; 1,5; и 2,0 литра; сечение межкамерного отверстия не менее 1140; 1920 и 2820 мм2; сечение отводящего шланга 112; 248 и 376 мм2; сечение воздушного канала 3,7; 8,6 и 17,2 мм2.
6. Установлена зависимость систематической ошибки измерения количества молока от величины рабочего вакуума и подачи. При изменении подачи в пределах 2,8 … 9,0 л/мин при рабочем вакууме 40….50 кПа систематическая ошибка находится в пределах 0,08 …4,3%.
7. Производственная проверка показала, что модернизация структурно-технологической схемы доильной установки с использованием счетчиков-эвакуаторов молока с повышенной пропускной способностью обеспечила увеличение продуктивности животных на 21,5 %,повышение производительности труда операторов на 29,3%. Экономический эффект от внедрения одной модернизированной доильной установки на 200 голов составил 817,5 тыс. рублей.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Доровских В.И., Дейнега А.П. Групповой счетчик молока для доильных установок / Ж. Сельский механизатор. – 2007, №12. – с. 29.

Публикации в сборниках научных трудов и материалах конференций

2. Михеев Н.В., Доровских В.И., Дейнега А.П. Повышение эффективности функционирования доильных установок с увеличенной молокопроводящей способностью. - Тамбов: ГНУ ВНИИТиН Россельхозакадемии, 2010. - с.76
3. Доровских В.И., Дейнега А.П. Теоретическое обоснование параметров группового счетчика молока / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 9. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2006. - с.68…75.
4. Доровских В.И., Дейнега А.П. Исследование рабочего процесса группового счетчика-эвакуатора молока / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 9. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2006. - с.75…80.
5. Доровских В.И., Дейнега А.П., Тишнинов К.Н. Определение времени заполнения мерной камеры счетчика - эвакуатора молока / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 9. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2006. - с.80…83.
6. Доровских В.И., Дейнега А.П. Определение времени опорожнения мерной камеры счетчика-эвакуатора молока / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 9. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2006. - с.83…86.
7. Доровских В.И., Дейнега А.П. Определение времени истечения воздуха из мерной камеры счетчика молока / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 9. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2006. - с.86…90.
8. Доровских В.И., Дейнега А.П. Определение резервов повышения продуктивности коров при обеспечении качества процесса доения / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 13. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2007. - с. 53…58.
9. Доровских В.И., Дейнега А.П. Обоснование направлений повышения пропускной способности групповых счётчиков молока. / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 13. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2007. - с. 58…62.
10. Доровских В.И., Дейнега А.П. Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса объемного счетчика молока / Повышение эффективности использования сельскохозяйственной техники. Сб. науч. трудов ГНУ ВИИТиН. Выпуск 13. - Тамбов: ГНУ ВИИТиН, 2007. - с. 62…67

Патенты

11. RU 2340168 С1, A 01 J 7/00. Счётчик-эвакуатор молока/ Доровских В.И., Дейнега А.П. – 2007115499/12; Заявлено 24.04.2007; Опубл. 27.12.2008. Бюл. № 34. – 4 с.: 2 ил.