WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Дмитренко Сергей Александрович МОДЕЛЬ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ВАКУУМНОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК С ГРУЗОВЫМ РЕГУЛЯТОРОМ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Зерноград 2009 2

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства» (ГНУ ВНИПТИМЭСХ).

Научный руководитель - доктор технических наук старший научный сотрудник Винников Иван Кириллович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук профессор Краснов Иван Николаевич - доктор технических наук профессор Хозяев Игорь Алексеевич Ведущая организация - Северо-Кавказский научно-исследо- вательский институт животноводства (СКНИИЖ, г. Краснодар)

Защита состоится «6» июля 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.001.01 при Федеральном Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (ФГОУ ВПО АЧГАА) по адресу: 347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Ленина, 21 (ауд. 201, корпус 5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО АЧГАА.

Автореферат разослан «2» июня 2009г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук профессор Н.И. Шабанов 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Машинное доение коров занимает одно из центральных мест в общей проблеме механизации и автоматизации молочных ферм.

Нарушение вакуумного режима способствует снижению рефлекса молокоотдачи и может вызвать массовые маститные заболевания вымени коров, приводящие к снижению качества молока, молочной продуктивности и преждевременной выбраковке животных. Поэтому в машинном доении особое значение должно уделяться вакуумному режиму работы доильных аппаратов.

Для поддержания устойчивой работы доильных систем необходимо, чтобы производительность вакуум-насосов устойчиво обеспечивала трехкратно превышающий суммарный расход воздуха всеми аппаратами доильной установки при рабочем вакууме в пределах 48-53 кПа.

При этом вакуумные силовые агрегаты работают с постоянной, обычно номинальной, мощностью двигателя независимо от величины полезной нагрузки.

Вакуумные системы доильных установок относятся к динамическим системам. Однако их исследование осуществляется обычно статическими методами, что не обеспечивает синтеза вакуумных систем с оптимальными параметрами. Поэтому исследование динамических процессов производства и стабилизации вакуума в доильных системах методами теории динамических систем, таких, например, как теория систем автоматического регулирования, является актуальным.

Цель исследований – энергосбережение вакуумной системы питания доильных установок с грузовым регулятором путем моделирования динамических процессов и определения переходных характеристик для оптимизации параметров и синтеза рациональных структур.

Научная гипотеза: снижение энергопотребления вакуумных систем питания доильных установок с грузовым вакуум-регулятором без нарушения вакуумного режима и зоотехнических требований к качеству процесса машинного доения коров возможно введением в структурную схему обратной связи управления величиной вакуума.

Рабочая гипотеза: путем моделирования динамических процессов в регуляторе и в вакуумной системе питания доильной установки возможно определение режимов и параметров устройств механизма обратной связи в структурной схеме объекта.

Объектом исследования является вакуумная система питания доильных установок с грузовым регулятором.

Предмет исследования – динамические процессы в регуляторе и в вакуумной системе питания доильной установки.

Методы исследования: анализ и синтез сложных систем с использованием теории систем автоматического регулирования и программного комплекса «МВТУ», компьютерный и натурный эксперименты.

Научная новизна состоит в описании процесса работы вакуумного регулятора и системы питания доильных установок, системного анализа и синтеза сложных вакуумных систем, их структурного моделирования на основе теории систем автоматического регулирования с использованием программного комплекса «МВТУ».

Практическую ценность представляют:

– примененный впервые в машинном доении на основе структурного моделирования компьютерный эксперимент, позволивший существенно повысить качество научных исследований и свести к минимуму натурный эксперимент;

– пневматическая система управления работой вакуумных насосов, обеспечивающая значительное снижение их энергопотребления.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на научных конференциях ВНИПТИМЭСХ (20052009гг.), Азово – Черноморской государственной агроинженерной академии (2005-2008гг.) и СКНИИЖ (г. Краснодар, 2008г.).

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Результаты анализа рабочего процесса грузового масляного вакуум-регулятора.

2. Математические модели в передаточных функциях вакуумной системы питания доильных установок и ее звеньев.

3. Переходные характеристики, анализ и синтез вакуумных систем питания.

4. Структурное моделирование вакуумных систем питания доильных установок.

5. Методика компьютерного эксперимента и структурного моделирования вакуумных систем питания.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ общим объемом 3,5 п.л. и получено решение РОСПАТЕНТА о выдаче патента на изобретение.

Реализация результатов исследования. Разработанная энергосберегающая система питания прошла производственную проверку в ОПХ «Экспериментальное», ОПХ «Зерноградское» и производственные испытания в фермерском хозяйстве «Колесов Э.В.» Зерноградского района Ростовской области. Результаты исследований приняты к использованию Азовским оптико-механическим заводом (ОАО АОМЗ, г.

Азов).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, библиографический список из 120 наименований, в том числе 3 на иностранных языках и приложения на 8 страницах, которые включают листинг использованных компьютерных программ, расчетные таблицы, акты внедрения. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 13 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и ее практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту, приведен поглавный обзор работы.

В первой главе «Анализ исследований вакуумных систем питания доильных установок и их элементов, цель и задачи исследования» рассмотрены вакуумные системы и регуляторы, используемые и предлагаемые для доения коров, и определены основные направления исследований.

Изучению динамики вакуумных элементов, систем и средств производства и стабилизации вакуума в машинном доении посвящены работы Н.М. Антроповского, Е.В. Беновой, Р.Э. Бинеева, И.Д. Богдана, А.С. Веприцкого, И.К. Винникова, И.Е. Волкова, О.Б. Забродиной, Л.П.

Карташова, Б.А. Карташова, В.В. Кирсанова, В.Т. Козлова, В.Ф. Королева, В.А. Королева, И.Н. Краснова, Н.И. Мжельского, А.М. Мисирова, В.С. Мкртумяна, А.И. Оберемченко, В.А. Петровского, В.П. Похваленского, А.Я. Салманина, А.Г. Серебрякова, П.В. Сидоренко, В.А. Стремина, Ф.Г. Стукалина, И.А. Хозяева, Ю.А. Цоя, Н.А. Яковенко и др.

Эффективность машинного доения коров определяется в основном техническими характеристиками и условиями эксплуатации доильных установок. Исследованиями И.Г. Велитока, Э.К. Вальдмана, И.А.

Барышникова установлено, что продуктивность животных в значительной мере зависит от режимов работы доильной установки и, в первую очередь, от её вакуумного режима. Колебания вакуума ведут к нарушениям молокоотдачи животных и снижению продуктивности коров. По мнению У.Г. Уиттлстоуна, быстрое и качественное доение обусловливается, прежде всего, ровной и устойчивой работой вакуумной системы.

Вакуумные системы доильных установок по-прежнему остаются несовершенными. В пневматических системах, работающих на сжатом воздухе, резервирование рабочего тела (сжатого воздуха) осуществляется в ресиверах более высокого давления, который может использоваться длительное время при неработающем компрессоре путем реду цирования его до рабочего значения. В вакуумных системах аналогичные резервирование и стабилизация разряженного воздуха исключены.

Поэтому в современных доильных системах вакуум-насос даже при минимальной полезной нагрузке работает непрерывно с постоянным расходом воздуха и величиной рабочего вакуума, которые ему обеспечивает грузовой вакуум-регулятор. То есть современные вакуумные доильные системы работают с низкой нагрузкой и не являются энергосберегающими. Учитывая вышеизложенное и то, что между скоростью вращения ротора, с одной стороны, и производительностью, глубиной вакуума и потребляемой приводом насоса энергией – с другой, существует линейная зависимость, энергосберегающую вакуумную систему можно реализовать путем создания вакуумной силовой установки, целевой функцией которой будет оптимизация скорости вращения ротора по нагрузке на основе новых знаний по динамике процессов производства и стабилизации вакуума в доильных системах. К сожалению, в отечественной научно-технической литературе, кроме исследований Ю.А. Цоя и А.А. Герасенкова автоматической системы стабилизации вакуума, такой информации нет. Нет ее и в зарубежной литературе, за исключением скудных сведений о вакуумном регуляторе VSD шведской фирмы De Laval.

Исходя из вышеизложенного и намеченной цели, необходимо было провести исследования динамики рабочего процесса вакуумной доильной системы, которые ранее не проводились. При этом необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать процесс работы грузового вакуумного регулятора и разработать его математическую модель.

2. Разработать модель вакуумной системы питания доильных установок с грузовым регулятором.

3. Разработать и оценить методику компьютерного эксперимента, определить переходные характеристики регулятора и вакуумной системы питания доильных установок и провести экспериментальные исследования работы вакуумных доильных систем.

4. Разработать рациональные схемы энергосберегающих вакуумных систем питания доильных установок с грузовым регулятором и определить их экономическую эффективность.

Во второй главе «Теоретические исследования процессов стабилизации вакуума в доильных установках» представлены результаты исследования динамики функционирования вакуумной системы питания доильных установок, полученные с помощью классических методов теории систем автоматического регулирования.

Основным научным принципом проведенных исследований является линейность вакуумных элементов и доильных систем, что позволило исследовать происходящие в них динамические процессы классическими методами теории линейных динамических систем, в частности, теории систем автоматического регулирования.

Для струй, дросселей и пневматических камер, работающих на низком вакууме, в которых истечение воздуха происходит при малых перепадах давлений из среды более плотной (атмосферы) в среду менее плотную (вакуум), не учитывается влияние на их характеристики изменения плотности воздуха, связанные с изменением давлений, истечение считается преимущественно ламинарным, происходящим в докритических режимах. Истечение воздуха в вакууммированное пространство в значительно большей степени, чем сжатого в атмосферу, соответствует законам истечения идеального газа, поэтому принят ряд упрощающих допущений из промышленной пневмоавтоматики, работающей на сжатом воздухе.

Вакуумная система доильной установки (рисунок 1) – это сложная динамическая система, обеспечивающая отсос необходимого количества воздуха G из системы питания потребителей G0, G1, G2…Gn при определенном разрежении Р, включающая электродвигатель 1, вакуумнасос 2, вакуум-баллон 3, вакуум-регулятор 4, вакуум-провод 5, органы питания и управления.

G2 U Gб m 2 n Р V G G1 G2 Gn Рисунок 1 – Общая пневматическая схема системы производства, стабилизации и распределения вакуума на доильной установке Кроме того, на схеме обозначено U, – напряжение питания и угловая скорость электродвигателя;, 1, 2, n – проводимости вакуумрегулятора и доильных аппаратов, соответственно; m – масса груза вакуум-регулятора; V – объем вакуум-баллона.

Динамические процессы производства, стабилизации и распределения вакуума в доильной системе, как и в любой сложной системе, можно описать совокупностью дифференциальных уравнений. Для это го необходимо, прежде всего, выявить физические законы, определяющие поведение каждого звена системы.

Для электродвигателя закон равновесия моментов на его валу описывается известным уравнением, а его передаточная функция представляет собой апериодическое звено первого порядка.

Передаточная функция вакуумного насоса определяется из его характеристики, согласно которой производительность насоса пропорциональна его угловой скорости. То есть он является линейным безынерционным усилительным звеном Наиболее распространенными в машинном доении являются грузовые вакуум-регуляторы. На рисунке 2 показан грузовой вакуумрегулятор с масляным демпфером.

Величина вакуума в системе регулируется клапаном 1, который уравновешивается грузом 2 с шайбами 3, размещенными в колпаке 4 и подвешенными к клапану посредством пружины 5. Шайбы 3 играют роль демпфера и помещены в масло 6. Для контроля за запасом производительности силовой вакуумной установки служит индикаторрасходомер 8, стрелка которого отклоняется под действием напора воздуха, просасываемого через вакуум-регулятор. Во время доения минимальное отклонение стрелки должно быть не менее одного деления.

Gб G Fз Р xmax Gx A Fп Fд m Fи а б 1 – клапан; 2 – груз; 3 – шайбы; 4 – колпак; 5 – пружина; 6 – масло;

7 – корпус; 8 – индикатор-расходомер.

Рисунок 2 – Масляный вакуум-регулятор: а – общий вид масляного вакуумного регулятора; б – расчетная схема Расчетная схема масляного вакуум-регулятора представлена на рисунке 2,б.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»