РОЗДІЛ 2.
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ І РОЗРОБКА АНАЛІТИЧНОЇ МОДЕЛІ ГЕНЕРАТОРА ІМПУЛЬСІВ ТИСКУ
2.1. Обґрунтування режиму роботи доїльного апарата з генератором імпульсів
тиску попарної дії
За результатами досліджень найбільш характерних технологічно-конструктивних
схем доїльних апаратів встановлено, що одним із шляхів покращення режиму доїння
і транспортування молока є застосування ГІТ попарної дії з нерегульованою
частотою пульсації та різним співвідношенням тактів у парах виконавчих
механізмів.
Наші дослідження спрямовані на обґрунтування параметрів ГІТ попарної дії при
використанні якого різномолочні долі вимені будуть видоюватися виконавчими
механізмами, режим роботи яких узгоджується з різною інтенсивністю
молоковиведення.
Найбільш постійна частота пульсації, під час роботи доїльних апаратів,
забезпечується ламінарним міжкамерним дросельним каналом, що має практично
лінійну витратну характеристику. Його вибирають при умові, що максимальна
величина числа Рейнольдса, при рухові повітря по каналу, не перевищує 1100. Ця
умова забезпечує стійкий ламінарний потік повітря [14].
Теоретичні дослідження режимів роботи доїльного апарата з пульсоколектором, де
застосовується щілинний дросельний канал з ламінарним рухом повітря приведені в
роботах [58, 60]. Отримані автором результати носять узагальнюючий характер і
їх недостатньо для обґрунтування конструктивних параметрів ГІТ попарної дії.
Тому, одержання закономірностей, які забезпечують розрахунок конструктивних
параметрів і режимів ГІТ попарної дії доїльного апарата складають предмет наших
досліджень.
На основі аналізу конструктивно-технологічних схем (див. рис. 1.5) ГІТ попарної
дії повинен мати дві основні частини: керуючу та керовану. Керуюча частина
визначає режим роботи доїльного апарата в цілому, тому до її складу входить
мембранно-клапанний механізм з дроселюючим каналом. Цю частину можна розглядати
як окремий ГІТ одночасної дії (рис. 2.1). Для визначення основних її
конструктивних параметрів використані розробки, які стосуються ГІТ одночасної
дії [45, 50, 76].
- рух вакуумованого повітря; - рух атмосферного повітря
I – камера постійного тиску; II, III – камери змінного тиску; IV – керуюча
камера керуючої частини; V – керуюча камера керованої частини; VI – камера
постійного атмосферного тиску; 1 – корпус керуючої частини; 2 – корпус
керованої частини; 3 - патрубок постійного робочого тиску; 4 – повзун; 5 –
верхній клапан керуючої частини; 6 – з’єднувальний патрубок; 7 – клапан
керованої частини; 8 – радіальні отвори; 9 – дросельний канал; 10, 11 –
патрубки змінного тиску; 12 – гумовий регулятор-амортизатор; 13 – пружний
елемент, 14 – нижній клапан керуючої частини.
Рисунок 2.1. Конструктивно-технологічна схема доїльного апарата з ГІТ попарної
дії
Як відомо режим роботи ГІТ характеризують параметри тактів ссання, стиснення та
перехідних процесів, протягом яких відбувається переключення клапанів (Рис.
2.2(ISO 3918: 1996 (E/F)). Змінюючи складові пульсу можна впливати на швидкість
виведення молока.
Р – тиск; а – час переходу від такту стиснення до такту ссання; b – час ссання;
с – час переходу від такту ссання до такту стиснення; d – час стиснення; t1 –
такт ссання; t2 – такт стиснення, Т – час пульсу
Рисунок 2.2. Циклограма зміни тиску в міжстінному просторі доїльних стаканів
Виходячи з рисунка 2.3. можемо записати суму всіх сил, що діють в генераторі
імпульсів тиску.
Для положення коли клапан керуючої частини закритий:
Керуюча частина:
, (2.1)
де: FM – сила, що діє на мембрану керуючої частини, Н;
FBK1 - сила, що діє на верхній клапан керуючої частини, Н;
FНК1- сила, що діє на нижній клапан керуючої частини, Н;
G – вага клапана, Н.
Керована частина:
, (2.2)
де: FПР – сила пружини, Н;
FВК2 - сила, що діє на верхній клапан керованої частини, Н;
FНК2- сила, що діє на нижній клапан керованої частини, Н.
Для положення коли клапан керуючої частини відкритий:
Керуюча частина:
, (2.3)
Керована частина:
, (2.4)
При підключенні ГІТ до джерела постійного вакуумметричного тиску (див. рис.
2.1, 2.3) верхній клапан керуючої частини 5 закривається, а нижній клапан
керуючої частини 7 відкривається. В цей момент в камері над верхнім клапаном
(керуючій) IV діє атмосферний тиск, а під ним – вакуумметричний. Тобто на цей
клапан діє сила зверху вниз.
Очевидно, що величина цієї сили становить:
, (2.5)
де Sв.к. – площа верхнього клапана, м2 ;
FВК!- сила, що діє на клапан зверху вниз, Н;
РВ –вакуумметричний тиск при якому працює ГІТ, кПа;
Р1 – мінімальний тиск в керуючій камері, кПа.
Загальновідомо, що площа верхнього клапана буде дорівнювати:
, (2.6)
де D ВК - діаметр верхнього клапана, м.
З керуючої камери V повітря поступово перетікає в камеру змінного тиску III, а
в керуючій камері тиск зменшується. Це викликає різницю тисків, діючих на
мембрану знизу вгору, і відповідно силу Fм, яка дорівнює:
, (2.7)
де Sм – площа мембрани, м2.
РА – атмосферний тиск, Па.
Площу мембрани знаходимо по загальновідомій формулі для знаходження площі
кільця:
, (2.8)
де D1 та D2 – більший та менший діаметр мембрани відповідно, м.
При цьому вагою клапанного механізму нехтувати не будемо так як вона (виконання
з нержавіючої сталі) значна і становить біля 34% маси всього ГІТ одночасної
дії. Вага клапана буде за відомою формулою буде становити:
, (2.9)
де: m – маса клапанного механізму, кг;
g – прискорення вільного падіння;
Сила, що діє на нижн