Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
8
Українська академія аграрних наук
Національний науковий центР
“Інститут механізації та електрифікації
сільського господарства”
михайленко петро миколайович
удк 637.11
обґрунтування параметрів вимірювача
кількості молока пропорційного типу
05.05.11 –Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва
автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Глеваха - 2008
Роботу виконано в Національному науковому центрі “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук.
Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор, академік УААН Лінник Микола Кіндратович, Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, член-кореспондент УААН Кушнарьов Артур Сергійович, Український НДІ з випробування і прогнозування техніки і технологій для сільського господарства ім. Л.Погорілого, провідний науковий співробітник;
кандидат технічних наук, доцент Заболотько Олег Олександрович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри механізації тваринництва.
Захист відбудеться 28.05.2008 року о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.358.01 в Національному науковому центрі “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631, Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кім. 613.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного наукового центру “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631, Київська обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кім. 205.
Автореферат розіслано 22.04.2008 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Москаленко С.П.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Одним із найважливіших параметрів, що характеризує технологічний процес виробництва молока, є індивідуальна продуктивність тварин, і на її основі визначена кількість виробленої продукції в цілому. Достовірна та оперативна інформація про продуктивність кожної окремої тварини забезпечує можливість реалізації системи індивідуальної нормованої годівлі, що дозволяє оптимізувати раціон, управляти якістю вироблюваної продукції, знизити її собівартість та забезпечити економію кормів і є важливим народногосподарським завданням.
Сучасні засоби індивідуального обліку молока за низкою параметрів не відповідають вимогам індустріальних технологій виробництва молока, зокрема точності вимірювання в реальних умов виробництва. Є необхідність проведення наукових досліджень з метою розробки нових і удосконалення існуючих методів і засобів вимірювання, які повнішою мірою відповідали б сучасним технологіям виробництва й забезпечення якості молока, що зумовлює актуальність дисертаційного дослідження.
Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконана відповідно до науково-технічної програми "Технології та комплекси машин для виробництва і первинної переробки продукції тваринництва", зокрема п. 1.1.6 "Розробка ресурсоощадних технологічних процесів та систем типорозмірних рядів машин і обладнання для ферм з виробництва молока в реформованих господарствах" і є складовою частиною науково-дослідної тематики Національного наукового центру "Інституту механізації та електрифікації сільського господарства" Української академії аграрних наук (ННЦ "ІМЕСГ") та лабораторії проектування і випробування техніки для доїння та первинної обробки молока (держ. реєстр. №0101U009301).
Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є розробка й дослідження вдосконаленого вимірювача кількості молока для забезпечення підвищення достовірності технологічної інформації та на її основі покращання ефективності оптимального управління технологічним процесом виробництва молока й функціонування біотехнічної системи “людина-машина-тварина”.
Для досягнення цієї мети в роботі було поставлено такі завдання:
- обґрунтувати та розробити технологічну схему пристрою для контрольного доїння корів з урахуванням недоліків, виявлених під час використання серійних пристроїв;
- виготовити лабораторні установки, розробити методику та провести лабораторні дослідження пристрою;
Об’єкт дослідження – технологічний процес і механічні засоби для індивідуального вимірювання кількості молока в процесі доїння корів.
Предмет дослідження –фізика явищ, що визначають точність індивідуального вимірювання молока від кожної корови вимірювачами різних конструкцій у процесі доїння; залежність технологічної ефективності (точності) вимірювання від конструктивного виконання вимірювачів та їх адаптації до виробничих умов експлуатації.
Методи досліджень. Теоретичні дослідження здійснювались на основі прикладної гідродинаміки із застосуванням інформаційних технологій. В основу методології експериментальних досліджень покладено методи планування інженерного експерименту, зокрема відсівного експерименту на основі методу випадкового балансу та багатофакторного експерименту, електричні методи вимірювання неелектричних величин, методики, розроблені в процесі виконання роботи, тензометричні методи вимірювань, методи математичної статистики із застосуванням під час вимірюваннь і обробки даних на ЕОМ.
Наукова новизна одержаних результатів. Найважливіші результати дослідження, що характеризують наукову новизну і виносяться на захист, полягають у наступному:
Новизну технічних рішень, отриманих під час розробки та дослідження вимірювача кількості молока пропорційного типу, підтверджено деклараційним патентом України на корисну модель № 6598.
Практичне значення одержаних результатів. Одержані теоретичні та експериментальні результати досліджень і результати експлуатаційних випробувань знайшли практичне застосування в розробці удосконаленого індивідуального вимірювача кількості молока під час доїння корів, серійне виробництво якого освоєно ВАТ “Брацлав”.
За рахунок зменшення витрат кормів і підвищення надоїв молока розрахункова економічна ефективність від впровадження одного вимірювача становить 1044,1 грн., для тваринницької ферми на 200 корів (12 вимірювачів) –,2 грн., економічна ефективність від впровадження річної програми їх виробництва (2000 шт.) на ВАТ “Брацлав” –,2 тис. грн.
Особистий внесок здобувача. Основні дослідження за темою дисертації виконані дисертантом особисто. Автором запропоновано вдосконалену схему індивідуального вимірювача кількості молока в процесі доїння, зокрема:
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи заслуховувались і обговорювались на Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ННЦ “ІМЕСГ”, смт. Глеваха, 2000 р.), на Х Міжнародному симпозіумі з машинного доїння сільськогосподарських тварин, первинної обробки та переробки молока (м. Переяслав-Залесский, 2000 р.), Міжнародній науково-технічній конференції "Землеробська механіка на рубежі сторіч" (м. Мелітополь, 2001 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ННЦ “ІМЕСГ”, смт. Глеваха, 2001 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Аграрна освіта і наука на початку третього тисячоліття” (Львівський ДАУ, м. Дубляни, 2001 р.), Х Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ННЦ “ІМЕСГ”, смт. Глеваха, 2002 р.), Науково-практичній конференції “Сучасні технології і технічне забезпечення виробництва молока” (ІМТ УААН, м. Запоріжжя, 2003 р.), ХІ Міжнародній науково-технічній конференції “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (ННЦ “ІМЕСГ”, смт. Глеваха, 2003 р.), ХІІ Міжнародному симпозіумі з питань машинного доїння корів (ВАТ “Брацлав”, смт. Брацлав, 2004 р.).
Публікації. За основними результатами досліджень опубліковано 8 статей у фахових виданнях, затверджених “Переліком ВАК...” з технічних наук (з них три статті опубліковані одноосібно), 9 тез у матеріалах конференцій і симпозіумів, одержано патент України №54623 від 17.03.2003 р. та деклараційний патент на корисну модель №6598 від 16.02.2005 р.
Обсяг і структура дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів, висновків і пропозицій, списку використаних джерел та додатків. Повний обсяг дисертаційної роботи –сторінка. На 140 сторінках викладено текст роботи, робота містить 13 таблиць, 39 рисунків, 17 додатків на 53 сторінках. На 8 сторінках викладено список використаних джерел із 71 найменування (з них 7 –іноземною мовою).
Основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета й задачі досліджень, окреслено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів наукових досліджень.
У першому розділі “Аналіз методів і способів обліку молока у процесі доїння” доведено важливість індивідуального обліку кількості молока в процесі машинного доїння та вплив цього параметра на підвищення продуктивності тварин. Виконано аналіз існуючих технічних засобів для обліку молока в процесі доїння, проведено критичний аналіз наукових робіт, присвячених цій проблемі. Запропоновано нову класифікацію вимірювачів кількості молока та проаналізовано залежність відносної похибки вимірювання від інтенсивності потоку молока, кута нахилу вимірювачів, зміни вакуумметричного тиску для вимірювача ІУ-1 ВАТ “Брацлав” і “True-Test”.
Теоретичні та практичні основи для вивчення процесу обліку кількості молока, вимірювання інтенсивності молоковіддачі, його різних аспектів і закономірностей викладено в працях Астахова А.С., Корольова В.А., Цоя Ю.О., Зеленцова А.І., Локшина В.З., Москвіна Г.А., Марьяхіна Ф.Г., Поспелова В.Г., Кірсанова В.В., Максутова А.А., Фененка А.І., Дріго В.О. та інших учених.
Значний внесок у розвиток методів та технічних засобів обліку молока зробили науково-дослідні, проектно-технологічні та конструкторські установи України, зокрема Національний науковий центр Інститут механізації та електрифікації сільського господарства УААН (ННЦ "ІМЕСГ"), Український державний центр по випробуванню і прогнозуванню техніки і технологій сільськогосподарського виробництва (УкрНДІПВТ) і відкрите акціонерне товариство "Брацлав" (ВАТ "Брацлав") та ін.
Після вивчення стану питання, критичного аналізу праць учених і тенденцій розвитку вимірювачів кількості молока зроблено висновок, що похибка вимірювання залежить від інтенсивності молоковіддачі, вакуумметричного тиску та нахилу вісі вимірювача і виходить за межі 5%. Ретроспективний аналіз методів і технічних засобів вимірювання молока виявив тенденцію їх вдосконалення через підвищення рівня достовірності вимірів з одночасним розширенням діапазонів використання, надійності, зменшення габаритних розмірів, маси та вартості.
У зв’язку з цим було висунуто гіпотезу: підвищити точність вимірювання кількості молока пропорційним типом можна через удосконалення конструкційних параметрів і геометрії поверхонь елементів вимірювача.
Оскільки процес руху багатофазного середовища (молоко+повітря) залежно від геометрії поверхонь вимірювача, вплив параметрів середовища і конструкції ще недостатньо вивчений, виникла необхідність його дослідження.
Визначено мету та сформульовано основні завдання наукових досліджень.
У другому розділі “Теоретичні дослідження процесу протікання молока в індивідуальних вимірювачах і обґрунтування їх параметрів” на основі існуючих гідродинамічних теорій руху рідин для розрахункової схеми вимірювача розроблена математична модель розподілу молока в ньому.
Особливість конструкції вимірювача висвітлюється розрахунковою схемою вузла розподілу струменя молока та відсікання фіксованої його частки для виконання заміру кількості молока, що проходить через пристрій (рис. 1).
Рис. 1. Розрахункова схема розподілу струменя молока у вимірювачі ІУ-1:
1 –корпус; 2 –кришка; 3 –сопло наконечника; 4 –щілина приймальна.
Основними елементами вимірювача є корпус 1, до якого приєднується кришка 2 зі спрофільованою нижньою поверхнею, яка спрямовує потік молока до молокопроводу та приймальної щілини 4 мірної місткості (на схемі не показана). Витікання молока у простір під кришкою відбувається через отвір (сопло) наконечника 3 під дією вакуумметричного тиску. Струмінь молока витікає в газовий простір. Струмінь молока після контакту з поверхнею обмежуючої кришки рівномірно розтікатиметься по її профілю у всіх напрямках, надходячи у приймальну щілину 4 та до порожнини, з’єднаної з молокопроводом. Товщина потоку значно менша за відстань між торцем наконечника та прямою поверхнею кришки. Таким чином, має місце вільний струмінь рідини суцільної форми, який витікає з отвору сопла (переріз О-О), що забезпечується конструкцією отвору в насадку (конфузорі) та незначною відстанню між торцем насадки й напрямною поверхнею кришки (10 мм).
Виходячи з рівняння Бернуллі, розроблена уточнена математична модель співвідношення руху нестискуючої рідини:
, (1)
де р1, р2 –гідростатичний тиск у даних перерізах 1-1 та 2-1 відповідно, Па; V1, V2 –швидкість руху рідини у відповідних перерізах потоку, м/с; h0 –усереднені втрати механічної енергії потоку між перетинами а-а і б-б; ρ –густина рідини, кг/м3; g –прискорення вільного падіння, м/с2; α1, α2 –відповідно коефіцієнти Коріоліуса в перерізах 1-1 і 2-2; h0 –усереднені втрати механічної енергії потоку між перетинами 1-1 і 2-2.
Позначивши вісі координат Х і Y, отримаємо рівняння розподілу сили Р, що діє на кришку по осях:
, (2)
, (3)
де Q0,Q1 та Q2 –витрати рідини відповідно в перерізах (0-0, 1-1, 2-2), м3/с; V0, V1 та V2, - швидкість руху рідини у даних перерізах, м/с; 1, 2 –відповідно кути сходу струменя з перешкоди (визначені у перерізах 1-1 та 2-2), які збігаються з граничною поверхнею кришки.
Для визначення відхилення вектора швидкості V0, що спричинюватиме похибку вимірювання, розроблена схема складових елементарних струменів молока за умови нахилу корпуса вимірювача (рис. 2).
Рис. 2. Розрахункова схема визначення розподілу витрат молока по профілю кришки.
Розподіл витрат молока з урахуванням викривлення струменя через нахил вимірювача визначається за формулами:
, , (4)
де β –кут між напрямком швидкості в точці В контакту струменя і напрямною поверхні кришки (рис. 2),
(5)
де –кут між дотичною до напрямної поверхні кришки в т. В та горизонталлю; –кут між напрямком вектора швидкості V0B в т. В та горизонталлю.
Похибка вимірювання кількості молока розраховується за формулою
. (6)
Кути γ і ψ можна розрахувати за формулами
, , , (7)
де –складові швидкості руху елементарного об’єму потоку в напрямку відповідних осей координат, м/с;
–координати пройденого шляху струменем молока в момент часу t.
Відповідно до розглянутих умов за допомогою розроблених програм було виконано математичні моделювання похибки вимірювання вимірювача ІУ-1 за умови визначення швидкості одномірного потоку молока за формулою
, (8)
де –витрата молока через отвір із площею поперечного перерізу fс; μ –коефіцієнт витрати, μ = 0,65-0,67; Δрс –перепад вакуумметричного тиску, Па.
Результати моделювання у графічній формі подано на рис. 3 –.
Рис. 3. Залежність () похибки вимі- Рис. 4. Залежність () похибки вимірю-
рювання кількості молока від кута вання кількості молока при наступних
нахилу корпуса пристрою при: значеннях відстані h від торця наконеч-
–V0=5 м/с; 2 –V0=1 м/с; 3 –V0=0,5 м/с. ника до напрямної поверхні кришки:
–h=0,006 м; 2–h=0,009 м; 3–h=0,012 м.
e0)
e1)
0,5
0,4
0,3
0,2