Обоснование параметров и режимов работы системы мойки молокопровода доильных установок для доения коров в стойлах

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное агентство по сельскому хозяйству

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»

На правах рукописи

Жмырко Андрей Михайлович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

СИСТЕМЫ МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

ДЛЯ ДОЕНИЯ КОРОВ В СТОЙЛАХ

Специальность 05. 20. 01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства (по техническим наукам)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор И.Н. Краснов

Зерноград - 2005

 

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ  5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ  10

1. Роль очистки доильно-молочного оборудования в повышении качества молока  10
2. Анализ технологических линий мойки доильно-молочного оборудования доильных установок и агрегатов  14
3. Режимы процесса промывки молокопроводов и основные требования, предъявляемые к ним  22
4. Анализ работ, направленных на повышение качества очистки деталей молокопровода  27
5. Анализ системы мойки доильной установки АДМ-8А  31
6. Объект исследования  36
7. Цель и задачи исследований  41

2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ 
МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ  42

1. Основные закономерности процесса очистки молокопровода от загрязнений  42
2. Анализ работы пульсоусилителя  52
3. Динамика пневмопривода пульсоусилителя для подачи воздуха

в систему очистки молокопровода от загрязнений  54

2.4. Основные закономерности очистки молокопровода при подаче

в него упругих пробок  62

Выводы  66

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ 
ИССЛЕДОВАНИЙ  67

1. Общая программа и методика исследования  67
2. Описание приборов и экспериментальной установки  68
3. Частные методики экспериментальных исследований  72
 

з

1. Методика оптимизации режимов мойки молокопровода      72
2. Методика определения качества мойки молокопровода      76
3. Методика исследований температурного режима мойки молокопровода      77
4. Методика определения межфазной энергии на границе разных

сред      79

5. Методика измерения краевых углов смачивания       80
6. Методика определения кажущейся плотности упругой

пробки      81

7. Методика испытания материала упругой пробки на сжатие       82
8. Методика определения удельного сопротивления соскабливания упругой пробкой загрязнений молокопровода      83
9. Методика определения коэффициентов трения упругой пробки

о внутреннюю поверхность молокопровода       84

3.4.Методика обработки экспериментальных данных       86

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

СИСТЕМЫ МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА       89

1. Анализ загрязнений внутренних поверхностей деталей молокопровода       89
2. Исследование режимов течения моющей жидкости

в молокопроводе диаметром 52 мм      95

3. Качество очистки деталей молокопровода от загрязнений при его циркуляционной мойке     100
4. Исследование процесса работы пульсоусилителя для подачи

воздуха в молокопровод доильных установок      104

4.5. Динамика изменения температуры жидкости при ее циркуляции

в молокопроводе в пульсирующем потоке  ПО

6. Результаты исследования физико-механических свойств материала упругих пробок и режимов их движения в молокопроводе  112
7. Обоснование режимов очистки молокопровода от загрязнений  117
 

4

4.8. Удельная энергия мойки молокопровода  120

Выводы  122

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА СИСТЕМЫ МОЙКИ

МОЛОКОПРОВОДА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  126

5.1. Результаты производственной проверки функционирования

системы мойки молокопровода  126

5.2. Экономическая эффективность внедрения результатов

исследования  133

Выводы  137

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ  138

ЛИТЕРАТУРА  140

ПРИЛОЖЕНИЯ  151

 

5 ВВЕДЕНИЕ

В последние годы сельское хозяйство в России претерпело серьезные изменения. За счет сокращения поголовья животных, несовершенства материально-технической базы и недостатков в использовании технологического оборудования значительно уменьшились темпы производства всех видов животноводческой продукции, в том числе и молочной. В связи с этим в настоящее время принимаются соответствующие меры по реконструкции агропромышленного комплекса, обеспечению развития его отраслей, механизации и автоматизации производственных процессов.

Задачи дальнейшего развития молочного животноводства связаны с дополнительными вложениями частных и государственных инвестиций на селекцию животных, совершенствование форм организации производства и труда, применение новых и усовершенствованных технологий и техники.

Наряду с увеличением производства молока необходимо предусматривать повышение его качества. Качество получаемого молока, являющегося одним из объектов окружающей среды, и повышение его чистоты, в том числе снижение бактериальной загрязненности, не может не сказаться на благополучии состояния и здоровья человека. Кроме того, в условиях рыночной экономики фактор качества является одним из основных в сбыте молока. Это обусловлено, прежде всего, более высокими закупочными ценами на молоко высшего сорта, используемого при производстве детского питания, йогуртов, сыров и других продуктов. Наметилась явная тяга потребителей к высококачественной отечественной молочной продукции.

Санитарно-гигиеническое качество производимого молока — комплексная проблема, определяемая рядом факторов, которые объединяются понятием «технология и культура производства». Средства и методы контролирования этих факторов регламентируются такими документами, как «Санитарные правила и нормы производства молока», ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко натуральное коровье - сырье. Технические условия» и «Ветеринарное законода-

 

6

тельство». В современных условиях производства молока решающее значение на его качественные показатели оказывает санитарное состояние доильного оборудования. В процессе эксплуатации доильных установок на внутренних поверхностях их трубопроводов образуются разнообразные по составу, свойствам, толщине, прочности сцепления с очищаемой поверхностью отложения, наличие которых приводит к загрязнению молока, в результате чего происходит снижение его сортности и цены за реализацию. Основная доля микробиальных и механических загрязнений молока при соблюдении всех необходимых условий содержания животноводческих помещений формируется за счет недостаточно промытого доильно-молочного оборудования [18, 19, 21, 26, 37, 47 и др.]. Поэтому процесс промывки его является одной из важнейших технологических операций, от эффективности выполнения которой зависит уровень первичной загрязненности молока. Применение способов эффективной очистки молокопроводящих путей доильных установок -это важный путь улучшения качества молока и повышения производительности труда в молочном животноводстве.

В нашей стране около 50% всех молочных ферм оснащены доильными установками АДМ-8 с молокопроводом. Обеспечить удовлетворительное санитарно-гигиеническое состояние данного оборудования представляется крайне затруднительным. Большое количество стыков между трубами моло-копроводов, их малый диаметр, удаленность молокоприемника от доильных аппаратов в цепи транспортирования молока, резкие изгибы профиля моло-копровода, применение пластиковых и резиновых соединительных труб в этих местах, доступ воздуха в замкнутую систему доения и транспортировки сырья, недостаточный объем приемной камеры коллектора, сильное гидродинамическое воздействие на молоко в процессе транспортировки по молокопроводу и многие другие факторы способствуют образованию трудно-удаляемых липидопротеиновых загрязнений, адсорбционно-связанных с поверхностью оборудования и приводящих к потерям структурных элементов молока (белка и жира) при производстве. Наиболее совершенным на данный

 

7

момент является оборудование западных фирм («Альфа-Лаваль Агри», «Вестфалия», «Гасконье Мелотт» и др.). Однако оно довольно дорогое, и немногие хозяйства могут его приобрести. Поэтому необходимо разрабатывать эффективные средства удаления загрязнений и поддержания хорошего санитарно-гигиенического состояния доильной системы с учетом специфики отечественного оборудования.

С 1999 г. разработаны и поставляются на рынок новые отечественные доильные установки УДМ-200, предназначенные для замены устаревших АДМ-8 и как альтернатива импортному оборудованию [37, 84]. Доильная установка УДМ-200 снабжена молокопроводом из нержавеющей стали с увеличенным до 52 мм диаметром. В ее конструкции использована новая элементная база, существенно упрощен механизм подъемного устройства моло-копроводной арки и тем самым повышена его надежность. По сравнению с серийными установками в три раза сокращено количество стыков, что позволило увеличить расход молока. Обеспечен стабильный вакуумный режим, повышена надежность и сокращена трудоемкость обслуживания и ремонта.

Однако система циркуляционной промывки молочной линии УДМ-200 не доработана и не обеспечивает качественную очистку молокопровода, так как с увеличением площади внутренней поверхности его происходит лишь частичное отмывание верхней части трубопровода. Эффективность промывки зависит от комплексного воздействия таких факторов как температура, скорость течения моющего раствора, его концентрация, продолжительность циркуляции и др. Проведенные исследования данных показателей технологического режима промывки неоднозначны, при этом ряд рекомендуемых значений параметров или не могут быть получены, или неприемлемы при обслуживании доильной установки УДМ-200. Поэтому режимы мойки молоко-провода и параметры оборудования для этой цели требуют обоснования.

На качество промывки молочной линии большое влияние оказывают режимы течения моющего раствора (скорость и турбулентность потока) [26, 27, 46, 115]. В поле скоростей турбулентного потока образуются вихри (воз-

 

8

мущения), которые активно воздействуют на стенки молокопровода, смывая с него остатки молока и жира. Чем выше степень турбулентности потока жидкости, тем больше сила воздействия его на стенки молокопровода, а следовательно, и лучше качество промывки.

Тем не менее, в последнее время зарубежные и отечественные специалисты считают наиболее эффективным режимом промывки молокопроводов «пробковый», обеспечивающий повышение качества промывки и снижение расхода воды и моющих средств [6, 8, 65, 86, 104]. Однако на практике его сложно обеспечить, поскольку для того, чтобы заполнить трубу большого диаметра (38...52 мм) потребовался бы значительный расход воды, неизбежно повлекший за собой увеличение емкости молокоприемника. Поэтому необходимо найти другие технические решения эффективной очистки молочной линии установки УДМ-200.

Повышение производительности труда и обеспечение высокого качества получаемого на УДМ-200 молока путем совершенствования технологического процесса циркуляционной мойки молокопровода этой доильной установки составляет один из актуальных вопросов молочного животноводства, решению которого посвящена настоящая работа. Этот вопрос является важной составной частью проблемы повышения качества молока и устранения потерь сельскохозяйственной продукции.

В задачи наших исследований входили разработка основ расчета и проектирования системы циркуляционной мойки молокопровода УДМ-200, совершенствование технологического процесса очистки его от механических и бактериальных загрязнений, обоснование системы мойки и ее отдельных узлов, определение рациональных режимов мойки молокопровода, а также оценка работы доильной установки в усовершенствованном варианте в условиях опытного производства.