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

Схема модернизированного прибора Ребиндера для определения межфазного натяжения по методу наибольшего давления капли

7 б       3 5

Сжатии п

Stscfyi

ц

/ 

1 - пробирка с водяной рубашкой; 2 - капилляр; 3 - воздуховод; 4 - микроманометр; 5 и 7 - краны; 6 - микрокран

Рис. 3.8.

 

80

Затем в капилляр засасывали молочный жир таким образом, чтобы его уровень был выше уровня жира в пробирке, и плотно закрывали пробирку пробкой. Капилляр основанием погружался в исследуемый моющий раствор на 0,2 мм (до контрольной риски). В пробирке 1 устанавливали циркуляцию воды определенной температуры.

Краном 5 внутри капилляра создавалась разность давлений, измеряемая микроманометром 4. Молочный жир выдавливался из капилляра каплями, которые формировались за 90... 120 с с помощью микрокрана 7. Давление образования отрываемой капли в момент совпадения верхнего уровня жира в капилляре и нижнего — в пробирке определялось по показаниям микроманометра 4. После отрыва фиксируемой капли систему соединяли с атмосферным давлением краном 5.

Далее величина межфазной энергии исследуемой жидкости определялась по формуле

h

G   =0--^-, (3.4)

и       э  _п

мэ где Ь_ми - показания микроманометра для исследуемых фаз, м;

Ь_мэ - показание микроманометра для эталонных фаз (дистиллированная вода) с известной межфазной энергией G₃, м. Величину межфазной энергии системы «молочный жир — моющий раствор» определяли при температурах сред 36, 50, 60, 70 и 80°С.

Кратность опытов принята равной пяти (n = 5). Ошибка измерений составила ± 5%.

Исследования выполнялись в химлаборатории АЧГАА.

3.3.5. Методика измерения краевых углов смачивания

Для определения краевого угла смачивания капля молочного жира 1 (рис. 3.9) наносилась на исследуемую поверхность 2, помещалась в кювете с моющим раствором 3 и располагалась в пучке света, создаваемом лампой 4

 

81

и конденсатором 5. Объективом и поворотными зеркалами 9 и 10 изображение капли проецировалось на экран 7 из матового стекла.

Схема работы проектора XI3 при определении краевого угла смачивания

1 - капля жидкости; 2 - очищаемая поверхность; 3 - кювета с исследуемым раствором; 4 - лампа; 5 - конденсатор; 6 - объектив; 7 - экран; 8 — призма; 9, 10 - поворотные зеркала;  11 — тепловой фильтр

Рис. 3.9.

За величину краевого угла смачивания принимался угол между касательной к ее поверхности и плоскостью образца, обращенной в сторону более полярной фазы.

Краевой угол Э отсчитывался при помощи лимба и шкалы транспортира.

Кратность опытов принята равной пяти (n = 5). Относительная ошибка среднего значения измеряемой величины составила ±1%.

3.3.6. Определение кажущейся плотности упругой пробки

Определение кажущейся плотности упругой пробки заключается в измерении веса и объёма образца материала упругой пробки и нахождении отношения этих величин в соответствии с ГОСТ 409-77 [97].

 

82 Кажущаяся плотность (р_п) упругой пробки определялась по формуле

Р„=т^-> (3.5)

*обр

где G - вес образца, кг;

V₀6p - объём образца, включая объём пор в нем, м³.

Измерение линейных размеров образцов упругой пробки для расчета ее объёма производился при помощи штангенциркуля. Измерение веса образца осуществлялось на электронных весах марки ВЛКТ-2-М.

Образцы упругой пробки имели правильную форму любой геометрической фигуры (куб, параллелепипед, цилиндр).

Объём образца был в пределах от 10 до 500 см³.

Вырезка образцов из пластин или готовых изделий производилась при помощи обычных или ленточных ножей, смоченных предварительно водой, а также с помощью просечек.

Количество образцов для каждого испытания было не менее трёх.

3.3.7. Испытание материала упругой пробки на сжатие

Испытание материала упругой пробки на сжатие заключалось в приложении соответствующего усилия (груза) к образцу, помещенному между параллельными плоскостями, и последующем измерении величин относительной и остаточной деформации. Заданными величинами при испытании на сжатие были предельная нагрузка или деформация.

Относительное сжатие испытываемого образца Єа в % находилось по формуле

s_d = ^H°"^H' -Ю0,%, (3.6)

где Но - высота образца до испытания, мм;

Hi - высота образца под сжимающей нагрузкой, мм.

 

83 Удельная нагрузка при испытании на сжатие о' вычислялась по   фор-

муле

а' =—, Н/м², 

(3.7)

где Р - нагрузка при сжатии, Н;

So - первоначальная площадь поперечного сечения образца, м².

Относительная остаточная деформация образца при испытании на сжатие є d определялась по формуле

₈>₌^Н0        ^Н2._100>     0_/0)

_н. 

(3.8)

где Нг - высота образца после прекращения действия силы (снятия нагрузки) и одной минуты «отдыха» образца, мм.

3.3.8. Определение удельного сопротивления соскабливания упругой пробкой загрязнений молокопровода

Определение удельного сопротивления соскабливания упругой пробкой загрязнений, заключалось в приложении усилия к упругой пробке, помещенной в загрязненную молокопроводную вставку.

Для опытов был использован прибор, схема которого изображена на рис. 3.10.

Схема прибора для определения удельного сопротивления 
соскабливания упругой пробкой загрязнений 
з 1 2

1 - молокопроводная вставка; 2 - упругая пробка; 3 - динамометр

Рис. 3.10.

 

84

Упругая пробка 2 помещалась в молокопроводную вставку 1 длиной L, предварительно загрязненной. Перемещение упругой пробки осуществлялось через пружинный динамометр, по которому определялось усилие, необходимое для перемещения упругой пробки.

Сначала молокопроводную вставку протирали влажной тряпкой и измеряли усилие Fj (необходимое для перемещения упругой пробки по чистой поверхности).

Затем на внутреннюю поверхность молокопроводной вставки с помощью пипетки равномерно наносился молочный жир на длину до 60 мм, так чтобы на ней образовывалась пленка. Молокопроводную вставку выдерживали 5 минут при температуре 36°С для достижения межфазного равновесия системы «поверхность трубопровода - молочный жир — воздух» и при комнатной температуре в течение 5...6 минут до затвердевания пленки. После этого в молокопроводную вставку помещали упругую пробку и определяли усилие F₂, необходимое для перемещения ее по поверхности, загрязненной молочным жиром. Удельное сопротивление соскабливания находили по формуле

F/*=5lZ£., (3.9)

где R — радиус молокопроводной вставки, м; L — длина загрязненной поверхности, м.

3.3.9. Методика определения коэффициентов трения упругой пробки о внутреннюю поверхность молокопровода

Коэффициенты трения материала упругих пробок определялись на широко известной установке ТМ-21 (рис. 3.11) с улучшенным механизмом поворота наклонной плоскости, который обеспечивал равномерность движения

её до необходимого положения с точностью до 0,2...0,3°.

 

85

Установка для определения коэффициентов трения типа ТМ-21

Рис. 3.11.

На плоскости ее устанавливались три нормально замкнутых контакта, соединённых с двумя электросекундомерами ПВ-63Ш. Возможность подогрева наклонной поверхности обеспечивалась установленными в её нижней части нагревательными элементами, соединёнными проводами с регулятором температуры ТР-150. Суммарная мощность нагревателей составляла 1 кВт.

Исследования коэффициентов трения были проведены для упругих пробок, изготовленных из пенополиуретана. Опыты были приближены к реальным условиям эксплуатации упругих пробок. Статистический и динамический коэффициенты трения их исследовались в зависимости от скорости скольжения, температуры и давления на поверхность контактирующих деталей.

Коэффициенты трения покоя и скольжения определяли на установке с наклонном плоскости. Нагружение упругих пробок осуществляли оттари-рованными грузами и, после соответствующего угла наклона рабочей плоскости установки, фиксировали моменты начала движения исследуемых образцов с трёхкратной повторностью (с точностью угла наклона 0,2...0,3°)-Поверхность трения представляла собой закреплённые на наклонной плоскости ленты из нержавеющей стали, имитирующие материал молокопровода. Зависимость коэффициентов трения покоя и скольжения от температуры оп-

 

86

ределяли через каждые 25° С нагрева. Нагрев деталей осуществляли нагревателем плоскости установки ТМ-21. Предельная температура нагрева составляла 75°С. Коэффициенты трения покоя определяли измерением угла наклона плоскости установки ТМ-21 относительно горизонтали fL, = tg а.

В опытах по определению динамических коэффициентов трения наклонную плоскость устанавливали под углом, большим, чем угол трения покоя, и освобождали исследуемый образец для свободного скольжения. По показаниям секундомеров установки ТМ-21 определяли длительность скольжения образца, что при известном расстоянии между контактами секундомеров позволяло рассчитать динамический коэффициент трения скольжения:

f>tga-      k-4>      , (ЗЛО)

g-(t₂-t,)-cosa

где     а - угол наклона плоскости, град.;

о, и и₂ - скорости движения исследуемого образца на первом и втором участках наклонной плоскости, м/с;

t, и t₂ — продолжительности движения образца на этих участках наклонной плоскости, с.

3.4. Методика обработки экспериментальных данных

В наших экспериментальных исследованиях количество опытов в одном эксперименте (объем выборки) не превышало 30, поэтому обработка опытных данных производилась с использованием распределения вероятностей случайной величины Стьюдента. Количество опытов цикличных процессов, а также непрерывных, происходящих с заданной частотой пневмопривода системы управления процессом мойки молокопровода с записью осциллограмм, определялось предварительным расчетом по известной в научно-методической литературе формуле [29]:

п = -^1, (3.11)

о

 

87

1    'T

где t — функция вида 0(t) = —-f= J є • dz, определяемая по известным табли-

V27T   о

цам [29, 83]; z - нормальная случайная величина; е - основание натуральных логарифмов; ст - среднее квадратическое отклонение; 5 - точность оценки случайной величины. Задавались надежностью оценки v = 0,95 в исследованиях сельскохозяйственных машин и оборудования, по таблицам зависимости v = 2Ф(і) определили Ф(і) = 0,475, тогда t = 1,96 [83].

Таблица 3.1. Расчетный объем выборки в опытах по исследованию системы мойки молокопровода доильных установок

 

Исследуемые параметры системы мойки	V	t	а	5	п
Частота пульсаций, Гц	0,95	1,96	±1,5	1	8
Продолжительность процессов пневмопривода элементов системы, с	0,95	1,96	±0,03	0,02	7
Физико-механические свойства материалов деталей системы мойки и загрязнений	0,95	1,96	±1,5	1	3
Скоростные и расходные характеристики моющей жидкости и воздуха	0,7	1,04	±1,3	0,8	3
Линейные размеры деталей и узлов системы мойки	0,95	1,96	±1,5	1	3
Оценка качества мойки	0,95	1,96	±1,5	0,8	3

В результате постановки предварительных опытов определялось среднее квадратическое отклонение по зависимости

ст = ±. 

fZa² п-1 

(3.12)

 

88

где а - величины отклонений от среднего арифметического значения измеряемой величины а.

Точность оценки случайной измеряемой величины определяли с учетом погрешности используемых приборов (1...5% от математического ожидания измеряемой величины а).

Необходимый объем выборки опытов по исследованию системы мойки молокопровода, полученный таким расчетным путем, представлен в таблице 3.1.

Ошибка выборочной средней арифметической определялась по формуле

т = -^илит=   J⁷    -100%. (3.13)

Vn Vn•а

Для обработки опытных данных использовался ПК Pentium III. Построение графиков и диаграмм производилось с использованием программ Excel и MathCAD.

 

89

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМЫ МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА

4.1. Анализ загрязнений внутренних поверхностей деталей