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

112

За время фазы мойки молокопровода происходит значительное уменьшение температуры моющего раствора (примерно на 30%), что снижает эффективность очистки деталей системы. Поэтому возникает необходимость поддержания температуры в определенных пределах с целью повышения качества промывки. Это можно осуществлять с помощью электронагревателей, вмонтированных в ванну для моющего раствора.

В дальнейших опытах обеспечивался подогрев моющего раствора с помощью электронагревателей в заборной емкости до температуры 70°С. При использовании электронагревателей температура моющего раствора на сливе в ванну несколько выше, чем в первых опытах без подогрева раствора. Это позволяет более интенсивно осуществлять промывку молокопровода, однако режимы его мойки могут быть различными как по длительности мойки, так и по показателям скорости потока и его температуры, тем более отличающимися от общепринятых заводских.

4.6. Результаты исследований физико-механических свойств материала упругих пробок и режимов их движения в молокопроводе

Возможность использования конкретной марки материала для изготовления упругих пробок, используемых при очистке молокопровода, определяется совокупностью ее физико-механических свойств и показателей долговечности.

Ключевым показателем, во многом обуславливающим остальные свойства материала, является кажущаяся удельная плотность - масса единицы объема материала (р_п). Не менее важной характеристикой является жесткость его, характеризуемая величиной относительного сжатия (єа).

Плотность и жесткость материала пробки не связаны однозначно. Так, разные марки поролона одинаковой плотности в зависимости от химического

 

113

состава и ряда особенностей структуры могут иметь отличающуюся жесткость. Тем не менее, плотность определяет нижнюю и верхнюю границы жесткости поролона, которые могут быть достигнуты для данного значения плотности в пределах одного класса пен. При этом граничные значения жесткости возрастают с увеличением плотности пены. Это же относится и к другим гибким материалам.

Особенно важно влияние плотности на долговечность (срок эксплуатации) материала. Долговечность его можно охарактеризовать изменением начальных размеров и жесткости изделия в ходе эксплуатации. Чем меньше эти изменения, тем больше срок службы этого материала. Более плотные марки материалов пробки обладают большим сроком эксплуатации, они лучше сопротивляются «усталости» при статических и динамических нагрузках.

Одним из параметров, качественно характеризующих срок службы гибкого материала пробок, является остаточная деформация (є d), которая показывает насколько уменьшилась толщина образца после деформации под статической нагрузкой. Чем меньше значение остаточной деформации, тем меньше деформируется материал при эксплуатации, тем дольше срок службы упругих пробок. Это важно в связи с тем, что такие пробки подвергаются нагрузке сжатия в молокопроводе циклично: один раз за доение в течение 2...5 минут с перерывом на «отдых» на 6...12 часов до следующего доения.

Наибольшее распространение в качестве материала для пробок в практике машинного доения получили поролон и пористая резина [10, 45, 99, 126]. Первый более доступен и предпочтителен, однако свойства его исследованы недостаточно.

Параметром, характеризующим способность поролона к растяжению, является относительное удлинение (в %) при разрыве. Оно показывает, насколько увеличится длина образца поролона при приложении к нему растягивающего усилия. В целом, чем выше значение относительного удлинения, тем выше качество поролона, однако данный параметр не так важен при использовании упругих пробок для очистки молокопровода.

 

114

Для экспериментальных исследований были выбраны стандартные (ST), мягкие (S) и высокоэластичные марки поролона: ST 2025, ST 2532, ST 3040, S 4040, S 4040, ST 5050, HR 4035.

Результаты исследований их свойств приведены в таблице 4.8.

Таблица 4.8. Физико-механические свойства поролона, используемого для изготовления упругих пробок для чистки молокопровода

 

Марка поролона	Плотность, кг/м3	Жесткость при сжатии, кПа	Остаточная деформация, %
ST2025	20	2,4	5
ST2532	25	3,0	5
ST3040	30	3,6	4
S4040	40	3,5	3
ST5050	50	5,0	3
HR4035	40	3,2	3

Данные этой таблицы показывают, что наибольшей плотностью и жесткостью при сжатии обладают пробки поролона марки ST 5050, меньшей — из поролона марки ST 2025.

Однако коэффициенты трения по нержавеющей стали и стеклу (табл. 4.9) у пробок из поролона ST 2025 в среднем на 20...25% ниже, чем у поролона ST 5050, что снижает затраты энергии на их движение в молоко-проводе.

Отметим, что коэффициенты трения движения поролона по смоченным водой поверхностям выше коэффициентов трения покоя на 15...70% для нержавеющей стали и на 16...30% для стекла. Это объясняется, в основном, увеличением сил адгезии между контактирующими материалами в присутствии воды или моющего раствора.

 

115

Таблица 4.9. Коэффициенты трения поролона по нержавеющей стали и стеклу

 

Марка поролона	Сухая поверхность				Смоченная водой поверхность
		по нерж. стали		по стеклу		по нерж. стали		по стеклу
		кст	Кд	кст	Кд	кст	Кд	Кст	Кд
ST 2025	0,59	0,54	0,38	0,30	0,49	0,79	0,30	0,36
ST 2532	0,62	0,55	0,42	0,33	0,51	0,84	0,33	0,41
ST 3040	0,65	0,57	0,46	0,35	0,53	0,93	0,34	0,43
S4040	0,77	0,59	0,52	0,38	0,58	0,98	0,38	0,45
ST 5050	0,92	0,61	0,61	0,42	0,67	0,99	0,44	0,52
HR4035	0,97	0,62	0,63	0,44	0,87	1	0,45	0,53

Движение пробки в молокопроводе сопровождается трением её о смоченную поверхность молокопровода и затратами энергии на перемещение жидкости перед пробкой. Перепад давлений на торцах пробки в молокопроводе должен быть достаточным для преодоления этих сил сопротивления без потери средней скорости течения газожидкостной смеси. Это достигается дросселированием впуска воздуха в молокопровод во время движения пробки отверстиями камеры III атмосферного давления пульсатора 1, управляющего работой автомата подачи упругих пробок (рис. 1.12).

Продолжительность движения упругой пробки совместно с газожидкостным моющим раствором зависит от длины молокопровода. Для коровников на 200 голов согласно типовым проектам с центральным расположением молочной эта длина не превышает 125 метров. При рекомендуемых скоростях мойки молокопровода 2...3 м/с длительность движения пробки в нём должна составлять 40...60 с, т.е. примерно один раз в минуту.

 

116

Подача упругих пробок в молокопровод целесообразна в первые минуты мойки его, когда на его поверхности находятся загрязнители. В последующем их подача может быть отключена, например, перекрытием молоко-провода в месте ввода воздуха атмосферного давления поршнем, роль которого может выполнять прижимная пластина 6 по рис. 1.12.

Таблица 4.10. Зависимость качества мойки молокопровода диаметром 52 мм от количества циклов движения в нём упругих поролоновых пробок (загрязнитель 1, пробковое течение моющей смеси, ввод воздуха при n = 0,5 Гц и t₂:ti=62:38%)

 

Условия очистки молокопровода		Коэффициент светопроницаемости (%) смывов молокопровода
продолжительность, мин	количество прошедших через него пробок	из нержавеющей стали (раствор Блюра)	из стекла (раствор серной кислоты)
1	1	82	80
2	2	84	81
3	3	86	82
4	4	88	83
5	5	90	84
6	6	92	85
7	7	94	86
8	8	95	87
9	9	96	88
10	10	96	88

Проверка интенсивности очистки молокопровода с применением упругих пробок из поролона приведена на фрагменте молокопровода при скорости их движения 2 м/с. При одной и той же степени загрязнения (загрязнитель 1, табл. 4.1) молокопровод разбирался для определения качества мойки изучаемого участка его (1м) после прохождения 1 пробки, 2-ой, 3-ей, ..., 9-ой и 10-ой пробок с интервалами движения их на этом участке 60 с. Результаты

 

117

экспериментов по качеству очистки молокопровода при этом приведены в таблице 4.10 при мойке его 0,5 %-ным раствором порошка типа А.

Данные этой таблицы показывают, что очистку молокопровода из нержавеющей стали следует считать хорошей уже после прохождения через него четырёх упругих пробок с интервалом между ними в одну минуту, а из стекла — через 5 пробок. Коэффициент светопропускания при этом составлял соответственно 88% для стальных труб и 84% для труб из стекла.

Это позволяет рекомендовать ёмкость магазина для упругих пробок в автомате их ввода в молокопровод равной 5-ти, цикличность их пуска - одна в минуту, а скорость перемещения 2...3 м/с. Пульсатор пневмопривода автомата должен быть настроен на эту частоту - 0,017 Гц.

4.7. Обоснование режимов очистки молокопровода от загрязнений

Процесс очистки исследуемого молокопровода от загрязнений включает фазы предварительного прополаскивания холодной водой для смыва остатков молока, циркуляционной очистки (дезинфекции) растворами моющих синтетических порошков и дезсредств и окончательного прополаскивания от остатков моющего раствора.

Для определения длительности фазы предварительного прополаскивания молокопровода образцы деталей молокопровода после доения коров или предварительного загрязнения (загрязнитель №1) промывались водой температурой 20°С. Продолжительность прополаскивания со сливом воды в канализацию фиксировалась секундомером. Далее проверялось содержание белков в оставшихся загрязнениях. Хорошему качеству прополаскивания соответствовало содержание белков в загрязнениях в пределах 2,5...2,6%.

Установлено, что длительность фазы прополаскивания молокопровода диаметром 52 мм в наибольшей мере зависит от материала деталей и узлов молокопроводной линии, температуры воды и ее скорости (табл. 4.11).

 

С увеличением температуры воды значительных изменений в продолжительности прополаскивания молокопровода до хорошего качества удаления белков без их разрушения не наблюдалось. Рационально верхнюю границу температуры воды, используемой для смыва остатков молока, ограничить 30°С.

Таблица 4.11. Зависимость продолжительности фазы предварительного прополаскивания молокопровода от вида используемого материала деталей его,

температуры и скорости воды

 

Материал молокопровода	Скорость воды, м/с	Температура воды, °С	Длительность фазы прополаскивания, мин	Расход воды на прополаскивание, л
Сталь нержавеющая	2 2 2 4 4 4	20 30 40 20 30 40	2,6 2,0 2,3 2,4 1,8 2,1	52 46 50 89 80 84
Стекло, капрон, полиэтилен	2 2 2 4 4 4	20 30 40 20 30 40	2,8 2,2 2,4 2,6 2,0 2,2	58 49 52 93 82 86
Резина (СКН)	4 4 4 6 6 6	20 30 40 20 30 40	3,4 3,2 3,3 3,2 2,9 3,0	148 140 142 206 191 196
Алюминий пищевой	4 4 4 7 7 7	20 30 40 20 30 40	3,8 3,5 3,6 3,5 3,3 3,4	162 155 158 260 245 250