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

V - (V₀ - V)^(0,361 -1)    2(V₀ - V)^

t,„=- 

(0,266-K) 

(2.32)

При расчете длительности переходных процессов в управляющей камере пульсоусилителя значения интегралов, входящих в эти выражения, определяются в зависимости от отношения —по табличным данным [70].

Ра

Полученные закономерности позволяют определить длительность переходных процессов в управляющей камере пульсоусилителя и их зависимость от конструктивных размеров пульсоусилителя, диаметров его мембраны и клапанов.

Подача воздуха в молокопровод в виде пульсирующих «зарядов-пробок» позволяет усилить воздействие газожидкостной моющей смеси на стенки молокопровода и улучшить процесс их очистки от загрязнений. Однако течение этой смеси по-прежнему более мощное и интенсивное в нижней части молокопровода по сечению его трубы. Верхняя часть стенки трубы молокопровода омывается хуже и для ее очистки требуется периодически про-

 

62

пускать через молокопровод в процессе его циркуляционной промывки упругие пробки, выполняющие роль механических скребков.

• 

2.4. Основные закономерности очистки молокопровода при подаче в него упругих пробок

При промывке молокопровода с целью повышения эффективности очистки от загрязнений специальным устройством обеспечивается периодическая подача упругих пробок в газожидкостный поток [54, ПО]. Диаметр упругой пробки больше внутреннего диаметра очищаемого молокопровода. Упругая пробка, введенная в трубопровод, обеспечивает перекрытие его сечения. Под действием давления газожидкостного потока происходит некоторое сжатие упругой пробки, и ее боковая поверхность с большей силой прижимается к очищаемой поверхности. Продвигаясь по молокопроводу, упругая пробка удаляет слой загрязнений, тем самым, осуществляя устойчивую и полную очистку молокопровода.

Схема сил, действующих на упругую пробку в процессе удаления загрязнений

 

1			2 /	,-Ь	3
	Q	1 ГУЧ>	/
J£+						h
					ч
	F*  *то     L		»	<  J	L

1 - очищаемый молокопровод; 2 - упругая пробка; 3 — слой загрязнений

Рис. 2.8.

 

63

Кроме того, при перемещении упругой пробки срывается ламинарная пленка с очищаемой стенки, поверхностное натяжение на разделах двух фаз — раствора и воздуха - в концах «снарядов» создает увеличенное сопротивление, которое усиливает трение, в результате чего повышается воздействие на внутреннюю поверхность трубопровода.

Рассмотрим процесс очистки молокопровода от загрязнений с помощью упругой пробки. Для этого составим уравнение равновесия сил, действующих на нее в молокопроводе (рис. 2.8):

ApS-F^-F^O, (2.33)

где Др - величина перепада давления, необходимого для движения пробки, Н/м²; S - площадь сечения трубопровода, м², S = %D²14; D - внутренний диаметр трубопровода, м; F_c - общее сопротивление резанию пленки загрязнений, Н; F_Tp - сила трения, обусловленная силой упругости пробки F_ynp:

F_Tp=f_TpF_ynp, (2.34)

где fip - коэффициент трения пробки о стенки трубы. Сила упругости пробки имеет две составляющие:

F_ynp=F_ynPi+F_ynp2, (2.35)

где Fy_npi - сила упругости, обусловленная воздействием на упругую пробку стенок трубопровода, Н:

F_ynpi=c-a₀, (2.36)

с - относительная жесткость материала упругой пробки, Н/м²; ао - абсолютная деформация упругой пробки, м:

a₀=D_n-D, (2.37)

D_n - диаметр упругой пробки, м;

Fynp2 - сила упругости, возникающая под действием осевого давления на пробку, Н:

 

64

q — коэффициент бокового распора:

^ = 7^, (2.39)

|х - коэффициент Пуассона.

Подставляя выражения (2.36), (2.37), (2.38) и (2.39) в формулу (2.35), получим

F_ynp=c-(D_n-D) + Ap^<;. (₂.40)

Следовательно, сила трения F_Tp будет равна

c.(D_n-D) + Ap^<;

ттП²

F_TO=f_ro

тр тр

(2.41)

'• 

Величину общего сопротивления срезанию пленки загрязнений определяем по рациональной формуле акад. В.П. Горячкина:

Fc=Fo+^ + F„» (2-42)

где F₀— некоторое постоянное сопротивление резанию, Н;

V_a- сопротивление деформации срезаемого слоя загрязнений, Н; F₀- сила, необходимая для отбрасывания стружки, Н. Величину F₀ можно рассчитать по формуле

F₀=Bbf;5, (2.43)

где В - коэффициент, зависящий от механической прочности материала, Н/м²; b - длина режущей кромки пыжа, участвующая в работе, м; t_p — толщина режущей кромки пыжа, м; m - показатель степени;

8 - отношение величины пути сжатия к длине элемента стружки. Сопротивление деформации удаляемого слоя пленки загрязнений и трению о грани режущей кромки ¥_д определим по формуле

F^/cbh, (2.44)

 

65

где h — толщина удаляемого слоя загрязнений, м; к - предельное напряжение скалывания. Напряжение скалывания к зависит от напряжения растяжения к/ и напряжения сжатия к₂ и определяется формулой

1

k=2"s/^T» 

(2.45)

 

#) 

Для расчета силы F_y известна формула [90]:

(2.46)

F₀=8bhu\ где є - размерный коэффициент, Н/с²м⁴; и - скорость резания, м/с. Таким образом, общее выражение для определения средней силы среза загрязнений на внутренней поверхности молокопровода будет

F_c = ВЫ™5 + кЫ\ + ebhu². (2.47)

Подставляя в выражение (2.33) значения силы трения F_Tp и общего сопротивления резанию F_c по формулам (2.41) и (2.47), получим

 

Др^-f.

тр 

c.(D_n-D) + Ap^-<;

-Bbt;5~Kbh-8bhu²=0.

(2.48)

Отсюда диаметр упругой пробки, обеспечивающий достаточно полное удаление слоя загрязнений на внутренней стенке молокопровода, будет

D <D + 

1

 

 

Др—(і - f^q)- Bbt;5 - Kbh - ebho² 

(2.49)

Анализ этой зависимости показывает, что он зависит не только от перепада давлений на торцах пробки, но и свойств материала упругой пробки и слоя загрязнений, которые необходимо определить в процессе экспериментальных исследований.

 

66

Выводы

1. Загрязнения на внутренней поверхности молокопровода доильных установок классифицируются по степени связности с ней жировых шариков, отделение которых под действием энергии потока моющего раствора зависит от межфазной энергии на границе «молочный жир - моющий раствор», краевого угла смачивания молокопровода молочным жиром и приращения площади контакта каждого жирового шарика с ним на пути его сдвига при мойке.
2. Для интенсификации процесса очистки молокопровода от загрязнений целесообразно в него в течение фазы циркуляционной мойки и дезинфекции периодически дополнительно подавать воздух атмосферного давления и эластичные пробки для механической чистки его внутренней поверхности.
3. Цикл работы пульсоусилителя для подачи в молокопровод воздуха атмосферного давления при его циркуляционной мойке включает время операций впуска воздуха в него и продолжительность перерыва между очередными подачами воздуха. Длительность их зависит от вместимости управляющей камеры пульсоусилителя и расходных характеристик линии ее пневмопривода.
4. В результате анализа движения упругой пробки в молокопроводе при механической чистке его от пристенных загрязнений обоснован ее диаметр в зависимости от перепада давлений на торцах пробки, свойств ее материала и слоя загрязнений.
5. Полученные теоретические зависимости требуют экспериментальной проверки и определения входящих в них коэффициентов.
 

67

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Общая программа и методика исследования

Программой исследования предусматривалось:

• определение параметров моющей жидкости и её физико-механических свойств;
• совершенствование технологии механической очистки внутренней поверхности молокопровода с помощью упругих пробок;
• экспериментальная проверка полученных теоретических зависимостей и определение некоторых величин, входящих в них;
• применение полученных результатов исследования в целях расчета и проектирования систем циркуляционной мойки молокопровода доильных установок.

В соответствии с этим в процессе экспериментов исследованы следующие основные вопросы:

• закономерности течения моющей жидкости в молочном тракте доильной установки;
• значения краевых углов смачивания компонентами загрязнений деталей молочной линии доильной установки;
• температурный режим мойки молокопровода;
• качество очистки молокопровода в зависимости от параметров потока и времени очистки;
• режимы мойки в каждую её фазу;
• качество очистки молокопровода в зависимости от конструктивных параметров, материала используемых упругих пробок и частоты их пропуска;
• энергетические показатели процесса очистки молокопровода.
 

68

Исследования проводились во ФГОУ ВПО Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия (АЧГАА) на кафедре механизации и технологии животноводства (М и ТЖ).

В процессе исследования изготовлен и применялся фрагмент модернизированной доильной установки АДМ-8А с увеличенным диаметром моло-копровода. В качестве моющих растворов использовались растворы моющих порошков А, Б, В, «Дезмол» и другие синтетические моющие средства в донской воде, жесткость которой не превышала 4 миллиграмм-эквивалентов на 1 л [34]. В качестве материала упругих пробок использовался пенополиуретан различной плотности и жесткости.

В экспериментальных исследованиях использовались преимущественно однофакторные опыты, когда варьировался один из факторов процесса, влияющих на параметр оптимизации [11, 29, 83].

Отбор проб моющей жидкости и исходного молока, подготовка их к испытанию проводились по стандартной методике согласно ГОСТ 13925-84.

Определение цвета, запаха, концентрации смывов и растворов осуществлялось органолептическим методом, температуры - по ГОСТ 26754-85, плотности - по ГОСТ 3625-84, массовой доли жира - по ГОСТ 5867-90, кислотности - по ГОСТ 3624-67, бактериальной обсемененности — по редуктаз-ной пробе согласно ГОСТ 9225-84.

3.2. Описание приборов и экспериментальной установки

Экспериментальные исследования процесса очистки внутренней поверхности молокопровода от загрязнений производились в лабораторных условиях на фрагменте доильной установки, оборудованном серийной и экспериментальной системами мойки.

Фрагмент доильной установки был оснащен вакуум-насосом УВУ-60/45 с приводом от электродвигателя, вакуумпроводом, моечной ванной, водонагревателем ВЭТ-200, молокопроводом из нержавеющей стали диметром

 

69

52 мм, молокосборником, молочным насосом НМУ-6, пневмоустройством для подачи воздуха в моющий раствор и устройством автоматической подачи упругих пробок в молокопровод.

Величина вакуума в системе устанавливалась подбором массы вакуумного регулятора, пределы варьирования его выбраны широкими: от 15 до 60 кПа, контроль глубины вакуума осуществлялся по показаниям образцового вакуумметра. Абсолютная погрешность измерения вакуума составляла ± 0,5 кПа.

Для определения частоты пульсаций использовался секундомер двух-стрелочный «51СД» с ценой деления 0,1 с. Погрешность определения времени им не превышала ± 0,2 с на интервале 15 мин.

Характер изменения давлений и величины вакуума в молокопроводе, магазине-питателе, камерах пульсоусилителя и пульсаторов определялся с помощью мембранных тензодатчиков (рис. 3.1). Тензодатчик состоял из корпуса 1, гайки 3 и мембраны 2 из инструментальной стали. На мембрану 2 наклеивался рабочий проволочный датчик 4. Объем полостей тензодатчика был незначителен и не оказывал заметного изменения суммарного объема исследуемой системы. Датчики закреплялись в расточках молокопровода и крышек пульсатора, пульсоусилителя и магазина-питателя, что позволяло записывать процессы при работе данных экспериментальных устройств.

Схема тензодатчика

1 - корпус; 2 - гайка; 3 - мембрана; 4 - проволочный датчик

Рис. 3.1. Выводные концы всех тензометрических датчиков соединялись с усилителем ТД-6А, от которого усиленный сигнал подавался на плату АЦП (Рис. 3.2).