t − восходящей h ( t ) = K (1 − e T ) ⋅ 1( t ) t − h ( t ) = K ⋅ e T ⋅ 1( t ) . и нисходящей
Для того чтобы построить теоретическую переходную характеристику пульсатора, определять постоянную времени T управляющей камеры вовсе не обязательно. Для этого достаточно текущее время t выразить в долях постоянной времени T , например: t ΄= 0,1 T ; t ΄΄= 0,1 T ; t ΄΄΄= 0,1 T и т.д. (рисунок 2.5).
P
1,0 о.е. R H K
- g
D В E
Pср
P1 01
A /
Pотп
A
C
g
N
0 S U M S1
t
3T
t1 t 2
p
-p
Рисунок 2.5 – Построение релейной (гистерезисной) характеристики пульсатора EDBA΄CAD
При включении доильного аппарата из управляющей камеры через дроссель (точка 0) происходит отсос воздуха – глубина вакуума в камере увеличивается. При достижении в управляющей камере значения вакуума равного P cp (точка B участка характеристики ОАB) клапан скачком перебрасывается из нижнего в верхнее положение, и на выходе пульсатора устанавливается атмосферное давление (точка U). Под действием атмосферного давления увеличивается давление и в управляющей камере – глубина вакуума уменьшается. При достижения глубины вакуума значения P отп (точка А΄) клапан пульсатора опускается и скачком перебрасывается из верхнего в нижнее, исходное, положение (точка А). Камера атмосферного давления Р 0 закрывается, а камера постоянного вакуума Р открывается, и в камере переменного вакуума устанавливается вакуум Р . Релейный механизм пульсатора
возвращается в исходное положение (точка А), и цикл работы пульсатора повторяется ( цикл АВА΄А).
Участок АВ циклограммы является частью экспоненты ОАВК, а участок ВА΄ – частью экспоненты ВА΄N, а их проекции на ось t соответствуют времени истечения t 1 и наполнения t 2 управляющей камеры пульсатора до P cp и P отп клапана.
В результате исследований было установлено, что доильный аппарат с пульсатором «Волга» устойчиво работает и в трехтактном режиме с соотношением тактов 60:30:10, и в двухтактном с соотношением – 60:40. В двухтактном режиме у пульсаторов АДУ-1 и «Майга» соотношение тактов – 70:30, а в трехтактном аппарате с пульсатором АДУ-1 – 70:18:12. Следовательно, серийный пульсатор АДУ-1 без доработки в двухрежимных аппаратах использовать нельзя.
Определенного внимания заслуживают разработки и исследования по автоматическому регулированию соотношения тактов доильного аппарата, выполненные под руководством В.Ф. Королева [14] аспирантом ВИЭСХ С.Я. Гормом еще в середине 60-х годов прошлого века с хорошими производственными показателями [5, 16].
Эти результаты, заслуживающие особого внимания, С.Я. Горм получил довольно оригинальным способом: путем дополнительной нагрузки на шток мембранно-клапанного узла пульсатора пропорционально интенсивности молоковыведения. К сожалению, эти работы были прекращены по причинам несовершенства конструкции аппарата, отсутствия необходимых знаний по динамике вакуумных средств пневмоавтоматизации и другим причинам.
Почти в то же время во ВНИИМЭСХ И.К. Винниковым совместно с ГСКБ (г. Рига) проводились аналогичные работы по пневмоавтоматизации доения для беспривязного содержания коров [38]. Были созданы, научно обоснованы и запатентованы высокоточный мембранный весовой формирователь вакуумных аналоговых сигналов к датчикам интенсивности молочного потока и двухмембранный управляемый пульсатор [40], которых в свое время так не хватало С.Я. Горму для совершенствования его автоматизированного доильного аппарата с изменяющимися параметрами.
Проведенный обзор и анализ предшествующих исследований позволяют заключить, что на сегодняшний день в мире еще не созданы для практики доения коров в стойлах простые, надёжные и безопасные доильные аппараты с изменяющимися параметрами – ни электронные, ни пневматические.
Согласно уравнениям (1.1) и (1.2) условия равновесия сил в моменты переключения клапанов пульсатора будут следующими:
P cp S 1 = PS 2 + F ,
P S = PS + F
отп 1 3 ,
где S 1, S 2, S 3 – эффективные площади мембраны и клапанов;
F – сила давления мембранно-клапанного узла пульсатора.
Условия равновесия мембранно-клапанного механизма пульсатора можно записать в виде математической модели
⋅
P S 2
P =
cp S 1 F
+ , (2.3)
P ⋅ S S
P = 3 1
отп S
1
откуда можно сделать вывод, что при силовом воздействии чувствительного элемента датчика интенсивности молочного потока на мембранно-клапанный узел пульсатора величины вакуума срабатывания Р ср и отпускания Р отп клапанов изменяются на одну и ту же величину, пропорциональную интенсивности молоковыведения.
Опираясь на этот вывод, обратимся к рисунку 2.5, на котором построена релейная (гистерезисная) характеристика пульсатора, и проанализируем её. При любом сигнале датчика
∆ Р = Р ср – Р отп = const,<br><!-- End of picture text -->
и релейная характеристика EDBA΄CAD, описывающая участок дуги АВ восходящей экспоненты ОАВК, будет перемещаться в координатном поле «вверх–вправо» или «вниз–влево» по экспоненте вместе с её точками АВ.
Причём в верхнем положении, когда Р ср → 1,0, длина дуги АВ и её проекция t 1 на ось абсцисс могут возрастать, а проекция t 2 будет уменьшаться.
При обратном движении по гистерезисной петле, когда Р отп → 0, длина дуги АВ и проекция t 1 будут уменьшаться, а длина дуги ВА΄ и её проекция t 2 – возрастать.
В среднем положении гистерезисной петли АВ = ВА΄ и t 1 = t 2. При этом время цикла Т ц = t 1 + t 2 будет минимальным, а частота пульсаций f = 1/ Т ц – максимальной. В крайних верхнем и нижнем положениях Т ц имеет максимальное значение, а f – минимальное .
Таким образом, используя релейные свойства устройства, можно изменять не только соотношение тактов, но и частоту пульсатора. Рабочий процесс пульсатора доильного аппарата осуществляется не произвольно, а по алгоритму в виде релейной (гистерезисной) характеристики, и его параметрами можно управлять по сигналам датчика интенсивности молочного потока.
Применение в исследованиях пульсаторов классической теории систем автоматического регулирования и управления позволяет получить новые знания для создания на основе пульсатора простейшего компактного устройства управления соотношением тактов, частотой пульсаций и величиной вакуума под соском адаптивных доильных аппаратов для всех типов доильных установок, включая стойловые и пастбищные.
