5.2 Модели и характеристики вакуумных пульсаторов
доильных автоматов
Для оптимизации конструкции доильных автоматов необходимо иметь математическое описание динамики его узлов, в том числе пульсаторов, которое до сих пор недостаточно отработано. Известно, что наиболее подходящей моделью для описания динамики объектов управления, которым является, например, мембранный пульсатор, является модель в виде структурной схемы. В настоящей работе предпринята попытка математического описания динамики пульсатора на основе опыта и теории элементов промышленной пневмоавтоматики и систем автоматического регулирования. Пульсатор рассматривается как пневматический элемент релейного действия.
В связи с тем, что в двухрежимном двух-трехтактном доильном аппарате основной процесс молоковыведения осуществляется в двухтактном режиме, а трехтактный режим в начале и в конце доения является вспомогательным, базовым должен быть пульсатор двухтактного доильного аппарата.
На основе знаний, полученных в ходе ранее проведенных исследований, была сформулирована научная гипотеза, предполагающая, что рабочий процесс пульсатора доильного аппарата осуществляется не произвольно, а по гистерезисной петле, как по алгоритму, включающему конечный набор правил со строго определенными оптимальными параметрами, которыми можно управлять по сигналам датчика интенсивности молоковыведения.
Разработанный графоаналитический аппарат позволяет определять постоянные или изменяющиеся скачком характеристики и параметры одномембранных пульсаторов, релейные характеристики которых определяются соотношением эффективных площадей мембраны, клапанов и сопл, а временные параметры – проводимостью дросселя и объемом управляющей камеры. Желаемое плавное изменение выходных параметров пульсатора в зависимости от интенсивности и фазы молоковыведения при этом невозможно.
В промышленной пневмоавтоматике используются универсальные трехмембранные пневмореле, которые позволяют изменять выходной сигнал с управляемого объекта [11, 99]. Исследования возможностей и целесообразности использования таких реле в доильных аппаратах были проведены во ВНИПТИМЭСХ В.А. Петровским [6]. Несмотря на положительные результаты исследования, использование промышленных пневмореле в доении оказалось нецелесообразным из-за сложности конструкции и тяжелых условий эксплуатации, требующих разборки неразборных реле.
В результате проведенных ранее во ВНИПТИМЭСХ исследований [6, 11] был сделан вывод, что разборное вакуумное пневмореле, работающее в режиме генератора плавно изменяющихся импульсных сигналов, можно реализовать по схемам рисунков 5.6 а или 5.6 б на базе пульсаторов отечественных серийных доильных аппаратов. Для этого по схеме рисунка 5.6 а необходимо установить дополнительную мембрану, а по схеме рисунка 5.6 б между управляющей камерой и камерой постоянного вакуума необходимо вместо одной мембраны установить блок двух мембран: с мягким (со сторо-
ны камеры постоянного вакуума) и с жестким (со стороны управляющей камеры) центрами. В результате между мембранами образуется дополнительная камера переменного подпора P , изменяющегося в процессе доения пропорционально интенсивности молоковыведения. В релейных схемах промышленной пневмоавтоматики параметры гистерезисной петли обеспечивают подпоры, например, в реле П1Р.1 величину малого подпора принимают равной P м = 0,3 Р пит, большого P б = 0,7 Р пит. В пульсаторах их обеспечивают разные площади сопл S 2 и S 3. Переменный подпор P обеспечивает положение гистерезисной петли на восходящей экспоненте.
S 1 Р 1 V 1 1 S 1 V 1 P 1 1
P P
P
α S 2 3
2
α
4 S S2 3
Р 2 P
S 3 5
P 0 4
S 2 S 3 5 P 2
P 0
P
а б
-
а – пульсатор с дополнительной мембраной; б – пульсатор с блоком
-
двух мембран; 1 – управляющая камера; 2 – камера подпора; 3 – камера постоянного вакуума; 4 – камера переменного вакуума; 5 – камера атмосферного давления; Р 0 – атмосферное давление; Р – величина вакуума в системе питания; Р 1 – давление в управляющей камере
-
пульсатора; Р 2 – переменный выходной вакуум; P – величина вакуума в управляющей камере подпора; V 1 – объем управляющей камеры
-
пульсатора; α – проводимость дросселя пульсатора; S – эффективная площадь мембраны управляющей камеры подпора; S 1 – эффективная площадь мембраны пульсатора; S 2, S 3 – площади клапанов
Рисунок 5.6 – Схемы управляемых пульсаторов
Исследуемые управляемые пульсаторы являются основным узлом сложной вакуумной линейной пневматической системы – доильного аппарата с изменяющимися в зависимости от интенсивности и фазы молоковыведения параметрами (рисунок 5.7) [65, 66, 67].
Управляемый доильный аппарат может работать в четырех режимах:
-
в обычном двухтактном режиме при отсутствии датчика и управля-
-
ющего устройства с ручным включением и выключением;
68
6 5 4
3
S 1 Р 1 V 1
α Р
S 2
P 2
S 3 Р 0
S
P
P
9
10
11
7
2
Р
8
1
9
N
S
-
Значения вакуума: P – в аналоговой управляющей камере подпора,
-
P – в системе питания; Р 1 – в управляющей камере; Р 2 – в камере вакуума; Р 0 – атмосферное давление; α – проводимость дросселя; V 1 – объем управляющей камеры; S , S 1 – эффективные площади мембран;
-
S 2, S 3 – площади клапанов; 1 – коллектор; 2 – доильный стакан;
-
3 – пневмосъёмник; 4 – пульсатор; 5 – пневмодроссель; 6, 11 – элементы ИЛИ; 7 – сильфонное управляющее устройство; 8 – обратный клапан;
-
9 – магнитоструйный датчик вакуумных сигналов; 10 – управляющая камера подпора
Рисунок 5.7 – Пневматическая схема доильного аппарата с изменяющимися в зависимости от интенсивности и фазы молоковыведения параметрами
