УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА МОЛОКА НА ДОИЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству, в частности к животноводству и предназначено для измерения количества молока на доильных установках.
В основе устройств для измерения количества молока на доильных установках лежат два принципа - объемный и весовой. При кажущейся простоте реализации объемный принцип имеет очень серьезный недостаток - точность измерения количества молока низкая. Этот недостаток обусловлен тем, что молоко из доильного аппарата в устройство для измерения количества молока поступает сильно вспененным (из-за подсоса воздуха через специальное отверстие коллектора доильного аппарата). При этом на количество воздуха в молоке влияет множество трудно контролируемых факторов: интенсивность потока молока, его температура и жирность, точность изготовления подсасывающего отверстия, уровень вакуума в доильном аппарате и т.д. В этой связи установить корреляцию между объемом молока с воздухом и истинным объемом в нем молока чрезвычайно трудно.
Наиболее перспективным для создания устройств для измерения количества молока является весовой принцип. Из их большого многообразия привлекают внимание своей надежностью устройства пассивного типа, т.е. устройства, у которых отсутствует управляемый привод для освобождения отмеренной порции молока, и оно происходит за счет сформировавшейся порции молока. К ним, например, относятся
устройства лоткового типа.
Известно устройство для измерения количества молока, содержащее емкость с опрокидывающимся двухкамерным лотком с перегородкой и счетчик, получающий импульсы при поворотах лотка (SU N 276609, кл. А 01 J 7/00, 1970 г.). Надежность этого устройства определяется надежностью узла датчика, преобразующего опрокидывание лотка в импульс.
Наиболее близким решением к заявленной полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения количества молока на доильной установке, включающее емкость из диамагнитного материала с заливным патрубком и установленным в ней на оси опрокидывающимся лотком с перегородкой, на которой установлен постоянный магнит, пневматический датчик, расположенный на наружной боковой поверхности емкости и снабженный соплом, ферромагнитом и соединенный через пневматический дроссель со счетчиком импульсов (SU N 1528400, кл. А 01 J 7/00, 1990 г.).
Недостатком такого устройства является невысокая его надежность в работе из-за невозможности получения на выходе датчика стабильного фиксированного выходного сигнала, необходимого для срабатывания счетчика импульсов. Причиной этого является ряд факторов. Прежде всего, следует учитывать особенность работы устройства для измерения количества молока такого типа. Небольшая длительность формирования выходного сигнала вытекает из кратковременного взаимодействия магнитной пары в момент прохождения магнитного прерывателя, установленного на лотке в поле ферромагнита чувствительного элемента датчика, составляющая примерно 0,1 сек. Причем это время нельзя увеличивать а, наоборот, для повышения точности измерения следует уменьшать, так как чем быстрее опрокидывается лоток, после перехода центра его тяжести через вертикаль оси поворота, тем меньшую погрешность будет вносить в измерение часть молока, доливающаяся в эту половину лотка за время ее прохождения под заливной горловиной.
Время для формирования выходного сигнала определяется временем, необходимым для достаточно большой деформации чувствительного элемента (сопла) 1...2 мм. Переходный процесс при этом будет иметь вид плавной кривой. Следует подчеркнуть, что исполнение чувствительного элемента в качестве упругого канала сопла нецелесообразно в принципе, поскольку надежность работы струйного датчика в этом случае зависит от упругих свойств элемента и стабильности во времени его характеристик.
Скорость передачи сигнала, зависит от перепада давления. Используемый в струйном пневматическом датчике вакуум ограничен по уровню техническими характеристиками вакуумной системы доильной установки и не превышает 50 кПа (в сравнении с использованием для этой цели избыточного давления, например, стандартного уровня 140 кПа). Естественно, что при использовании вакуума в сравнении с избыточным давлением будут иметь место меньшие перепады давления, следовательно, крутизна характеристик переходных процессов будет более пологой и скорость распространения сигнала значительно меньшей. Этому на практике будет способствовать наличие в струйном датчике фильтра, являющегося по сути дросселем, характеристики которого будут меняться со временем, так как он склонен к засоряемости из-за всасывания воздуха из рабочего помещения фермы. При этом воздух из помещения подсасывается непрерывно, а не только в моменты срабатывания датчика, что увеличивает возможность засорения фильтра. По этой причине ухудшаются расходные характеристики датчика.
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение надежности работы устройства за счет формирования фиксированного выходного сигнала.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения количества молока на доильных установках содержит емкость с установленным в ней на оси опрокидывающимся лотком с перегородкой, на которой установлен постоянный магнит, пневматический датчик,
расположенный на наружной боковой поверхности емкости и снабженный соплом, ферромагнитом и соединенный через пневматический дроссель со счетчиком импульсов.
Корпус пневматического датчика выполнен в виде трех полостей, разделенных двумя мембранами разного размера (с различной рабочей площадью), которые скреплены друг с другом осью, ферромагнит установлен на мембране меньшего размера, расположенной со стороны постоянного магнита, на противоположной мембране большего размера установлена заслонка, предназначенная для закрытия сопла, которое соединено с пневматическим дросселем и пневматической емкостью, причем полость, расположенная между мембранами, и пневматический дроссель соединены с источником подачи воздуха, а две другие полости соединены с атмосферой, при этом полость с мембраной большего размера соединена с атмосферой через дополнительный пневматический дроссель.
Пневматический датчик соединен со счетчиком импульсов через пневматическое реле.
В предлагаемом пневматическом датчике применяется сжатый воздух стандартного давления, примерно 140 кПа, что обеспечивает большие перепады давления и большие скорости передачи пневматических сигналов.
Использование в пневматическом датчике контакта "сопло - заслонка" позволяет достигнуть формирование выходного сигнала пневматического датчика при меньшей на порядок деформации упругого чувствительного элемента (0,1 мм). Наличие пневматической емкости необходимо для образования в полости пневматического датчика с мембраной большего размера избыточного давления при открытии сопла. Благодаря наличию дополнительного пневматического дросселя воздух из этой камеры не сбрасывается сразу в атмосферу, а задерживается здесь. При этом сила, образованная давлением сжатого воздуха и действующая на мембрану, ускоряет ее перемещение, т.е. ускоряет полное открытие контакта "сопло-заслонка", и тем самым увеличивает крутизну выходного сигнала датчика.
ск
ск
Кроме того, замедление истечения воздуха из этой камеры через дополнительный дроссель в атмосферу растягивает сформированный выходной сигнал по времени. Время формирования выходного сигнала пневматического датчика зависит от выбора объемов пневматической емкости V и сопловой камеры V, а также расходной характеристики дополнительного дросселя (V≈(2÷6)V).
В предлагаемом пневматическом датчике упругость его чувствительного элемента зависит от давления воздуха на мембрану, Упругостью, так называемых вялых мембран, изготавливаемых из резинотканевого полотна толщиной около 0,17 мм и используемых, например, в изделиях Универсальной системы, элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА) при небольших деформациях до 0,5 мм пренебрегают (Отраслевой каталог. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации. Элементы пневмоавтоматики. ЦНИИТЭИ приборостроения. Выпуск 15, М., 1985 г.).
Наличие пневматического датчика с двумя мембранами, скрепленных друг с другом неподвижной осью, исключает перекос заслонки под действием веса ферромагнита на мембрану и обеспечивает надежную работу контакта "сопло - заслонка".
Для более четкой работы устройства при увеличении расстояния между датчиком и счетчиком импульсов целесообразно установить пневматическое реле. В этом случае пневматический датчик будет выдавать сигнал на небольшую глухую емкость близко расположенного пневматического реле, который будет выполнять функцию усилителя по расходу сжатого воздуха.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена общая схема устройства для измерения количества молока на доильных установках;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - конструктивная схема пневматического датчика;
на фиг.4 - принципиальная схема подключения пневматического реле;
Устройство для измерения количества молока включает в себя емкость 1, выполненную из диамагнитного материала, например поликарбоната или нержавеющей стали, приемную камеру 2, опрокидывающийся лоток 3, установленный в корпусе емкости на оси 4 и снабженный перегородкой 5, разделяющей лоток 3 на две полости 6 и 7. В верхней части перегородки 5 установлен постоянный магнит 8. Внутри корпуса закреплены опоры 9 для ограничения поворота лотка 3. На наружной боковой поверхности емкости 1 установлен пневматический датчик 10, содержащий ферромагнит 11, мембраны 12 и 13 различного размера, скрепленные друг с другом осью 14, контакт «сопло 15 - заслонка 1б». Сопло 15 соединено с пневматической емкостью 17 и пневматическим дросселем 18, подключенным к источнику 19 подачи сжатого воздуха Р пит. Ферромагнит 11 закреплен на мембране 12 меньшего размера, а заслонка 16 - на мембране 13 большего размера. Мембраны 12 и 13 разделяют пневматический датчик 10 на три изолированные полости А, Б и В. На участке пневмолинии «дроссель 18 - сопло 15 - емкость 17» снимается выходной сигнал Рвых. пневматического датчика 10. Стабилизированное давление питания Рпит сжатого воздуха напрямую подается в межмембранную полость Б. При этом за счет того, что рабочая площадь мембраны 13 больше рабочей площади мембраны 12, результирующая сила перемещает мембраны с осью 14 и заслонкой 16 в крайнее правое положение и обеспечивает закрытие сопла заслонкой. Полости А и В сообщаются с атмосферой, причем полость В через дополнительный пневматический дроссель 20.
Выход пневматического датчика 10 Рвых. подключается к счетчику импульсов 21 через пневматическое реле 22, в качестве которого, например, может быть использовано серийно выпускаемое пневматическое реле с пружиной типа П1Р. 3 (Отраслевой каталог. Государственная система
промышленных приборов и средств автоматизации. Элементы пневмоавтоматики. ЦНИИТЭИ приборостроения. Выпуск 15, М., 1985 г.).
Емкость 1 через патрубок 23 подсоединяется к доильному аппарату, а через патрубок 24 - к молокопроводу.
Пневматическое реле 22 состоит из четырех секций, трех плоских резинотканевых мембран, соединенных осью в мембранный блок и двух сопл. Секции и мембраны образуют четыре камеры Г, Д, Е и Ж. В камере Ж установлена пружина. Жесткие центры крайних мембран служат заслонками и вместе с соплами образуют два пневмоконтакта «сопло -заслонка». Сопло со стороны пружины нормально открыто, а противоположное при этом закрыто. Камера Ж сообщается с атмосферой. Схема включения реле 22, показанная на фиг.4, обеспечивает выполнение логической функции "ДА", т.е. при подаче сигнала Рвых.=1 мембранный блок прижимая пружину отрывает сопло в камере Г и закрывает сопло в камере Ж пропуская давление Рпит. на выход пневмореле Рвых р=1 к счетчику импульсов 21.
пит
Исходным состоянием является установившийся вакуум в емкости 1 (46кПа) и стабилизированное избыточное давление сжатого воздуха Рпит.=140 кПа. При действии давления сжатого воздуха Рпит на мембраны 12 и 13 с разной рабочей площадью заслонка 16 прижимается к соплу 15 и закрывает его. На выходе пневматического датчика 10 и пневматического реле 22 устанавливается дискретный сигнал Рдых. Р=Рвых.=1, соответствующий давлению Р.
Устройство для измерения количества молока на доильных установках работает следующим образом.
Молоко, поступающее из доильного аппарата через патрубок 23 и приемную камеру 2 заливается в одну из полостей, например полость б, лотка 3, смещая центр его тяжести. При достижении центром тяжести вертикали оси поворота, лоток 3 опрокидывается до опоры 9. Молоко, находящееся в полости б выливается в емкость 1 и через патрубок 24
транспортируется в молокопровод. При опрокидывании лотка 3, укрепленный на нем постоянный магнит 8 проходит вблизи пневматического датчика 10, кратковременно притягивая к себе ферромагнит 11, а вместе с ним и две скрепленные друг с другом осью 14 мембраны 12 и 13. Вследствие этого заслонка 16 открывает контакт «сопло 15 - заслонка 16» и пропускает в полость В с мембраной 13 сжатый воздух из пневматической емкости 17. Сброс этого воздуха в атмосферу задросселирован дополнительным дросселем 20, поэтому образовавшееся избыточное давление в полости В не сбрасывается мгновенно в атмосферу, а действуя на мембрану 13 способствует ускорению ее перемещения, а вместе с тем и устойчивому (фиксированному) открытию контакта «сопло 15 - заслонка 16». При этом небольшое перемещение заслонки (0,1мм) достаточно для формирования фиксированного выходного сигала Рвых=0.
Продолжительность формирования выходного сигнала датчика увеличивается за счет замедления сброса воздуха в атмосферу через дополнительный пневматический дроссель 20.
Падения давления Рвых в пневматической емкости 17 и линиях соединения при открывании контакта «сопло - заслонка» достаточно для того, чтобы сработало (переключилось) пневматическое реле 22, направляя при этом сигнал счета Рвых=0 на счетчик импульсов 21.
Следует отметить, что применение сжатого воздуха в пневматическом датчике устройства для измерения количества молока не требует специальной организации линии его питания, так как многие современные доильные установки, в частности, производства США фирмы "Babson" оснащаются линией сжатого воздуха, необходимой как для выполнения задач управления процессами доения и кормления, так и для привода пневматических исполнительных механизмов.
Преимущества полезной модели вытекают из надежности работы устройства, поскольку это ведет и к повышению точности учета надоев молока и к увеличению срока его эксплуатации. Исследования показали
работоспособность и надежность предложенного устройства.
Разработанное устройство для измерения количества молока на доильных установках необходимо для автономной подсистемы учета индивидуальных надоев молока от каждого животного и для автономной подсистемы управления процессом доения (доильным аппаратом) в составе с пневматическим контроллером доения на доильных установках типа "Елочка", "Тандем", "Карусель".