СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВАКУУМНОГО НАСОСА ДОИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к сельскохозяйственной области производства молочных продуктов, именно к технике и технологии машинного доения, более конкретно, к системе автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки.
Известна вакуумная система доильной установки, включающая вакуумный насос, вакуумный баллон, электродвигатель, клиноременный вариатор оборотов вакуумного насоса и рычажный привод для изменения положения шкива вариатора от пневмокамеры (см. авт.св. СССР №1500219, опубл. 15.08.89, бюл. №30).
Производительность вакуумного насоса в известной системе увеличивается при уменьшении разрежения в коммуникациях доильной установки и пневмокамере конической формы, изгиб упругого дна которой через систему рычагов передается на управляемый шкив вариатора, увеличивая частоту вращения вакуумного насоса для поддержания требуемого давления в вакуумном баллоне.
Недостатком такой системы является переменная величина разрежения в подсосковых камерах доильных стаканов из-за потерь разрежения на перемещение молока и воздуха в системе коммуникаций, в том, числе, на участке коллектор - молокопровод. Поддержание необходимого для технологии машинного доения разрежения в магистралях известной системы осложняется при изменении числа одновременно работающих доильных аппаратов.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является система автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки, включающая вакуумный насос, электродвигатель, клиноременный вариатор привода вакуумного насоса вакуумный баллон, регулятор разрежения, вакуумметр, блоки сигнализации и управления вариатором (см. патент РФ №2075929, дата публик. 27.03.1997 г. - прототип).
Особенностью известной системы является наличие электромеханической обратной связи между расходом воздуха в магистральном вакуумпроводе и производительностью вакуумного насоса.
При этом расход воздуха в известной системе определяется скоростью вращения крыльчатки в тракте вакуумпровода. Напряжение генератора, пропорциональное числу оборотов крыльчатки, после усиления подается на электромагнит, установленный по оси вакуумного насоса. Электромагнит обеспечивает соответствующее перемещение шкива клиноременного вариатора и изменение производительности вакуумного насоса.
В известной системе, в зависимости от степени откачки воздуха, скорость вращения генератора напряжения и обороты вала ротора вакуумного насоса могут снижаться до минимальных или увеличиваться до максимальных значений. При этом разрежение из вакуумного баллона по трубке и соответствующий ток из усилителя напряжения передаются в блок сигнализации для звукового и светового оповещения персонала. Это может происходить, в том числе, в случаях несанкционированного прекращения доения или появления в магистрали источника повышенного расхода воздуха.
Если в известной системе стабилизации вакуумного режима своевременно не устранить упомянутые нарушения, блок сигнализации через магнитный пускатель самостоятельно отключит электродвигатель от сети. Указанные режимы отключения питания вакуумного насоса могут часто повторяться и являются по существу аварийными. Это приводит к снижению эффективности доильной установки и нарушению технологии машинного доения.
Решаемой задачей полезной модели является создание сравнительно простой и надежной системы автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки, обеспечивающей повышение стабильности вакуумного режима и эффективности функционирования доильных аппаратов в условиях фермерского хозяйства, в том числе, при изменении режимов доения.
Указанная задача решается тем, что в системе автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки, включающей вакуумный насос, электродвигатель, клиноременный вариатор привода вакуумного насоса, вакуумный баллон, регулятор разрежения, вакуумметр, блоки сигнализации и управления вариатором, согласно полезной модели, система содержит электроуправляемый регулирующий клапан в линии импульсного канала, электромеханические датчики давления и оборотов электродвигателя и пневмоцилиндр, шток поршня которого расположен по оси вала вакуумного насоса и механически связан с управляемым коническим шкивом вариатора, причем рабочая полость пневмоцилиндра соединена через импульсный канал с вакуумным трактом между регулятором разрежения и аппаратами доильной установки,
вакуумметр снабжен указанным датчиком давления, выход которого через усилитель соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом датчика оборотов электродвигателя, первый выход блока управления соединен с электрическим входом привода указанного клапана, а второй выход блока управления соединен с входом блока сигнализации.
Кроме того, синхронизатор смещения шкивов вариатора может быть выполнен в виде пружинного компенсатора или в виде коромысла с опорой между противолежащими парами шкивов.
Кроме того, блок сигнализации может содержать средства для оптико-акустического оповещения персонала и аварийного отключения электродвигателя.
Такое выполнение системы автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки позволяет сравнительно простыми средствами обеспечить надежность и стабильность работы системы вакууммирования магистралей и камер аппаратов доения, в том числе, при изменении режимов доения и, тем самым, повысить эффективность доильной установки.
Наличие в предложенной системе автоматического регулирования обратной связи «вакуум - производительность насоса» по параметру давления через указанный импульсный канал к пневмоцилиндру обеспечивает поддержание основных режимов работы системы. Дополнительное регулирование по числу оборотов электродвигателя и изменению проходного сечения регулирующего клапана в импульсном канале обеспечивает более тонкую настройку давления в линии обратной связи и дополнительное повышение надежности функционирования предложенной системы в условиях фермерского хозяйства.
На фиг.1 представлена блок-схема системы автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки.
Система содержит вакуумный насос 1, электродвигатель 2, клиноременный вариатор 3 привода вакуумного насоса 1, вакуумный баллон 4, регулятор разрежения 5, вакуумметр 6, блоки 7, 8 сигнализации и управления вариатором 3. Система также содержит импульсный канал 9, электромеханические датчики 10, 11 давления и оборотов электродвигателя 2, электроуправляемый регулирующий клапан 12 и пневмоцилиндр 13. Шток поршня пневмоцилиндра 13 расположен по оси вала вакуумного насоса 1 и механически связан с управляемым коническим шкивом вариатора 3.
Рабочая полость пневмоцилиндра 13 соединена через импульсный канал 9 с вакуумным трактом 14 между регулятором разрежения 5 и аппаратами доильной установки 15. Вакуумметр 6 снабжен тензометрическим датчиком 10 давления, выход которого через усилитель 16 соединен с первым входом блока управления 8, второй вход которого соединен с выходом тахометрического датчика 11 оборотов электродвигателя 2. Первый выход блока управления 8 соединен с электрическим входом привода 17 указанного клапана 12, а второй выход блока управления 8 соединен с входом блока 7 сигнализации.
Регулирующий орган электроуправляемого клапана 12 предназначен для изменения проходного сечения импульсного канала 9 и изменения давления в рабочей полости пневмоцилиндра 13 в соответствии с получаемой командной информацией. Вариатор 3 обеспечивает оптимальный скоростной режим работы вакуумного насоса путем плавного изменения передаточного числа вариатора 3 при согласованном сближении одной пары конических шкивов и раздвижением другой при помощи механизма синхронизации.
В конкретном случае реализации синхронизатор смещения нижнего управляемого шкива вариатора 3 выполнен в виде пружинного компенсатора 18, в других случаях он может иметь вид симметричного коромысла с опорой между противолежащими парами шкивов вариатора 3.
Блок сигнализации 7 в предложенной системе содержит средства для светового и/или звукового оповещения персонала, а также может содержать схему аварийного отключения электродвигателя при чрезвычайных обстоятельствах. Кроме того, блок сигнализации может быть совмещен с пультом управления доильной установкой 15. Упомянутые дополнительные компоненты блока сигнализации не показаны.
Система автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки функционирует следующим образом.
Включение агрегатов системы и доильной установки 15 осуществляется с пульта управления на блоке сигнализации 7. При этом включается электродвигатель 2, приводящий в движение клиноременный вариатор 3, который вращает вал вакуумного насоса 1. В вакуумном баллоне 4 и в магистрали тракта 9 создается вакуум. Номинальное разрежение регулируется вакуумным регулятором разрежения 5 и контролируется вакуумметром 6. Далее по вакуумному тракту 14 вакуум поступает к доильным аппаратам 15.
Число одновременно работающих доильных аппаратов не остается постоянным, и зависит от физиологического состояния стада, соблюдения требований технологии машинного доения и функционирования предложенной системы. Если в вакуумном тракте 14 начинает падать давление ниже номинального, тензометрический датчик 10 передает соответствующий сигнал через усилитель 16 на первый вход блока управления 8 для выработки сигнала управления и его подачи на электрический вход привода 17 электроуправляемого регулирующего клапана 12. Последний изменяет проходное сечение импульсного канала 9, обеспечивая дополнительную регулировку линии обратной связи «вакуум - производительность насоса» по параметру давления.
Результирующее давление воздуха в импульсном канале 9 обеспечивает необходимое изменение положения поршня в пневмоцилиндре 13 и через шток поршня - конического шкива вариатора 3. При перемещении указанного шкива в сторону пневмоцилиндра 13 возрастает количество оборотов вала вакуумного насоса 1 и происходит понижение давления в вакуумном баллоне 4 и тракте 14, противоположное смещение штока поршня приводит к увеличению указанного давления. Таким образом, любое изменение расхода воздуха в системе адекватно сказывается на работе вакуумного насоса 1.
Если показания датчика 10 в течение некоторого установленного времени после включения электродвигателя 2 останутся на заданном уровне, на пульте блока управления 8 появится сигнал о том, что доильные аппараты не работают, то есть доярки к работе не приступили. По истечении дополнительного установленного времени с блока управления 8 на блок сигнализации 7 поступает звуковой и/или световой сигнал оповещения о нарушении регламента доения. Если же доение осуществляется своевременно, давление в магистрали вакуумного тракта 14 возрастает и, как было указано, соответствующий сигнал от датчика 10 через усилитель 16, блок управления 8, привод 17 и регулирующий клапан 12 поступает на вход пневмоцилиндра 13 для увеличения скорости вращения ротора вакуумного насоса.
Дополнительный сигнал на входе блока управления 8 о работе электродвигателя 2 от тахометра 11 также повышает надежность предложенной системы. При несанкционированном отключении электродвигателя 2 или в случае значительного превышения числа его оборотов, не связанном с поддержанием вакуума, соответствующие сигналы тахометра 11 после обработки в блоке управления 8 обеспечивают повторное подключение электродвигателя 2 к сети или дополнительную регулировку передаточного отношения вариатора 3 по параметру давления в соответствии с указанной выше схемой.
Для доильных установок УВУ-60/45, с учетом характеристик вакуумного насоса 1 и состояния вакуумного тракта 19, постоянная величина разрежения, необходимая для работы доильной установки составляет около 48 кПа, но не менее 47 кПа. Максимальный или предельно допустимый при эксплуатации расход воздуха, связанный с разрежением в вакуумном тракте 14 доильной установки, обеспечивает максимальные обороты ротора вакуумного насоса 1. Доение при малом или большом числе доильных аппаратов будет сопровождаться, соответственно, повышением или понижением разрежения в подсосковых камерах доильных стаканов. Не предусмотренное технологией машинного доения, сверхнормативное превышение расхода воздуха обеспечит подачу звукового или светового сигнала оповещения с последующим отключением электродвигателя от источника электроэнергии.
Наличие в предложенной системе автоматического регулирования производительности вакуумного насоса доильной установки предложенной линии обратной связи и упомянутых компонентов обеспечивает поддержание режимов работы доильной установки 15 при различных частотах вращения ротора насоса 1, при изменении в магистралях давления и расхода воздуха, а также при изменении количества одновременно работающих доильных аппаратов в условиях фермерского хозяйства.
В результате согласованной работы вакуумного насоса и коммуникации с доильными аппаратами, предложенная система обеспечивает повышение эффективности доильной установки, повышение моторесурса вакуумного насоса и стабильности режима вакууммирования.