Комплексная механизация и автоматизация - основа технического

После окончания  выпойки соски устанавливают  в транспортное положение и промывают, опуская в дезинфекционные ванны с помощью механизма поворота. Затем переезжают к следующей паре клеток, одновременно раздавая комбикорм в кормушки. Обслуживает до 520 голов, количество поильных мест - 16.

Наряду  с достоинствами вышеперечисленные  установки для выпойки телят  обладают и рядом недостатков, главными являются высокая материалоемкость и энергоемкость процесса, и высокая стоимость.

 

 

 

3.2 Поилка для выпойки телят

Известно, что телята обладают так  называемым иммунодефицитом новорожденности. Становление их иммунного статуса происходит при потреблении материнского молозива практически сразу после рождения. При совместном содержании коровы с теленком это происходит естественным путем - сосанием теленком коровы. Теленок в этот период потребляет молозиво мелкими (2...3 г за глотание) частыми (120 в минуту) порциями. Извлечение молозива из вымени происходит как за счет изменения разрежения во рту теленка (от 8 до 30 кПа), так и механического воздействия на соски губами, языком, челюстями [1]. Помимо этого, теленок совершает непрерывные  массажные  воздействия на  вымя,  выражающиеся  в  его периодическом подталкивании и оттягивании сосков [10].

Однако, исходя из задачи получения  наибольшего количества молока, что  достигается возможностью доения коровы в отсутствие теленка, его сразу после рождения и облизывания отделяют от нее. В этой связи возникает необходимость создания оборудования, максимально имитирующего естественный процесс потребления теленком молозива.

С целью разработки сосковой поилки, имитирующей естественный процесс  сосания, были проанализированы существующие конструкции. Самое простое устройство - ведро. Однако при поении теленка из него скорость потребления молозива возрастает по сравнению с естественным процессом в 30 - 35 раз. В связи с этим такой способ кормления телят считается физиологически неприемлемым.

При кормлении  телят из стандартной сосковой поилки скорость потребления молозива также в 5  -  10 раз превышает естественную.

Превышение физиологической  нормы потребления молозива приводит к заболеваниям и даже падежу телят  вследствие поступления его в  нефункционирующий в этом возрасте рубец.

В связи с этим последующее  совершенствование сосковых поилок заключается в обеспечении порционной подачи молозива в рот теленка как за счет разрежения в его ротовой полости, так и механического воздействия на сосок.

8 9 1

Рисунок 3.6 Сосковая поилка для кормления новорожденных  телят: 1 - бидон - поилка; 2, 4 - перегородки; 3 - мембрана; 5 - соска;. 6 - зажим для бидона -поилки; 7 - упругий элемент; 8 - стенка клетки для теленка; 9 -клапан.

На основе выполненного анализа  конструкций и проведенных исследований предлагается поилка, позволяющая практически  полностью имитировать естественный процесс сосания коровы теленком (рис. 3.6). Это достигается тем, что молозиво или ЗЦМ извлекается самим теленком за счет изменения давления в полости его рта. При этом обеспечивается поглощение пищи за одно глотание в пределах физиологической нормы. Поилка позволяет также имитировать массажные воздействия на вымя коровы путем крепления ее (бидона) на стенке клетки с помощью упругой связи. Вследствие строго дозированной подачи пищи за одно глотание и возможности удовлетворения теленком потребностей в массажных воздействиях обеспечивается практически полное включение его в технологический процесс с затратами энергии, соответствующими естественному процессу сосания.

 

3.3 Расчет  поилки для выпойки телят 

3.3.1 Расчет  конструктивных параметров поилки

Для изготовления поилки определим  её конструктивные параметры, к ним  относятся: размеры бака для ЗЦМ, размеры самой поилки.

Размеры бака для ЗЦМ определяем исходя из разовой потребности корма  для телят обслуживаемых данной поилкой.  Так как один бак устанавливают на четыре поилки то, следовательно, бак должен вмещать объем корма равный его разовой выдаче четырем телятам.

Определим объем корма  выдаваемый четырем телятам по формуле:

V = G_к · n / ρ ,

где  G_к – разовая норма выдачи данного вида корма одному животному, кг.

G_к = 2,25 кг;

n – количество обслуживаемых животных, гол.;

ρ – плотность корма, кг/м³ , ρ = 1043 кг/м³ .

V = 2,25 · 4 / 1043 = 0,0086 м³ .

Минимальный объем бака определим  из выражения:

V_б = V / φ ,

где φ – коэффициент  заполнения емкости бака, φ = 0,6 … 0,7 [8].

 

V₆= 0,0086 / 0,7 = 0,012 м³

Исходя из объема бака, определим  его конструктивные параметры: диаметр  и высоту. Для этого воспользуемся  следующей формулой:

V₆ = π · d² · h / 4,

где d - диаметр бака, м.; h - высота бака, м.

Исходя из конструктивной необходимости, примем высоту бака равной 400 мм, тогда диаметр бака определим по следующей формуле:

d = ,

d = = 0,25 м.

Примем диаметр емкости бака равным 500 мм.

Аналогично рассчитаем параметры  поилки.

Объем корма выдаваемый поилкой:

 

V = 2,25 · 1 / 1043 = 0,0022 м³

Минимальный объем поилки:

 

V_б = 0,0022 / 0,7 = 0,0031 м³ .

 

 

Исходя из объема поилки, определим её конструктивные параметры: диаметр и высоту.

Исходя из конструктивной необходимости (для изготовления корпуса  поилки используем корпус серийно выпускаемой  поилки для телят), примем диаметр поилки равным 140 мм, тогда длину корпуса поилки определим по следующей формуле:

h = 4 · V_б / π · d² ,

h = 4 · 0,0031 / 3,14 · 0,140² = 0,2 м.

Примем диаметр  поилки равным 140 мм, длину равной 200 мм.

 

3.3.2 Расчет  пружины

Так как поилка крепится к стенке бокса при помощи пружины, то следовательно необходимо провести её расчет.

6              5,4

Рисунок 3.8 - Схема пружины 

Расчетная схема пружины  представлена на рисунке 3.8.

Полагая,   что   диаметр   проволоки   пружины   равен   4... 6   мм,   и ориентируясь на кривую 4 графика допускаемого напряжения [т] пружин при статических нагрузках примем допускаемое напряжение для проволоки [т]=500мПа, что соответствует рекомендации ГОСТ 13764-68.

Силу пружины при максимальной деформации определяем по формуле:

F₃ = 1,3 · F₂

F₃ = 1,3 · 300 = 390Н

Примем индекс пружины  с=6. Коэффициент влияния кривизны витков к=1,24.

Диаметр проволоки пружины  определяем по формуле:

d = 1,6 ·

где с - индекс пружины, с=6.

к - коэффициент влияния кривизны витков к=1,24

F₃ - сила пружины при максимальной деформации, F₃ =390Н

[т] - допускаемое напряжение для проволоки, [х]=500мПа.

d = 1,6 ·   = 3,8543  мм.

В соответствии с ГОСТ 9389-60 окончательно принимаем d=5 мм. Следовательно, предварительно принятое значение [т] соответствует графику допускаемого напряжения пружин при статических нагрузках и значение к и с приняты правильно.  [2,4]

Средний диаметр пружины  определяем по формуле:

D = с · d

где с – индекс пружины, с = 6;

 d - диаметр проволоки пружины, d =  5 мм.

D = 6 · 5 = 30 мм.

Наружный диаметр пружины  определяем по формуле:

D_н = D + d ,

где D - средний диаметр, D =30 мм;

d - диаметр проволоки пружины, d =5 мм.

D_H =30 +5 = 35 мм.

Подберем пружину по ГОСТ 13766-68. Ближе всего подходит пружина 1-го класса 1-го разряда № 501. Для  этой пружины F₃=600 Н; d=5 мм; D_H=36.

мм; жесткость одного витка C₁ = 200 Н/мм и наибольший прогиб одного витка λ₃ =2,86 мм.

Уточним средний диаметр  пружины по формуле:

D = D_н – d,

где D_H - уточненный наружный диаметр, D_H =36 мм;

d - диаметр проволоки пружины, d =5 мм.

D = 36 - 5 = 31мм.

Проверим выбранную пружину  по C₁ и λ₃ по формуле:

С₁ = 10⁴ · d / c³ ,

где с – индекс пружины  с = 6 ;

d – диаметр проволоки пружины, d = 5 мм.

С₁ = 10⁴ · 5 / 6³ = 231Н/мм , что приемлемо.

Число рабочих витков пружины  определяем по формуле:

n = С₁ / С

где С₁ - жесткость одного витка, С₁ = 231 Н/мм;

С - жесткость пружины, определяем по формуле:

C = (F₂ - F₁) / h

где F₂ - сила пружины при рабочей деформации, F₂ = 300 Н;

F₁ - сила пружины при предварительной деформации пружины, F₁ =60 Н;

F₃ - сила пружины при максимальной деформации, F₃ = 390Н

h - рабочий ход пружины h = 50 мм.

С = (300 - 60) / 50 = 4,8 Н/мм

n = 231 / 4,8 ~ 48

 Максимальная деформация пружины по формуле:

λ₃ = F₃ / C

где F₃ - сила пружины при максимальной деформации, F₃  = 390Н;

С - жесткость пружины.

λз = 390 / 4,8 = 82 мм.

Полное число витков пружины  по формуле:

n₁  =n + n₂

где n -  число витков пружины n = 48;

n₂ - число опорных витков, n₂ = 2.

n₁=48 + 2 = 50

Шаг пружины по формуле

t = λ₃ + d 

t = 2,84 + 5 = 7,84 мм.

Высота пружины при  максимальной деформации по формуле

L₃ = (n₁ +1- n₃) · d 

 

где n₁ -  полное число витков n₁ = 50.

n₃ -  число зашлифованных витков n₃ = 2.

L₃ = (50 + 1 · 2) · 5 = 245 мм

Высота пружины в свободном  состоянии определяем по формуле:

L₀ = L₃ + λ₃ ,

где L₃ - высота пружины при максимальной деформации, L₃ = 245 мм;

λз - максимальная деформация пружины, λ₃ = 82 мм.

L₀ =245+ 82 = 327мм

Высота пружины при  предварительной деформации по формуле:

L₁ = L₀ – S₁

где L₀ - высота пружины в свободном состоянии, L₀ =327мм;

S₁ - предварительная деформация пружины, определяем по формуле:

S₁ = F₁ / C ,

где F₁ - сила пружины при предварительной деформации пружины, F₁ = 60Н;

С - жесткость пружины;

S₁ = 60/ 4,8 = 12,5 мм.

L₁ = 327 - 12,5 = 314,5 мм.

Высоту пружины при  рабочей деформации определяем по формуле:

L₂ = L₀ – S₂ ,

где L₀ - высота пружины в свободном состоянии, L₀ = 327мм;

S₂  - рабочая деформация пружины, определяем по формуле:

S₂ = F₂ / C ,

где F₂ - сила пружины при рабочей деформации пружины, F₂ = 300H;

С - жесткость пружины;

 

S₂ = 300 / 4,8 = 62,5 мм.

L₂ = 327 - 62,5 = 264,5 мм.

Длина развернутой пружины:

                                          L = 3,2 · D · n₁

L = 3,2 · 31 · 50 = 4960 мм.

Проведенные расчеты показали что для обеспечения требуемого качества работы устройства для сбора жидкости при розливе необходима пружина длина которой 327 мм, наружный диаметр 36 мм, диаметр проволоки 5 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3.3 Расчет  резьбового соединения

Бак для ЗЦМ массой 5,7кг крепится к стойке бокса четырьмя болтами -

болт M10-6gx80 ГОСТ 15589-70 и находится в подвешенном состоянии. Необходимо проверить данные болты на прочность.

 

Рисунок 3.9 – Расчетная  схема болтового соединения:

1. болтовое соединение; 2 – стойка бака; 3 – стойка бокса.

 

1.Определяем силы, действующие на наиболее нагруженный болт. Для долговечной работы насоса необходимо надежно прикрепить его к плите, при этом предварительно затянутый болт дополнительно нагружен внешней

осевой растягивающей  силой. Под действием силы затяжки  болт растянут, а стык соединения сжат. [2]

Действующая на болт сила F_б может быть разложена на две составляющие: возникающую от внешней силы F_a и обусловленную затяжкой болта F₃ :

F_б = _χF_a + F₃ , 

где χ - коэффициент внешней нагрузки.

Для соединения без упругих  прокладок принимаем  χ =0,3.

Составляющая от внешней  силы, действующая на каждый болт, определяется по формуле:

F_a = F / z , 

где z = 4 - число болтов соединения;  

F= 54 - внешняя сила равная весу бака, Н.

F_a = 56 / 4 = 14 H.

Сила затяжки болта:

F₃ = l,25...2·(1- χ) · F_a ,H 

F₃= 1,5 (1 - 0,3) · 14,0 = 14,7 Н.

 С учётом крутящего  момента, прикладываемого к болту  при затяжке и увеличивающего  внутренние силы, формула примет  вид:

F_б = χ · F_a+ l,3· F₃ 

F_б = 0,3 · 14+1,3 · 14,7 = 4,2 + 19,11 = 23,31 Н.

2. Проверяем на прочность болт действующего соединения. При нагружении болта осевой силой F_б с учётом крутящего момента затяжки условие прочности выражается неравенством:

σ = 4F_Б / π · d₁² ≤ [σ_р] / 1,3 ,

где d₁ – внутренний диаметр резьбы, мм ;

[σ_р] - допускаемое напряжение при растяжении, МПа.

σ = 4 · 23,31 / 3,14 · 8,376² = 0,42 МПа.

Допускаемое напряжение:

[σ_p] = σ_T / [s], 

где σ_т - предел текучести материала болта, МПа. Для стали 45 σ_т = 360МПа;

[S] - требуемый коэффициент запаса прочности, принимаем [S] = 3,0.