Обоснование продолжительности эксплуатации

ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
УДК637.11
ОБОСНОВАНИЕ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СОСКОВОЙ РЕЗИНЫ ДОИЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Соловьев С.А., д.т.н, профессор (ГОСНИТИ)
Козлов А.Н., к.т.н., доцент (ЧГАА), (тел:89026194119,
alkoz2@yandex.ru)
Тимирбаева А.И., магистр (ЧГАА)
Ольховацкий А.К.,к.т.н., профессор (ГОСНИТИ,ЧГАА)
Аннотация. Приведены результаты исследований по жесткости
различных марок сосковой резины доильных аппаратов при статической
нагрузке двумя способами: по относительному удлинению и моменту
смыкаемости противоположных стенок резины.
Ключевые слова. Сосковая резина доильных аппаратов, относительное удлинение, момент смыкаемости противоположных стенок,
распределение случайных величин, параметры распределения частот
случайных величин, вероятность, месяц эксплуатации.
Сосковая резина доильного аппарата непосредственно контактирует с
соском вымени животного и ее техническое состояние определяет полноту
молоковыведения, степень заболеваемости вымени коров маститом и бактериальную обсемененность молока [1,2]. Снижение жесткости сосковой
резины является следствием изменения ее физико-механических свойств
в период эксплуатации.
Теоретические и экспериментальные исследования свидетельствуют о
сложности и недостаточной степени изученности влияния параметров доильных аппаратов на процесс молокоотдачи животными [1,3,4].
Исследователями рекомендуются различные сроки эксплуатации сосковой резины в доильных аппаратах [5].
Цель работы – исследовать и обосновать продолжительность эксплуатации сосковой резины.
Методика исследований. В первой серии опытов изучали закономерности распределения случайных величин жесткости новых сосковых резин
различных марок FURLEBENSMITTEL 0-528(Италия), FURLEBEHSMITTEL
0-108AL (Италия), Ultraline DL000U(Англия) и ДД.00.041(Россия) по относительному удлинению и смыкамости ее противоположных стенок
Во второй серии опытов по тем же оценочным показателям изучали закономерности распределения случайных величин жесткости сосковой резины марки ДД.00.041 в процессе эксплуатации. В течение семи месяцев с
интервалом 0,5 месяца производили оценку жесткости сосковой резины
марки ДД.00.041.
Из условия Р{ x1 ≤ ξ0 ≤ x2 } = Ф (x2) – Ф (x1) [6] находили вероятность
того, что случайная величина будет находиться в рекомендуемых диапазонах оценочных показателей жесткости сосковой резины. Результаты ис26
1953-2013
следований обрабатывали статистическими методами с применением программных продуктов MathCad 14 и Microsoft Excel.
Результаты исследований.
Графический анализ представленных распределений случайных величин относительных удлинений сосковых резин различных марок (рис.1) показывает, что они относятся к нормальному приближению биномиального
распределения. Скорость убывания случайных величин различна и зависит
от крутизны нормальных кривых (рис.1), которая оценивается среднеквадратическим отклонением S. Заметной вероятностью обладает сосковая
резина марки DL000U (S=0,743) и низкой вероятностью – сосковая резина
марки ДД.00.041 (S=1,981) (таблица 1). При наименьшей дисперсии точность наибольшая у марки сосковой резины DL000U (D=0,522), соответственно дисперсия наибольшая и точность наименьшая у марки сосковой
резины ДД.00.041 (D=3,926) (табл. 1).
Коэффициенты асимметрии А у всех марок сосковых резин имеют положительные значения (табл. 1), поэтому распределение случайных величин ассиметричны и имеют длинный «хвост» справа от средней величины.
Распределение случайных величин (табл.1) имеет положительное значение коэффициента экцесса Е только у марки сосковой резины DL000U и
соответственно более острый пик графика, чем пик графика функции плотности нормального распределения. Распределения случайных величин у
остальных марок сосковой резины имеют отрицательные значения коэффициента эксцесса и более сглаженный пик графика по сравнению с графиком нормального распределения.
Вероятность того, что нормированная случайная величина относительного удлинения сосковой резины примет значения между 14 и 20 мм включительно [7] у сосковой резины марки 0-528 равна нулю; 0-108 AL – 0,99;
DL 000U – 0,95 и ДД.00.041 – 0,65.
1 –0-528, 2 –0-108AL, 3 –DL000U, 4 – ДД.00.041, Д – допустимые изменения
относительного удлинения 14…20 мм [7]
Рис. 1. Распределение относительных частот удлинений сосковых
резин различных марок
27
ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
Анализ распределений частот относительных удлинений различных марок сосковой резины выявил, что распределения их неоднозначны по плотности и величине относительных удлинений (рис.1 и таблица 1). Сравнивая
их математические ожидания выборок и среднеквадратические отклонения, которые равны соответственно по маркам 10,825±1,238 –
FURLEBENSMITTEL 0-528(Италия); 15,76±1,074 – FURLEBEHSMITTEL 0108AL (Италия); 18,44±0,743 – Ultraliner DL000U(Англия) и 19,271±1,981 –
ДД.00.041(Россия), отмечаем наименьший разброс случайных величин выборки у сосковой резины марки DL000U и наибольший – у сосковой резины
ДД.00.041.
Таблица 1
Параметры теоретического распределения относительного удлинения сосковой резины
Марка
МатематиСреднеДисКоэффиКоэффирезины
ческое
квадратичеперциент
циент эксожидание
ское отклосия, D
асимметцесса, Е
выборки, m
нение, s
рии, А
0-528
10,825
1,238
1,533
0,087
-1,014
0-108AL
15,76
1,074
1,154
0,142
-0,198
DL000U
18,44
0,743
0,522
0,862
2,271
ДД.00.04
1
19,271
1,981
3,926
0,245
-0,401
Графический анализ представленных распределений случайных величин смыкаемости сосковой резины различных марок (рис.2) показал, что
они относятся к нормальным приближению биноминального распределения. Заметной вероятностью с учетом числовых значений среднеквадратического отклонения обладает сосковая резина марки DL 000U (S=0,848,
табл.2) и наименьшей вероятностью - сосковая резина марки 0-528
(S=6,931). Точность найденного истинного результата наибольшая у марки
сосковой резины DL000U (D=0,72) и наименьшая у марки 0-528 (D=48,041).
Коэффициент асимметрии А имеет положительные значения у сосковой
резины марки 0-528(Италия) и отрицательные у остальных марок. Значит
все распределения ассиметричны и имеют у соковой резины марки 0-528
длинный «хвост» справа от средней, у остальных марок – «хвост» слева от
средней (табл.2).
28
1953-2013
1 – ДД.00.041, 2 –0-108AL , 3 –0-528, 4 –DL000U, Д - требованиям дефектовки
при нагружении в диапазоне от 60 до 100 мм.в.ст. (6...10 кПа) [11].
Рис. 2. Распределение относительных частот величин смыкания противоположных стенок сосковой резины
Распределения случайных величин (табл.2) у сосковой резины марок
ДД.00.041 и DL 000U имеют отрицательные значения коэффициента эксцесса Е и более сглаженный пик графика, чем пик графика нормального
распределения. Более острый пик графика отмечаем у сосковой резины–
марок 0-108 AL и 0-528, имеющих положительные значения.
Таблица 2
Параметры теоретического распределения величины смыкания
противоположных стенок сосковой резины ДД.00.041
Марка
резины
Математическое ожидание выборки,
m
Среднеквадратическое отклонение, s
Дисперсия, D
Коэффициент
асимметрии, А
Коэффициент эксцесса, Е
ДД.00.0
41
65,375
4,93
24,3
-0,452
-0,784
0-108AL
98,64
1,63
2,657
0,279
0,507
0-528
112,6
6,931
48,041
-0,983
0,645
DL000U
119,26
0,848
0,72
-0,611
-1,079
29
ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
Вероятность того, что случайная величина смыкаемости противоположных стенок сосковой резины примет значения в требуемом диапазоне между 60…100 мм.вод.ст. [8] равна у марки ДД.00.041 – 0,84; 0-108 AL – 0,82;
0-528 – 0,04 и DL 000U – нулю.
Анализ распределений относительных частот по моменту смыкания сосковой резины разных марок выявил, что распределения их также неоднозначны по плотности и величине момента смыкания (рис.2, табл.2). Сравнивая их математические ожидания и среднеквадратические отклонения,
которые равны соответственно по маркам 65,375±4,93 – ДД.00.041(Россия);
98,64±1,63 – 0-108 AL(Италия); 112,6±6,931 – 0-528(Италия) и 119,26±0,848
–DL 000U(Англия), отмечаем наименьший разброс случайных величин выборки у сосковой резины марки DL 000U и наибольший – у сосковой резины
марки 0-528.
При исследовании экспериментальных данных, полученных в процессе
эксплуатации сосковой резины марки ДД.00.041, выявили следующее.
Наиболее достоверно по значимости коэффициентов регрессии (R2=0,62 и
R2=0,883, рис.3 и 4) экспериментальные данные по сосковой резине
ДД.00.041 описываются полиномиальными зависимостями. За период эксплуатации с 1 по 7,5 месяц относительное удлинение сосковой резины
увеличивается до 4…5 месяцев и в дальнейшем снижается (рис.3). В тот
же период эксплуатации величина смыкаемости противоположных стенок
сосковой резины снижается до второго месяца эксплуатации и увеличивается в последующем месяцы. Поэтому выбрать достоверные пределы дефектовки сосковой резины затруднительно.
Рис. 3. Закономерности распределения относительного удлинения
сосковой резин по месяцам эксплуатации
30
1953-2013
Рис. 4. Закономерности распределения соковой резины по величине
смыкания противоположных стенок сосковой резины по месяцам
эксплуатации
Выводы.
1. Анализ распределений случайной величины жесткости новой сосковой резины различных марок не выявил однозначного соответствия по заметной вероятности и точности истинного результата, коэффициентам
асимметрии и эксцесса.
2. Вероятности того, что нормированные случайные величинаы относительного удлинения и смыкаемости противоположных стенок сосковой резины примут значения в рекомендуемых диапазонах неоднозначны и противоположны.
3. Существующие способы дефектовки сосковой резины полностью не
отражают физический характер ее деформации в динамике и не позволяют однозначно определить показатели и сроки ее эксплуатации.
Литература
1. Соловьев С.А., Карташов Л.П. Исполнительные механизмы системы «Человек
– машина – животное». Екатеринбург, 2001. – С. 178.
2. Козлов А.Н., Кокорина Э.П., Патрушев А.А., Сергеев Н.С. Рекомендации по
повышению эффективности машинного доения коров / Челябинск, ЧГАУ – 2003. С.110.
3. Козлов А.Н., Козлов А.А. Исследование сосковой резины доильных аппаратов.
Материалы XLV межд. научно-техн. конф. «Достижения науки агропромышленному
производству» Ч.2 – Челябинск: ЧГАУ, 2006.
4. Козлов А.Н., Шатруков В.И., Тимирбаева А.И. Деформация сосковой резины
доильных аппаратов при различных температурах ее нагрева. Вестник ЧГАА, Челябинск, 2012. - С.54-57.
5. Ганеев А. Низковакуумный доильный аппарат. Сельский механизатор, 2008. С. 30-31.
31
ГОСНИТИ 60 ЛЕТ
6. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений.
М.: Наука, 1968. – С. 288.
7. Установки доильные. Конструкция и техническая характеристика. Международный стандарт ISO 5707, М., 1987. – С. 25
8. Борознин В.А., Борознин А.В. Определение оперативного ресурса сосковой
резины. МЭСХ, №4 – 2007.- С.15–16.
UDC 637.11
JUSTIFICATION OF THE PERIOD OF USE TEAT RUBBER OF MILKING MACHINES
Annotation. The results of studies on the hardness of different brands teat rubber of
milking machines under static load in two ways: by elongation and torque smykaemosti
opposing walls of the rubber.
Keywords. Liners of milking machines, elongation, smykaemosti time, the distribution
of random variables, parameters of the distribution, the probability of a month of operation.
32