低功耗電子脈動器的設計

李源源+趙德剛+王軍+陳蕾+許楨子

擠奶機是實現機械化擠奶的關鍵設備，而脈動器是擠奶機的核心工作部件，脈動器性能的好壞直接影響著擠奶效率、奶牛產奶量及奶站的經濟效益。擠奶脈動器按動力來源可分為電動和氣動兩種。我國擠奶站長期以來主要使用氣動脈動器，而國外已基本淘汰了氣動脈動器。電子脈動器由于具有脈動穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)點，使用量逐年增加。目前國內使用的電子脈動器大多是進口的，價格比較昂貴，有時還存在供貨時間較長、售后服務不及時、配件買不到等問題。此外，早期的進口電子脈動器功耗大，就單通道電磁機構而言，線圈功耗12 W/24 V（500 mA）左右，而我國某些偏遠農村地區(qū)電網電壓波動大，電網電壓低時脈動器不能正常工作，電網電壓高時會燒毀脈動信號發(fā)生器，致使很多奶站不得不另外安裝交流穩(wěn)壓器，但低價位的交流穩(wěn)壓器在潮濕和牛糞沼氣等惡劣環(huán)境下的使用壽命不超過1 a。因此，進口電子脈動器在我國的應用存在可靠性差、運行管理成本高的問題。為了解決這一問題，研制一種節(jié)能、可靠性高、運行管理成本低的低功耗電子脈動器。

1 低功耗電子脈動器的結構設計

低功耗電子脈動器的結構如圖1所示。

2 低功耗電子脈動器的工作原理

脈動器初始狀態(tài)時，線圈未供電，動鐵芯在自身重力和真空壓力作用下位于下方，將真空管道堵塞，閥體內部通過靜鐵芯閥口以及動鐵芯和線圈管壁之間的空隙連通大氣，大氣通道打開，大氣進入擠奶器奶襯與鋼杯之間的腔內，大氣壓力壓迫奶襯變形閉合。此時為擠奶休息狀態(tài)，動鐵芯與定鐵芯之間的距離為δ。

當線圈加電時，動鐵芯受電磁吸力上抬，將大氣通道堵塞，開啟真空通道，擠奶器奶襯與鋼杯之間腔內的氣體隨即排出，鋼杯腔與奶襯同為真空壓，奶襯復原。此時為擠奶工作狀態(tài)。

動鐵芯靠脈動信號發(fā)生器驅動，脈動頻率一般為60次/s，大氣通道與真空通道交替打開，擠奶工作狀態(tài)與休息狀態(tài)交替完成。

3 低功耗實現原理

3.1 電磁提升力F與氣隙δ

3.3 安裝反力彈簧

由于采用環(huán)形通道結構，有加裝反力彈簧的空間。兩個彈簧套座分別構成兩個真空通道的內環(huán)實體，在兩個彈簧套座內分別設置反力彈簧，可以降低電磁線圈的功率消耗。反力彈簧參數的選擇需滿足以下條件：當彈簧反力為35 kPa時，脈動器能正常工作；若彈簧反力大于35 kPa，真空壓力波動時會導致真空壓力小于彈簧反力，脈動器不能工作。經試驗，安裝反力彈簧后功率消耗下降了70%，節(jié)能效果顯著。

4 結論

本文設計的低功耗電子脈動器的動鐵芯行程δ為0.90～1.10 mm，與國外產品的1.80～2.00 mm相比，減少了動鐵芯行程，因此可降低電磁線圈的功率消耗；真空排氣通道由圓孔形變成圓環(huán)形，環(huán)形通道面積比圓孔形面積大，在保證氣體流量的同時也降低了電磁線圈的功率消耗；兩個彈簧座套分別構成兩個真空通道的內環(huán)實體，并在彈簧座套內設置反力彈簧，降低了電磁線圈的功率消耗。電磁線圈功率消耗下降，既可增加脈動信號發(fā)生器電子元件參數的閾值，又可使增加保護功能變得容易，還減少了線損，間接提高了可靠性。

參考文獻

[1] 左全璋.各種結構形式電磁鐵通用的磁路計算公式和方法[J].機電元件，1983（2）：1-10.

[2] 趙凱華，陳熙謀.電磁學[M]北京：高等教育出版社，1985.

[3] 賈起民.電磁學[M].上海：復旦大學出版社，1987.

[4] 梁燦彬.電磁學[M].北京：高等教育出版社，1981.

[5] 葛偉亮，汪渤.電磁控制元件[M].北京：北京理工大學出版社，1994.

Abstract： The performance of electronic pulsator has a direct effect the efficiency of milking， milk yield and the economic benefit of milk stations. In view of the existing problems in the application of electronic pulse， we developed a low power electronic pulsator of energy-saving， high reliability， and low cost in operation and management. This article examines the design of the structure and the working process of the pulsator， and analyzes the principle of its low power consumption.

Key words： electronic pulse； low power consumption； structure； design； principle

擠奶機是實現機械化擠奶的關鍵設備，而脈動器是擠奶機的核心工作部件，脈動器性能的好壞直接影響著擠奶效率、奶牛產奶量及奶站的經濟效益。擠奶脈動器按動力來源可分為電動和氣動兩種。我國擠奶站長期以來主要使用氣動脈動器，而國外已基本淘汰了氣動脈動器。電子脈動器由于具有脈動穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)點，使用量逐年增加。目前國內使用的電子脈動器大多是進口的，價格比較昂貴，有時還存在供貨時間較長、售后服務不及時、配件買不到等問題。此外，早期的進口電子脈動器功耗大，就單通道電磁機構而言，線圈功耗12 W/24 V（500 mA）左右，而我國某些偏遠農村地區(qū)電網電壓波動大，電網電壓低時脈動器不能正常工作，電網電壓高時會燒毀脈動信號發(fā)生器，致使很多奶站不得不另外安裝交流穩(wěn)壓器，但低價位的交流穩(wěn)壓器在潮濕和牛糞沼氣等惡劣環(huán)境下的使用壽命不超過1 a。因此，進口電子脈動器在我國的應用存在可靠性差、運行管理成本高的問題。為了解決這一問題，研制一種節(jié)能、可靠性高、運行管理成本低的低功耗電子脈動器。

1 低功耗電子脈動器的結構設計

低功耗電子脈動器的結構如圖1所示。

2 低功耗電子脈動器的工作原理

脈動器初始狀態(tài)時，線圈未供電，動鐵芯在自身重力和真空壓力作用下位于下方，將真空管道堵塞，閥體內部通過靜鐵芯閥口以及動鐵芯和線圈管壁之間的空隙連通大氣，大氣通道打開，大氣進入擠奶器奶襯與鋼杯之間的腔內，大氣壓力壓迫奶襯變形閉合。此時為擠奶休息狀態(tài)，動鐵芯與定鐵芯之間的距離為δ。

當線圈加電時，動鐵芯受電磁吸力上抬，將大氣通道堵塞，開啟真空通道，擠奶器奶襯與鋼杯之間腔內的氣體隨即排出，鋼杯腔與奶襯同為真空壓，奶襯復原。此時為擠奶工作狀態(tài)。

動鐵芯靠脈動信號發(fā)生器驅動，脈動頻率一般為60次/s，大氣通道與真空通道交替打開，擠奶工作狀態(tài)與休息狀態(tài)交替完成。

3 低功耗實現原理

3.1 電磁提升力F與氣隙δ

3.3 安裝反力彈簧

由于采用環(huán)形通道結構，有加裝反力彈簧的空間。兩個彈簧套座分別構成兩個真空通道的內環(huán)實體，在兩個彈簧套座內分別設置反力彈簧，可以降低電磁線圈的功率消耗。反力彈簧參數的選擇需滿足以下條件：當彈簧反力為35 kPa時，脈動器能正常工作；若彈簧反力大于35 kPa，真空壓力波動時會導致真空壓力小于彈簧反力，脈動器不能工作。經試驗，安裝反力彈簧后功率消耗下降了70%，節(jié)能效果顯著。

4 結論

本文設計的低功耗電子脈動器的動鐵芯行程δ為0.90～1.10 mm，與國外產品的1.80～2.00 mm相比，減少了動鐵芯行程，因此可降低電磁線圈的功率消耗；真空排氣通道由圓孔形變成圓環(huán)形，環(huán)形通道面積比圓孔形面積大，在保證氣體流量的同時也降低了電磁線圈的功率消耗；兩個彈簧座套分別構成兩個真空通道的內環(huán)實體，并在彈簧座套內設置反力彈簧，降低了電磁線圈的功率消耗。電磁線圈功率消耗下降，既可增加脈動信號發(fā)生器電子元件參數的閾值，又可使增加保護功能變得容易，還減少了線損，間接提高了可靠性。

參考文獻

[1] 左全璋.各種結構形式電磁鐵通用的磁路計算公式和方法[J].機電元件，1983（2）：1-10.

[2] 趙凱華，陳熙謀.電磁學[M]北京：高等教育出版社，1985.

[3] 賈起民.電磁學[M].上海：復旦大學出版社，1987.

[4] 梁燦彬.電磁學[M].北京：高等教育出版社，1981.

[5] 葛偉亮，汪渤.電磁控制元件[M].北京：北京理工大學出版社，1994.

Abstract： The performance of electronic pulsator has a direct effect the efficiency of milking， milk yield and the economic benefit of milk stations. In view of the existing problems in the application of electronic pulse， we developed a low power electronic pulsator of energy-saving， high reliability， and low cost in operation and management. This article examines the design of the structure and the working process of the pulsator， and analyzes the principle of its low power consumption.

Key words： electronic pulse； low power consumption； structure； design； principle

擠奶機是實現機械化擠奶的關鍵設備，而脈動器是擠奶機的核心工作部件，脈動器性能的好壞直接影響著擠奶效率、奶牛產奶量及奶站的經濟效益。擠奶脈動器按動力來源可分為電動和氣動兩種。我國擠奶站長期以來主要使用氣動脈動器，而國外已基本淘汰了氣動脈動器。電子脈動器由于具有脈動穩(wěn)定性好、使用壽命長等優(yōu)點，使用量逐年增加。目前國內使用的電子脈動器大多是進口的，價格比較昂貴，有時還存在供貨時間較長、售后服務不及時、配件買不到等問題。此外，早期的進口電子脈動器功耗大，就單通道電磁機構而言，線圈功耗12 W/24 V（500 mA）左右，而我國某些偏遠農村地區(qū)電網電壓波動大，電網電壓低時脈動器不能正常工作，電網電壓高時會燒毀脈動信號發(fā)生器，致使很多奶站不得不另外安裝交流穩(wěn)壓器，但低價位的交流穩(wěn)壓器在潮濕和牛糞沼氣等惡劣環(huán)境下的使用壽命不超過1 a。因此，進口電子脈動器在我國的應用存在可靠性差、運行管理成本高的問題。為了解決這一問題，研制一種節(jié)能、可靠性高、運行管理成本低的低功耗電子脈動器。

1 低功耗電子脈動器的結構設計

低功耗電子脈動器的結構如圖1所示。

2 低功耗電子脈動器的工作原理

脈動器初始狀態(tài)時，線圈未供電，動鐵芯在自身重力和真空壓力作用下位于下方，將真空管道堵塞，閥體內部通過靜鐵芯閥口以及動鐵芯和線圈管壁之間的空隙連通大氣，大氣通道打開，大氣進入擠奶器奶襯與鋼杯之間的腔內，大氣壓力壓迫奶襯變形閉合。此時為擠奶休息狀態(tài)，動鐵芯與定鐵芯之間的距離為δ。

當線圈加電時，動鐵芯受電磁吸力上抬，將大氣通道堵塞，開啟真空通道，擠奶器奶襯與鋼杯之間腔內的氣體隨即排出，鋼杯腔與奶襯同為真空壓，奶襯復原。此時為擠奶工作狀態(tài)。

動鐵芯靠脈動信號發(fā)生器驅動，脈動頻率一般為60次/s，大氣通道與真空通道交替打開，擠奶工作狀態(tài)與休息狀態(tài)交替完成。

3 低功耗實現原理

3.1 電磁提升力F與氣隙δ

3.3 安裝反力彈簧

由于采用環(huán)形通道結構，有加裝反力彈簧的空間。兩個彈簧套座分別構成兩個真空通道的內環(huán)實體，在兩個彈簧套座內分別設置反力彈簧，可以降低電磁線圈的功率消耗。反力彈簧參數的選擇需滿足以下條件：當彈簧反力為35 kPa時，脈動器能正常工作；若彈簧反力大于35 kPa，真空壓力波動時會導致真空壓力小于彈簧反力，脈動器不能工作。經試驗，安裝反力彈簧后功率消耗下降了70%，節(jié)能效果顯著。

4 結論

本文設計的低功耗電子脈動器的動鐵芯行程δ為0.90～1.10 mm，與國外產品的1.80～2.00 mm相比，減少了動鐵芯行程，因此可降低電磁線圈的功率消耗；真空排氣通道由圓孔形變成圓環(huán)形，環(huán)形通道面積比圓孔形面積大，在保證氣體流量的同時也降低了電磁線圈的功率消耗；兩個彈簧座套分別構成兩個真空通道的內環(huán)實體，并在彈簧座套內設置反力彈簧，降低了電磁線圈的功率消耗。電磁線圈功率消耗下降，既可增加脈動信號發(fā)生器電子元件參數的閾值，又可使增加保護功能變得容易，還減少了線損，間接提高了可靠性。

參考文獻

[1] 左全璋.各種結構形式電磁鐵通用的磁路計算公式和方法[J].機電元件，1983（2）：1-10.

[2] 趙凱華，陳熙謀.電磁學[M]北京：高等教育出版社，1985.

[3] 賈起民.電磁學[M].上海：復旦大學出版社，1987.

[4] 梁燦彬.電磁學[M].北京：高等教育出版社，1981.

[5] 葛偉亮，汪渤.電磁控制元件[M].北京：北京理工大學出版社，1994.

Abstract： The performance of electronic pulsator has a direct effect the efficiency of milking， milk yield and the economic benefit of milk stations. In view of the existing problems in the application of electronic pulse， we developed a low power electronic pulsator of energy-saving， high reliability， and low cost in operation and management. This article examines the design of the structure and the working process of the pulsator， and analyzes the principle of its low power consumption.

Key words： electronic pulse； low power consumption； structure； design； principle