CC BY
5
УДК 631.171 DOI 10.51794/27132064-2022-3-59
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МОДЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СМЕШИВАНИЮ БМВД
Е.В. Авакимянц, младший научный сотрудник В.В. Гордеев, кандидат технических наук, доцент ИАЭП - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ E-mail: cow-sznii @yandex.ru
Аннотация. Белково-минерально-витаминные добавки (БМВД) являются неотъемлемой частью рациона молочных коров. Одним из направлений совершенствования технологий и технических средств приготовления кормосмеси является разработка смесителя для предварительного смешивания БМВД. Для обоснования рациональных параметров и режимов работы смесителя необходимо провести экспериментальные исследования, точность результатов которых возможно обеспечить путем максимального приближения условий эксперимента к производственным. Целью данного исследования является обоснование выбора модельного материала для проведения экспериментальных исследований по определению рациональных параметров и режимов работы смесителя БМВД по критерию соответствия физико-механических свойств и минимизации стоимости проведения экспериментов. В качестве модельного материала рассматривали мел, соль, крупу манную и соду ввиду их внешнего сходства со смесями БМВД и доступности. Для сравнения физико-механических характеристик материалов рассматривали средние показатели свойств смесей БМВД. При сравнении рассчитан процент отклонения свойств материалов как средне -арифметическое значение отклонения по семи показателям физико-механических свойств. Установлено, что наименьшим средним процентом отклонения обладает крупа манная - 20,8%. Она имеет минимальные различия со свойствами смеси БМВД по насыпной плотности - 20,7%,углу обрушения - 27,8%, а по коэффициенту внешнего трения не имеет различий. На основании этих данных применение крупы манной в качестве модельного материала для исследований смесителя БМВД является наиболее рациональным. Ключевые слова: смешивание, физико-механические свойства, смеситель, БМВД, кормосмесь.
Введение. Белково-минерально-витаминные добавки (БМВД) являются важной частью рациона КРС на молочно-товарных фермах. Применение добавок обеспечивает высокую продуктивность и здоровье животных [1-3]. Основной проблемой при использовании добавок является точность кормления. Это связано с тем, что добавки включаются в общую кормосмесь в малой доле - 10-300 г/гол. Это требует совершенствования технологий и технических средств приготовления кормосмеси. Одним из направлений совершенствования является разработка смесителя для предварительного смешивания добавок [4]. Для обоснования рациональных параметров и режимов работы смесителя БМВД необходимо провести экспериментальные исследования. Точность результатов исследований возможно обеспечить путем максимального приближения условий экспе-
римента к производственным. В связи с этим целью данной работы является обоснование выбора модельного материала для проведения экспериментальных исследований по определению рациональных параметров и режимов работы смесителя БМВД.
Главным критерием выбора модельного материала является соответствие физико-механических свойств материала свойствам БМВД, а также минимизация стоимости реализации экспериментальных исследований. Соответствие физико-механических свойств модельного материала свойствам рабочего материала является важнейшим условием дальнейшей работоспособности смесителя [5, 6]. Экспериментальные исследования по обоснованию рациональных параметров и режимов работы смесителя требуют проведения большого количества опытов. Этим и обосновывается актуальность дешевизны
модельного материала. Например, дрожжевой пробиотик Левисел стоит порядка 650 руб/кг, а нейтрализатор микотоксинов Эли-токс стоит около 400 руб/кг. Стоимость отдельных кормовых добавок для молочных коров может достигать полутора тысяч рублей за килограмм.
Материалы и методы. Для обоснования выбора модельного материала исходили из условий обеспечения соответствия его физико-механических свойств свойствам смесей БМВД. В качестве модельного материала рассматривали мел, соль, манку и соду. Цена на эти материалы не превышает 50 руб/кг, что отвечает требованиям дешевизны реализации экспериментальных исследований. Мел, соль и сода применяются в рационах дойных коров в качестве добавок. Физико-механические свойства мела, соли и соды были определены ранее [7, 8]. Свойства крупы манной были определены в ходе данного исследования по методикам, изложенным в работах [7, 8]. Определены гранулометрический состав, насыпная плотность, влажность, угол естественного откоса, угол обрушения, коэффициент внутреннего трения и коэффициент внешнего трения (по стали). Исследования проводились в трехкратной повторно-сти, за окончательный результат принималось среднеарифметическое значение.
Результаты и обсуждение. Для сравнения показателей физико-механических свойств смесей белково-минерально-вита-минных добавок, применяемых в хозяйствах Ленинградской области, со свойствами модельных материалов рассматривали средние показатели свойств смесей БМВД в соответствии с выводами, полученными в работе [9] (таблица 1).
В таблице 2 приведены сводные данные о физико-механических свойствах исследуемых материалов. В таблице 3 представлены данные о различии физико-механических свойств рассматриваемых материалов и смеси белково-минерально-витаминных добавок. При сравнении рассчитан процент отклонения свойств материалов; при этом за 100% принимался численный показатель отдельных свойств смеси БМВД.
Таблица 1. Свойства смеси кормовых добавок
Физико-механические свойства Смесь БМВД
Гранулометрический состав, мм 0,60
Насыпная плотность, т/м3 0,91
Влажность, % 6,29
Угол естественного откоса, а° 36,00
Угол обрушения, ао° 25,75
Коэффициент внутреннего трения (' 0,73
Коэффициент внешнего трения (по стали) . (" 0,50
Таблица 2. Физико-механические свойства
исследуемых материалов
Исследуемые свойства Крупа манная Мел Соль Сода
Гранулометрический состав, мм 0,57 0,63 1,75 0,15
Насыпная плотность, т/м3 0,72 0,636 1,112 1,132
Влажность, % 11,68 0,70 1,20 26,00
Угол естественного откоса, а° 35,20 39,90 36,00 39,70
Угол обрушения, ао° 32,90 33,40 35,60 35,90
Коэффициент внутреннего трения 0,71 0,84 0,73 0,83
Коэффициент внешнего трения (по стали). (' 0,50 0,66 0,54 0,55
Таблица 3. Различие физико-механических
свойств
Исследуемые свойства Различие смеси БМВД и крупы манной, % Различие смеси БМВД и мела, % Различие смеси БМВД и соли, % Различие смеси БМВД и соды, %
Гранулометрический состав, мм 6,6 4,2 189,4 75,2
Насыпная плотность, т/м3 20,7 30,0 22,4 24,6
Влажность, % 85,7 88,9 80,9 313,4
Угол естественного откоса, а° 2,2 10,8 0,0 10,3
Угол обрушения, ао° 27,8 29,7 38,3 39,4
Коэффициент внутреннего трения 2,3 15,5 0,0 14,2
Коэффициент внешнего трения (по стали) 0,0 33,1 8,9 10,9
На гистограмме показан средний процент отклонений, рассчитанный как среднеарифметическое значение отклонения по семи исследуемым показателям физико-механических свойств (рис. 1). Анализируя график, можно сказать, что наименьшим средним процентом отклонения обладает крупа манная - 20,8%.
75
%
69,7
50
25
48,6
20,8 30,3
1 1
Манка Мел Соль Сода
Рис. 1. Средний процент отклонения
Она не имеет различий со свойствами смеси БМВД по коэффициенту внешнего трения, а по насыпной плотности и углу обрушения имеет минимальные различия. По гранулометрическому составу и углу естественного откоса также имеет незначительное отклонение от смеси БМВД - 6,6% и 2,2% соответственно.
Последовательное рассмотрение отклонений по отдельным свойствам показывает, что наименьшим отклонением по гранулометрическому составу обладает мел, различие составляет 4,2%. При этом мел значительно отличается по насыпной плотности и коэффициентам внутреннего и внешнего трения. Наименьшим отклонением по влажности обладает соль, также соль не имеет отличий по углу естественного откоса и коэффициенту внутреннего трения, при этом по гранулометрическому составу отличие составляет 189,4%. Гранулометрический состав и насыпная плотность сыпучего материала предопределяют возможность сегрегации компонентов смеси во время смешивания и реологические свойства материала, характеризующие подвижность [10, 11]. В связи с этим значительное различие по этим показателям может оказать влияние на воспроизводимость результатов лабораторных исследований в производственных условиях.
На основе полученных данных можно сделать вывод, что наиболее рациональным является использование крупы манной в качестве модельного материала для проведения экспериментальных исследований смесителя БМВД. Это обусловлено наибольшим соответствием ее физико-механических
свойств свойствам БМБД при обеспечении дешевизны реализации экспериментальных исследований.
Выводы. С целью обоснования выбора модельного материала для проведения экспериментальных исследований по определению рациональных параметров и режимов работы смесителя БМBД рассмотрены физико-механические свойства мела, соли, крупы манной и соды на предмет их соответствия свойствам смеси БМBД. Установлено, что наименьшим средним процентом отклонения обладает крупа манная - 20,8%. Среди рассматриваемых материалов ее свойства также имеют минимальные различия со свойствами смеси БМBД: по углу обрушения - 27,8%, насыпной плотности - 20,7%, а по коэффициенту внешнего трения различий нет.
Наименьшим отклонением по гранулометрическому составу среди рассмотренных материалов обладает мел, но он значительно отличается по насыпной плотности. Соль обладает наименьшим отклонением по влажности и не имеет отличий по углу естественного откоса и коэффициенту внутреннего трения. При этом по гранулометрическому составу соль отличается на 189,4%.
Гранулометрический состав и насыпная плотность сыпучего материала предопределяют возможность сегрегации компонентов смеси во время смешивания и реологические свойства материала, характеризующие подвижность. Значительное различие по гранулометрическому составу и насыпной плотности может оказать влияние на воспроизводимость результатов лабораторных исследований в производственных условиях.
Литература:
1. Bn^R^ биологически активных добавок на молочную продуктивность коров I B. B. Зайцев и др. II Известия Оренбургского ГАУ. 2022. № 2. С. 288-292.
2. The effect of probiotics, phytobiotics and their combination as feed additives in the diet of dairy calves on performance, rumen fermentation and blood metabolites during the preweaning period I Stefanska B. etc. II Animal Feed Science and Technology. 2020. October. 114738.
3. Фомичев Ю.П., Ермаков И.Ю. Применение в рационах молочных коров мицеллата-Са в сочетании с энергокормом и их влияние на молочную продуктивность, антиоксидантный и гормональный статус орга-
0
низма // Техника и технологии в животноводстве.
2020. № 4(40). С. 81-87.
4. Авакимянц Е., Гордеев В. Анализ технологических линий приготовления кормосмесей и возможность их совершенствования // Технологии и технические средства механизированного пр-ва продукции растениеводства и животноводства. 2020. № 2. С. 98-108.
5. Технологические машины и оборудование / Шубин И.Н. и др. Тамбов, 2005. 76 с.
6. Сторожук Т.А. Оптимизация процесса смешивания кормов // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ. 2019. № 148. С. 31-39.
7. Авакимянц Е.В., Гордеев В.В. Физико-механические свойства кормовых добавок для КРС // АгроЭко-Инженерия. 2020. № 1. С. 100-108.
8. Avakimyants E.V. Gordeev. V.V. Study of physical and mechanical properties of feed additives for cattle // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science.
2021. Vol. 723. P. 032085.
9. Avakimyants E. V. Gordeev. V. V. Physical and mechanical properties of mixtures of feed additives for cattle // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Vol. 979. P. 032085.
10. Yan Z. Investigating mixing and segregation using discrete element modelling (DEM) in the freeman FT4 rhe-ometer // International Journal of Pharmaceutics. 2016. № 513(1-2). P. 38-48.
11. Исследование взаимосвязи критерия сыпучести с динамическими и энергетическими характеристиками в объеме смесителя непрерывного действия / Д.М. Бо-родулин и др. // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2013. № 5-6(335-336). С. 74-78.
Literatura:
1. Vliyanie biologicheski aktivnyh dobavok na moloch-nuyu produktivnost' korov / V. V. Zajcev i dr. // Izvestiya Orenburgskogo GAU. 2022. № 2. S. 288-292.
2. The effect of probiotics, phytobiotics and their combination as feed additives in the diet of dairy calves on per-
formance, rumen fermentation and blood metabolites during the preweaning period / Stefanska B. etc. // Animal Feed Science and Technology. 2020. October. 114738.
3. Fomichev YU.P., Ermakov I.YU. Primenenie v racio-nah molochnyh korov micellata-Sa v sochetanii s energo-kormom i ih vliyanie na molochnuyu produktivnost', anti-oksidantnyj i gormonal'nyj status organizma // Tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve. 2020. № 4(40). S. 81-87.
4. Avakimyanc E., Gordeev V. Analiz tekhnologicheskih linij prigotovleniya kormosmesej i vozmozhnost' ih sover-shenstvovaniya // Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo pr-va produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2020. № 2. S. 98-108.
5. Tekhnologicheskie mashiny i oborudovanie / SHubin I.N. i dr. Tambov, 2005. 76 s.
6. Storozhuk T.A. Optimizaciya processa smeshivaniya kormov // Politematicheskij setevoj elektronnyj nauchnyj zhurnal KubGAU. 2019. № 148. S. 31-39.
7. Avakimyanc E.V., Gordeev V.V. Fiziko-mekhaniche-skie svojstva kormovyh dobavok dlya KRS // Agro-Eko-Inzheneriya. 2020. № 1. S. 100-108.
8. Avakimyants E.V. Gordeev. V.V. Study of physical and mechanical properties of feed additives for cattle // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 723. P. 032085.
9. Avakimyants E. V. Gordeev. V. V. Physical and mechanical properties of mixtures of feed additives for cattle // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Vol. 979. P. 032085.
10. Yan Z. Investigating mixing and segregation using discrete element modelling (DEM) in the freeman FT4 rhe-ometer // International Journal of Pharmaceutics. 2016. № 513(1-2). P. 38-48.
11. Issledovanie vzaimosvyazi kriteriya sypuchesti s dina-micheskimi i energeticheskimi harakteristikami v ob"eme smesitelya nepreryvnogo dejstviya / D.M. Borodulin i dr. // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Pishchevaya tek-hnologiya. 2013. № 5-6(335-336). S. 74-78.
JUSTIFICATION OF THE MODEL MATERIAL FOR EXPERIMENTAL RESEARCH BY BMVD MIXING'S CHOICE E.V. Avakimyants, junior research worker V.V. Gordeev, candidate of technical sciences, docent IAEP -the filial of FGBNY FNAC VIM
Abstract. Protein-mineral-vitamin additives (BMVD) are dairy cows ration's an integral part. One of the areas of technologies and technical means improvement at feed mixture's preparation is the BMVD pre-stirring mixer design. In order to this mixer's rational parameters and operating regimes justify, it is necessary experimental studies to conduct, which results' accuracy by experimental conditions to the performing ones maximum approximation can be ensured. This study's aim is model material choice for experimental studies' conduct to determine the BMVD mi -xer's rational parameters and operating regimes in according to in compliance with physical-and-mechanical properties and the experiments' conducting cost minimizing criterion to justify. Chalk, salt, semolina and soda as a model material were considered because of their BMVD and available mixtures' external similarity. To compare the materials' physical-and-mechanical characteristics, the BMVD mixtures' average properties were considered. At comparing, the materials' properties deviation percentage as the deviation arithmetic mean according to physical-and-mechanical properties' seven indicators was calculated. It was found that semolina has the lowest average of deviation's percentage - 20,8%. It has minimal differences with the BMVD mixture's properties for bulk density -in 20,7%, the angle of crumpling - 27,8%, and in the external friction's coefficient it has no differences. Based on these data, the semolina as BMVD mixer's model material using for research is the most rational. Keywords: mixing, physical-and-mechanical properties, mixer, BMVD, feed mixture.
