CC BY
0
УДК 62-111.1
DOI 10.36461/N P.2022.64.4.014
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВАРИАТИВНОСТИ ВЫДАЧИ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
В ПРОЦЕССЕ РАЗДАЧИ КОРМОВ
А.В. Чупшев1, канд. техн. наук, доцент; В.П. Терюшков1, канд. техн. наук, доцент; В.В. Коновалов2, доктор техн. наук., профессор; М.В. Донцова2, канд. техн. наук, доцент
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, (8412) 628-542, e-maiL: chupshev.a.v@pgau.ru
2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный технологический университет», г. Пенза, Россия, e-maiL: konovaLov-penza@rambLer.ru
Целью исследований является теоретическое установление функциональных зависимостей, связывающих вариативные характеристики выдачи животным корма и входящих в его состав питательных веществ с количественными и вариативными технологическими показателями раздачи кормов животным. Методика исследований предусматривала теоретические изыскания по определению выражений, описывающих вариационную взаимосвязь технологических показателей работы кормораздающего и кормоприготовительного оборудования на основе положений математической статистики. Проведенные исследования позволили установить основные выражения, связывающие вариативные характеристики количества корма (его массы) и количества питательных веществ, выдаваемых животному при кормлении (также за сутки и за изучаемый период) как со скоростью кормораздающего агрегата, производительностью его дозатора, фронтом кормления животного (шириной кормушки), так и с их значениями показателей (среднеквадратического отклонения / коэффициентом вариации), и, кроме того, с неравномерностью распределения питательных веществ в объеме кормосмеси.
Ключевые слова: дозатор, смесь, зависимость, моделирование, животное, математическая модель, кормораздатчик.
Для цитирования: Чупшев А.В., Терюшков В.П., Коновалов В.В., Донцова М.В. Определение вариативности выдачи питательных веществ в процессе раздачи кормов. Нива Поволжья, 2022, 4 (64), с. 3003. DOI 10.36461/NP.2022.64.4.014
Введение
Моделирование влияния количества скармливаемых кормов на прирост живой массы животных [1, 2] проводилось на основе данных по выращиванию свиней [3, 4].
Масса компонента в составе смеси, загружаемая в бункер раздатчика, [5, 6]:
Мк = Ы-тг (1 + кзсм)-(1 + 0,01-8д), кг. (1)
Масса компонента в составе смеси, загружаемая в бункер раздатчика [5], может быть определена:
тп = Цтг (1 + 0,01-8д)]-[1 - 0,01-(Кр1 +
+ Кр2 + Крз + кп)]-(1 - 0,43-Ук), кг (2) где кзсм - коэффициент запаса смеси с учетом возможных потерь; 8д - отклонения подачи дозаторов компонентов от нормы, %; кп - коэффициент потерь при приготовлении, транспортировке и раздаче кормов; Кр1, Кр2, Крз - коэффициент потерь кормов в процессе загрузки кормушек, в процессе скармливания корма, в качестве остатков в
кормушке, %; Ук - коэффициент вариации (неравномерность) дозы компонента [5, 7-9].
На основе указанных математических моделей [1, 5] осуществлялось моделирование взаимосвязи среднесуточного прироста живой массы ^д, кг) и показателей: затрат кормов на килограмм привеса ^д, кг); длительности выращивания откармливаемого животного сут.); среднесуточного потребления обменной энергии корма (Ее, МДж) [2, 9]. Рост количества обменной энергии увеличивает прирост живой массы и сокращает удельные затраты кормов и длительность выращивания животных. Однако зависимости имеют сложный характер [10, 11].
При этом, в силу различий генетического потенциала различных пород животных и эффективности разных кормов и рационов на их основе не всегда удается достоверно определить конкретную продуктивность животных или их пород и влияние на нее производимого изменения уровня кормового обеспечения [12-14].
400
30 ^ 1 -Т8
10-Ее 300 10-ЕЬ
10-Ер
200
100
ЕЬ :=
Ер :=
Wg0 = 0 Wg4 = 0 659 539
Ее'
Ее'
0.2
0.4
0.6 W'g
0.8
Рис. 1. Взаимосвязь среднесуточного прироста живой массы (№д, кг) и показателей: затрат кормов на килограмм привеса (Гд, кг); длительности выращивания откармливаемого животного (Тэ, сут.); среднесуточного потребления обменной энергии корма (Ее, МДж) [2]
Сложность вызывает и определение эффективности проектируемых технологических линий. Эксплуатационные затраты рассчитываются на основе стоимости оборудования, длительности работы машин и оборудования, технической производительности и установленной мощности привода машин. Но сопоставить влияние разных комплектов оборудования и машин на продуктивность животных чрезвычайно сложно, так как в процессе работы машин в составе комплекта оборудования конкретному животному выдается не расчетное количество корма, а измененное / уменьшенное с учетом кормовых потерь и вариабельности их фактических значений (ф.1, 2).
Для определения фактической прибавки продуктивности животных от изменения питательности корма используется формула д.с-х.н. А.В. Солошенко (СибНИИПТИЖ) [15]:
ДР(+)ф = 0,01 - ДР - Ро - N¡¡-(1 - 0,43-у), (3)
где ДР - процентное увеличение продуктивности животных за счет применения премиксов при выдаче нормативной дозы; Ро - начальный уровень продуктивности животных до применения премиксов; N - количество животных; V -коэффициент вариации (неравномерность) дозы премиксов.
При этом коэффициент вариации [3, 15, 16]:
^ = А(ум-^т)
(4)
где vN - коэффициент вариации (неравномерность) премикса в комбикорме; vm - коэффициент вариации распределения массы комбикорма по животным.
Целью исследований является теоретическое установление функциональных зависимостей, связывающих вариативные характеристики выдачи животным корма и входящих в его состав питательных веществ с количественными и вариативными технологическими показателями раздачи кормов животным.
В задачи исследований являлось установление взаимосвязи количества выдаваемого корма с технологическими показателями работы кор-мораздающего агрегата, а также наличие влияния вариативных характеристик технологических показателей на количество выдаваемого животному корма [15-17].
Методы и материалы Методика исследований предусматривала теоретические изыскания по определению выражений, описывающих вариационную взаимосвязь технологических показателей работы кор-мораздающего и кормоприготовительного оборудования на основе положений математической статистики [18, 19]. К числу вариативных показателей относятся как средние квадратические отклонения замеряемых показателей / факторов (как их абсолютные значения), так и коэффициенты вариации показателей (как их относительные значения). При сопоставлении влияния вариабельности факторов на результат процесса
использовались относительные значения показателей (коэффициенты вариации от средних численных значений), так как они позволяют упростить сравнение результатов [12, 14, 20].
Результаты и их обсуждение
Увеличение живой массы животных наблюдается непрерывно в процессе их роста и развития. При этом раздача кормов осуществляется техническими средствами (мобильными или стационарными кормораздатчиками). В силу технологической целесообразности настройка дозирующих устройств кормораздатчика на норму выдачи корма производится не перед каждым кормлением, а периодически, по мере контроля живой массы животных. С учетом средней живой массы животных и планируемых привесов на ближайший период выращивания осуществляется настройка дозаторов. Исходя из расчетной массы выдаваемого корма за кормление производится расчет потребной производительности дозатора кормораздатчика.
Для мобильного раздатчика потребная производительность (кг/с) дозатора определится на монокормовой смеси при равной выдачи порций корма суточного рациона за кормление [3]: тс-у
а-гс'
(5)
где тС - суточное потребное количество корма на животное (кг/сут.); 2С -кратность кормления в сутки, раз; А - фронт кормления животного (м); и - скорость перемещения корморазда-ющего агрегата (м/с).
После настройки дозатора на норму выдачи фактическая производительность дозатора кормораздатчика составит Q (кг/с). При этом погрешность работы дозатора от нормы не должно превышать 5 % для концентрированных кормов, т.е. должно соблюдаться условие:
<0,05-^
(6)
Масса кормосмеси, выдаваемая животному за одно кормление (кг):
(}а
тл =
(7)
Средняя масса смеси (кг), выдаваемая животному за одни сутки при количестве кормлений за сутки /:
™с = 1.1т1= т1 ■ 2С,
(8)
Средняя масса смеси (кг), выдаваемая животному за период (в течение 2Р суток):
тР = Ътс = тс -!Р,
(9)
где ] - текущие сутки при длительности 2Р периода выращивания (сут.).
Если по средним значениям выдаваемой массы корма и производительности дозатора расчеты не вызывают проблем, то учет
вариабельности мгновенных (конкретных, частных) значений показателей производительности дозатора, фронта кормления животного и скорости раздающего агрегата могут существенно изменить норму выдачи корма конкретному животному. А, соответственно, и сказаться на количество выданного корма животному как за сутки, так и за конкретный период выращивания. При этом влияние возможности перераспределения корма внутри группы животных в данной работе не рассматривается.
Исходя из выше указанных формул (ф. 5, 7) получается, что конкретная массовая порция питательных веществ выданной смеси животному зависит от неравномерности дозатора раздатчика, неравномерности скорости агрегата Уи, неравномерности фронта кормления уа и однородности смеси (равномерности распределения питательных веществ по объему смеси / коэффициента вариации у содержания компонентов в пробах смеси массой т при лабораторном ее исследовании).
Неравномерность (коэффициент вариации у а) производительности дозатора определяется также лабораторно по пробам из расчета времени 1 порция в секунду, а конкретные значения времени выдачи порции корма животному совсем иные (С = А/и), что повлияет на вариабельность массы т1 выданной порции смеси и ее питательных веществ т1р.
Тогда вариабельность случайных колебаний конкретных значений выдаваемой порции питательных веществ смеси с учетом средней расчетной массы порции корма за раздачу (доли):
VI =
(10)
Коэффициент вариации массы загружаемого корма животному без учета вариабельности скорости кормораздатчика (т.е. при Уи = 0)
^2 = ■ УА) +У2+ V2.
При этом
_ у ч ч
(11)
(12)
Коэффициент вариации массы загружаемого корма животному с учетом вариабельности скорости кормораздатчика (т.е. при Уи^0)
^ = ^ + у22+{1). (13)
vv ^уу'
Коэффициент вариации количества питательных веществ от массы загружаемого корма животному
V,
= V(у3 ■ Vi) + у! + V? ,
(14)
v
v
т
v
V
Заключение
Проведенные исследования позволили установить основные выражения, связывающие вариативные характеристики количества корма (его массы) и количества питательных веществ, выдаваемых животному при кормлении (также за сутки и за изучаемый период) как со скоростью кормораздающего агрегата, производительностью его дозатора, фронтом кормления животного (шириной кормушки), так и с их значениями показателей (среднеквадратического отклонения
/ коэффициентом вариации), и, кроме того, с неравномерностью распределения питательных веществ в объеме кормосмеси.
Учитывая существующие значения неравномерности показателей (коэффициенты вариации стремятся к 0,1 и менее), в силу расположения показателя в знаменателе формулы, на количественный результат выданного корма среди вариативных показателей наиболее значимо оказывает влияние неравномерности скорости движения кормораздающего агрегата.
Литература.
1. Ломов В.И., Коновалов В.В. Определение эффективности средств механизации кормления свиней. Научные труды ГНУ ВНИИМЖ Россельхозакадемии, 2004, т. 13, с. 140-145.
2. KonovaLov V., Chupshev A., Teryushkov V., Dontsova M. Simulation of pig productivity under feed consumption scienti. Scientific papers-series d-animaL science, 2022, v. 65, № 1, p. 150-157.
3. Трончук И.С., Фесина Б.Е., Почерняева Г.М. Кормление свиней. Москва: Агропромиздат, 1985, 352 с.
4. Борисова М.В., Титов А.Ю., Новиков В.В., Коновалов В.В. Регрессионная модель производительности опорожнения тихоходного смесителя. Вестник Башкирского государственного аграрного университета, 2019, № 2 (50), с. 103-108.
5. Коновалов В.В. Обоснование технических средств приготовления и выдачи кормов в свиноводстве. Пенза: ПГСХА, 2005, 312 с.
6. Les K., KowaLski K., OpaLinski I. Optimisation of process parameters in high energy mixing as a method of cohesive powder flow ability improvement. Chemical and Process Engineering. Inzynieria Chemiczna i Pro-cesowa, 2015, № 36 (4), p. 449-460.
7. Сыроватка В.И., Н.В. Жданова Инновационные машинные технологии и технические средства производства комбикормов. Инновации в сельском хозяйстве, 2018 № 2 (27), с. 272-277.
8. Сыроватка В.И., Мишуров Н.П. Перспективные направления технологии развития сельскохозяйственной системы производства комбикормов: сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции "ИнформАгро-2016". ФГБНУ Росинформагротех, 2016, с. 29-34.
9. Ведищев С.М., Хольшев Н.В., Прохоров А.В., Кажияхметова А.А., Бралиев М.К. Аналитическое исследование оптимальной частоты вращения комбинированных рабочих органов смесителя. Наука в центральной России, 2019, № 2 (38), с. 65-71.
10. Li W., Guo H., Huang Q., (...), Hou Y., Zou W. Effect of stirring rate on microstructure and properties of microporous muLLite ceramics. Journal of Materials Processing Technology, 2018, № 261, с. 159-163.
11. Булатов С.Ю., Воронов Е.В., Шамин А.Е., Сергеев А.Г. Оценка равномерности распределения премиксов в полнорационных кормах при их подготовке в смесителях. Пермский аграрный вестник, 2019, № 3 (27), с. 4-12.
12. НТП АПК 1.10.16.001-02 Нормы технологического проектирования кормоцехов для животноводческих ферм и комплексов. Введен 29.04.2002. Москва, 2002, 115 с.
13. Коновалов В.В., Дмитриев В.Ф., Коновалова М.В. Обоснование конструктивно-режимных параметров смесителя сухих кормов с плоскими лопастями. Научное обозрение, 2011, № 1, с. 24-28.
14. СТО АИСТ 19.2-2008 Сельскохозяйственная техника. Машины и оборудование для приготовления кормов. Порядок определения функциональных показателей. Введен 10.12.2010 г. Минск: Мин-сельзозпрод, 2010, 48 с.
15. Солошенко В.А., Хлебников И.К. Эффективность премиксов и качество смешивания ингредиентов. Аграрная наука, 2002, № 11, с. 24-32.
16. Чупшев А.В., Коновалов В.В. Теоретические и экспериментальные исследования смещивания сухих компонентов и микродобавок в лопастном смесителе: теория, конструкция, расчет. Пенза: РИО ПГСХА, 2014, 176 с.
17. Kupreenko A.I., Isaev Kh.M., Kuznetsov Yu.A., MikhaiLichenko S.M., Kravchenko I.N., KaLashni-kova L.V. ModeLing of mobiLe TMR mixer operation. INMATEH - AgricuLturaL Engineering, 2020, v. 61, № 2, p. 193-198.
18. KhmeLovskyi V., Otchenashko V., VoLoshyn S., Pinchevska O. Providing processes of preparation and distribution of feed for cattLe on animaL husbandry farms. Engineering for RuraL DeveLopment, 2015, № 19, с. 778-783.
19. Shchitov S.V., Sharvadze R.L., Krasnoshchekova T.A., Reshetnik E.I., PerepeLkina L.I, Samarina Yu.R., Kuznetsov, E.E., Kapustina, N.A. The prospective processing Line for the preparation of complete feed for Long-term storage. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 2018, № 41(4), c. 12-16.
20. Pavkin D.Yu., ShiLin D.V., Nikitin E.A., Kiryushin I.A. Designing and simulating the control process of a feed pusher robot used on a dairy farm. Applied Sciences (Switzerland), 2021, № 11 (22), p. 10665.
UDC 62-111.1
DOI 10.36461/N P.2022.64.4.014
DETERMINING THE VARIABILITY OF NUTRIENT DISTRIBUTION IN THE FEED HANDLING PROCESS
A.V. Chupshev1, Candidate of Technical Sciences, Assistant-professor; V.P. Teryushkov1, Candidate of Technical Sciences, Assistant-professor;
V.V. Konovalov2, Doctor of Technical Sciences, Professor; M.V. Dontsova2, Candidate of Technical Sciences, Assistant-professor
1 Federal State Budgetary Educational. Institution of Higher Education
"Penza State Agrarian University", Penza, Russia, (8412) 628-542, e-mail: chupshev.a.v@pgau.ru
2 Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education
"Penza State Technological University", Penza, Russia, e-mail: konovalov-penza@rambler.ru
The aim of the research is theoretical establishment of functional relationships Linking the variation characteristics of animaL feed distribution and its constituent nutrients with quantitative and variabLe technoLogicaL indicators of feed distribution to animaLs. MethodoLogy of the research incLuded theoreticaL studies on definition of expressions describing variation interreLation of technoLogicaL indicators of work of feed distributing and feed mixing equipment on the basis of mathematicaL statistics. Conducted researches aLLowed to estabLish basic expressions connecting variation characteristics of quantity of feed (its mass) and quantity of nutrients given to an animaL whiLe feeding (aLso per day and for the period under study) both at a speed of a feeding machine, productivity of its feed rationer, front of feeding an animaL (width of a trough) and with their vaLues of indicators (standard deviation / coefficient of variation), and, besides, with irreguLar distribution of nutrients in the voLume of a feed mixture.
Keywords: feed rationer, mixture, dependency, modeLLing, animaL, mathematicaL modeL, feeding machine.
References.
1. Lomov V.I., Konovalov V.V. Determination of efficiency of means of mechanization of pig feeding. Scientific Proceedings of VNIIMZh of Russian Agricultural Academy, 2004, v. 13, p. 140-145.
2. Konovalov V., Chupshev A., Teryushkov V., Dontsova M. Simulation of pig productivity under feed consumption scienti. Scientific papers-series d-animal science, 2022, v. 65, № 1, p. 150-157.
3. Tronchuk I.S., Fesina B.E., Pochernyaeva G.M. Feeding pigs. Moscow: Agropromizdat, 1985, 352 p.
4. Borisova M.V., Titov A.Y., Novikov V.V., Konovalov V.V. Regression model of the productivity of emptying a slow-speed mixer. Bulletin of Bashkir State Agrarian University, 2019, № 2 (50), p. 103-108.
5. Konovalov V.V. Justification of technical means of preparing and dispensing fodder in pig breeding. Penza: PSAA, 2005, 312 p.
6. Les K., Kowalski K., Opalinski I. Optimisation of process parameters in high energy mixing as a method of cohesive powder flow ability improvement. Chemical and Process Engineering. Inzynieria Chemiczna i Pro-cesowa, 2015, № 36 (4), p. 449-460.
7. Syrovatka V.I., Zhdanova N.V. Innovative machine technologies and technical means of mixed fodder production. Innovations in agriculture, 2018 № 2 (27), p. 272-277.
8. Syrovatka V.I., Mishurov N.P. Prospective directions of technology development of agricultural system of mixed fodder production: Proceedings of VIII International Scientific and Practical Conference "InformAgro-2016". FSBSI Rosinformagrotekh, 2016, p. 29-34.
9. Vedishchev S.M., Kholshev N.V., Prokhorov A.V., Kazhiyakhmetova A.A., Braliev M.K. Analytical study of optimal rotation frequency of combined mixer working bodies. Science in Central Russia, 2019, № 2 (38), p. 65-71.
10. Li W., Guo H., Huang Q., (...), Hou Y., Zou W. Effect of stirring rate on microstructure and properties of microporous muLLite ceramics. Journal of Materials Processing Technology, 2018, № 261, p. 159-163.
11. BuLatov S.Y., Voronov E.V., Shamin A.E., Sergeev A.G. Assessment of uniformity of premix distribution in complete fodders during their preparation in mixers. Perm Agrarian Journal, 2019, № 3 (27), p. 4-12.
12. STP AIC 1.10.16.001-02 Norms of technological design of feed stores for Livestock farms and complexes. Introduced in 29.04.2002. Moscow, 2002, 115 p.
13. KonovaLov V.V., Dmitriev V.F., KonovaLova M.V. Justification of the design parameters of a dry fodder mixer with flat blades. Science Review, 2011, № 1, p. 24-28.
14. STO AIST 19.2-2008 AgricuLturaL machinery. Machines and equipment for fodder preparation. Procedure for determination of functionaL indices. Introduced 10.12.2010. Minsk: MinseLzozprod, 2010, 48 p.
15. SoLoshenko V.A., KhLebnikov I.K. Efficiency of premixes and quaLity of ingredient mixing. Agrarnaya Nauka, 2002, №11, p. 24-32.
16. Chupshev A.V., KonovaLov V.V. TheoreticaL and experimentaL studies of mixing of dry components and micro-additives in the paddLe mixer: theory, design, caLcuLation. Penza: PSAA PubLishing House, 2014, 176 p.
17. Kupreenko A.I., Isaev Kh.M., Kuznetsov Yu.A., MikhaiLichenko S.M., Kravchenko I.N., KaLashni-kova L.V. ModeLing of mobiLe TMR mixer operation. INMATEH - AgricuLturaL Engineering, 2020, v. 61, № 2, p. 193-198.
18. KhmeLovskyi V., Otchenashko V., VoLoshyn S., Pinchevska O. Providing processes of preparation and distribution of feed for cattLe on animaL husbandry farms. Engineering for RuraL DeveLopment, 2015, № 19, p. 778-783.
19. Shchitov S.V., Sharvadze R.L., Krasnoshchekova T.A., Reshetnik E.I., PerepeLkina L.I, Samarina Yu.R., Kuznetsov, E.E., Kapustina, N.A. The prospective processing Line for the preparation of compLete feed for Long-term storage. JournaL of MechanicaL Engineering Research and DeveLopments, 2018, № 41(4), p. 12-16.
20. Pavkin D.Yu., ShiLin D.V., Nikitin E.A., Kiryushin I.A. Designing and simuLating the controL process of a feed pusher robot used on a dairy farm. AppLied Sciences (SwitzerLand), 2021, № 11 (22), p. 10665.
