CC BY
0
DOI 10.24412/2311-6447-2023-4-162-165
Теоретические предпосылки оденки качества
кормовой смеси
Theoretical prerequisites for assessing the quality
of the feed mixture
Доцент Д.А. Рыбалкин, доцент E.A. Чепурина, Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, кафедра инженерной и компьютерной графики
мл. науч. сотрудник А.С. Свиридов Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ, sviridov.vim@yandex.ru
Associate Professor D.A. Rybalkin, Associate Professor E.L. Chepurina, Russian State Agrarian University - Timiryazev Moscow Agricultural Academy, Department of Engineering and Computer Graphics
Jr. scientific, employee A.S. Sviridov Federal Scientific Agroengineering Center of VIM, sviridov.vim@yandex.ru
Аннотация. Представлены теоретические предпосылки оценки качества кормовой смеси для КРС. Критерием качества получаемой кормовой смеси является коэффициент вариации или однородность смеси. На основе полученных результатов можно задать реальные значения массы и количества анализируемых навесок с учетом конкретных условий исследований, при условии, что применяемые значения не должны быть меньше теоретически полученных величин.
Abstract. The article presents the theoretical prerequisites for assessing the quality of feed mixture for cattle. The quality criterion of the resulting feed mixture is the coefficient of variation or uniformity of the mixture. Based on the obtained results, it is possible to set the actual values of the mass and number of analyzed attachments, taking into account the specific research conditions, provided that the applied values should not be less than the theoretically obtained values.
Ключевые слова: качество кормовой смеси, смешивание, коэффициент вариации, однородность смеси, стебельчатые корма, сыпучие материалы
Keywords: the quality of the feed mixture, mixing, coefficient of variation, uniformity of the mixture, stem feed, bulk materials
Исследование проведено в рамках программы «Приоритет-2030» по проекту «Механико -технологические основы точных технологий приготовления и раздачи корм.осмесей КРС роботизированными системами кормления»
Задачей процесса смешивания в общем случае является получение такой смеси, в которой в любом малом объеме, взятом в произвольной точке, соотношение масс компонентов должно быть равно соответствующему соотношению масс исходных компонентов, то есть в идеальном случае должно выполняться соотношение:
Yt:Y2: ...:Yn = XiL:Xiz: ...:Xin (])
>
где Yi, Yj,... Yn - массы подаваемых в смеситель компонентов; Хц, Хи, ...Хт - массы компонентов, находящихся в объеме i-ой пробы смеси.
В действительности же такого распределения компонентов при их смешивании не наблюдается и в микрообъемах смеси возможно бесконечное разнообразие взаимного расположения частиц материала. В этих условиях соотношение компонентов в произвольных микрообъемах смеси - величина случайная, зависящая от большого числа различных факторов, охватить которые в теоретических исследова-
УДК 636
ниях практически невозможно.
Для удобства определения качественных показателей и выражения оценочных критериев качества в математической форме из смеси выделяют. Или выводят дополнительно в качестве индикатора один компонент, называемый ключевым или контрольным, а все остальные смешиваемые материалы объединяют во второй условный компонент. В этом случае условие смешивания примет вид:
У^.Г =Х(1:Х1 (2)
>
Где У\ - масса контрольного компонента (индикатора), вводимого в смеситель; Хц масса того же компонента в ьой пробе смеси; У - суммарная масса всех компонентов, кроме контрольного, вводимого в смеситель; Х\ - суммарная масса всех компонентов, кроме контрольного, в ьой пробе.
Выражение (2) можно записать в виде:
X' У (3)
Данное выражение показывает, что при идеальном смешивании соотношение массы контрольного компонента и суммарной массы всех остальных компонентов в микрообъеме любой пробы, взятой в произвольной точке смеси, должно быть равно соотношению масс тех же компонентов, вводимых в смеситель.
В выражении (3) соотношение У\/У является известной, заранее задаваемой в каждом конкретном случае, неизменной величиной. Соотношение же Хц/Х\ - величина случайная.
В частных случаях смешивания различных материалов, разработки и исследования смесителей применялись различные методики оценки качества получаемой смеси, в которых в качестве оценочного критерия использовались разнообразные показатели [1]. Анализ подобных исследований показал, что наиболее приемлемой и универсальной является методика, в которой в качестве случайной величины в двухкомпонентной смеси берется содержание контрольного компонента в объемах проб Х\ , а оценочным критерием качества получаемой смеси является коэффициент вариации V или степень однородности Л [2].
Коэффициент вариации в % определяется по следующей формуле:
сг 100
—100 = -— X ср -^-"-ср л]
П~ 1
(4)
где а - среднее квадратическое отклонение содержания контрольного компонента в пробах; хср=Ех] / п - среднее арифметическое значение количества контрольного компонента в пробах; ж - количество контрольного компонента в пробе (масса компонента в граммах или его коэффициент в %); п - количество проб.
Степень однородности (%) определяется по формуле:
Я = 100 - V.
Для упрощения расчетов по формуле (4) при проведении предварительных исследований выражение под корнем 1 41 можно преобразовать в более удобный для практического применения вид. Опуская промежуточные преобразования ввиду их сравнительной простоты, получим соотношение:
та я.
- Хер)" = -пх^. (5)
г = 1 ¿ = 1
Тогда выражение (4) примет вид:
100
V = -
х
Л цз
к 1 2 !■— 1 Ё -пх^р
п — 1
(6)
Для расчетов коэффициента вариации по формуле (6) необходимо суммирование квадратов значений щ, что избавляет от необходимости подсчета суммы квадратов разностей (х, -хср)2 при использовании выражения (4).
При исследовании качественных показателей получаемой кормовой смеси важную роль играет выбираемая масса анализируемой пробы. Отсутствие единой методики по данному вопросу приводит к тому, что при исследовании степени однородности кормовых смесей разные исследователи берут разнообразные массы проб. Эти значения колеблются в различных исследованиях от нескольких грамм до массы разовой выдачи кормовой смеси животными.
Очевидно, что при всем разнообразии значений массы пробы должна быть какая-то минимально допустимая масса, обеспечивающая достоверность оценки качества смеси.
При смешивании сыпучих материалов для определения минимальной массы пробы рекомендуется пользоваться формулой:
104тг
где См - минимально допустимая масса пробы, г; (1 - среднеарифметический диаметр частиц контрольного компонента, см; р - плотность материала частиц, г/см3; со - концентрация контрольного компонента в смеси, %; (съ+Зо) - максимальная концентрация контрольного компонента в пробах при нормальном законе распределения концентрации с вероятностью 0,997; 5 - наибольшее изменение значения сь при отклонении числа частиц контрольного компонента пч от теоретического их числа на ± 1 шт.
Данное выражение можно использовать с некоторыми допущениями и применительно к кормовым смесям. Однако при смешивании стебельчатых кормов, когда средний размер частиц индикатора, может быть значительно меньше среднего размера частиц стебельчатых компонентов [3, 4]. На наш взгляд, целесообразно в формуле (7) вместо (I подставлять среднеарифметическое значение размера частиц стебельчатого кормового компонента, имеющих наибольший линейный размер I
В этом случае формула (7) примет вид:
10%
Значение величины 6 можно принять в выражении (8) равным 1 %, что чаще всего и бывает в опытах. Среднее квадратическое отклонение концентрации или массы контрольного компонента в пробах о определяется по формуле (9), в которой величиной коэффициента вариации V можно задаться, исходя из зоотехнических требований однородности получаемой кормовой смеси [4, 5]:
vc0
о = -. (9)
100 [ '
При назначении практической массы проб во избежание ошибок особенно при смешивании стебельчатых компонентов необходимо соблюдать условие:
О > См. (10)
Немаловажное значение при определении оценки качества кормовой смеси имеет и численность отбираемых для анализа проб. При нормальном законе распределения концентрации контрольного компонента в навесках кормовой смеси для определения необходимого числа проб можно воспользоваться формулой:
п >
t¿ ■ V
(Н)
Где п - число проб, отираемых для анализа; /а - нормированное отклонение, которое может быть найдено по заданной вероятности а, § - относительная предельная погрешность определения концентрации контрольного компонента во всей кормовой смеси по среднеарифметической концентрации контрольного компонента в пробах.
Наиболее приемлемым и универсальным оценочным критерием качества получаемой кормовой смеси является коэффициент вариации или однородность смеси. Важное значение при разработке методики оценки качества кормовой смеси имеет обоснование массы проб и их количества.
При назначении масс и количества проб при исследовании необходимо определить предварительно их минимальные значения по приведенным выше формулам и на основе полученных результатов назначать реальные значения массы и количества анализируемых навесок с учетом конкретных условий исследований. Применяемые значения не должны быть меньше теоретически полученных величин. Масса навески, а также численность отбираемых для анализа проб должны быть по возможности меньшими, но достаточными для характеристики качества получаемой кормовой смеси.
ЛИТЕРАТУРА
1. Осипов A.A., Першина C.B. Дозирование и смешивание сыпучих материалов: краткий обзор российских научных исследований / / Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 6. URL: http s: / / science-education.ru / ru/article / view?id= 16105 (дата обращения: 04.09.2023).
2. Рыбалкин Д.А., Балуев A.C. Анализ измельчителей-смесителей кормов //В сборнике: инновации в природообустройстве и защите в чрезвычайных ситуациях. Материалы IX Международной научно-практической конференции. Саратов, 2022. С. 579-582.
3. Елисеев М.С., Рыбалкин Д.А., Ситкалиев A.C. Обоснование конструктивных параметров раздатчика стебельчатых кормов // Аграрный научный журнал. 2020. № 11. С. 110-112.
4. Елисеев М.С., Рыбалкин Д.А., Чепурина Е.Л., Кушнарева Д.Л. Обоснование конструктивно-технологической схемы раздатчика стебельчатых кормов / / Аграрный научный журнал. 2022. № 6. С. 91-93.
REFERENCES
1. Osipov A.A., Pershina S.V. Dosing and mixing of bulk materials: a brief overview of Russian scientific research // Modern problems of science and education. - 2014. -No. 6.; URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=16105 (date of reference: 04.09.2023).
2. Rybalkin D.A., Baluyev A.S. Analysis of feed shredders and mixers //In the collection: innovations in environmental management and protection in emergency situations. Materials of the IX International Scientific and Practical Conference. Saratov, 2022. pp. 579-582.
3. Eliseev M.S., Rybalkin D.A., Sitkaliev A.S. Substantiation of the design parameters of the distributor of stem feeds // Agrarian Scientific Journal. 2020. No. 11. pp. 110-112.
4. Eliseev M.S., Rybalkin D.A., Chepurina E.L., Kushnareva D.L. Substantiation of the constructive and technological scheme of the distributor of stem feeds / / Agrarian Scientific Journal. 2022. No. 6. pp. 91-93.
