JP2020139825A - Method and device for estimating dry matter density of silage and the like - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
本発明は、サイレージの密度測定技術に関し、より具体的には、サイレージ及びその原料とシャフトとの間の摩擦抵抗値を用いてサイレージ及びその原料の乾物密度を推定する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a silage density measuring technique, and more specifically, to a method and an apparatus for estimating the dry matter density of silage and its raw material using the frictional resistance value between the silage and its raw material and the shaft.
家畜のエサとなる牧草や飼料用とうもろこしなどの粗飼料は、収穫後にサイロに充填し、乳酸菌によって発酵させることで、長期保存が可能となる。乳酸菌によって発酵させた粗飼料をサイレージという。サイレージの品質に影響する主要因の一つとして、一般に、サイロ内に充填された粗飼料の密度が挙げられている。充填された粗飼料の密度が低い場合は、粗飼料が多くの空気を含むことになるため、発酵過程で乳酸菌以外の雑菌が繁殖しやすい。そのため、乳酸菌による発酵が抑制され、腐敗や変敗が生じるおそれがある。また、乳酸菌による発酵が不十分なサイレージは、サイロ開封後の品質も不安定である。したがって、高品質のサイレージを調製するためには、サイロ開封後のサイレージ密度を測定し、その結果をサイロ充填作業にフィードバックして、適切な粗飼料密度を実現することが重要である。 Roughage such as grass and feed corn, which are used as feed for livestock, can be stored for a long time by filling silos after harvesting and fermenting them with lactic acid bacteria. Roughage fermented with lactic acid bacteria is called silage. One of the main factors affecting the quality of silage is generally the density of the roughage filled in the silo. When the density of the filled roughage is low, the roughage contains a large amount of air, so that various bacteria other than lactic acid bacteria easily propagate in the fermentation process. Therefore, fermentation by lactic acid bacteria is suppressed, and there is a risk of spoilage or deterioration. In addition, silage with insufficient fermentation by lactic acid bacteria has unstable quality after opening the silo. Therefore, in order to prepare high quality silage, it is important to measure the silage density after opening the silo and feed back the result to the silo filling operation to realize an appropriate roughage density.
過去においては、サイレージの発酵品質を評価する指標として、現物密度が用いられていた。現物密度とは、水分を含んだ状態で測定されたサイレージの密度である。しかし、本出願の発明者が、サイレージの発酵品質を評価する指標として乾物密度を用いることがより適切であることを提唱（非特許文献１）し、その結果としてサイレージの発酵品質が向上したことから、現在では、乾物密度が、サイレージの発酵品質を評価する指標として主に用いられている。乾物密度とは、現物に含まれる水分を差し引いた残固形物の密度であり、乾燥させた状態で測定されたサイレージの密度でもある。 In the past, physical density has been used as an index to evaluate the fermentation quality of silage. The physical density is the density of silage measured in a water-containing state. However, the inventor of the present application proposed that it is more appropriate to use the dry matter density as an index for evaluating the fermentation quality of silage (Non-Patent Document 1), and as a result, the fermentation quality of silage was improved. Therefore, at present, dry matter density is mainly used as an index for evaluating the fermentation quality of silage. The dry matter density is the density of the residual solid matter after deducting the water content contained in the actual product, and is also the density of silage measured in a dried state.
従来、サイレージの乾物密度を測定するための方法として主に用いられている方法は、コアサンプラー（例えば、特許文献１）を用いたコアサンプラー法（例えば、非特許文献２）である。コアサンプラー法においては、例えば直径５〜１０ｃｍ、長さ２０ｃｍ程度のホルソーを用いてサイレージ断面を穿孔し、サイレージのサンプルを採取し、採取したサンプルを温度１０５°Ｃで２４時間乾燥させ、乾燥前のサンプルの体積と乾燥後のサンプルの重量とから乾物密度を求める。なお、乾燥前のサンプルの重量と体積とを用いれば、サイレージの現物密度を求めることができる。 Conventionally, a method mainly used as a method for measuring the dry matter density of silage is a core sampler method (for example, Non-Patent Document 2) using a core sampler (for example, Patent Document 1). In the core sampler method, for example, a silage cross section is perforated using a hole saw having a diameter of 5 to 10 cm and a length of about 20 cm, a silage sample is taken, and the collected sample is dried at a temperature of 105 ° C for 24 hours before drying. The dry matter density is calculated from the volume of the sample and the weight of the sample after drying. By using the weight and volume of the sample before drying, the actual density of silage can be obtained.
コアサンプラー法は、現行の密度計測方法であるが、牧草サイレージに対する密度測定では、低い値となることが確認されている。また、現物密度では比較的高い精度での計測が可能であるが、乾物密度については測定精度が低い。例えば牧草サイレージでは、この方法によって測定された乾物密度は、実際の乾物密度より１５〜２５％程度低い値となることが確認されている。また、この方法では、採取したサイレージのサンプルを２４時間乾燥させ、乾燥後の重量を測定する必要があるため、乾物密度を迅速に求めることができない。さらに、この方法では、測定装置として、専用のホルソー、電動ドリル、発電機、乾燥機、電子秤などの機器を準備する必要があるため、初期投資が高額である。そのため、コアサンプラー法は、一部の研究機関や営農指導組織による限定的な利用に留まっている。 The core sampler method is the current density measurement method, but it has been confirmed that the value is low in the density measurement for grass silage. In addition, the actual density can be measured with relatively high accuracy, but the dry matter density has low measurement accuracy. For example, in grass silage, it has been confirmed that the dry matter density measured by this method is about 15 to 25% lower than the actual dry matter density. Further, in this method, it is necessary to dry the collected silage sample for 24 hours and measure the weight after drying, so that the dry matter density cannot be obtained quickly. Further, in this method, it is necessary to prepare equipment such as a dedicated hole saw, an electric drill, a generator, a dryer, and an electronic scale as a measuring device, so that the initial investment is high. Therefore, the core sampler method is used only by some research institutes and farming guidance organizations.
上記課題に鑑み、本発明は、サイレージ及びその原料の乾物密度を高精度かつ迅速に現場で推定することが可能な乾物密度推定方法及び乾物密度推定装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a dry matter density estimation method and a dry matter density estimation device capable of estimating the dry matter density of silage and its raw material in the field with high accuracy and speed.
サイレージは、牧草繊維又は飼料用とうもろこし繊維などの植物繊維と、植物繊維に内包されている水分又は植物繊維に付着している水分と、空隙とから構成され、吸水性及び保水性を有する有機体であり、圧力により体積が大きく変動する弾性体である。このことは、サイレージの原料となる牧草又は飼料用とうもろこしなどの粗飼料についても同様である。したがって、サイレージ及びその原料（以下、「サイレージ等」という。）は、例えば土壌のような剛性体・塑性体としての性質が弱く、棒状物体が挿入されたときにその物体によって押し退けられた部分において復元力が生じ、この復元力による圧力が棒状物体の周面全体に加わる。本発明者は、この圧力によって棒状物体の表面とサイレージ等の繊維との間に生じる摩擦力がサイレージ等の乾物密度と高い相関関係を有すること、及び、そのような高い相関関係が成り立つ条件として、棒状物体をサイレージ等に貫入させるときにサイレージ等の状態を乱さないことが重要であることといった知見を得て、本発明を完成させた。また、本発明者は、本発明の推定方法によれば、サイレージ等の水分量は推定結果にほとんど影響を与えないことも見出した。 Silage is an organism having water absorption and water retention, which is composed of plant fibers such as grass fibers or corn fibers for feed, water contained in the plant fibers or water adhering to the plant fibers, and voids. It is an elastic body whose volume greatly fluctuates depending on the pressure. This also applies to roughage such as grass or corn for feed, which is a raw material for silage. Therefore, silage and its raw material (hereinafter referred to as "silage, etc.") have weak properties as a rigid body / plastic body such as soil, and are pushed away by the rod-shaped object when it is inserted. A restoring force is generated, and the pressure due to this restoring force is applied to the entire peripheral surface of the rod-shaped object. The present inventor states that the frictional force generated between the surface of a rod-shaped object and fibers such as silage by this pressure has a high correlation with the density of dry matter such as silage, and that such a high correlation is established. The present invention has been completed based on the finding that it is important not to disturb the state of silage or the like when a rod-shaped object is penetrated into silage or the like. The present inventor has also found that, according to the estimation method of the present invention, the amount of water in silage or the like has almost no effect on the estimation result.
一態様において、本発明は、サイレージ等の乾物密度を推定する方法を提供する。本方法は、現場において堆積したサイレージ等にシャフトを貫入させるステップと、サイレージ等とシャフトとの間の摩擦抵抗値を測定するステップと、摩擦抵抗値とサイレージ等の乾物密度との間の予め求められた相関関係に基づいて、測定された摩擦抵抗値に対応するサイレージ等の乾物密度を求めるステップとを含む。本方法は、さらに、シャフトとサイレージ等との間の摩擦抵抗値と、該摩擦抵抗値が測定されたサイレージ等の乾物密度とに基づいて、相関関係を予め求めるステップを含むものとすることができる。ここで、現場において堆積したサイレージ等にシャフトを貫入させるステップと、サイレージ等とシャフトとの間の摩擦抵抗値を測定するステップとは、同時に行うこと、すなわち貫入させながら摩擦抵抗値を測定する（例えば、摩擦抵抗値として貫入抵抗値が測定される場合）こともできるし、別々に行うこと、すなわち貫入させた後に摩擦抵抗値を測定する（摩擦抵抗値として回転抵抗値又は引抜抵抗値が測定される場合）こともできる。 In one aspect, the present invention provides a method of estimating dry matter density such as silage. In this method, the step of penetrating the shaft into the silage or the like deposited at the site, the step of measuring the frictional resistance value between the silage or the like and the shaft, and the step of obtaining the frictional resistance value and the dry matter density of the silage or the like in advance are obtained. It includes a step of determining the dry matter density of silage or the like corresponding to the measured frictional resistance value based on the obtained correlation. The method can further include a step of preliminarily determining the correlation based on the frictional resistance value between the shaft and the silage or the like and the dry matter density of the silage or the like on which the frictional resistance value is measured. Here, the step of penetrating the shaft into the silage or the like deposited at the site and the step of measuring the frictional resistance value between the silage or the like and the shaft are performed at the same time, that is, the frictional resistance value is measured while penetrating (the step of penetrating the shaft). For example, it can be done separately (when the penetration resistance value is measured as the friction resistance value), that is, the friction resistance value is measured after the penetration is performed (the rotation resistance value or the pull-out resistance value is measured as the friction resistance value). If done) can also be done.
相関関係を予め求めるステップは、水分量が既知のサイレージ等を所定の容器に充填することと、容器に充填されたサイレージ等にシャフトを挿入し、シャフトとサイレージ等との間の摩擦抵抗値を測定することと、容器へのサイレージ等の充填及び摩擦抵抗値の測定を、水分量及び充填量の異なるサイレージ等について繰り返すことと、容器に充填された水分量及び充填量の異なるサイレージ等の各々の乾物密度を計算することと、測定された複数の摩擦抵抗値と、計算された複数の乾物密度とを用いて、摩擦抵抗値とサイレージ等の乾物密度との間の相関関係を求めることとを含むものとすることができる。 The steps to obtain the correlation in advance are to fill a predetermined container with silage or the like having a known water content, insert the shaft into the silage or the like filled in the container, and determine the frictional resistance value between the shaft and the silage or the like. The measurement, filling of silage, etc. in the container, and measurement of the frictional resistance value are repeated for silage, etc. with different water content and filling amount, and silage, etc. filled with different water content and filling amount, respectively. To calculate the dry matter density of, and to find the correlation between the frictional resistance value and the dry matter density such as silage by using the measured multiple frictional resistance values and the calculated dry matter densities. Can be included.
一実施形態においては、堆積したサイレージ等とシャフトとの間の摩擦抵抗値は、サイレージ等に貫入させたシャフトを該シャフトの軸周りに回転させたときの回転抵抗値とすることができる。別の実施形態においては、摩擦抵抗値は、サイレージ等にシャフトを貫入させるときの貫入抵抗値とすることができる。さらに別の実施形態においては、摩擦抵抗値は、サイレージ等からシャフトを引き抜くときの引抜抵抗値とすることができる。さらにまた別の実施形態においては、摩擦抵抗値として、回転抵抗値、貫入抵抗値、及び引抜抵抗値のうちの２つ又は全部を組み合わせて用いることもできる。シャフトは、円形状の横断面を有するものであることが好ましく、円錐形状の先端部を有するものであることが好ましい。 In one embodiment, the frictional resistance value between the deposited silage or the like and the shaft can be the rotational resistance value when the shaft penetrated into the silage or the like is rotated around the shaft. In another embodiment, the frictional resistance value can be a penetration resistance value when the shaft is penetrated into silage or the like. In yet another embodiment, the frictional resistance value can be the pullout resistance value when the shaft is pulled out from silage or the like. In yet another embodiment, the frictional resistance value may be a combination of two or all of the rotational resistance value, the penetration resistance value, and the pull-out resistance value. The shaft preferably has a circular cross section, and preferably has a conical tip.
別の態様において、本発明は、サイレージ等の乾物密度を推定するために用いられる装置を提供する。本装置は、現場において堆積したサイレージ等に貫入させるシャフトと、サイレージ等とシャフトとの間の摩擦抵抗値を測定する測定器と、摩擦抵抗値をサイレージ等の乾物密度に換算するための相関関係を含む換算部とを備える。相関関係は、シャフト等とサイレージとの間の摩擦抵抗値と、該摩擦抵抗値が測定された部分のサイレージ等の乾物密度とに基づいて、予め求められたものとすることができる。 In another aspect, the invention provides a device used to estimate dry matter densities such as silage. This device has a shaft that penetrates into silage, etc. deposited at the site, a measuring instrument that measures the frictional resistance value between the silage, etc. and the shaft, and a correlation for converting the frictional resistance value into the dry matter density of silage, etc. It is provided with a conversion unit including. The correlation can be determined in advance based on the frictional resistance value between the shaft or the like and the silage and the dry matter density of the silage or the like in the portion where the frictional resistance value is measured.
本発明に係る乾物密度を推定する方法及び装置によれば、従来の密度測定方法であるコアサンプラー法より簡便に、短時間かつ高精度で、サイレージ等の乾物密度を現場で推定することが可能であるため、サイレージの品質改善に寄与する。本発明の方法及び装置を用いることにより、サイレージ調製条件の適切な指導が可能となり、サイレージ品質低下の要因である踏圧不足、過剰踏圧、踏圧ムラなどの問題を解決することができる。 According to the method and apparatus for estimating the dry matter density according to the present invention, it is possible to estimate the dry matter density of silage or the like in the field more easily, in a short time and with high accuracy than the core sampler method which is a conventional density measurement method. Therefore, it contributes to the improvement of silage quality. By using the method and apparatus of the present invention, it is possible to appropriately give guidance on silage preparation conditions, and it is possible to solve problems such as insufficient treading pressure, excessive treading pressure, and uneven treading pressure, which are factors of deterioration of silage quality.
本発明の発明者によれば、サイレージの発酵品質を評価する指標として用いるのに最適なサイレージ乾物密度は、サイレージに対して貫入させた所定の形状のシャフトを回転させたとき、サイレージにシャフトを貫入させるとき、又はサイレージに貫入させたシャフトを引き抜くときの、シャフトとサイレージとの間の摩擦抵抗と高い相関関係にあることがわかった。本発明は、この知見を用いて完成されたものであり、例えばサイレージ開封現場で摩擦抵抗値を測定し、当該摩擦抵抗値に対応する乾物密度を調べることによって、サイレージの乾物密度を現場において、簡便に、迅速かつ高精度で、推定することができる。また、サイレージの原料についても、同様の方法により、乾物密度を推定することができる。 According to the inventor of the present invention, the optimum silage dry matter density to be used as an index for evaluating the fermentation quality of silage is that when a shaft having a predetermined shape penetrated into the silage is rotated, the shaft is placed on the silage. It was found that there is a high correlation with the frictional resistance between the shaft and the silage when the shaft is penetrated or when the shaft penetrated into the silage is pulled out. The present invention has been completed by using this finding. For example, by measuring the frictional resistance value at the silage opening site and examining the dry matter density corresponding to the frictional resistance value, the dry matter density of the silage can be determined at the site. It can be estimated easily, quickly and with high accuracy. In addition, the dry matter density can be estimated for the silage raw material by the same method.
なお、本明細書において以下に説明される実施形態は、チモシー主体の牧草又は飼料用とうもろこしを粗飼料として用いたサイレージの乾物密度を推定する装置及び方法に関するものである。以下において説明される装置のシャフトの形状（太さ、長さ及び先端角の大きさ等）、及び、摩擦抵抗値と乾物密度との間の相関関係は、これらの粗飼料を原料とするサイレージに適用されるものであり、他の粗飼料、例えばオーチャードグラスなどの他の草種を用いたサイレージの乾物密度や、サイレージの原料の乾物密度を推定する場合には、別途、適切なシャフト形状や相関関係を求める必要がある。しかしながら、他の粗飼料を用いる場合であっても、本実施形態において説明される方法と同様の方法を採用することによって、適切なシャフト形状及び相関関係を定めることができる。 In addition, the embodiment described below in this specification relates to an apparatus and a method for estimating the dry matter density of silage using timothy-based grass or feed corn as a roughage. The shape of the shaft of the device (thickness, length, size of tip angle, etc.) and the correlation between the frictional resistance value and the dry matter density described below are used for silage made from these roughages. It is applicable, and when estimating the dry matter density of silage using other forages, for example, other grass species such as orchardgrass, or the dry matter density of the raw material of silage, an appropriate shaft shape and correlation are separately applied. We need to seek a relationship. However, even when other roughages are used, an appropriate shaft shape and correlation can be determined by adopting the same method as that described in this embodiment.
［乾物密度を推定する装置］
本発明によるサイレージの乾物密度を推定する方法は、堆積したサイレージに貫入させるシャフトと、堆積したサイレージとシャフトの表面との間の摩擦抵抗値を測定する測定器とを有する装置を用いることによって、実施することができる。測定器によって測定された摩擦抵抗値は、摩擦抵抗値とサイレージの乾物密度との間の相関関係に基づいて、乾物密度に換算することができる。
[Device for estimating dry matter density]
The method of estimating the dry matter density of silage according to the present invention is by using a device having a shaft penetrating the deposited silage and a measuring instrument for measuring the frictional resistance value between the deposited silage and the surface of the shaft. Can be carried out. The frictional resistance value measured by the measuring instrument can be converted into a dry matter density based on the correlation between the frictional resistance value and the dry matter density of silage.
相関関係は、後述される方法を用いて予め求めておくことができる。予め求められた相関関係に基づいて乾物密度を推定する場合には、相関関係を表す相関図として用いるか、検量線（相関式）として用いるか、又は、検量線に基づいて摩擦抵抗値に対応するサイレージの乾物密度を求めた結果を表した換算表として用いることができる。 The correlation can be obtained in advance by using the method described later. When estimating the dry matter density based on the correlation obtained in advance, use it as a correlation diagram showing the correlation, use it as a calibration curve (correlation formula), or correspond to the frictional resistance value based on the calibration curve. It can be used as a conversion table showing the result of obtaining the dry matter density of the silage.
相関図、検量線又は換算表を用いて得られた乾物密度の数値は、摩擦抵抗値を測定した当該サイレージの乾物密度であると推定される。摩擦抵抗値は、サイレージに貫入させたシャフトを該シャフトの軸周りに回転させたときの回転抵抗値（トルクともいう）、サイレージにシャフトを貫入させるときの貫入抵抗値、若しくはサイレージからシャフトを引き抜くときの引抜抵抗値のいずれか、又はこれらの組み合わせとすることができる。 The numerical value of the dry matter density obtained by using the correlation diagram, the calibration curve or the conversion table is estimated to be the dry matter density of the silage whose frictional resistance value is measured. The frictional resistance value is the rotational resistance value (also called torque) when the shaft penetrated into the silage is rotated around the axis of the shaft, the penetration resistance value when the shaft is penetrated into the silage, or the shaft is pulled out from the silage. It can be any of the pull-out resistance values of the time, or a combination thereof.
本発明の一実施形態による、サイレージの乾物密度を推定するために用いられる装置は、堆積したサイレージに貫入させるシャフトを備える。シャフトは、棒の先端に、サイレージへの貫入時にサイレージを乱さないような形状に形成された先端部が設けられたものであることが好ましい。シャフトは、棒と先端部とが一体的に形成されたものであることが好ましいが、別々に形成された棒と先端部とを接続したものであってもよい。 The device used to estimate the dry matter density of silage according to one embodiment of the present invention comprises a shaft that penetrates the deposited silage. The shaft is preferably provided with a tip portion formed at the tip end of the rod so as not to disturb the silage when penetrating into the silage. The shaft is preferably one in which the rod and the tip portion are integrally formed, but may be one in which the separately formed rod and the tip portion are connected.
シャフトの横断面は、回転抵抗値を測定する場合には円形状又は円形状に近い多角形であることが好ましく、先端部は円錐形状又は円錐形状に近い多角錐形状であることが好ましい。貫入抵抗値又は引抜抵抗値を測定する場合には、必ずしも横断面が円形状である必要はなく、楕円形状、多角形状又は平らな形状でもよく、先端部も円錐形状ではなく、楕円錐形状、多角錐形状又は平面錐形状でもよい。シャフトは、強度が高く、加工性に優れる材質であることが好ましく、例えば、鋼鉄、アルミニウム合金、ステンレス、ジュラルミンなどの金属を用いることが好ましい。 When measuring the rotational resistance value, the cross section of the shaft is preferably a circular shape or a polygonal shape close to a circular shape, and the tip portion is preferably a conical shape or a polygonal pyramid shape close to a conical shape. When measuring the penetration resistance value or the pull-out resistance value, the cross section does not necessarily have to be circular, and may be elliptical, polygonal or flat, and the tip is not conical but elliptical pyramid. It may have a polygonal cone shape or a plane cone shape. The shaft is preferably made of a material having high strength and excellent workability, and for example, it is preferable to use a metal such as steel, aluminum alloy, stainless steel, or duralumin.
シャフトの先端部を錐形状とすることによって、サイレージを乱すことなくシャフトをサイレージに貫入させることができる。サイレージを乱すことなくシャフトを貫入させることによって、シャフトの表面近くのサイレージに乱れを生じさせにくくなり、摩擦抵抗を精度良く測定することができる。また、先端部が円錐形状の場合には、頂角が３０°以下であることが好ましく、１５°であることがより好ましい。頂角が３０°より大きい場合は、シャフトがサイレージに貫入されるときの先端部の抵抗が大きくなり、シャフトの表面近くのサイレージが乱され、摩擦抵抗を精度良く測定することができなくなるとともに、シャフトの貫入時により大きな力を要することになる。 By forming the tip of the shaft into a cone shape, the shaft can be penetrated into the silage without disturbing the silage. By penetrating the shaft without disturbing the silage, it becomes difficult for the silage near the surface of the shaft to be disturbed, and the frictional resistance can be measured accurately. Further, when the tip portion has a conical shape, the apex angle is preferably 30 ° or less, more preferably 15 °. If the apex angle is larger than 30 °, the resistance at the tip when the shaft penetrates the silage increases, the silage near the surface of the shaft is disturbed, and the frictional resistance cannot be measured accurately. Greater force will be required when the shaft penetrates.
シャフトの太さは、限定されるものではないが、作業者が人力で貫入又は引抜を行うことを想定した場合には、１０〜１４ｍｍであることが好ましい。１４ｍｍより太い場合には、貫入時の抵抗が大きくなるため、作業者が人力で貫入を行うことが難しくなると考えられる。また、１０ｍｍより細い場合には、シャフトをサイレージに貫入させるときに変形等が生じるおそれがある。シャフトをサイレージに貫入させる長さは、特に限定されるものではないが、円錐形状の先端部に加えて、棒の部分が２５０ｍｍ程度であることが好ましい。貫入長さが長くなると、貫入、回転又は引き抜き時の抵抗が増大し、測定器の測定許容上限を上回ったり、反復測定した値の分散程度が大きくなる可能性がある。例えばサイレージを取り出すための農機具に取り付けて用いる場合には、シャフトに人力以上の力がかかる可能性があるため、シャフトの太さや長さを変更することが好ましい。ただし、この場合には、変更後のシャフトを用いて、摩擦抵抗値と乾物密度との間の相関関係を新たに求めることが必要となる。
本発明の発明者は、実験によって本実施形態におけるシャフトの好ましい形状を求めており、当該実験及び結果の詳細は、実施例を参照されたい。
The thickness of the shaft is not limited, but is preferably 10 to 14 mm when it is assumed that the operator manually penetrates or pulls out the shaft. If it is thicker than 14 mm, the resistance at the time of penetration becomes large, and it is considered that it becomes difficult for the operator to perform the penetration manually. If it is thinner than 10 mm, deformation may occur when the shaft is penetrated into the silage. The length of the shaft penetrating into the silage is not particularly limited, but it is preferable that the rod portion is about 250 mm in addition to the conical tip portion. As the penetration length becomes longer, the resistance during penetration, rotation or withdrawal increases, which may exceed the upper limit of measurement tolerance of the measuring instrument or increase the degree of dispersion of the repeatedly measured values. For example, when the silage is attached to a farming tool for taking out silage, the shaft may be subjected to a force more than human power, so it is preferable to change the thickness and length of the shaft. However, in this case, it is necessary to newly obtain the correlation between the frictional resistance value and the dry matter density by using the changed shaft.
The inventor of the present invention has sought a preferable shape of the shaft in the present embodiment by experiments, and for details of the experiments and the results, refer to Examples.
本発明の一実施形態による、サイレージの乾物密度を推定するために用いられる装置は、さらに、堆積したサイレージとシャフトの表面との間の摩擦抵抗値を測定することができる測定器を備える。摩擦抵抗値は、サイレージに貫入させたシャフトを該シャフトの軸周りに回転させたときの回転抵抗値、サイレージにシャフトを貫入させるときの貫入抵抗値、又はサイレージからシャフトを引き抜くときの引抜抵抗値のいずれかとすることができる。回転抵抗値を測定する場合は、測定器として、限定されるものではないが、例えば回転トルクを測定することが可能な測定部が設けられたドライバであるトルクドライバやトルクレンチを用いることができる。また、貫入抵抗値又は引抜抵抗値を測定する場合は、測定器として、限定されるものではないが、例えば物体にかかる力（例えば押付力、引張力、剥離力など）を測定することが可能な測定器であるフォースゲージを用いることができる。 The device used to estimate the dry matter density of silage according to one embodiment of the present invention further comprises a measuring instrument capable of measuring the frictional resistance value between the deposited silage and the surface of the shaft. The frictional resistance value is the rotational resistance value when the shaft penetrated into the silage is rotated around the axis of the shaft, the penetration resistance value when the shaft is penetrated into the silage, or the withdrawal resistance value when the shaft is pulled out from the silage. Can be either. When measuring the rotational resistance value, for example, a torque driver or a torque wrench, which is a driver provided with a measuring unit capable of measuring rotational torque, can be used as the measuring instrument, although it is not limited. .. Further, when measuring the penetration resistance value or the pull-out resistance value, the measuring instrument is not limited, and for example, it is possible to measure a force applied to an object (for example, a pressing force, a tensile force, a peeling force, etc.). A force gauge, which is a measuring instrument, can be used.
本発明の一実施形態による、サイレージの乾物密度を推定するために用いられる装置は、さらに、測定された摩擦抵抗値をサイレージの乾物密度に換算するための換算部を有する。換算部は、測定された摩擦抵抗値と乾物密度との間の相関関係を示す相関図、検量線（相関式）又は換算表などを含むものとすることができる。あるいは、換算部は、相関関係を示す相関図、検量線又は換算表が電子的データとして格納され、これらの相関関係に基づいて、いずれかの方法で入力された摩擦抵抗値に対応する乾物密度を自動的に出力するように構成されたソフトウェアを実装した、汎用のパーソナルコンピュータとすることもできる。換算部は、回転抵抗値を用いて乾物密度を推定するときに用いることができる回転抵抗換算部、貫入抵抗値を用いて乾物密度を推定するときに用いることができる貫入抵抗換算部、引抜抵抗値を用いて乾物密度を推定するときに用いることができる引抜抵抗換算部のいずれかとすることができる。
本実施形態において相関関係を求めるための実験及び結果の詳細は、実施例を参照されたい。
The device used for estimating the dry matter density of silage according to one embodiment of the present invention further has a conversion unit for converting the measured frictional resistance value into the dry matter density of silage. The conversion unit may include a correlation diagram, a calibration curve (correlation formula), a conversion table, etc. showing the correlation between the measured frictional resistance value and the dry matter density. Alternatively, the conversion unit stores a correlation diagram, a calibration curve, or a conversion table showing the correlation as electronic data, and based on these correlations, the dry matter density corresponding to the frictional resistance value input by either method. It can also be a general-purpose personal computer equipped with software that is configured to automatically output. The conversion unit is a rotation resistance conversion unit that can be used when estimating the dry matter density using the rotation resistance value, a penetration resistance conversion unit that can be used when estimating the dry matter density using the penetration resistance value, and a extraction resistance. It can be any of the extraction resistance conversion units that can be used when estimating the dry matter density using the value.
For details of the experiments and results for obtaining the correlation in this embodiment, refer to Examples.
［乾物密度を推定する方法］
図１は、サイレージの乾物密度を推定するフロー１００である。貫入抵抗値又は引抜抵抗値を測定することによってサイレージの乾物密度を推定する方法は、以下のとおりである。まず、シャフトに貫入抵抗を測定するための測定器（例えばフォースゲージ）を取り付け（Ｓ１０２）、測定器の指示値をゼロに校正する（Ｓ１０３）。乾物密度の推定対象箇所においてサイレージが乱れているときは、乱れを整えたり、特に内部の乱れが大きいときには他の箇所に変更したりすることが好ましい（Ｓ１０４）。推定対象箇所は、限定されるものではないが、周囲からの圧力が概ね均等に作用している箇所が好ましいため、開封されたサイレージの測定断面の中央部分であることが好ましい。なお、本方法は、通常はサイロ開封後のサイレージの乾物密度を推定するために用いられるものであるが、必要に応じて、ロールベールサイレージから取り出されたサイレージの乾物密度を推定する場合にも用いることができる。
[Method of estimating dry matter density]
FIG. 1 is a
次に、推定対象箇所のいずれかの測定位置において、シャフトの貫入を開始する（Ｓ１０５）。シャフトの貫入速度は、特に限定されるものではなく、測定器の仕様に応じて適宜選択することができる。後述される実施例においては、１０ｃｍ／秒の速度で貫入させた。所定のシャフト長さまで貫入させた後、測定器の指示値を読み取り、値を記録する（Ｓ１０６）。この値が貫入抵抗値となる。 Next, the penetration of the shaft is started at any of the measurement positions of the estimation target points (S105). The penetration speed of the shaft is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the specifications of the measuring instrument. In the examples described later, the penetration was performed at a speed of 10 cm / sec. After penetrating to a predetermined shaft length, the indicated value of the measuring instrument is read and the value is recorded (S106). This value becomes the penetration resistance value.
引抜抵抗値を測定する場合には、貫入抵抗値を記録した後、測定器の指示値をゼロに校正し（Ｓ１０７）、シャフトの引き抜きを開始する（Ｓ１０８）。なお、貫入抵抗値を測定せず、引抜抵抗値のみを測定する場合は、シャフトを所定の長さまで貫入（Ｓ１０５）させた後、測定器の校正（Ｓ１０７）を行い、引き抜きを開始する（Ｓ１０８）ことができる。シャフトの引抜速度は、特に限定されるものではなく、測定器の仕様に応じて適宜選択することができる。後述される実施例においては、１０ｃｍ／秒の速度で引き抜いた。所定のシャフト長さを引き抜いた後、測定器の指示値を読み取り、値を記録する（Ｓ１０９）。この値が引抜抵抗値となる。 When measuring the withdrawal resistance value, after recording the penetration resistance value, the reading of the measuring instrument is calibrated to zero (S107), and the withdrawal of the shaft is started (S108). If the penetration resistance value is not measured and only the pull-out resistance value is measured, the shaft is penetrated to a predetermined length (S105), the measuring instrument is calibrated (S107), and the pull-out is started (S108). )be able to. The pull-out speed of the shaft is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the specifications of the measuring instrument. In the examples described later, it was pulled out at a speed of 10 cm / sec. After pulling out a predetermined shaft length, the indicated value of the measuring instrument is read and the value is recorded (S109). This value becomes the pull-out resistance value.
上述の貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値の測定を、最初の測定位置の近隣位置において複数回反復して（Ｓ１１０）、それらの複数回の測定値の平均値を算出し（Ｓ１１１）、この平均値を当該推定対象箇所の摩擦抵抗値として採用することが好ましい。反復回数は、限定されるものではなく、抵抗値のばらつきの程度等を勘案して適宜決定することができる。測定を反復する場合には、限定されるものではないが、最初の測定位置の左右方向に１０〜１５ｃｍ程度離れた位置で測定されることが好ましい。測定された貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値は、貫入抵抗換算部及び／又は引抜抵抗値換算部（例えば換算表）を用いて、サイレージの乾物密度に換算される（Ｓ１１２）。 The above-mentioned measurement of the penetration resistance value and / or the withdrawal resistance value is repeated a plurality of times at a position close to the first measurement position (S110), and the average value of the plurality of measurement values is calculated (S111). It is preferable to use the average value as the frictional resistance value of the estimation target location. The number of repetitions is not limited, and can be appropriately determined in consideration of the degree of variation in resistance value and the like. When the measurement is repeated, it is preferable that the measurement is performed at a position separated by about 10 to 15 cm in the left-right direction of the initial measurement position, although it is not limited. The measured penetration resistance value and / or extraction resistance value is converted into the dry matter density of silage by using the penetration resistance conversion unit and / or the extraction resistance value conversion unit (for example, conversion table) (S112).
回転抵抗値を測定することによって乾物密度を推定する方法は、以下のとおりである。まず、シャフトに回転抵抗を測定するための測定器（例えばトルクドライバ）を取り付け（Ｓ１０２）、測定器の指示値をゼロに校正する（Ｓ１０３）。推定対象箇所については、上述の貫入抵抗値の測定と同様である。 The method for estimating the dry matter density by measuring the rotation resistance value is as follows. First, a measuring instrument (for example, a torque driver) for measuring the rotational resistance is attached to the shaft (S102), and the indicated value of the measuring instrument is calibrated to zero (S103). The estimation target location is the same as the above-mentioned measurement of the penetration resistance value.
次に、推定対象箇所のいずれかの測定位置において、シャフトの貫入を開始する（Ｓ１０５）。シャフトの貫入速度は、特に限定されるものではなく、測定器の仕様に応じて適宜選択することができる。後述される実施例においては、シャフトを１０ｃｍ／秒の速度で貫入させた。所定のシャフト長さまで貫入させた後、トルクドライバを回転させ（Ｓ１１３）、測定器の指示値を読み取り、値を記録する（Ｓ１１４）。この値が回転抵抗値となる。なお、トルクドライバの回転速度は、特に限定されるものではなく、測定器の仕様に応じて適宜選択することができる。後述される実施形態においては、シャフトを９０°／秒の速度で回転させた。 Next, the penetration of the shaft is started at any of the measurement positions of the estimation target points (S105). The penetration speed of the shaft is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the specifications of the measuring instrument. In the examples described below, the shaft was penetrated at a speed of 10 cm / sec. After penetrating to a predetermined shaft length, the torque driver is rotated (S113), the indicated value of the measuring instrument is read, and the value is recorded (S114). This value becomes the rotation resistance value. The rotation speed of the torque driver is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the specifications of the measuring instrument. In the embodiments described below, the shaft was rotated at a speed of 90 ° / sec.
貫入抵抗値の場合と同様、最初の測定位置の近隣位置において抵抗の測定を複数回反復して（Ｓ１１０）、それらの複数回の測定値の平均値を算出し（Ｓ１１１）、この平均値を当該推定対象箇所の回転抵抗値として採用することが好ましい。測定された回転抵抗値は、回転抵抗換算部（例えば換算表）を用いて、サイレージの乾物密度に換算される（Ｓ１１２）。 As in the case of the penetration resistance value, the resistance measurement is repeated a plurality of times at a position close to the first measurement position (S110), the average value of the multiple measurement values is calculated (S111), and this average value is calculated. It is preferable to use it as the rotation resistance value of the estimation target location. The measured rotation resistance value is converted into the dry matter density of silage using a rotation resistance conversion unit (for example, a conversion table) (S112).
［相関関係を求める方法］
回転抵抗、貫入抵抗又は引抜抵抗と乾物密度との間の相関関係（相関図、検量線又は換算表）を求める方法は、以下のとおりである。図２は、相関関係を求めるフロー２００である。フロー２００においては、まず、サイレージの真の密度を求めることができるように、所定の内寸法を有する容器を準備する（Ｓ２０２）。本実施形態においては、内寸法が１０２ｍｍ×１０３ｍｍ×４００ｍｍの直方体の木製容器を用いた。この容器には、シャフトを挿入するための複数の孔が長手方向の一方の端部の側面に設けられた。
[How to find the correlation]
The method for obtaining the correlation (correlation diagram, calibration curve or conversion table) between the rotation resistance, penetration resistance or pull-out resistance and the dry matter density is as follows. FIG. 2 is a
貫入抵抗値及び引抜抵抗値と乾物密度との間の相関関係を求める場合には、含まれる水分量が既知のサイレージを用意し（Ｓ２０３）、所定量のサイレージを容器に均一に充填し、内容量が変化しないように蓋を固定する（Ｓ２０４）。測定器の校正（Ｓ２０５）の後、容器に設けられた複数の孔のひとつからサイレージ内にシャフトを貫入させ（Ｓ２０６）、貫入抵抗値を測定する（Ｓ２０７）。必要に応じて引抜抵抗と乾物密度との間の相関関係を求める場合には、貫入抵抗値の測定後、測定器を校正し（Ｓ２０８）、シャフトを引き抜き（Ｓ２０９）、引抜抵抗値を測定する（Ｓ２１０）。貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値の測定方法は、上述したとおりである。次に、複数の穴のうち別の孔（好ましくは、別の２箇所の孔）においてシャフトの貫入及び引き抜きを行い、それぞれ、同様に貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値を測定する（Ｓ２１１）。複数の孔において測定した貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値の平均値を求める（Ｓ２１２）。 When determining the correlation between the penetration resistance value and the withdrawal resistance value and the dry matter density, prepare a silage with a known water content (S203), fill the container with a predetermined amount of silage uniformly, and prepare the contents. The lid is fixed so that the amount does not change (S204). After calibration of the measuring instrument (S205), the shaft is penetrated into the silage from one of the plurality of holes provided in the container (S206), and the penetration resistance value is measured (S207). When determining the correlation between the pull-out resistance and the dry matter density as needed, after measuring the penetration resistance value, calibrate the measuring instrument (S208), pull out the shaft (S209), and measure the pull-out resistance value. (S210). The method for measuring the penetration resistance value and / or the withdrawal resistance value is as described above. Next, the shaft is penetrated and pulled out in another hole (preferably two other holes) among the plurality of holes, and the penetration resistance value and / or the pull-out resistance value are measured in the same manner (S211). .. The average value of the penetration resistance value and / or the withdrawal resistance value measured in the plurality of holes is obtained (S212).
次に、サイレージを容器から取り出し、最初の量とは別の量のサイレージを容器に均一に充填し、同様に、貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値を求め、容器からサイレージを取り出す。このように、サイレージの充填及び摩擦抵抗値の測定を、異なる充填量のサイレージについて繰り返す（Ｓ２０４〜Ｓ２１２）。 Next, the silage is taken out of the container, the container is uniformly filled with an amount of silage different from the initial amount, the penetration resistance value and / or the withdrawal resistance value is obtained in the same manner, and the silage is taken out from the container. In this way, the silage filling and the measurement of the frictional resistance value are repeated for silages having different filling amounts (S204 to S212).
さらに、容器からサイレージを取り出し、最初に測定した水分量とは異なる既知の水分量のサイレージを用意して（Ｓ２０３）、所定量のサイレージを容器に均一に充填し、同様に、貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値を求め、容器からサイレージを取り出す。この水分量においても、異なる充填量のサイレージについて、充填及び摩擦抵抗値の測定を繰り返す（Ｓ２０４〜Ｓ２１２）。このように、サイレージの充填及び摩擦抵抗値の測定を、異なる水分量及び充填量のサイレージについて繰り返す（Ｓ２０３〜Ｓ２１２）。 Further, the silage is taken out from the container, a silage having a known water content different from the initially measured water content is prepared (S203), and the container is uniformly filled with a predetermined amount of silage, and similarly, the penetration resistance value and the penetration resistance value and / Or find the pull-out resistance value and take out the silage from the container. Even with this amount of water, the filling and the measurement of the frictional resistance value are repeated for silages having different filling amounts (S204 to S212). In this way, the silage filling and the measurement of the frictional resistance value are repeated for silage having different water content and filling amount (S203 to S212).
容器内に充填された各水分量及び充填量のサイレージの現物密度は、充填されたサイレージの重量と容器の内容積から求められ、乾物密度は、サイレージの現物密度と水分値から求められる（Ｓ２１３）。このように求められた現物密度及び乾物密度としての複数の値は、サイレージの密度の真値とみなすことができる。貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値とサイレージの乾物密度とを散布図としてプロットすることによって、貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値とサイレージの乾物密度との間の相関図が得られる。また、貫入抵抗値及び／又は引抜抵抗値とサイレージの乾物密度とから、相関関係の近似式が得られ、この近似式を検量線とすることができる。さらに、相関図又は検量線を用いて、特定の貫入抵抗値又は引抜抵抗値とそれに対応する乾物密度とを表に表すことによって、換算表を得ることができる（Ｓ２１４）。 The actual density of each amount of water filled in the container and the silage of the filling amount can be obtained from the weight of the filled silage and the internal volume of the container, and the dry matter density can be obtained from the actual density of the silage and the water content (S213). ). The plurality of values as the physical density and the dry matter density obtained in this way can be regarded as the true values of the silage density. By plotting the penetration resistance value and / or the extraction resistance value and the dry matter density of the silage as a scatter diagram, a correlation diagram between the penetration resistance value and / or the extraction resistance value and the dry matter density of the silage can be obtained. Further, an approximate expression of the correlation can be obtained from the penetration resistance value and / or the withdrawal resistance value and the dry matter density of the silage, and this approximate expression can be used as a calibration curve. Further, a conversion table can be obtained by displaying a specific penetration resistance value or extraction resistance value and a corresponding dry matter density in a table using a correlation diagram or a calibration curve (S214).
回転抵抗値と乾物密度との間の相関関係を求める場合も、貫入抵抗値及び引抜抵抗値の場合と同様である。すなわち、含まれる水分量が既知のサイレージを用意し（Ｓ２０３）、所定量のサイレージを容器に均一に充填し（Ｓ２０４）、シャフトをサイレージに貫入（Ｓ２０６）させた後、回転抵抗値を測定（Ｓ２１５、Ｓ２１６及びＳ２１１）し、平均値を算出する（Ｓ２１２）。異なる水分量及び充填量のサイレージについてこの工程を繰り返すとともに、各水分量及び充填量のサイレージの真の乾物密度を求め（Ｓ２１３）、回転抵抗値とサイレージの乾物密度とを散布図としてプロットすることによって、回転抵抗値とサイレージの乾物密度との間の相関図が得られる（Ｓ２１４）。また、回転抵抗値とサイレージの乾物密度とから、相関関係の近似式が得られ、この近似式を検量線とすることができ、さらに、特定の回転抵抗値とそれに対応する乾物密度とを表に表し、換算表を得ることができる。 The case of obtaining the correlation between the rotation resistance value and the dry matter density is the same as that of the penetration resistance value and the pull-out resistance value. That is, a silage having a known amount of water contained is prepared (S203), a predetermined amount of silage is uniformly filled in the container (S204), the shaft is penetrated into the silage (S206), and then the rotational resistance value is measured (S206). S215, S216 and S211) to calculate the average value (S212). Repeat this process for silage with different water and filling amounts, determine the true dry matter density of the silage for each water and filling amount (S213), and plot the rotational resistance and the dry matter density of the silage as a scatter plot. Therefore, a correlation diagram between the rotation resistance value and the dry matter density of silage is obtained (S214). In addition, an approximate equation for the correlation can be obtained from the rotational resistance value and the dry matter density of the silage, and this approximate equation can be used as a calibration curve. Furthermore, a specific rotational resistance value and the corresponding dry matter density are shown in the table. A conversion table can be obtained.
［他の実施形態］
上述の実施形態においては、回転抵抗値、貫入抵抗値又は摩擦抵抗値のうちのいずれか一種を用いて、サイレージの乾物密度を推定している。しかしながら、別の実施形態においては、回転抵抗値、貫入抵抗値及び引抜抵抗値の組み合わせを用いて、サイレージの乾物密度を推定することもできる。例えば、測定された回転抵抗値、貫入抵抗値及び引抜抵抗値のいずれか２種又は全部の各々に対応する相関図、検量線又は換算表を用いて乾物密度の数値を得た後に、これらの複数の数値、すなわち、回転抵抗値に対応する乾物密度の数値、貫入抵抗値に対応する乾物密度の数値、及び引抜抵抗値に対応する乾物密度の数値のいずれか２つ又は全部を比較し、これらの密度の数値の計測誤差を求め、より計測誤差の小さい（すなわち、より精度の高い）数値を、当該サイレージの乾物密度の推定値として採用することができる。
[Other Embodiments]
In the above-described embodiment, the dry matter density of silage is estimated using any one of the rotational resistance value, the penetration resistance value, and the frictional resistance value. However, in another embodiment, the combination of rotational resistance, penetration resistance and withdrawal resistance can be used to estimate the dry matter density of silage. For example, after obtaining the dry matter density values using the correlation diagram, calibration line or conversion table corresponding to any two or all of the measured rotation resistance value, penetration resistance value and withdrawal resistance value, these Compare any two or all of the multiple values, namely the dry matter density value corresponding to the rotational resistance value, the dry matter density value corresponding to the penetration resistance value, and the dry matter density value corresponding to the withdrawal resistance value. The measurement error of the numerical values of these densities can be obtained, and the numerical value having the smaller measurement error (that is, more accurate) can be adopted as the estimated value of the dry matter density of the silage.
あるいは、回転抵抗値、貫入抵抗値及び引抜抵抗値のいずれか２種又は全部を説明変数とし、乾物密度を目的変数として、複数の摩擦抵抗値及びそれらの値に対応する乾物密度を用いて予め重回帰分析を行うことにより重回帰式（相関関係）を求めておき、実際の測定対象であるサイレージの回転抵抗値、貫入抵抗値及び引抜抵抗値のいずれか２種又は全部を重回帰式に入力することによって得られた乾物密度の数値を、当該サイレージの乾物密度の推定値とすることができる。 Alternatively, using any two or all of the rotation resistance value, the penetration resistance value, and the pull-out resistance value as explanatory variables, the dry matter density as the objective variable, and a plurality of frictional resistance values and the dry matter densities corresponding to those values in advance. The multiple regression equation (correlation) is obtained by performing multiple regression analysis, and any two or all of the rotation resistance value, penetration resistance value, and pull-out resistance value of the silage that is the actual measurement target are converted into the multiple regression equation. The numerical value of the dry matter density obtained by inputting can be used as an estimated value of the dry matter density of the silage.
以下に、シャフト形状を選定する方法及び相関関係を求める（具体的には、相関図及び検量線を作成する）方法の実施例とその結果とを示す。図３及び図４は、サイレージサンプルの乾物密度と、貫入抵抗値、引抜抵抗値及び回転抵抗値、との相関関係を示す図であり、図３はチモシーを主体とする一番草サイレージの相関図、図４は飼料用とうもろこしのサイレージの相関図である。 Examples of the method of selecting the shaft shape and the method of obtaining the correlation (specifically, creating a correlation diagram and a calibration curve) and the results thereof are shown below. 3 and 4 are diagrams showing the correlation between the dry matter density of the silage sample and the penetration resistance value, the pull-out resistance value and the rotation resistance value, and FIG. 3 is a diagram showing the correlation of the first grass silage mainly composed of Timothy. FIG. 4 is a correlation diagram of silage of feed corn.
（１）シャフトの製作及び選定
＜シャフトの製作＞
シャフトは、貫入抵抗値、引抜抵抗値及び回転抵抗値の測定のいずれにも用いることができるものとし、高強度で軽量かつ切削性に優れるジェラルミン製の丸棒を採用した。シャフトの好ましい形状を決定するために、長さ３５０ｍｍ、直径５ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ及び１５ｍｍの丸棒を準備し、先端部の円錐の頂角が１５°、３０°、６０°、９０°及び１２０°となるように加工したシャフト２５本を製作した。円錐形状の先端部末端を起点として、シャフト円柱部に、５０ｍｍ毎に目印を設けた。
(1) Shaft manufacturing and selection <Shaft manufacturing>
The shaft can be used for measuring the penetration resistance value, the pull-out resistance value, and the rotational resistance value, and a duralumin round bar having high strength, light weight, and excellent machinability is adopted. To determine the preferred shape of the shaft, round bars with lengths of 350 mm, diameters of 5 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm and 15 mm are prepared and the apex angles of the tip cones are 15 °, 30 °, 60 ° and 90 °. And 25 shafts processed so as to be 120 ° were manufactured. Marks were provided every 50 mm on the shaft columnar portion starting from the end of the conical tip portion.
＜シャフトの選定＞
チモシー主体・１番草サイレージが貯蔵されているバンカーサイロにおいて、乱されていないサイレージ断面のうち、低密度（サイロ上部）及び高密度（サイロ中央下部）の２カ所に対して、貫入抵抗、回転抵抗及び引抜抵抗を測定し、各種測定値の範囲と抵抗値が描く線形形状、計測時の状況から、適切なシャフトの形状を決定した。測定においては、上記２５本のシャフトについて、円錐形状の先端部の貫入抵抗を測定した後、シャフトを５０ｍｍ貫入させる毎に貫入抵抗値及び回転抵抗値を測定し、シャフト円柱部を２５０ｍｍまで貫入させた後、シャフトを引き抜き、５０ｍｍ毎に引抜抵抗値を測定した。貫入抵抗値及び引抜抵抗値の測定においては、高荷重用デジタルフォースゲージ（ＩＭＡＤＡ製ＺＰＨ−５０００Ｎ）を用いた。回転抵抗計測においては、トルクドライバ（東日製ＦＴＤ２００ＣＮ２−Ｓ）を用いた。
<Shaft selection>
In a bunker silo where Timothy-based silage No. 1 is stored, penetration resistance and rotation are applied to two undisturbed silage cross sections, low density (upper silo) and high density (lower center silo). The resistance and pull-out resistance were measured, and the appropriate shaft shape was determined from the range of various measured values, the linear shape drawn by the resistance values, and the situation at the time of measurement. In the measurement, after measuring the penetration resistance of the tip of the conical shape of the 25 shafts, the penetration resistance value and the rotation resistance value are measured every time the shaft is penetrated by 50 mm, and the shaft cylindrical portion is penetrated to 250 mm. After that, the shaft was pulled out, and the pull-out resistance value was measured every 50 mm. A high load digital force gauge (ZPH-5000N manufactured by IMADA) was used in the measurement of the penetration resistance value and the pull-out resistance value. A torque driver (Tohnichi FTD200CN2-S) was used in the rotation resistance measurement.
表１は、シャフト選定のための測定結果を示す。まず、高密度のサイレージ断面にシャフト２５本をそれぞれ人力で貫入したところ、直径５ｍｍ及び８ｍｍのシャフトは、貫入時にたわみが確認された。直径１５ｍｍのシャフトでは、円錐形状の先端部全域において貫入抵抗値が５００Ｎ以上に達し、貫入作業が困難であった。直径１２ｍｍのシャフトの場合には円錐形状の先端部の先端角が６０°以上のときに、直径１０ｍｍのシャフトの場合には先端角が９０°以上のときに、同様に貫入抵抗値が５００Ｎ以上に達し、貫入作業が困難であった。また、貫入時の抵抗値をグラフに表すと、概ね、先端角が鋭角であれば直線状のグラフ形状を示したが、鈍角の場合には対数関数状のグラフ形状を示した。いずれの直径のシャフトにおいても、先端角が大きいときには対数関数状のグラフ形状となったため、大きな先端角のシャフトは貫入部分を乱している可能性が確認された。先端角が３０°以下の場合には、貫入時の反復計測による誤差が比較的小さく、誤差は先端角１５°の場合に最小となった。また、シャフトの貫入長が深くなるにつれて、貫入抵抗値、引抜抵抗値及び回転抵抗値のいずれも増加した。以上の結果から、シャフトの形状は、先端角１５°、直径１２ｍｍ，有効貫入長さ２５０ｍｍ（＋先端部長さ）が適切であると判断された。 Table 1 shows the measurement results for shaft selection. First, when 25 shafts were manually penetrated into the high-density silage cross section, the shafts having diameters of 5 mm and 8 mm were confirmed to be bent at the time of penetration. With a shaft having a diameter of 15 mm, the penetration resistance value reached 500 N or more over the entire conical tip portion, and the penetration work was difficult. Similarly, when the tip angle of the conical tip is 60 ° or more in the case of a shaft with a diameter of 12 mm, and when the tip angle is 90 ° or more in the case of a shaft with a diameter of 10 mm, the penetration resistance value is 500 N or more. It reached, and the intrusion work was difficult. In addition, when the resistance value at the time of penetration is represented by a graph, a linear graph shape is generally shown when the tip angle is acute, but a logarithmic function graph shape is shown when the tip angle is obtuse. Since the graph shape of the logarithmic function was obtained when the tip angle was large for the shafts of any diameter, it was confirmed that the shaft with a large tip angle may disturb the penetration portion. When the tip angle was 30 ° or less, the error due to repeated measurement at the time of penetration was relatively small, and the error was the minimum when the tip angle was 15 °. Further, as the penetration length of the shaft became deeper, all of the penetration resistance value, the pull-out resistance value and the rotational resistance value increased. From the above results, it was judged that the appropriate shape of the shaft is a tip angle of 15 °, a diameter of 12 mm, and an effective penetration length of 250 mm (+ tip length).
（２）サイレージ密度と摩擦抵抗値との間の相関関係の導出、及び従来法との比較
＜測定方法＞
上述のとおり決定された形状を有するシャフトを用いて、バンカーサイロから採取したチモシー主体・１番草サイレージ（以下、「grass」という）及び飼料用とうもろこしサイレージ（以下、「corn」という）を、それぞれ温度３０〜３５度で段階的に風乾処理し、異なる水分量のサイレージサンプルを調製した。調製されたgrassの水分量は、２３．９％、４５．３％、６３．３％、７０．４％及び８０．３％の５段階とし、cornの水分量は、１６．２％、４４．８％、５９．２％、６６．１％及び７０．０％の５段階とした。水分量が異なるこれらのサイレージサンプルの各々を、充填量を５段階に変化させて、内寸法１０２ｍｍ×１０３ｍｍ×４００ｍｍ、有効内容量４２０２ｍｌの筐体に充填した。筐体側面に設けた孔からシャフトを貫入して、各水分量及び充填量のサイレージサンプルの貫入抵抗値、引抜抵抗値及び回転抵抗値を３回ずつ測定した。シャフトの貫入速度及び引抜速度は１０ｃｍ／秒、回転速度は９０°／秒とした。これらの抵抗値の測定と同時に、内寸法６６ｍｍ、外寸法６９ｍｍ、有効深２００ｍｍの電動式コアサンプラーを用いた慣行法による密度計測を、各水分量のサイレージサンプルについて３回ずつ行った。筐体に充填されたサイレージサンプルの重量及び水分量並びに筐体の寸法から、サイレージサンプルの現物密度及び乾物密度を求めてこれらを真値とし、貫入抵抗値、引抜抵抗値及び回転抵抗値とサイレージサンプルの現物密度及び乾物密度との間の相関図を作成し、検量線を求めるとともに、各抵抗値による乾物密度の推定精度の比較を行った。あわせて、従来法についても同様に、相関図を作成し、検量線を求めるとともに、乾物密度の推定精度の比較を行った。
(2) Derivation of the correlation between silage density and frictional resistance value, and comparison with the conventional method <Measurement method>
Using the shaft having the shape determined as described above, the Timothy-based No. 1 grass silage (hereinafter referred to as "grass") and the corn silage for feed (hereinafter referred to as "corn") collected from the bunker silo are respectively. Silage samples with different water contents were prepared by stepwise air-drying at a temperature of 30 to 35 degrees. The water content of the prepared grass was 23.9%, 45.3%, 63.3%, 70.4% and 80.3%, and the water content of the corn was 16.2% and 44. There were 5 levels of 8.8%, 59.2%, 66.1% and 70.0%. Each of these silage samples having different water contents was filled in a housing having an internal size of 102 mm × 103 mm × 400 mm and an effective internal capacity of 4202 ml by changing the filling amount in five stages. The shaft was penetrated through a hole provided on the side surface of the housing, and the penetration resistance value, the pull-out resistance value, and the rotation resistance value of the silage sample for each water content and filling amount were measured three times each. The penetration speed and pull-out speed of the shaft were 10 cm / sec, and the rotation speed was 90 ° / sec. Simultaneously with the measurement of these resistance values, the density measurement by the conventional method using an electric core sampler having an inner dimension of 66 mm, an outer dimension of 69 mm, and an effective depth of 200 mm was performed three times for each silage sample of the water content. From the weight and water content of the silage sample filled in the housing and the dimensions of the housing, the actual density and dry matter density of the silage sample were obtained and set as true values, and the penetration resistance value, pull-out resistance value, rotation resistance value and silage A correlation diagram between the actual density and the dry matter density of the sample was created, a calibration curve was obtained, and the estimation accuracy of the dry matter density by each resistance value was compared. At the same time, for the conventional method, a correlation diagram was created, a calibration curve was obtained, and the estimation accuracy of the dry matter density was compared.
＜結果＞
サイレージサンプルの現物密度と各摩擦抵抗値との間には、一定の傾向は見られたものの、相関の高い近似式は存在しなかった（図示せず）。しかし、サイレージサンプルの乾物密度と各摩擦抵抗値との関係には、いずれの抵抗値についても極めて高い相関関係が確認され、非常に精度の高い二次曲線が得られた（図３及び図４）。以下に、図３及び図４の近似式と、それぞれの近似式の相関係数を示す。
<Result>
Although there was a certain tendency between the actual density of the silage sample and each frictional resistance value, there was no highly correlated approximation formula (not shown). However, an extremely high correlation was confirmed for each resistance value in the relationship between the dry matter density of the silage sample and each frictional resistance value, and a very accurate quadratic curve was obtained (FIGS. 3 and 4). ). The approximate expressions of FIGS. 3 and 4 and the correlation coefficients of the respective approximate expressions are shown below.
チモシー主体・１番草サイレージ（grass）の近似式（相関係数（Ｒ２））
貫入抵抗 ｙ＝０．０００５ｘ２．５３４３（Ｒ２＝０．９２３７）
引抜抵抗 ｙ＝９×１０−５ｘ２．７８４２（Ｒ２＝０．９４０９）
回転抵抗 ｙ＝３×１０−５ｘ２．９０８７（Ｒ２＝０．９６７２）
Approximate formula of Timothy-based, No. 1 grass silage (grass) (correlation coefficient (R 2 ))
Penetration resistance y = 0.0005 x 2.5343 (R 2 = 0.9237)
Pull -out resistance y = 9 x 10-5 x 2.7842 (R 2 = 0.9409)
Rotation resistance y = 3 x 10-5 x 2.9087 (R 2 = 0.9672)
飼料用とうもろこしサイレージ（corn）の近似式（相関係数（Ｒ２））
貫入抵抗 ｙ＝２×１０−７ｘ３．８９２８（Ｒ２＝０．９４８２）
引抜抵抗 ｙ＝２×１０−８ｘ４．２２７４（Ｒ２＝０．９３３２）
回転抵抗 ｙ＝２×１０−８ｘ４．２２７５（Ｒ２＝０．９６２）
Approximate formula of corn silage (corn) for feed (correlation coefficient (R 2 ))
Penetration resistance y = 2 x 10-7 x 3.8928 (R 2 = 0.9482)
Pull -out resistance y = 2 x 10-8 x 4.2274 (R 2 = 0.9332)
Rotational resistance y = 2 x 10-8 x 4.2275 (R 2 = 0.962)
したがって、この相関関係を用いることによって、測定された摩擦抵抗値から、サイレージの乾物密度を高精度で推定することができる。一方、電動式コアサンプラーを用いた従来法によるサイレージサンプルの密度測定では、grass及びcornのいずれも現物密度との相関が非常に高い（相関係数は、それぞれ、０．９２及び０．９６）ことは確認されたが、乾物密度については相関が低く（相関係数は、それぞれ、０．７６及び０．８３）、特にgrassの相関が低かった。これは、材料の弾力性が影響しているものと考えられる。図５は、筐体内のサイレージの密度と、コアサンプラー法によって測定されたサイレージ密度との相関関係を示す。 Therefore, by using this correlation, the dry matter density of silage can be estimated with high accuracy from the measured frictional resistance value. On the other hand, in the density measurement of silage samples by the conventional method using an electric core sampler, both grass and corn have a very high correlation with the actual density (correlation coefficients are 0.92 and 0.96, respectively). Although it was confirmed, the correlation was low for the dry matter density (correlation coefficients were 0.76 and 0.83, respectively), and the correlation for grass was particularly low. This is thought to be due to the elasticity of the material. FIG. 5 shows the correlation between the silage density in the housing and the silage density measured by the core sampler method.
図６には、それぞれの方法、すなわち、貫入抵抗値、引抜抵抗値及び回転抵抗値による乾物密度推定方法によって推定された乾物密度、並びにコアサンプラー法によって計測された乾物密度について、各サンプルに対する３回の測定から算出した変動係数を示す。図６から、回転抵抗値を用いた場合が最も高精度であることがわかる。貫入抵抗値を用いた場合の変動係数が大きくなる理由として、円錐形状の先端部による抵抗が影響しているものと考えられる。また、先端角が小さいシャフトであっても、貫入時にサイレージが少なからず乱されるため、引抜抵抗値を用いた場合においてもその乱れによる誤差が影響したものと考えられる。 FIG. 6 shows 3 for each sample for each method, namely, the dry matter density estimated by the dry matter density estimation method based on the penetration resistance value, the pull-out resistance value and the rotational resistance value, and the dry matter density measured by the core sampler method. The coefficient of variation calculated from the measurement of the times is shown. From FIG. 6, it can be seen that the accuracy is highest when the rotation resistance value is used. It is considered that the reason why the coefficient of variation becomes large when the penetration resistance value is used is that the resistance due to the conical tip is affected. Further, even if the shaft has a small tip angle, the silage is not a little disturbed at the time of penetration, so it is considered that the error due to the disturbance has an influence even when the pull-out resistance value is used.
以上の結果から、摩擦抵抗値はサイレージの乾物密度と極めて高い相関があり、中でも回転抵抗値による推定が最も高精度であることが分かる。また、摩擦抵抗値を用いて乾物密度を求める方法では、摩擦抵抗値はサイレージの繊維部分との関連性が高く、サイレージの水分量の影響は受けないものと考えられる。 From the above results, it can be seen that the frictional resistance value has an extremely high correlation with the dry matter density of silage, and the estimation based on the rotational resistance value is the most accurate. Further, in the method of determining the dry matter density using the frictional resistance value, it is considered that the frictional resistance value is highly related to the fiber portion of the silage and is not affected by the water content of the silage.
Claims (8)
堆積したサイレージ等にシャフトを貫入させるステップと、
前記サイレージ等と前記シャフトとの間の摩擦抵抗値を測定するステップと、
摩擦抵抗値とサイレージ等の乾物密度との間の予め求められた相関関係に基づいて、測定された摩擦抵抗値に対応する前記サイレージ等の乾物密度を求めるステップと
を含むことを特徴とする乾物密度推定方法。 A method for estimating the dry matter density of silage and its raw materials (hereinafter referred to as "silage, etc.").
The step of penetrating the shaft into the accumulated silage, etc.
The step of measuring the frictional resistance value between the silage and the like and the shaft,
A dry matter comprising a step of obtaining the dry matter density of the silage or the like corresponding to the measured frictional resistance value based on a predetermined correlation between the frictional resistance value and the dry matter density of the silage or the like. Density estimation method.
水分量が既知のサイレージ等を所定の容器に充填することと、
前記容器に充填されたサイレージ等に前記シャフトを挿入することと、
前記シャフトとサイレージ等との間の摩擦抵抗値を測定することと、
容器へのサイレージ等の充填、サイレージ等へのシャフトの挿入及び摩擦抵抗値の測定を、水分量及び充填量の異なるサイレージ等について繰り返すことと、
前記容器に充填された水分量及び充填量の異なるサイレージ等の各々の乾物密度を計算することと、
測定された複数の摩擦抵抗値と、計算された複数の乾物密度とを用いて、摩擦抵抗値とサイレージ等の乾物密度との間の相関関係を求めることと
を含む、請求項２に記載の乾物密度推定方法。 The step of obtaining the correlation in advance is
Filling a predetermined container with silage, etc. with a known water content,
Inserting the shaft into the silage or the like filled in the container
Measuring the frictional resistance value between the shaft and silage, etc.
Filling the container with silage, etc., inserting the shaft into the silage, etc., and measuring the frictional resistance value are repeated for silage, etc. with different water content and filling amount.
To calculate the density of each dry matter such as the amount of water filled in the container and the amount of silage with different filling amounts.
The second aspect of claim 2, wherein a plurality of measured frictional resistance values and a plurality of calculated dry matter densities are used to determine a correlation between the frictional resistance value and a dry matter density such as silage. Dry matter density estimation method.
堆積したサイレージ等に貫入させるシャフトと、
前記サイレージ等と前記シャフトとの間の摩擦抵抗値を測定する測定器と、
摩擦抵抗値をサイレージ等の乾物密度に換算するための相関関係を含む換算部と、
を備えることを特徴とする乾物密度推定装置。 A device used to estimate the dry matter density of silage and its raw materials (hereinafter referred to as "silage, etc.").
A shaft that penetrates the accumulated silage, etc.
A measuring instrument that measures the frictional resistance value between the silage and the like and the shaft,
A conversion unit that includes a correlation for converting the frictional resistance value into dry matter density such as silage,
A dry matter density estimator comprising.
The correlation is obtained in advance based on the frictional resistance value between the shaft and the silage or the like and the dry matter density of the silage or the like in the portion where the frictional resistance value is measured. The dry matter density estimator according to.
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