Требования к доильному оборудованию
Доильный аппарат был создан для облегчения тяжелой работы, связанной с ручным доением. Древние египтяне пытались вводить трубки в сосковые протоки для облегчения доения. Однако первый доильный аппарат появился только в 1830 году. После этого он постоянно технически усовершенствовался. Были опробованы разные принципы работы. Были созданы установки, имитирующие ручное доение. Наиболее эффективным оказался аппарат, имитирующий сосательные движения. В 1851 году впервые начали использовать вакуум, а затем был разработан однокамерный доильный стакан. Двухкамерный доильный стакан был изобретен в 1905 году, и фермерам был представлен доильный аппарат, похожий на тот, которым пользуются сегодня
Доильный аппарат, сконструированный Дженом Нильсеном в 1882 году (слева), и доильный аппарат, сконструированный Анной Болдуин в 1879 году (справа) (Т. Йанссон. Создание доильного аппарата, 1973г.)
Биологические требования к доильному аппарату
Какие требования предъявляются к доильному аппарату? Когда был разработан первый доильный аппарат, от него требовалось эффективное удаление молока без повреждения сосков вымени. Также он должен был облегчить труд фермера, связанный с доением. Для того чтобы учесть все эти требования, доильный аппарат должен создаваться совместными усилиями биологов, инженеров и ветеринаров.
В чем заключается воздействие доильного аппарата на соски вымени? Принцип машинного доения отличается от принципа ручного доения или сосания. Во время ручного доения молоко выдавливается из вымени, а во время сосания оно сжимается и в некоторой степени высасывается. Во время машинного доения молоко высасывается за счет разницы давления между внутренней стенкой вымени и вкладышем.
Во время ручного доения молоко выдавливается из вымени
В случае постоянного сосательного воздействия на сосок в нем накапливаются кровь и лимфа. Поэтому доильный аппарат сконструирован таким образом, чтобы сосание прерывалось ритмичными движениями (открывание и закрывание) вкладыша. Соответственно, соски подвергаются массажу, что предотвращает пережатие кончика соска.
Во время сосания молоко в основном выдавливается
и в некоторой степени высасывается
Все части доильного агрегата являются важными компонентами целой системы. Например, зачем конструировать вкладыш с оптимальными функциями, если частота пульсаций, уровень вакуума или размер молокопровода не соответствуют предъявляемым требованиям? Однако для лучшего понимания системы давайте кратко обсудим важность и требования, предъявляемые к разным ее компонентам.
Во время машинного доения молоко высасывается из вымени
Подвесной блок состоит из четырех доильных стаканов (каждый имеет корпус, гибкий вкладыш и короткую импульсную трубку), зажим, длинный молокопровод и длинную импульсную трубку. Вкладыш состоит из головки, емкости для молока и короткой встроенной молочной трубки. Вкладыш - это только часть доильного аппарата, который непосредственно контактирует с соском. Поэтому дизайн вкладыша крайне важен для оптимального доения и взаимодействия с соском. Результаты сравнительных экспериментов показывают, что конструкция вкладыша обычно влияет на характеристики доения больше, чем любой другой механический фактор. Конструкция вкладыша может влиять на молокоотдачу, скольжение вкладыша, время доения, обработку сосков и состояние вымени животного. Вкладыши должны обеспечивать надежное крепление на обоих концах корпуса, иметь насадку и колпачок, которые хорошо подходят к соску, минимизируя скольжение и падение блока. Доение должно производиться быстро, с максимальной полнотой и исключать пережатие и повреждение соска.
На рынке предлагается огромное количество вкладышей разных конструкций, которые приспособлены для поставленных целей. Например, диаметр насадки варьируется от 18 до 27 мм и диаметр отверстия - от 20 до 28 мм. Причиной разной конструкции вкладыша доильного аппарата является разный размер и конфигурация сосков вымени у разных пород скота. Однако диапазон размеров в стаде часто бывает шире, чем средние различия между большинством стад и пород. Следует отметить, что если вкладыш слишком короткий, у насадки будет недостаточно места для сжатия под соском, что приведет к непродуктивному доению, в то время как слишком большой вкладыш может вызвать частое соскальзывание.
Вид вкладыша в разрезе
Как только сосок вводится в открытый вкладыш, он вытягивается до 140-150% своей длины до доения под воздействием вакуума. Во время доения сосок продвигается дальше во вкладыш в первые же секунды доения и больше никаких движений соска не происходит до прекращения молокоотдачи в данной четверти вымени. В конце дойки вкладыш иногда двигается вдоль соска и не пропускает молоко из цистерны вымени в цистерну соска, что в конечном итоге может повлиять на молочную продуктивность. На глубину проникновения соска влияют несколько факторов. Это может быть связано с самим соском, вакуумом, вкладышем, насадкой и трением между вкладышем и соском. Оптимальное проникновение соска достигается, когда все эти факторы действуют вместе. Движения вкладыша во время пульсации приводят к выделению молока и массажу вымени. Период пульсации может делиться на четыре различные фазы: а, b, c и d.
Период пульсации а = фаза открывания; b = фаза доения, c = фаза закрывания фаза, d = фаза массажа
Во время фазы «а», начальной, вкладыш начинает открываться и молоко вытекает из соска. Во время фазы «b», доения, молоко продолжает вытекать из соска. На следующей фазе «с» вкладыш доильного стакана начинает закрываться, что предотвращает вытекание молока из соска. Во время последней фазы «d», массажа и отдыха, вкладыш остается закрытым.
Для того чтобы достигнуть оптимальной эффективности доения и хорошего состояния вымени, фаза отдыха должна составлять не менее 15% периода пульсации, или 150 мс. Выделение молока влияет на движение стенки вкладыша таким образом, что высокая молокоотдача достигается при более коротких фазах массажа, что в конечном итоге влияет на состояние вымени. Недавние исследования привели к создания так называемого «вкладыша Harmony», в котором фаза массажа почти не зависит от молокоотдачи. Движение вкладыша также имеет значение в начале и в конце доения, когда молокоотдача низкая.
Под воздействием сжатия вкладыша канал соска закрывается. Для преодоления диастолического давления в кровеносных сосудах рекомендуется, чтобы давление при закрытии сосков составляло 10 кРа, когда разница давлений составляет около 50 кРа. Помимо создания разницы давлений вкладыш играет важную роль в массаже сосков. При более низком уровне вакуумметрического давления рекомендуется мягкий вкладыш, а при более высоком - жесткий.
Можно сделать вывод о том, что для обеспечения хорошего состояния сосков и оптимальной молочной продуктивности размеры вкладыша должны быть подходящими для коров стада, и вкладыш должен соответствовать вакуумметрическому давлению установки и уровню молокопровода. Вкладыши должны крепиться при умеренной нагрузке и иметь относительно мягкую насадку. Для поддержания исправной работы замена вкладыша должна производиться после 2500 доений или шести месяцев работы в зависимости от того, какая дата наступит раньше. Некоторые виды вкладышей имеют компоненты, рассчитанные на 1000 - 1200 доений.
Движение стенки вкладыша при молокоотдаче
Корпус доильного стакана обычно изготавливается из нержавеющей стали. Однако в последние десятилетия их стали делать и из пластмассы. Корпус доильного стакана должен соответствовать конструкции вкладыша, с ним должно быть удобно обращаться во время дойки, материал, из которого он изготовлен, должен быть прочным и не ломаться, например в случае падения. Оптимальный вес блока доильного аппарата зависит и от веса доильного стакана.
Зажим соединяет короткий пульсатор и короткую молочную трубку от четырех доильных стаканов с длинным пульсатором и длиной молочной трубкой соответственно. На рынке существуют зажимы разной конструкции, изготовленные из разных материалов, с разным объемом молочной камеры (50-500 мл), отверстием для подачи воздуха и «внутренним» дизайном.
К зажиму предъявляются разные требования. Молокоотдача у высокопродуктивных коров растет, а это означает, что рабочая нагрузка на зажим возрастает. Зажим должен исключать перекрестное инфицирование четвертей вымени одной коровы. Этого можно добиться за счет отдельных камер четвертей или обратного клапана. Поступление воздуха в молочную камеру препятствует попаданию молока в зажим, поэтому его размер и емкость являются очень важными при быстрой дойке высокопродуктивных коров.
Хорошим примером зажима, соответствующего многим требованиям, является зажим Harmony. В этом зажиме колебания вакуумметрического давления низкие даже при высокой молокоотдаче, так как молоко удаляется из нижней части через верх зажима по центральной трубке. Это означает, что в зажиме всегда остается место, не заполняемое молоком, что обеспечивает дополнительный буферный объем для вакуума. Таким образом, молоко постоянно и аккуратно выводится из зажима, не вызывая увеличения содержания свободных жирных кислот (СЖК).
Насадка состоит из четырех корпусов, каждый из которых имеет вкладыш. Все эти компоненты соединены с зажимом. Насадка должна иметь вес, необходимый для исключения соскальзывания и падения. Увеличение веса насадки обычно уменьшает скорость молокоотдачи, но повышает риск соскальзывания и падения. Для увеличения веса насадки некоторые производители увеличивают вес зажима, а другие утяжеляют доильные стаканы. Идеальна ситуация, когда больший вес приходится на доильные стаканы, что обеспечивает более равномерное распределение веса между четырьмя четвертями вымени. Однако все компоненты насадки, длинная молочная трубка и длинный пульсатор оказывают наибольшее влияние на распределение веса, так как неправильное размещение трубок может привести к дисбалансу в распределении веса.
В дизайне Harmony вес насадки небольшой, и доильные стаканы и зажим являются очень эффективными с эргономической точки зрения. При этом было проделано много работы для поиска оптимальной функции вкладыша при малом весе насадки, которая по-прежнему должна обеспечивать эффективное доение. Соображения эффективности доения привели к увеличению выходного отверстия короткой молочной трубки и увеличению объема короткой молочной трубки.
Каким образом механические параметры, вакуум, период и частота пульсации влияют на эффективность доения? Доказано, что уровень вакуума выше 50 кPa имеет мало преимуществ или вообще никаких для эффективного доения. Как можно увидеть на графике 36 пик потока молока увеличивается вместе со скоростью молокоотдачи и возрастающим уровня вакуума. Ввиду возможного гиперкератоза внешнего устья соска и увеличения пережатия соска доильным аппаратом и, как следствие, отека, важно найти оптимальный уровень вакуума для каждой индивидуальной доильной системы. Например, в низких установках уровень вакуума около 42 кPa сопоставим с 50 кPa в высоких установках. Поддержание стабильного уровня вакуума имеет большое значение при мастите. Поэтому циклические вакуумные колебания должны быть уменьшены, например, с помощью подачи воздуха в зажим, а также за счет улучшения конструкции вкладыша с целью минимизации соскальзываний и, конечно, за счет бережного снятия доильных стаканов в конце доения. Перед сниманием доильных стаканов с вымени необходимо использовать вакуумный клапан для уменьшения колебаний вакуумметрического давления.
Влияние уровня вакуума на пик молокоотдачи (сплошная линия) и машинная скорость молокоотдычи (прерывистая линия) (Мейн. Машинное доение и лактация, Брэмли, 1992
Влияние разной частоты импульсов и отношения продолжительности тактов на пик молокоотдачи * (Мейн. Машинное доение и лактация, Брэмли, 1992 г.)
*Сравнительные пики молокоотдачи для группы коров - дойка при уровне вакуумметрического давления 51 к Pa (15 в Hg). Результаты представлены в процентах от пика молокоотдачи, полученного при частоте импульсов 40 циклов/мин. и отношении продолжительности тактов 50%, то есть вкладыш открыт более чем на половину в течение 50% каждого повторного импульса - тестирование при закрытых вкладышах.
Частота импульсов и отношение продолжительности тактов являются параметрами, которые также влияют на характеристики доения, такие как молокоотдача и время доения (Таблица 4). Пик молокоотдачи увеличивается при увеличении частоты пульсаций до 160 циклов/мин в зависимости от отношения продолжительности тактов. В качестве сравнения отметим, что теленок использует частоту 120 циклов в минуту во время сосания. Если отношение продолжительности тактов повысится до 80%, произойдет снижение пика молокоотдачи, возможно, из-за недостаточной силы или продолжительности сжимающей нагрузки на сосок. Одна из рекомендаций для обеспечения эффективной пульсации заключается в том, что вкладыш должен быть полностью закрыт не менее 15% цикла для преодоления пережатия соска вакуумом. Эксперименты показали, что оптимальное отношение продолжительности тактов 60:40 или 70:30 при частоте пульсаций 60 циклов в минуту.
Эргономические требования к доильному оборудования и доильным залам должны быть очень высокими, так как молочное производство является одним из наиболее трудных видов деятельности в сельском хозяйстве. У фермеров часто возникают проблемы с локомоторными органами. Они также страдают от болей в локтевых суставах, пояснице, тазобедренных суставах, руках и плечевых суставах.
Для решения этих проблем ведерные доильные аппараты были заменены на молокопроводные аппараты, что является огромным прогрессом в нелегком фермерском деле. Также отметим, что в 1970-х гг. появились автоматические съемники подвесной части. С этого времени исследовательские работы шли постоянно и вылились в создание целого ряда новых приспособлений. Концепция Harmony включает насадку с малым весом, с которой легко управляться. По сравнению с обычным доильным приспособлением вес насадки Harmony® уменьшен более чем на 40%. Нагрузка на оператора доения уменьшилась, сократилось и время доения. Рельсовая концепция DeLaval стала следующим шагом модернизации коровников привязного содержания. DeLaval представляет собой систему рельсов, проложенных из доильного помещения по всему коровнику.
Исследования, проведенные Шведской сельскохозяйственной службой здоровья, показали, что использование оборудования DeLaval снизило риски заболеваний у фермеров.
Доение с помощью EasyLine снизило риск заболевания
локомоторных органов
Сегодня автоматические съемники подвесной части - обычное явление для доильных залов, так же как и использование «механической руки». Сегодня также возможно иметь регулируемый по высоте пол доильной ямы (Comfloor), адаптированный к росту дояра.
Автор: ДеЛаваль
| Частота импульсов,с/мин | ||||
| Отношение продолжительности тактов, % | 40 | 80 | 120 | 160 |
| 50 | ||||
| 67 | ||||
| 75 | 134 | 142 | 141 | 140 |
