擠奶機(jī)集乳器真空度評(píng)估研究

劉聲春，王明磊，楊瑤

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定總站，北京 100122）

真空度是擠奶機(jī)關(guān)鍵性能參數(shù)之一，真空度的增加或降低對(duì)奶牛乳房的健康有重要影響。據(jù)研究，將真空度從33kPa提升至50kPa會(huì)惡化乳頭狀況，增加乳房炎發(fā)病率，而降低擠奶機(jī)真空度，會(huì)增加擠奶時(shí)間和掉杯頻次[1～3]。我國(guó)規(guī)?；翀?chǎng)已實(shí)現(xiàn)100%機(jī)械化擠奶[4]，但針對(duì)擠奶機(jī)關(guān)鍵性能參數(shù)的研究仍然較少，特別是對(duì)擠奶機(jī)真空度的研究?jī)H停留在Vm點(diǎn)的真空度即擠奶機(jī)工作真空度上。實(shí)際上，擠奶機(jī)各部分真空度中對(duì)奶牛乳頭直接作用的是奶襯內(nèi)（乳頭末端）真空度，但目前直接測(cè)量奶襯內(nèi)（乳頭末端）真空度仍有難度，大都采用集乳器真空度作為近似值，因?yàn)榧槠麟x奶襯較近。

集乳器真空度是在動(dòng)態(tài)測(cè)試中獲得的，通過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試特定牧場(chǎng)特定擠奶機(jī)集乳器真空度與擠奶流量間的關(guān)系，建立相關(guān)回歸方程，找到牛群峰值流量分布，評(píng)估出整體牛群集乳器真空度范圍。在排除其他原因的前提下，通過(guò)調(diào)節(jié)擠奶機(jī)整體性能參數(shù)設(shè)置或針對(duì)每個(gè)牛位上擠奶杯組進(jìn)行設(shè)置（如調(diào)節(jié)長(zhǎng)奶管長(zhǎng)度、直徑等），使得每個(gè)集乳器真空度處于合適范圍。擠奶機(jī)廠家也可根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不斷提高產(chǎn)品適用性。

1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求

1.1 真空度范圍

目前，涉及擠奶機(jī)真空度方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有：GB/T 8186-2011《擠奶設(shè)備 結(jié)構(gòu)與性能》（等同采用ISO 5707:2007《Milking machine installations-Construction and performance》）[5]、美國(guó)國(guó)家乳房炎委員會(huì)（NMC）技術(shù)文件《擠奶機(jī)真空度與空氣流量評(píng)價(jià)程序》[6]，其中都提到，在奶牛擠奶流量峰值期間，奶襯內(nèi)（乳頭末端）（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及ISO標(biāo)準(zhǔn)）或集乳器（NMC技術(shù)文件）的平均真空度在32～42kPa范圍內(nèi)，可以確保大多數(shù)奶牛快速、溫和并徹底地完成擠奶。

1.2 測(cè)試方法

GB/T 8186-2011《擠奶設(shè)備 結(jié)構(gòu)與性能》中給出的是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試法，用水模擬牛奶，通過(guò)流量模擬器模擬特定峰值流量（5kg/min或3kg/min），要求在擠奶杯組各奶杯間的平均分配水流量下，通過(guò)人工乳頭末端的傳感器記錄奶襯內(nèi)（乳頭末端）的真空度。該方法只適用于實(shí)驗(yàn)室，對(duì)測(cè)試設(shè)備要求較高，并且由于只是在特定流量下進(jìn)行模擬，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)指導(dǎo)意義不大，主要用于擠奶機(jī)安裝測(cè)試或?qū)嶒?yàn)研究?！稊D奶機(jī)真空度與空氣流量評(píng)價(jià)程序》中給出了一種方法，即：在牧場(chǎng)中選擇一定數(shù)量具備代表性的高產(chǎn)和低產(chǎn)奶牛作為測(cè)試樣本，在擠奶過(guò)程中用12或14號(hào)針頭刺入短奶管到達(dá)集乳器，針頭不要進(jìn)入奶流中，針頭尾部連接真空測(cè)試儀器，連續(xù)測(cè)試5～20s后取平均值。該種方法簡(jiǎn)易可行，能夠反映出擠奶過(guò)程中真空度變化的實(shí)際情況。

1.3 真空度波動(dòng)

GB/T 8186-2011《擠奶設(shè)備 結(jié)構(gòu)與性能》中沒(méi)有涉及真空度波動(dòng)的相關(guān)內(nèi)容，《擠奶機(jī)真空度與空氣流量評(píng)價(jià)程序》中將集乳器真空度波動(dòng)定義為一個(gè)脈動(dòng)循環(huán)內(nèi)最大真空度減去最小真空度，但沒(méi)有給出真空度波動(dòng)的限值。一般情況下，除特殊設(shè)計(jì)外，集乳器真空度波動(dòng)越小越好。區(qū)別于不規(guī)律波動(dòng)，隨著脈動(dòng)循環(huán)周期性的小幅度真空度波動(dòng)是正常的，不規(guī)律的波動(dòng)可能是由于滑杯進(jìn)氣產(chǎn)生的。真空度波動(dòng)過(guò)高可能是由于進(jìn)氣孔堵塞、過(guò)量空氣進(jìn)入或奶路上存在阻塞等原因。

2 奶流量與真空度間的關(guān)系

擠奶機(jī)真空調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以保持真空調(diào)節(jié)器感應(yīng)點(diǎn)的真空度穩(wěn)定，在正常擠奶的情況下偏差不超過(guò)2kPa，真空調(diào)節(jié)器感應(yīng)點(diǎn)的真空度可以通過(guò)真空調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)整。但集乳器真空度與真空調(diào)節(jié)器感應(yīng)點(diǎn)的真空度不同，集乳器中既有氣流通過(guò)，也有奶流通過(guò)，導(dǎo)致集乳器真空度情況相對(duì)復(fù)雜。測(cè)試集乳器真空度與奶流量間的關(guān)系，可以準(zhǔn)確掌握牧場(chǎng)牛群擠奶過(guò)程中乳頭所承受的真空度變化情況。

具體操作方式是：先從牧場(chǎng)牛群中至少選出10頭以上的具備代表性的高產(chǎn)和低產(chǎn)奶牛，可通過(guò)擠奶機(jī)管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)每日產(chǎn)量記錄中篩選出牛號(hào)，每次擠奶時(shí)對(duì)選出的奶牛進(jìn)行測(cè)試。記錄5～20s擠奶過(guò)程中的集乳器真空度（圖1），求出平均集乳器真空度，同時(shí)通過(guò)每個(gè)牛位顯示面板上記錄下真空測(cè)試開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的奶流量數(shù)值，取中點(diǎn)作為平均奶流量值。對(duì)每頭牛測(cè)試多個(gè)時(shí)間段，時(shí)間段應(yīng)該包含峰值流量和脫杯流量，最終做出平均集乳器真空度與平均奶流量的散點(diǎn)圖，找出兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立回歸方程（圖2）。圖2是一個(gè)集乳器的散點(diǎn)圖，如條件允許可制作多個(gè)集乳器的散點(diǎn)圖，更加全面掌握擠奶機(jī)平均集乳器真空度隨奶流量變化情況，用來(lái)調(diào)整擠奶機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

圖1 PT-Ⅵ真空度記錄圖

圖2 某牧場(chǎng)集乳器真空與平均奶流量關(guān)系圖

圖2中回歸方程中有兩個(gè)系數(shù)：截距44.6，斜率-2.2，截距應(yīng)接近擠奶機(jī)工作真空度，如偏差超過(guò)2kPa，應(yīng)查找原因確定偏差來(lái)源（如真空表、奶流量計(jì)是否正常）。斜率表示平均集乳器真空度隨平均奶流量增加而降低的快慢。據(jù)研究，斜率（真空降系數(shù)）與擠奶機(jī)安裝配置有關(guān)，首先和奶流提升高度有關(guān)（高位配置比低位配置真空降系數(shù)大），其次和長(zhǎng)奶管的直徑及長(zhǎng)度有關(guān)（長(zhǎng)度越長(zhǎng)、直徑越大則真空降系數(shù)越大）。另外，還和集乳器與輸奶管道間安裝的奶量計(jì)、自動(dòng)關(guān)閉閥相關(guān)（裝有奶量計(jì)、自動(dòng)關(guān)閉閥的比未安裝的真空降系數(shù)大）。

3 牛群峰值流量分布

目前，大多數(shù)擠奶機(jī)管理軟件數(shù)據(jù)中都有峰值流量，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以了解掌握牧場(chǎng)牛群峰值流量分布，計(jì)算出平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等，掌握牛群整體奶流量情況。圖3是某牧場(chǎng)奶牛峰值流量分布情況，其中部分在1kg/min，說(shuō)明可能存在踢杯、掉杯等問(wèn)題，需要關(guān)注。

圖3 某牧場(chǎng)牛群峰值流量分布圖

該牧場(chǎng)奶牛峰值流量平均值為4.6kg/min，標(biāo)準(zhǔn)差是1.5kg/min，即：牛群中95%的奶牛峰值流量落在平均值+2倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)（7.6kg/min），牛群中99%的奶牛峰值流量落在平均值+3倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)（9.1kg/min）。

4 牛群集乳器真空度評(píng)估

以圖2、圖3中所涉及的牧場(chǎng)為例，平均集乳器真空度與平均奶流量關(guān)系為：y=-2.2x+44.6，峰值流量平均值為4.6kg/min，標(biāo)準(zhǔn)差在1.5kg/min以內(nèi)。此時(shí)95%的奶牛峰值流量在7.6kg/min，99%的奶牛峰值流量在9.1kg/min以內(nèi)，該擠奶機(jī)的脫杯流量為0.5kg/min。這時(shí)該牧場(chǎng)牛群平均集乳器真空度范圍為：脫杯時(shí)真空度=-2.2×0.4+44.6=43.72kPa，95%奶牛峰值流量時(shí)真空度=-2.2×7.6+44.6=27.88kPa，99%奶牛峰值流量時(shí)真空度=-2.2×9.1+44.6=24.58kPa。

平均集乳器真空度為43.72kPa，高出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求最高值1.72kPa。如牧場(chǎng)反映乳房炎發(fā)病率較高或存在乳頭充血紅腫等現(xiàn)象，在其他原因已排除的情況下，建議該牧場(chǎng)適度降低工作真空度或提高脫杯流量或增加長(zhǎng)奶管長(zhǎng)度和直徑。所有調(diào)整操作均應(yīng)逐步進(jìn)行，并經(jīng)觀察一段時(shí)間確認(rèn)情況好轉(zhuǎn)后再繼續(xù)調(diào)整，直至調(diào)到合適范圍內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

擠奶是一個(gè)“妥協(xié)”的過(guò)程，要實(shí)現(xiàn)快速、溫和、徹底的擠奶很難，快速一般不溫和，溫和一般不徹底。目前，規(guī)模大的牧場(chǎng)一般追求快速，規(guī)模小的牧場(chǎng)一般追求徹底。因此，各牧場(chǎng)只有通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間嘗試，找出適合自身的擠奶機(jī)集乳器真空度，在快速、溫和、徹底之間找到平衡點(diǎn)。