Доїльний апарат був створений для полегшення важкої роботи, пов'язаної з ручним доїнням. Стародавні єгиптяни намагалися вводити трубки в соскові протоки для полегшення доїння. Однак перший доїльний апарат з'явився тільки в 1830 році. Після цього він постійно технічно удосконалився. Були випробувані різні принципи роботи. Були створені установки, що імітують ручне доїння. Найбільш ефективним виявився апарат, що імітує смоктальні руху. У 1851 році вперше почали використовувати вакуум, а потім був розроблений однокамерний доїльний стакан. Двокамерний доїльний стакан був винайдений в 1905 році, і фермерам був представлений доїльний апарат, схожий на той, яким користуються сьогодні
Доїльний апарат, сконструйований Дженом Нільсеном в 1882 році (зліва), і доїльний апарат, сконструйований Ганною Болдуін в 1879 році (праворуч) (Т. Йанссон. Створення доїльного апарату, 1973р.)
Біологічні вимоги до доїльного апарату
Які вимоги пред'являються до доїльного апарату? Коли був розроблений перший доїльний апарат, від нього вимагалося ефективне видалення молока без пошкодження сосків вимені. Також він повинен був полегшити працю фермера, пов'язаний з доїнням. Для того щоб врахувати всі ці вимоги, доїльний апарат повинен створюватися спільними зусиллями біологів, інженерів і ветеринарів.
У чому полягає вплив доїльного апарату на соски вимені? Принцип машинного доїння відрізняється від принципу ручного доїння або смоктання. Під час ручного доїння молоко видавлюється з вимені, а під час смоктання воно стискається і в деякій мірі висмоктується. Під час машинного доїння молоко висмоктується за рахунок різниці тиску між внутрішньою стінкою вимені і вкладишем.
Під час ручного доїння молоко видавлюється з вимені
У разі постійного смоктального впливу на сосок в ньому накопичуються кров і лімфа. Тому доїльний апарат сконструйований таким чином, щоб смоктання переривалося ритмічними рухами (відкривання і закривання) вкладиша. Відповідно, соски піддаються масажу, що запобігає пережатие кінчика соска.
Під час смоктання молоко в основному видавлюється
і в деякій мірі висмоктується
Всі частини доїльного агрегату є важливими компонентами цілої системи. Наприклад, навіщо конструювати вкладиш з оптимальними функціями, якщо частота пульсацій, рівень вакууму або розмір молокопроводу не відповідають висунутим вимогам? Однак для кращого розуміння системи давайте коротко обговоримо важливість і вимоги, що пред'являються до різних її компонентів.
Під час машинного доїння молоко висмоктується з вимені
Підвісна блок складається з чотирьох доїльних стаканів (кожний має корпус, гнучкий вкладиш і коротку імпульсну трубку), зажим, довгий молокопровід і довгу імпульсну трубку. Вкладиш складається з головки, ємності для молока і короткою вбудованої молочної трубки. Вкладиш - це тільки частина доїльного апарату, який безпосередньо контактує з соском. Тому дизайн вкладиша вкрай важливий для оптимального доїння і взаємодії з соском. Результати порівняльних експериментів показують, що конструкція вкладиша зазвичай впливає на характеристики доїння більше, ніж будь-який інший механічний фактор. Конструкція вкладиша може впливати на молокоотдачу, ковзання вкладиша, час доїння, обробку сосків і стан вимені тварини. Вкладиші повинні забезпечувати надійне кріплення на обох кінцях корпусу, мати насадку і ковпачок, які добре підходять до соска, мінімізуючи ковзання і падіння блоку. Доїння повинно проводитися швидко, з максимальною повнотою і виключати перетискання і пошкодження соска.
На ринку пропонується величезна кількість вкладишів різних конструкцій, які пристосовані для поставлених цілей. Наприклад, діаметр насадки варіюється від 18 до 27 мм і діаметр отвору - від 20 до 28 мм. Причиною різної конструкції вкладиша доїльного апарату є різний розмір і конфігурація сосків вимені у різних порід худоби. Однак діапазон розмірів в стаді часто буває ширше, ніж середні відмінності між більшістю стад і порід. Слід зазначити, що якщо вкладиш занадто короткий, у насадки буде недостатньо місця для стиснення під соском, що призведе до непродуктивному доїння, в той час як занадто великий вкладиш може викликати часте зісковзування.
Вид вкладиша в розрізі
Як тільки сосок вводиться у відкритий вкладиш, він витягується до 140-150% своєї довжини до доїння під впливом вакууму. Під час доїння сосок просувається далі у вкладиш в перші ж секунди доїння і більше ніяких рухів соска не відбувається до припинення молоковіддачі в даній чверті вимені. В кінці доїння вкладиш іноді рухається уздовж соска і не пропускає молоко з цистерни вимені в цистерну соска, що в кінцевому підсумку може вплинути на молочну продуктивність. На глибину проникнення соска впливають кілька факторів. Це може бути пов'язано з самим соском, вакуумом, вкладишем, насадкою та тертям між вкладишем і соском. Оптимальне проникнення соска досягається, коли всі ці фактори діють разом. Рухи вкладиша під час пульсації приводять до виділення молока і масажу вимені. Період пульсації може ділитися на чотири різні фази: а, b, c і d.
Період пульсації а = фаза відкривання; b = фаза доїння, c = фаза закривання фаза, d = фаза масажу
Під час фази «а», початкової, вкладиш починає відкриватися і молоко витікає з соска. Під час фази «b», доїння, молоко продовжує витікати з соска. На наступній фазі «с» вкладиш доїльного стакана починає закриватися, що запобігає витіканню молока з соска. Під час останньої фази «d», масажу і відпочинку, вкладиш залишається закритим.
Для того щоб досягти оптимальної ефективності доїння і гарного стану вимені, фаза відпочинку повинна становити не менше 15% періоду пульсації, або 150 мс. Виділення молока впливає на рух стінки вкладиша таким чином, що висока молоковіддача досягається при більш коротких фазах масажу, що в кінцевому результаті впливає на стан вимені. Недавні дослідження привели до створення так званого «вкладиша Harmony», в якому фаза масажу майже не залежить від молоковіддачі. Рух вкладиша також має значення на початку і в кінці доїння, коли молоковіддача низька.
Під впливом стиснення вкладиша канал соска закривається. Для подолання діастолічного тиску в кровоносних судинах рекомендується, щоб тиск при закритті сосків становило 10 кРа, коли різниця тисків становить близько 50 кРа. Крім створення різниці тисків вкладиш грає важливу роль в масажі сосків. При більш низькому рівні вакуумметричного тиску рекомендується м'який вкладиш, а при більш високому - жорсткий.
Можна зробити висновок про те, що для забезпечення гарного стану сосків і оптимальної молочної продуктивності розміри вкладки повинні бути придатними для корів стада, і вкладиш повинен відповідати вакуумметричного й надлишкового тисків установки і рівнем молокопроводу. Вкладиші повинні кріпитися при помірному навантаженні і мати відносно м'яку насадку. Для підтримки справної роботи заміна вкладиша повинна проводитися після 2500 доїнь або шести місяців роботи в залежності від того, яка дата настане раніше. Деякі види вкладишів мають компоненти, розраховані на 1000 - 1200 доїнь.
Рух стінки вкладиша при молоковіддачі
Корпус доїльного стакана зазвичай виготовляється з нержавіючої сталі. Однак в останні десятиліття їх стали робити і з пластмаси. Корпус доїльного стакана повинен відповідати конструкції вкладиша, з ним має бути зручно звертатися під час доїння, матеріал, з якого він виготовлений, повинен бути міцним і не ламатися, наприклад в разі падіння. Оптимальна вага блоку доїльного апарату залежить і від ваги доїльного стакана.
Затиск з'єднує короткий пульсатор і коротку молочну трубку від чотирьох доїльних стаканів з довгим пульсатором і довжиною молочної трубкою відповідно. На ринку існують затиски різної конструкції, виготовлені з різних матеріалів, з різним обсягом молочної камери (50-500 мл), отвором для подачі повітря і «внутрішнім» дизайном.
До затиску пред'являються різні вимоги. Молоковіддача у високопродуктивних корів зростає, а це означає, що робоче навантаження на затиск зростає. Затиск повинен виключати перехресне інфікування чвертей вимені однієї корови. Цього можна домогтися за рахунок окремих камер чвертей або зворотного клапана. Надходження повітря в молочну камеру перешкоджає попаданню молока в затиск, тому його розмір і ємність є дуже важливими при швидкій доїння високопродуктивних корів.
Хорошим прикладом затиску, відповідного багатьом вимогам, є затиск Harmony. У цьому затиску коливання вакуумметричного тиску низькі навіть при високій молоковіддачі, так як молоко видаляється з нижньої частини через верх затиску по центральній трубці. Це означає, що в затиску завжди залишається місце, не заповнюються молоком, що забезпечує додатковий буферний об'єм для вакууму. Таким чином, молоко постійно і акуратно виводиться з затиску, не викликаючи збільшення вмісту вільних жирних кислот (СЖК).
Насадка складається з чотирьох корпусів, кожен з яких має вкладиш. Всі ці компоненти з'єднані з затискачем. Насадка повинна мати вагу, необхідний для виключення зісковзування і падіння. Збільшення ваги насадки зазвичай зменшує швидкість молоковіддачі, але підвищує ризик зісковзування і падіння. Для збільшення ваги насадки деякі виробники збільшують вагу затиску, а інші обтяжують доїльні стакани. Ідеальна ситуація, коли більшу вагу доводиться на доїльні стакани, що забезпечує більш рівномірний розподіл ваги між чотирма чвертями вимені. Однак все компоненти насадки, довга молочна трубка і довгий пульсатор мають найбільший вплив на розподіл ваги, так як неправильне розміщення трубок може привести до дисбалансу в розподілі ваги.
У дизайні Harmony вага насадки невеликий, і доїльні стакани і затиск є дуже ефективними з ергономічної точки зору. При цьому було зроблено багато роботи для пошуку оптимальної функції вкладиша при малій вазі насадки, яка як і раніше повинна забезпечувати ефективне доїння. Міркування ефективності доїння привели до збільшення вихідного отвору короткою молочної трубки і збільшення обсягу короткої молочної трубки.
Яким чином механічні параметри, вакуум, період і частота пульсації впливають на ефективність доїння? Доведено, що рівень вакууму вище 50 кPa має мало переваг або взагалі ніяких для ефективного доїння. Як можна побачити на графіку 36 пік потоку молока збільшується разом зі швидкістю молоковіддачі і зростаючим рівня вакууму. З огляду на можливого гиперкератоза зовнішнього гирла соска і збільшення стискання соска доїльним апаратом і, як наслідок, набряку, важливо знайти оптимальний рівень вакууму для кожної індивідуальної доїльної системи. Наприклад, в низьких установках рівень вакууму близько 42 кPa можна порівняти з 50 кPa в високих установках. Підтримка стабільного рівня вакууму має велике значення при маститі. Тому циклічні вакуумні коливання повинні бути зменшені, наприклад, за допомогою подачі повітря в затиск, а також за рахунок поліпшення конструкції вкладиша з метою мінімізації зісковзування і, звичайно, за рахунок дбайливого зняття доїльних стаканів в кінці доїння. Перед зніманням доїльних склянок з вимені необхідно використовувати вакуумний клапан для зменшення коливань вакуумметричного тиску.
* Порівняльні піки молоковіддачі для групи корів - доїння при рівні вакуумметричного тиску 51 до Pa (15 в Hg). Результати представлені у відсотках від піку молоковіддачі, отриманого при частоті імпульсів 40 циклів / хв. і щодо тривалості тактів 50%, тобто вкладиш відкритий більш ніж на половину протягом 50% кожного повторного імпульсу - тестування при закритих вкладках.
Частота імпульсів і ставлення тривалості тактів є параметрами, які також впливають на характеристики доїння, такі як молоковіддача і час доїння (Таблиця 4). Пік молоковіддачі збільшується при збільшенні частоти пульсацій до 160 циклів / хв залежно від ставлення тривалості тактів. В якості порівняння зазначимо, що теля використовує частоту 120 циклів на хвилину під час смоктання. Якщо відношення тривалості тактів підвищиться до 80%, відбудеться зниження піку молоковіддачі, можливо, через недостатню сили або тривалості стискаючого навантаження на сосок. Одна з рекомендацій для забезпечення ефективної пульсації полягає в тому, що вкладиш повинен бути повністю закритий не менш 15% циклу для подолання передавлення соска вакуумом. Експерименти показали, що оптимальне співвідношення тривалості тактів 60:40 або 70:30 за частоти пульсацій 60 циклів на хвилину.
Ергономічні вимоги до доїльного обладнання та доїльних залах повинні бути дуже високими, так як молочне виробництво є одним з найбільш важких видів діяльності в сільському господарстві. У фермерів часто виникають проблеми з локомоторними органами. Вони також страждають від болю в ліктьових суглобах, попереку, кульшових суглобах, руках і плечових суглобах.
Для вирішення цих проблем відерного доїльні апарати були замінені на молокопроводние апарати, що є величезним прогресом в нелегкій фермерській справі. Також відзначимо, що в 1970-х рр. з'явилися автоматичні знімачі підвісної частини. З цього часу дослідні роботи йшли постійно і вилилися в створення цілого ряду нових пристосувань. Концепція Harmony включає насадку з малою вагою, з якою легко управлятися. У порівнянні зі звичайним доїльним пристосуванням вага насадки Harmony® зменшений більш ніж на 40%. Навантаження на оператора доїння зменшилася, скоротилося і час доїння. Рейкова концепція DeLaval стала наступним кроком модернізації корівників прив'язного утримання. DeLaval являє собою систему рейок, прокладених з доїльного приміщення по всьому корівника.
Дослідження, проведені Шведської сільськогосподарської службою здоров'я, показали, що використання обладнання DeLaval знизило ризики захворювань у фермерів.
Доїння за допомогою EasyLine знизило ризик захворювання
локомоторних органів
Сьогодні автоматичні знімачі підвісної частини - звичайне явище для доїльних залів, так само як і використання «механічної руки». Сьогодні також можливо мати регульований по висоті підлогу доїльної ями (Comfloor), адаптований до зростання дояра.