Доильные аппараты

 

Основным звеном в технологической  системе является животное, на которое  воздействует подсистема «человек-машина»  с целью получения молока (рис.1). Подсистема «человек-машина» должна отвечать следующим основным требованиям:

 

- вызывать у животных  полноценный рефлекс молокоотдачи;

 

- выдаивать припущенное  молоко;

 

- поддерживать рефлекс в процессе доения;

 

- способствовать раздою  лактирующих животных;

 

- не травмировать вымя  животных.

 

Функционирование системы  в течение суток происходит циклически (два или три цикла). В течение каждого цикла она проходит три периода: основной – технологический процесс выдаивания животных (при этом задействованы элементы: животные, оператор, доильная установка и дежурный слесарь); подготовительный - ежесменное техническое обслуживание доильной установки (оператор, дежурный слесарь, доильная установка), один раз в месяц проводится ТО-1 и один раз в год ТО-2 инженерно-технической службой хозяйства или станцией технического обслуживания района (СТОЖ); период хранения доильной установки.

Рис.1. Функциональная схема  технологической системы машинного  доения: О–оператор машинного доения; Ж–группа из ткоров; ДУ–доильная установка; С–слесарь; ИТС-инженерно-техническая служба хозяйства или СТОЖ; ЕОП(t), EДУ(t)–энергетическое воздействие оператора и доильной установки; ТЕТО, ТПТО–ежесменное и периодическое обслуживание.

 

От каждого животного  при определенном содержании можно  получить потенциально возможную продуктивность при условии выдаивания по технологии машинного доения на работоспособной доильной установке. Фактически получаемое количество молока из-за различных отклонений в технологии доения и выходов параметров доильной установки за пределы допусков всегда меньше. Потери молока по различным причинам могут доходит до 35% и выше.

 

Потери молока из-за машинного  доения могут происходить по технологическим  и техническим причинам.

 

Потери молока по технологическим  причинам подразделяются на потери из-за некачественного выполнения оператором технологических операций и из-за несвоевременности их выполнения. Основными  причинами этих потерь являются перегрузка и низкая квалификация оператора. Для  их снижения необходимо обеспечивать оптимальную нагрузку и повышение  квалификации оператора.

 

Потери молока по техническим  причинам можно подразделить на потери из-за отказов техники и из-за несоответствия функциональных возможностей машины физиологическим требованиям  животного. Для снижения этих потерь необходимо разрабатывать технику, соответствующую физиологии животного, с обоснованной надежностью обеспечить ее рациональное техническое обслуживание и ремонт (с контролем и диагностикой параметров и режимов работы техники).

 

2. Физиологические основы  машинного доения животных

 

 

Вымя коровы (рис. 2) состоит  из четырех самостоятельных долей, часто развитых неравномерно. У большинства  коров в задних долях образуется больше молока, чем в передних. Каждая доля имеет молочную железу 1, соединительную ткань 7, молочные протоки 2 и сосок. В молочной железе из крови животного  вырабатывается молоко, которое по молочным протокам поступает в молочную цистерну 3 и в цистерну соска 4.

Рис. 2. Строение вымени коровы: 1 – молочная железа;

 

2 – молочные протоки; 3 – молочная цистерна;

 

4 – цистерна соска; 5 –  сфинктер соска; 6 – нервы;

 

7 – соединительная ткань

 

Элементарной структурной  единицей молочной железы является альвеола – пузырек диаметром от 0,1 до 0,4 мкм, стенки которого состоят из одного слоя секреторных клеток. Альвеолы расположены вокруг общего выводного  протока, образуя дольку, включающую 150 – 200 альвеол (длина дольки 1,5 мм, ширина 1 мм, высота 0,5 мм). Дольки объединены в  более крупные доли с крупными протоками, впадающими в полость  над соском – цистерну вымени. Сосок  вымени коровы имеет цистерну 4, сверху отделенную круглой складкой от цистерны вымени 3, а снизу переходящую в узкий сосковый канал, окруженный плотным мышечным кольцом – сфинктером 5. Между дойками сфинктер плотно сжат, препятствуя вытеканию молока из вымени. Молоко не вытекает из вымени между дойками также благодаря особому расположению молочных протоков, имеющих расширения и сужения, а также особые сфинктероподобные утолщения. Ткань молочной железы подобна губке, и молоко можно извлечь лишь при сжимании ее. Сжатие осуществляется сокращением миоэпителия под действием гормона окситоцина. К началу очередной дойки в цистернах вымени содержится от 4 до 20% молока. Основная часть молока – 80-96% - находится в альвеолах и мелких протоках молочной железы. Извлечь молоко из цистернального отдела сравнительно легко, оно вытекает само, если преодолеть сопротивление соскового сфинктера, вставив в соски катетеры. Чтобы получить молоко из альвеолярного отдела вымени, необходимо вызвать у коровы рефлекс молокоотдачи.

 

Весь процесс, началом  которого является раздражение рецепторов вымени, а окончанием – переход  молока из альвеолярного отдела в  цистерну вымени, называется рефлексом  молокоотдачи. Это нейрогормональный  рефлекс, поскольку раздражение  от рецепторов молочной железы в центральную  нервную систему идет по нервному пути, а оттуда возбуждение передается к молочной железе и по нервам, и  через гормоны.

 

Оператор, обмывая и массируя вымя, раздражает нервные окончания (рецепторы) 6, от которых возбуждение, проходя по нервам, через спинной  мозг попадает в головной мозг. Из центральной  нервной системы сигналы к  молочной железе возвращаются двумя  путями. Один путь чисто нервный (первая фаза), когда возбуждение возвращается к молочной железе от спинного мозга, вызывая расширение сосудов и  усиливая кровообращение, расширение молочных протоков и цистерн, что  облегчает переход молока в них  из альвеолярного отдела. В результате осуществления первой фазы рефлекса молокоотдачи и расслабления сфинктера  соска теленок может получить цистернальную порцию молока уже через 2-6 с после начала сосания.

 

Вторая фаза рефлекса молокоотдачи включает, кроме нервного, гормональное звено. Эта фаза начинается через 30 – 60 с после раздражения рецепторов сосков и длится 4 – 6 мин. В ответ на раздражение рецепторов молочной железы и поступления сигналов в головной мозг из задней доли гипофиза в кровь выделяется гормон окситоцин, который с кровью достигает молочной железы и вызывает сокращение звездчатых клеток альвеол, увеличивая при этом проницаемость стенок секреторных клеток. Протоки под действием окситоцина укорачиваются и расширяются, облегчая переход молока в цистерны, откуда его легко извлечь доильным аппаратом.

 

В результате многократного  доения в постоянных условиях на ферме  и совпадения во времени акта доения с определенными факторами внешней  среды (время, место, последовательность операций на вымени и др.) у коров  формируются условные рефлексы молокоотдачи и вырабатывается устойчивый стереотип поведения при машинном доении.

 

Молокоотдача, возникающая  вследствие непосредственного раздражения  рецепторных зон сосков и вымени, называется безусловно-рефлекторной. Молокоотдача, возникающая в результате действия внешних раздражителей на нервную систему через иные анализаторы животного (зрительный, слуховой, обонятельный и пр.), называется условно-рефлекторной. Рефлекс молокоотдачи (условный и безусловный) осуществляется одновременно во всех долях вымени, несмотря на различное количество образовавшегося в них молока.

 

 

3. Способы машинного доения

 

 

Естественным способом извлечения молока из вымени коровы является высасывание  его теленком. Этот способ очень  прост, но для получения молока для  нужд человека в период одомашнивания  крупного рогатого скота стали применять  ручное доение – выжимание молока из вымени. Постепенно в результате творчества инженеров и изобретателей  разрабатывались доильные машинывыжимающего и отсасывающего принципа действия, совершенствование которых продолжается.

 

Теленок является самым совершенным  аппаратом по извлечению молока из вымени коровы, поэтому изучением  закономерностей акта сосания занимались многие исследователи.

 

Установлено, что акт сосания  соска коровы теленком представляет собой колебательный процесс  воздействия на сосок давления и  вакуума, состоящий из спектра различных частот, как низких (сосательных циклов – 1,5-2,5 Гц), так и высоких. Наибольший вклад вносят частоты 7,5; 10; 12,5 Гц, т.е. полоса частот, близкая к полосе частот α-ритма мозга. Поэтому частота 10 Гц является наиболее естественной в управлении мышечной активности, а следовательно, и для вызова рефлекса молокоотдачи при доении коров.

 

Кроме частоты каждый колебательный  процесс характеризуется скважностью. При изучении усредненной осциллограммы  акта сосания коровы теленком (рис. 3, время представлено в относительных  единицах) выявлены характерные периоды  изменения давления и вакуума  за время цикла. Общий период воздействия  на сосок - извлечение молока под действием  вакуума и давления – равен 34, а снижения вакуума и давления 21, т.е. общий цикл сосания делится  соответственно на 61,8 и 38,2%, что соответствует  золотой пропорции.

 

В ручном доении используется один из двух факторов, действующих  в акте сосания теленком, - фактор положительного давления. Практикой  установлено, что из способов ручного  доения доение «кулаком» является лучшим. Характер сжатия соска при доении «кулаком» аналогичен сжатию его  в акте сосания теленком. Каждое доильное движение состоит из цикла  двигательных актов пальцев руки доярки. Каждый цикл складывается из трех двигательных актов пальцев: сгибания, сжатия соска и разгибания. Акты сгибания и сжатия соска занимают по среднему пальцу руки 68,3% от времени цикла доильного движения. На основе результатов изучения акта сосания сосков животных детенышами и ручного доения инженеры разрабатывают способы машинного доения и машины, реализующие эти способы.

 

В настоящее время существуют три способа машинного доения:

 

- периодического отсасывания  (сосание - сжатие) под действием  вакуума,

 

- периодического отсасывания  со стимуляцией рефлекса молокоотдачи,

 

- выжимания.

 

Рис. 3. Обобщенные закономерности акта сосания соска 

 

коровы теленком: Р, -Р – давление и разрежение; Т – период (цикл);

 

1, 2, 3 – давление на  основание, среднюю часть и  кончик соска; 

 

4 - разрежение под соском.

 

Непосредственное выдаивание производится при помощи доильных аппаратов.

 

Выжимающие аппараты, над  которым работали и работают ученые, хорошо предохраняют соски от воздействия  вакуума, так как используют меньший  вакуум по сравнению с отсасывающими  аппаратами, обладают большей способностью вызывать рефлекса молокоотдачи, но имеют  меньшую интенсивность извлечения молока и конструктивно более  сложны, поэтому пока еще не нашли  практического применения.

 

Основными являются аппараты, реализующие первый и второй способы  машинного доения.

 

Доильный аппарат состоит  из доильных стаканов, коллектора, пульсатора, шлангов и трубок (рис.4). Доильные стаканы (ДС) надеваются на соски коровы и передают на них пневматическую энергию. Коллектор (МКК) предназначен для передачи вакуума по молочным трубкам (ТМ) к доильным стаканам и  сбора молока из доильных стаканов, которое затем передается по молочному  шлангу (ШМ) в молокоприемник (МП) (доильное ведро или молокопровод), подключенный к вакуумной системе (Рр). Пульсатор (П) предназначен для преобразования постоянного вакуума (Рр) на входе в переменный (пульсирующий) (Рпв) на выходе пульсатора. Затем пульсирующий вакуум передается по шлангу переменного вакуума (ШПВ) через распределительную камеру коллектора (РК) по вакуумным трубкам (ТВ) в межстенные камеры доильных стаканов.

 

Рис. 4. Схема доильного  аппарата: ДС – доильные стаканы; ТВ – трубки вакуумные; ТМ – трубки молочные; РК - распределительная камера коллектора; МКК – молочная камера коллектора; ШПВ – шланг переменного  вакуума; ШМ – шланг молочный; П – пульсатор; МП – молокоприемник; РР, РП – рабочий и подсосковый вакуум; М – движение молока.

 

Исполнительными органами доильного  аппарата являются доильные стаканы. Основным типом доильных стаканов в аппаратах, работающих по первому и второму  способам доения, является двухкамерный. Стакан состоит из корпуса (гильзы) 1 и сосковой резины 2 в виде трубки (чулка) с присоском в верхней части и молочной трубкой – в нижней (рис.5). Пространство внутри сосковой резины называется подсосковым (подсосковая камера) ПК. Пространство, образованное между корпусом и сосковой резиной, называется межстенным (межстенная камера) МК.

 Рис. 5. Схема двухкамерного доильного стакана:

 

1 – корпус (гильза); 2 –  сосковая резина (чулок);

 

3 – присосок сосковой  резины; 4 – молочная трубка;

 

МК – межстенная камера; ПК -подсосковая камера.

 

Работа доильного аппарата, а следовательно, и доильных стаканов, происходит циклически (частота циклов, в среднем, 1 Гц). Каждый цикл состоит из двух или трех тактов. Такт – это период времени, в течение которого происходит однородное воздействие доильного аппарата на соски коровы.