挤奶机集乳器真空度评估研究

刘声春，王明磊，杨瑶

（农业农村部农业机械试验鉴定总站，北京 100122）

真空度是挤奶机关键性能参数之一，真空度的增加或降低对奶牛乳房的健康有重要影响。据研究，将真空度从33kPa提升至50kPa会恶化乳头状况，增加乳房炎发病率，而降低挤奶机真空度，会增加挤奶时间和掉杯频次[1～3]。我国规模化牧场已实现100%机械化挤奶[4]，但针对挤奶机关键性能参数的研究仍然较少，特别是对挤奶机真空度的研究仅停留在Vm点的真空度即挤奶机工作真空度上。实际上，挤奶机各部分真空度中对奶牛乳头直接作用的是奶衬内（乳头末端）真空度，但目前直接测量奶衬内（乳头末端）真空度仍有难度，大都采用集乳器真空度作为近似值，因为集乳器离奶衬较近。

集乳器真空度是在动态测试中获得的，通过长期测试特定牧场特定挤奶机集乳器真空度与挤奶流量间的关系，建立相关回归方程，找到牛群峰值流量分布，评估出整体牛群集乳器真空度范围。在排除其他原因的前提下，通过调节挤奶机整体性能参数设置或针对每个牛位上挤奶杯组进行设置（如调节长奶管长度、直径等），使得每个集乳器真空度处于合适范围。挤奶机厂家也可根据测试结果调整结构设计，不断提高产品适用性。

1 标准规范要求

1.1 真空度范围

目前，涉及挤奶机真空度方面的标准规范主要有：GB/T 8186-2011《挤奶设备 结构与性能》（等同采用ISO 5707:2007《Milking machine installations-Construction and performance》）[5]、美国国家乳房炎委员会（NMC）技术文件《挤奶机真空度与空气流量评价程序》[6]，其中都提到，在奶牛挤奶流量峰值期间，奶衬内（乳头末端）（国家标准及ISO标准）或集乳器（NMC技术文件）的平均真空度在32～42kPa范围内，可以确保大多数奶牛快速、温和并彻底地完成挤奶。

1.2 测试方法

GB/T 8186-2011《挤奶设备 结构与性能》中给出的是实验室测试法，用水模拟牛奶，通过流量模拟器模拟特定峰值流量（5kg/min或3kg/min），要求在挤奶杯组各奶杯间的平均分配水流量下，通过人工乳头末端的传感器记录奶衬内（乳头末端）的真空度。该方法只适用于实验室，对测试设备要求较高，并且由于只是在特定流量下进行模拟，对实际生产指导意义不大，主要用于挤奶机安装测试或实验研究。《挤奶机真空度与空气流量评价程序》中给出了一种方法，即：在牧场中选择一定数量具备代表性的高产和低产奶牛作为测试样本，在挤奶过程中用12或14号针头刺入短奶管到达集乳器，针头不要进入奶流中，针头尾部连接真空测试仪器，连续测试5～20s后取平均值。该种方法简易可行，能够反映出挤奶过程中真空度变化的实际情况。

1.3 真空度波动

GB/T 8186-2011《挤奶设备 结构与性能》中没有涉及真空度波动的相关内容，《挤奶机真空度与空气流量评价程序》中将集乳器真空度波动定义为一个脉动循环内最大真空度减去最小真空度，但没有给出真空度波动的限值。一般情况下，除特殊设计外，集乳器真空度波动越小越好。区别于不规律波动，随着脉动循环周期性的小幅度真空度波动是正常的，不规律的波动可能是由于滑杯进气产生的。真空度波动过高可能是由于进气孔堵塞、过量空气进入或奶路上存在阻塞等原因。

2 奶流量与真空度间的关系

挤奶机真空调节系统可以保持真空调节器感应点的真空度稳定，在正常挤奶的情况下偏差不超过2kPa，真空调节器感应点的真空度可以通过真空调节器进行调整。但集乳器真空度与真空调节器感应点的真空度不同，集乳器中既有气流通过，也有奶流通过，导致集乳器真空度情况相对复杂。测试集乳器真空度与奶流量间的关系，可以准确掌握牧场牛群挤奶过程中乳头所承受的真空度变化情况。

具体操作方式是：先从牧场牛群中至少选出10头以上的具备代表性的高产和低产奶牛，可通过挤奶机管理软件数据库每日产量记录中筛选出牛号，每次挤奶时对选出的奶牛进行测试。记录5～20s挤奶过程中的集乳器真空度（图1），求出平均集乳器真空度，同时通过每个牛位显示面板上记录下真空测试开始和结束时的奶流量数值，取中点作为平均奶流量值。对每头牛测试多个时间段，时间段应该包含峰值流量和脱杯流量，最终做出平均集乳器真空度与平均奶流量的散点图，找出两者对应关系，建立回归方程（图2）。图2是一个集乳器的散点图，如条件允许可制作多个集乳器的散点图，更加全面掌握挤奶机平均集乳器真空度随奶流量变化情况，用来调整挤奶机相关参数设置。

图1 PT-Ⅵ真空度记录图

图2 某牧场集乳器真空与平均奶流量关系图

图2中回归方程中有两个系数：截距44.6，斜率-2.2，截距应接近挤奶机工作真空度，如偏差超过2kPa，应查找原因确定偏差来源（如真空表、奶流量计是否正常）。斜率表示平均集乳器真空度随平均奶流量增加而降低的快慢。据研究，斜率（真空降系数）与挤奶机安装配置有关，首先和奶流提升高度有关（高位配置比低位配置真空降系数大），其次和长奶管的直径及长度有关（长度越长、直径越大则真空降系数越大）。另外，还和集乳器与输奶管道间安装的奶量计、自动关闭阀相关（装有奶量计、自动关闭阀的比未安装的真空降系数大）。

3 牛群峰值流量分布

目前，大多数挤奶机管理软件数据中都有峰值流量，对这些数据进行分析可以了解掌握牧场牛群峰值流量分布，计算出平均值、标准差等，掌握牛群整体奶流量情况。图3是某牧场奶牛峰值流量分布情况，其中部分在1kg/min，说明可能存在踢杯、掉杯等问题，需要关注。

图3 某牧场牛群峰值流量分布图

该牧场奶牛峰值流量平均值为4.6kg/min，标准差是1.5kg/min，即：牛群中95%的奶牛峰值流量落在平均值+2倍标准差范围内（7.6kg/min），牛群中99%的奶牛峰值流量落在平均值+3倍标准差范围内（9.1kg/min）。

4 牛群集乳器真空度评估

以图2、图3中所涉及的牧场为例，平均集乳器真空度与平均奶流量关系为：y=-2.2x+44.6，峰值流量平均值为4.6kg/min，标准差在1.5kg/min以内。此时95%的奶牛峰值流量在7.6kg/min，99%的奶牛峰值流量在9.1kg/min以内，该挤奶机的脱杯流量为0.5kg/min。这时该牧场牛群平均集乳器真空度范围为：脱杯时真空度=-2.2×0.4+44.6=43.72kPa，95%奶牛峰值流量时真空度=-2.2×7.6+44.6=27.88kPa，99%奶牛峰值流量时真空度=-2.2×9.1+44.6=24.58kPa。

平均集乳器真空度为43.72kPa，高出标准规范要求最高值1.72kPa。如牧场反映乳房炎发病率较高或存在乳头充血红肿等现象，在其他原因已排除的情况下，建议该牧场适度降低工作真空度或提高脱杯流量或增加长奶管长度和直径。所有调整操作均应逐步进行，并经观察一段时间确认情况好转后再继续调整，直至调到合适范围内。

5 结语

挤奶是一个“妥协”的过程，要实现快速、温和、彻底的挤奶很难，快速一般不温和，温和一般不彻底。目前，规模大的牧场一般追求快速，规模小的牧场一般追求彻底。因此，各牧场只有通过长时间尝试，找出适合自身的挤奶机集乳器真空度，在快速、温和、彻底之间找到平衡点。