原奶质量管控：挤奶系统基本常识(6)GEA奶牛技术移动服务平台

　　张廷青 博士 李 静(中国农业大学牛精英计划第三期学员)

　　将奶爪(集乳器)内挤出的牛奶输送到储奶罐的输奶总成装置是挤奶系统必不可少的重要组成部分之一(图1)，我们以下简述其总成装置的各部件。

图1.先进的输奶总成装置(GEA制造)

　　一、如何选择长奶管和奶爪调正装置?

　　为了减少奶爪和挤奶管道之间的摩擦力，长奶管应该结合实际，尽可能缩短。长奶管的长度不可超过2.7米(9英尺);内径不可少于14毫米(9/16英寸)，通常建议16毫米(5/8英寸)。在低位挤奶系统(不是在高位挤奶系统)，北美奶牛场往往要求奶爪出口内径为19毫米(3/4英寸);而长奶管内径则为22毫米(7/8英寸)，这样方能保证奶流速度极高的牛群更迅捷完成挤奶。

　　塑料材质(PVC)的长奶管至少在全新时透明可视;与之相比，天然橡胶材质的长奶管则更加柔韧灵便;而硅胶材质的长奶管即使在寒冷气候环境，不仅依然保持柔韧灵便特点，而且有的也透明可视，虽然其价格不菲，但是经久耐用。如今，一些生产商制造出更轻便的热塑高弹性(TPE)长奶管，这种长奶管除更容易与奶爪相互调正挤奶杯组位置外，更由于整体重量较轻，所以较容易方便挤奶员工操作，尤其适用于拴系式牛舍的管道挤奶系统。

　　不论在挤奶厅应用鱼骨式挤奶系统、并列式挤奶系统或转盘式挤奶系统，还是在拴系式牛舍应用管道式挤奶系统，奶爪调正装置必不可少。这种装置均可利于调正长奶管位置，从而使挤奶杯组的四个奶杯均匀分布套上乳头并与地面垂直，同时也使奶爪恰好位于四个乳区的正下方，奶爪出口方向与奶牛脊椎平行。奶爪调正装置对挤奶杯组的调整和支撑使四个乳区奶流量均衡，并且最大限度地减少了奶衬滑落和掉杯现象。图2是不同的奶爪调正装置。

图2. 各种奶爪调正装置。

　　二、挤奶管道

　　挤奶管道的功能是将牛奶和空气从挤奶杯组输送到接收罐，同时还应该给挤奶杯组提供稳定的真空压，我们以下分述之。

　　1.为何要使挤奶管道内奶流平稳通畅缓慢流动?

　　目标是使挤奶管道内的牛奶藉助重力作用能更平稳地向接收罐方向流动，这亦被称之为分层流动，当牛奶只占据不足挤奶管道容积的一半而且空气在牛奶上方缓慢流动时，就会出现分层流动这种现象。当空气快速流动时，就会形成牛奶波浪，当牛奶波浪撞击挤奶管道顶部时，就会生成“奶柱”(图3;与原位清洗时生成水柱的原理相同)。“奶柱”后面的空气会推动其加速冲向接收罐，甚至造成反流现象。

　　“奶柱”也会搅动奶流，从而增加游离脂肪酸产生，结果有可能将使牛奶产生酸腐味道。在北美，过去几十年间，奶流中出现“奶柱”往往会被认为是造成乳房炎的原因之一，目前认为这一说法多少有些夸大其词。不过，奶流中若产生过多“奶柱”，则的确会导致挤奶管道内部真空压下降，继而造成奶衬滑脱或掉杯后果，这自然会影响挤奶系统整体挤奶效率。一般而言，不必在意奶流中偶尔出现“奶柱”(整个挤奶期间少于5%)。

　　如果挤奶管道是玻璃材质，则很容易观察到是否有“奶柱”产生;但如果是不锈钢材质，就需要在挤高产牛群时，于接收罐处检查是否有“奶柱”产生。假如接收罐也是不锈钢材质，那就必须在挤奶时藉助测量挤奶管道中的真空压来检查是否出现了“奶柱”现象。

图3. 由分层流动到出现“奶柱”。

　　2. 为什么要始终维持挤奶管道内真空压稳定?

　　如果挤奶管道内真空压稳定，则表明挤奶管道内奶流已实现向接收罐方向分层流动。如何知道挤奶管道内真空压是否稳定?首先，接收罐和挤奶管道之间任意一点的真空压之差不能超过2千帕(0.6英寸汞柱);尤为重要的是，在正常挤奶过程中，在挤奶管道内任何一点测量所得的真空压下降值均不可超过2千帕(0.6英寸汞柱)。在图4中，挤奶管道内真空压剧烈下降，这是不正常。挤奶管道内真空压剧烈波动会影响到当时正在挤奶的所有奶牛，这种现象的产生有以下两种可能原因。

　　(1)如果这种剧烈波动发生在接收罐位置，应归因于有效真空储备不足(真空泵抽气量少、真空调节器欠敏感或真空管道有问题)，这些我们将在后续章节讨论。

　　(2)如果接收罐处真空压很稳定，但挤奶管道内各点真空压波动较剧烈时，应归因于挤奶管道内奶流产生了较多的“奶柱”现象。为避免产生过多“奶柱”现象，应努力在挤奶管道内奶流流量和挤奶管道容量之间寻求杜绝产生“奶柱”现象的平衡值。

图4. 挤奶管道内真空压剧烈波动。

　　3. 哪些因素会影响挤奶管道内奶流状况?

　　挤奶管道内奶流状况受泌乳牛奶流速度、每斜侧(每边有一定坡度)挤奶管道设置多少挤奶杯组和套杯间隔时间这三项主要因素影响，以下各述之。

　　(1)泌乳牛奶流速度如何影响?

　　泌乳牛个体之间奶流速度差异很大，随着产量增加，奶流速度会更快。泌乳牛通常奶流峰值在2～4 升/分钟范围;5%泌乳牛奶流峰值超过5.5 升/分钟。

　　在欧洲，挤奶管道内径大小是根据平均峰值流量4或5 升/分钟来设计，当然也会考虑到牛群遗传背景和未来预计可能增加的产量。不过，北美挤奶管道内径大小设计建议是基于5.5 升/分钟奶流速度，这相对提高了杜绝“奶柱”生成的安全系数。我们以下还会进一步阐述。

　　(2)每斜侧挤奶管道设置挤奶杯组数量如何影响?

　　每斜侧挤奶管道设置挤奶杯组的数量要远比挤奶系统整体设置挤奶杯组的总数更重要。在挤奶厅，两斜侧挤奶管道设置挤奶杯组的数量通常是对等的;在较大挤奶厅，有时安装两个接收罐，所以每个接收罐都配置各自有一定斜度的挤奶管道。举例说明：在2×20的挤奶厅，20头奶牛所挤的奶会经由其斜侧挤奶管道流向接收罐。

　　在拴系式牛舍管道挤奶系统，每斜侧挤奶管道设置挤奶杯组的数量取决于这些挤奶杯组拟安装的位置，图5示在拴系式牛舍管道挤奶系统挤奶管道三种不同类型的安装方式。

　　(3)套杯间隔时间如何影响?

　　套杯速率也会影响挤奶管道内的奶流。举例说明：如果一个挤奶员工每隔1分钟依次连续套上6个挤奶杯组，那么这6头泌乳牛将不会同时达到各自的奶流峰值;但当三个挤奶员工在10秒钟间隔时间内依次连续套上这6个挤奶杯组，那么这6头泌乳牛就会同时达到各自的奶流峰值。通常实际操作中，套杯速率从间隔5秒到90秒不等，取决于挤奶杯组数量、挤奶员工人数和其挤奶流程。北美挤奶管道设计建议的基础是在挤奶厅套杯间隔时间是5秒钟;在拴系式牛舍管道挤奶系统套杯间隔时间为30秒钟。

　　4.影响挤奶管道容量的因素有哪些?

　　挤奶管道的容量取决于其内径、斜度，以及允许进入的空气量，这些因素都会影响挤奶管道内径大小。

　　(1)挤奶管道斜度多少合适?

　　挤奶管道斜度过去常用每10英尺的英寸数来表示，对于大多数传统的拴系式牛舍管道挤奶系统的挤奶管道来说，斜度为每10英尺1英寸。现在，挤奶管道的斜度用百分数来表示(表1)。2%的斜度意味着挤奶管道每100英尺上升2英尺，或者每100英寸上升2英寸，或者每100厘米上升2厘米，即每1米上升20毫米;传统的每10英尺1英寸的斜度意味着每120英寸1英寸即0.8%斜度(图6)。

图6. 2%斜度

　　挤奶管道斜度对保证最大奶流自由顺畅缓慢向接收罐方向流动起着举足轻重的影响。举例说明：1.5%斜度的48毫米(2英寸)内径挤奶管道输送的牛奶比60毫米(2.5英寸)内径但只有0.5%斜度的挤奶管道输送的牛奶多得多。

　　在安装挤奶管道时需要格外仔细，尤其是斜度不大时。如果要求斜度为0.8%，这并不意味着平均斜度为0.8%，而是在整个挤奶管道斜度均匀一致为0.8%(图7)。

图7. 整个挤奶管道斜度必须均匀一致。

　　美国农业工程学会建议挤奶管道斜度最小值应为0.8%。如果斜度值低于0.8%就不能完全排出挤奶管道中残留的液体，也会影响挤奶管道的消毒，同时残留的消毒液也有可能污染牛奶。在拴系式牛舍管道挤奶系统挤奶管道如果过长，那么有时要求斜度值要小于0.8%，因为此时挤奶管道整体安装高度不得超过2.1米。不过，国际标准化组织建议斜度值不能低于0.5%。假如牛舍果真很长，最佳解决方案是整个牛舍地面也要有一定斜度，这样挤奶管道随牛舍坡度平行走向，就不必在远端升起太高，从而减少施工困难和安装费用。

表1. 挤奶管道斜度值换算

　　(如果挤奶管道长50米，并且斜度要求0.8%，则其远端应升高40厘米) 

　　(2)允许进入挤奶管道空气量多少合适?

　　当允许较多的空气进入挤奶管道时，就有可能引发“奶柱”现象。通常，不断进入的空气来自奶爪的气孔和漏气。然而，更重要的是在套杯过程中意外进入的空气数量，这不论是在拴系式牛舍管道挤奶系统单杯组套杯，还是在大型挤奶厅多杯组同时套杯，均可能发生。

　　北美挤奶管道设计建议的基础主要考虑两种操作类型的挤奶员工。对于普通挤奶员工来说，每斜侧设定气流速度为200 升/分钟，这样设计比较保险;而对于熟练细心挤奶员工来说，每斜侧允许进入的空气量应限制在100 升/分钟以下。由于欧洲挤奶厅通常不大，加之挤奶员工熟练细心，故每斜侧建议值为100 升/分钟到50 升/分钟。如果没有自动脱杯设置，上述推荐值亦有可能造成“奶柱”现象。

　　大多数挤奶管道都是环形相通的，因此可以使进入挤奶管道的空气向两侧分流。对于并非环形而又不相通的挤奶管道来说，进入挤奶管道的空气只能朝一边流动，从而使每斜侧的气流加倍，这自然增加了产生“奶柱”现象的风险。北美的建议都是基于挤奶管道环形相通这一特点。

　　(3)挤奶管道内径多大合适?

　　设计挤奶管道追求的理想功能是确保至少在95%的挤奶时间内实现奶流分层自由通畅缓慢流动，并且最大真空压下降值不超过2 千帕(0.6 英寸汞柱)。然而，正如前述，要实现上述理想功能，这不只是取决于挤奶管道内径大小，还与每斜侧设置挤奶杯组数量、泌乳牛本身奶流速度，以及挤奶员工熟练细心程度和操作流程密切相关。

　　人们一般认为安装内径尺寸更大的挤奶管道比较保险，也能满足将来扩群需要，同时投资亦不算高。其实这种想法是错误的，尽管安装内径尺寸更大的挤奶管道投资并不很大，但考虑到挤奶管道每天必须要清洗两到三次，更大内径的挤奶管道意味着要使用更多热水、更多清洁剂和更多消毒剂，以及衍生的污水处理和储存等问题，实际运行成本较高，很不合算。表2为北美建议的拴系式牛舍管道挤奶系统挤奶管道内径和斜度值，只要“奶柱”发生频率占全部挤奶时间5%以下，即使挤奶管道内径和斜度值低于这些推荐值也是可以接受的。

表2. 北美建议的拴系式牛舍管道挤奶系统挤奶管道内径和斜度值(%)。 

　　5.如何在拴系式牛舍管道挤奶系统安装挤奶管道?

　　可参考表2选择内径合适的挤奶管道。表2提供的推荐值是基于高速奶流5.5 升/分钟、每斜侧空气进入量100 升/分钟，而且套杯间隔时间为30秒这三项主要影响因素制定的。

　　如果每斜侧需要设置五套挤奶杯组，那挤奶管道内径应为48毫米(2英寸)，斜度值为2%，但这并不现实;也可以选择挤奶管道内径为60毫米(2.5英寸)，这时其斜度值就应该为0.7%;当然，如果挤奶管道内径为73毫米(3英寸)，那斜度值则需相应调整为0.5%。倘若在安装时遵循了这些建议，但是还是产生了较多“奶柱”现象，那就很有可能是套杯瞬间进气过多，或挤奶管道存在漏气现象。

　　6.如何在挤奶厅里安装挤奶管道?

　　美国农业工程学会提出了两套如何在挤奶厅里安装挤奶管道的建议，如表3和表4。这两个表都设定高速奶流值为5.5 升/分钟;但表3适用于熟练细心的挤奶员工，其套杯瞬间能够最大程度地限制空气进入，故每斜侧空气进入量为100 升/分钟。表4则适用于普通挤奶员工，其套杯瞬间可能使空气进入更多，所以每斜侧空气进入量为200 升/分钟，这样就增加了保险系数。

表3. 北美挤奶厅安装挤奶管道的建议(由熟练细心挤奶员工完成套杯)。 

表4. 北美挤奶厅安装挤奶管道的建议(由普通挤奶员工完成套杯)。 

　　7.如何在挤奶管道设置奶流入口(图8)?

　　应在挤奶管道上部设置奶流入口，16毫米(5/8英寸)入口内径要比14毫米(9/16英寸)或12毫米(1/2英寸)内径更通畅。在拴系式牛舍管道挤奶系统，奶流入口处开启阀和长奶管连接，并尽可能限制空气进入挤奶管道。需要定期检查这一装置的牢固程度以及是否存在漏气现象。此外，共固装置也可使长奶管和脉动器并联一起。

　　在大多数拴系式牛舍管道挤奶系统的挤奶管道，以往每两个挤奶位就会设置一个奶流入口，现在则每个挤奶位均设置一个奶流入口。这样，由于挤奶杯组相隔较近，所以自然减少了挤奶员工来回走动的距离。此外，每一个挤奶位设置一个奶流入口，还可使一名挤奶员工操控更多的挤奶杯组，并使挤奶操作流程更趋一致。

图8. 安装在挤奶管道不同类型的奶流入口。

　　三、接收罐总成(图9)

图9.接收罐总成

　　接收罐总成将由挤奶管道到达此处的空气和牛奶分离;牛奶被奶泵泵入储奶罐;而空气经气液分离罐(国内俗称奶水分离罐)后，再进入主真空管道而后到达真空泵被抽出，我们以下分述接收罐总成各组件。

　　1.接收罐容量究竟应该多大?

　　为满足挤奶流程和清洗流程，接收罐容积应设置足够大，不能被装满，并且其大部分容积应低于奶流入口处;超过入口处过多的那部分容积是无用的，同时也很难清洗;应经常较容易地检查出接收罐是否清洗干净。通常接收罐含有两个或两个以上奶流入口，但需始终维持奶流通畅。还有，奶流入口处应采取流畅型设计，藉以限制过度搅动和形成泡沫。再者，接收罐必须安装在挤奶管道弯头和附设挂件最少处，而且尽可能靠近制冷储奶罐。如此，就能最大限度减少由于泵入储奶罐而造成的奶流搅动;也由于缩短了与洗涤槽之间的距离，使原位清洗更加容易和有效。

　　2.奶泵有几层作用?

　　奶泵将接收罐内的牛奶泵入储奶罐中;在原位清洗过程，清洗液被泵入洗涤槽或排水管道;该泵功率不足会造成奶流或者清洗液向气液分离罐溢流。在奶泵停止工作期间，止回阀能阻止空气和奶流不被吸入处于真空状态的接收罐内。应经常检查止回阀的工作状况，注意在挤奶过程和清洗过程是否有来自接收罐奶泵的气泡;如果止回阀漏气，则会造成奶流过度搅动和泡沫形成，从而降低牛奶品质。

　　3.如何选择液位控制器?

　　液位控制器安装在接收罐内，在接收罐装满时自动开启奶泵;而在接收罐排空时自动关闭奶泵。以前经常使用磁性漂浮开关和重量控制开关，但目前电子液位探头器更受欢迎。检测液位控制装置应格外警觉，如果奶泵开启太晚，那大量牛奶就会满溢到气液分离罐内;但如果关闭得太晚，奶泵就没法保持及时启动状态，还会造成奶流过度搅动和泡沫形成。当奶泵启动和工作时，要十分警觉发出的任何异常声音。眼下某些生产厂家已经能够提供各类变速奶泵系统，这样能保证奶流速度较低时奶泵仍持续运转，从而更有效地应用挤奶管道在线预冷装置，以后我们还会述及。

　　4.输送管道的作用是什么?

　　输送管道在挤奶期间将牛奶运至储奶罐;在原位清洗期间则将清洗液运至洗涤槽。一般需要设置安全开关，以检测输送管道是处于挤奶状态还是清洗状态。否则，如果在挤奶期间开启清洗状态，牛奶就会进入排水系统而被排放掉;再有，安全开关也能在原位清洗期间阻止清洗液进入储奶罐。为避免对牛奶造成机械损伤，输送管道应越短越好，同时也要尽可能平滑。输送管道内径需吻合奶泵奶流：如果太小，会增加牛奶搅动;如果太大，又不利于清洗。排水阀应安装在输送管道低位处，自动排水阀在每次挤奶后或每次原位清洗后均可自动将接收罐残存液体排空。有时在输送管道也会安装进气控制阀：当挤奶过程结束后，进气控制阀开启使空气进入，从而推动输送管道残奶完全进入冷却储奶罐。还要注意的是，输送管道储奶罐侧出现真空是奶泵漏气迹象之一。

　　5.牛奶过滤器作用是什么?

　　安装牛奶过滤器非常必要，其能在牛奶进入储奶罐之前将垫料、苍蝇、粪污以及泥土等沉渣滤除。一次性滤套非常受欢迎，但也可使用多功能过滤器。使用多功能过滤器需保证每班次挤完奶后进行彻底清洗和保持良好卫生状况;某些地区禁止应用多功能过滤器。

　　6.如何安装接收罐空气管道?

　　接收罐空气管道位于接收罐和气液分离罐之间，其应始终保持空气通畅流动。如果接收罐空气管道内径为38毫米(1.5英寸)，那会限制空气通畅流动，使真空压调节器难以有效工作。如果接收罐空气管道内径为50毫米(2英寸)，则足够满足5马力真空泵和主真空管道内径为75毫米(3英寸)的需要。倘若真空泵功率更大，则应优先选用75毫米(3英寸)内径的接收罐空气管道。

　　7.气液分离罐的作用是什么?

　　气液分离罐能阻止溢出的牛奶和清洗液进入真空泵，其含有浮球类装置，可以在气液分离罐液体过多时切断系统真空压，从而阻止出现液体溢出现象。挤奶结束后，要用水认真清洗气液分离罐。需要定期检查气液分离罐工作状况，气液分离罐外壳有一部分是透明的，这会令视察更容易。必要时，有时还需要手工清洗气液分离罐。当真空泵关闭时，气液分离罐应该能自动排出残存积液。定期检查排水阀十分重要，要确保其能正常工作并且无漏气现象。当然，也可安装特殊设置，藉以清洗期间加速气液分离罐排水，防止发生溢满现象。

　　8.如何安装清洗管道?

　　清洗管道应尽可能安装在靠近接收罐处，其功能是将清洗液从洗涤槽输送至一侧挤奶管道。如在挤奶间清洗挤奶杯组，往往将挤奶杯组悬挂在洗涤槽并将其与清洗管道相连。当然，也可将挤奶杯组安放在位于洗涤槽和清洗管道之间清洗底座上进行清洗。如在挤奶厅清洗挤奶杯组，应安装第二条清洗管道将清洗液输送至各挤奶杯组。

　　9.浪涌放大器的作用是什么?

　　浪涌放大器一般应安装在清洗管道以改进清洗挤奶管道时“水柱”形成。在原位清洗期间，浪涌放大器间歇开启，允许一定量空气进入挤奶管道，造成清洗液“水柱”生成。我们在本系列后续文章将会讨论如何调整浪涌放大器。

　　10.转向阀的作用是什么?

　　转向阀应安装在稍离开挤奶管道末端处，位于清洗管道入口和接收罐之间。在挤奶期间开启，并不会干扰奶流流动;而在原位清洗期间关闭，迫使清洗水流循环挤奶管道。另外，转向阀也应允许少量清洗用水流经其来清洗该阀与接收罐之间的区域。某些型号较容易操控，还有些型号容易清洗，更先进的型号则由自动清洗系统进行自动调节。

　　11.为何有不同类型挤奶管道与接收罐总成安装布局(图12)?

　　在大多数挤奶管道与接收罐总成安装布局中，单环挤奶管道两末端都进入接收罐。如图12系统1所示，这种布局只需安装一个转向阀和一个浪涌放大器，这类简单安装布局是最容易清洗的。对双环挤奶管道，如两环长度相同，则需加装一清洗管道和一个浪涌放大器即可，如图12系统2所示。不过，如两环长短不一，就应使用两条清洗管道、两个转向阀和两个浪涌放大器，如图12系统3至系统8所示。

　　请同道们回答以下问题：

　　问题1.图5是拴系式牛舍挤奶系统挤奶管道三种不同类型的安装方式，每套挤奶管道总长度都是100米(300英尺)。其中六个挤奶杯组用黄色标示。

　　A系统： 斜侧数量，2斜侧;每斜侧长度：50米(150英尺);每斜侧挤奶杯组数量： 每斜侧有3个挤奶杯组。

　　B系统：有几个斜侧?每斜侧多长?每斜侧有多少挤奶杯组?

　　C系统：有几个斜侧?每斜侧多长?每斜侧有多少挤奶杯组?

图10.拴系式牛舍挤奶系统挤奶管道三种不同类型的安装方式

　　问题2.图11是拴系式牛舍管道挤奶系统挤奶管道口径为48毫米(2英寸)，每斜侧有四个挤奶杯组。随着泌乳牛产量增加，挤奶管道内会产生更多“奶柱”。提供六种减少“奶柱”的方案，某些方案成本可能会高于其它方案;每种方案各有何不足之处?

图11.拴系式牛舍管道管道挤奶系统挤奶管道内径

为48毫米(2英寸)，每斜侧有两个挤奶杯组。

　　问题3.有一环状挤奶管道挤奶厅(8X2;表4)，每斜侧有8个挤奶杯组。请依据北美标准，根据挤奶管道内径大小，为熟练细心挤奶员工和普通挤奶员工设定其各自的斜度值。

表4. 8X2环状挤奶管道挤奶厅，依据北美标准，如何根据表中提供信息设定斜度值? 

　　问题4.列出问题3中挤奶管道可能需要注意和维护的各种问题。

　　问题5.根据图12，列出挤奶管道与接收罐相连不同类型可能需要注意和维护的各种问题。

图12. 挤奶管道与接收罐相连的各种类型

　　我们下期讨论“真空产生和调节”。