СПОСОБ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ РАБОТЫ ДОИЛЬНЫХ АППАРАТОВ
METHOD OF PHYSIOLOGICAL ASSESSMENT OF MILKING MACHINE OPERATION

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области животноводства, преимущественно к машинному доению сельскохозяйственных животных, и может быть применено для физиологической оценки доильных аппаратов различной конструкции и отдельных узлов этих аппаратов, влияющих на процессы доения в особенности у высокопродуктивных коров, и может быть использовано при выборе и закупке аппаратов и систем для доения как для ферм промышленного типа, так и для малых ферм и фермерских хозяйств.
Известен «Способ физиологической оценки доильных аппаратов» (см. А.С. №1713509; A01J 7/00, Опубл. 23.02.92. Бюл. №7). Способ заключается в том, что воздействие доильных аппаратов оценивают по показателям: объемная скорость кровотока в наружной срамной артерии, системное артериальное давление и сосудистое сопротивление. Эти показатели определяют перед доением и во время доения. Оценку доильных аппаратов осуществляют путем сравнения полученных данных. По этому способу для количественной оценки кровообращения вымени предварительно на одну из наружных срамных артерий оперативным путем накладывают датчик объемной скорости кровотока электромагнитного флоуметра. Операцию проводят под эндотрахеальным наркозом. Для регистрации артериального давления в ходе этой же операции через одну из боковых ветвей общей сонной артерии в общий плечеголовной ствол вводят силиконизированный катетер с иммобилизованным на его стенки гепарином. Эксперименты начинают через 10-12 дней после операции в лабораторных условиях хронического опыта.
При высокой точности получаемых результатов такой способ требует чрезвычайных затрат времени и средств, проводится в стерильных условиях лаборатории при хирургическом вмешательстве в организм животного, что не позволяет его использовать в промышленном животноводстве и в текущем контроле применяемых доильных аппаратов, ограничивая его применение.
Известен также «Способ определения устойчивости коров-первотелок к воздействию вакуума доильного аппарата» (см. Патент РФ №2150192, A01J 5/04; 7/00, Опубл. 10.06.2000. Бюл. №16).
Изобретение направлено на решение задачи выявления животных, физиологически устойчивых к воздействию доильного аппарата. Это достигается путем измерения импеданса соска вымени животного, который зависит от кровенаполнения вымени, до и после доения. К соску, смоченному физиологическим раствором, подсоединяют датчик из оргстекла толщиной 2,5 мм, в форме рассеченного по диаметру полого цилиндра. Измерительный прибор изготовлен на основе тестера типа Ц4315. Вакуумное воздействие при доении осуществляют прерывистыми импульсами с частотой 70-75 имп./мин и величиной вакуума 50 кПа, кроме того, длительность воздействия вакуума равна 6 мин, причем вакуумное воздействие направлено на часть молочной железы, ограниченную сосковой резиной. Время восстановления импеданса соска до первоначального значения служит показателем устойчивости животного к воздействию доильного аппарата.
При довольно простой конструкции используемого устройства-датчика данный способ позволяет определить перспективу дальнейшего хозяйственного использования животного, а точнее решить, рационально ли продолжать доение животного, неустойчивого к воздействию доильного аппарата, с параметрами вакуума и доильными аппаратами, принятыми в хозяйстве.
К недостаткам способа следует отнести техническую переделку доильного стакана, что искажает картину воздействия доильного аппарата на соски и вымя животного и ограничивает его применение при исследованиях в условиях фермы и при большом объеме исследований.
Известны также различные конструкции более сложных устройств для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных, контролирующих процесс доения животных и монтируемых на доильном стакане или в углублении сосковой резины с возможностью контроля фотоплезмограммы и измерения пульса с учетом измерений светопроницаемости тканей соска и его температуры (см. А.С. №1702983. Опубл. 07.01.91. Бюл. №1; А.С. №1766336. Опубл. 07.10.92. Бюл. №37). Есть устройства, контролирующие удлинение соска при доении с определением усилия наползания стакана на основание соска с выводом сигнала через телесинтезатор на видеотерминал с контролем разряжения под соском и определения момента открытия сфинктера соска (см. Патент РФ №2073429. Опубл. 20.02.97. Бюл. №5).
Недостатками всех таких устройств является вмешательство в конструкцию доильного аппарата, его техническая доработка, искажающие процесс доения и реакцию животного на аппарат. Причем датчики обычно контролируют только одну точку на одном соске, ограничивая объем информации о воздействии доильного аппарата, что затрудняет проведение физиологической оценки воздействия доильного аппарата на животное.
Задачей изобретения является разработка способа физиологической оценки работы доильного аппарата, позволяющего в условиях фермы, не изменяя конструкции доильного аппарата и технологии доения, определять и фиксировать изменения основных физиологических параметров показателей состояния животного, зависящих от воздействия аппарата и его узлов на вымя и соски исследуемого животного, в процессе доения и после доения позволяющие корректировать и контролировать изменения конструкции доильного аппарата с учетом физиологии животного, причем процессы оценки могут производить сотрудники средней квалификации (обслуживающие животных) при невысоких затратах времени и средств на оценку доильных аппаратов, систем и технологий доения при возможности оценки аппаратов на необходимом достоверном количестве животных и в процессе промышленной эксплуатации доильных аппаратов.
Задача решается тем, что при помощи термографа у исследуемого животного дистанционно измеряют и фиксируют температурные поля и температуру контрольных точек на вымени и одновременно на нескольких сосках до и после доения, а оценку работы доильного аппарата осуществляют путем сравнения полученных цифровых данных и тепловых изображений в цвете, причем измерение температуры проводят с точностью измерений до 0,02°С, причем для измерений используют портативный компьютерный термограф в мобильном варианте с видеотерминалом и цифровой фиксацией, при этом на нескольких сосках вымени одновременно контролируют температуру не менее чем в трех основных точках: в основании соска, середине и на верхушках соска, а датчик термографа устанавливают на штативе на расстоянии 0,8-2,5 метра от вымени животного и не изменяют его положение при замере температуры до и после доения, а период времени между замерами составляет 8-10 минут (до надевания доильных стаканов и после снятия доильных стаканов), при этом для замера и фиксации температуры у коров до и после доения используют портативный компьютерный термограф «ИРТИС» производства ООО «ИРТИС/JRTIS», при работе в диапазоне температур от 0°С до +300°С и при времени формирования кадра 3,2 секунды, а оптимальным признается по качеству работы доильный аппарат, дающий минимальное повышение температуры на сосках после доения.
Термографы - это оптико-электронные измерительные приборы, работающие в инфракрасной области электромагнитного спектра. Они предназначены для бесконтактного измерения распределения температуры поверхностей твердых (сыпучих) тел, газовых струй и воды по их собственному тепловому излучению.
Принцип работы этих приборов основан на регистрации и преобразовании инфракрасного электромагнитного излучения от объектов контроля и отображения этого теплового распределения на экране цветного монитора компьютера. При этом размеры отображаемой поверхности объекта определяются угловым полем зрения термографа.
Термографы состоят из ИК-приемной камеры, подключаемой к любому IBM/PC совместимому компьютеру без дополнительных устройств и программного обеспечения.
Термографы по основному назначению применяются для контроля теплового состояния объектов и технологических процессов в различных отраслях промышленности, а также при проведении научных исследований. Основные характеристики используемого термографа в опытных работах представлены в таблице 1.
Таблица 1
Основные технические характеристики
Наименование
Значение
Чувствительность к перепаду температур на уровне 30°С по всему полю кадра
0,05°С (0,02°С)
Поле зрения
Не менее 25×20 град.
Диапазон измерений ИРТИС - 2000 СН
от -40 до +1700°С
Диапазон рабочих температур
От -40 до+50°С
Погрешность измерения абсолютных температур по АЧТ по всему полю кадра
±1°С или ±1% от изм. диапазона
Масса ИК-приемной камеры
Не более 2 кг
Время формирования кадра (три скорости сканирования)
Не более 0,8 сек, 1,6 сек, 3,2 сек (переключаемая)
Неочевидным эффектом предложенного способа является то, что используя промышленный термограф по новому назначению для контроля температуры малоразмерного живого объекта (вымени и сосков коровы до и после доения) за счет практически определенных ограничительных параметров способа (расстояние установки датчика, постоянство его позиции, времени между замерами, количества точек замера и количество (одновременно замеряемых сосков)), стало возможным достоверно и сопоставимо замерять и контролировать состояние температуры и температурных полей как вымени в целом, так и у отдельных сосков по всей их длине и по отдельным участкам и точкам, оперативно анализируя работу доильных аппаратов, их узлов, качество их выполнения и необходимые доработки конструкции в условиях животноводческих комплексов и на большом количестве животных, что позволяет оптимизировать процессы доения и избегать заболеваний животных, связанных с нарушениями технологии доения и их последствиями, зависящими от конструкции доильного аппарата и составляющих элементов и состояния этих элементов.
Практическое изучение влияния процесса машинного доения различными типами аппаратов на температуру сосков и вымени высокоудойных коров по предложенному способу было проведено в двух сельхозорганизациях Свердловской области: на молочном комплексе ООО «Шиловское», где доение коров осуществляется с использованием отечественной линейной доильной установки АДМ-8, и на молочном комплексе агрофирмы «Патруши», где доение животных проводится в доильном зале на установке «Европараллель» фирмы DeLaval.
Перед исследованиями были откорректированы согласно инструкциям параметры и режимы работы установок: вакуумного насоса, регулировочного клапана, вакуумпровода, молокопровода, доильных аппаратов, стаканов и сосковой резины.
Сравнение установок и их доильных аппаратов по особенностям влияния их работы на температуру сосков и вымени в процессе доения проводилось при нормальных эксплуатационных условиях.
Для термографии отбирали высокоудойных полностью здоровых коров без патологии молочной железы, с молочной продуктивностью от 6066 до 8707 кг молока в год. Животных предварительно исследовали на наличие скрытого мастита и проводили измерение ректальной температуры тела.
Термографию осуществляли с помощью прибора «Иртис-2000 СН», установленного на штативе на заданном расстоянии (0,8-2,5 метра), до доения и непосредственно после доения. Время сканирования порядка 3,2 сек. Время между замерами 8-10 минут. Прибор позволяет создавать цифровые снимки-термограммы, что дает возможность их последующего анализа с использованием ПК. При этом показатели температуры сосков замеряли и контролировали в трех основных точках: в области основания, середины и верхушки (одновременно по двум соскам).
На фиг.1 представлен общий вид процесса осуществления способа физиологической оценки работы доильных аппаратов в условиях животноводческой фермы, где наглядно показано расположение операторов (справа), датчика термографа (на штативе) и блоков обработки информации и видеодисплея.
На фиг.2 и 3 представлены термограммы молочной железы и сосков до (фиг.2) и после доения (фиг.3) доильным аппаратом АДМ-8 (вид коровы со стороны оператора машинного доения), справа снимка температурная шкала, используемая при визуальном контроле в цветном варианте снимка.
На фиг.4 и 5 представлены термограммы молочной железы и сосков до (фиг.4) и после (фиг.5) доильным аппаратом в доильном зале «Европараллель».
На фиг.6 представлены графики средних показателей отклонений разности температур в начале и конце доения в разных точках сосков: • - доильная установка АДМ-8;  - доильная установка - «Европараллель», где точки: 1 - основание соска; 2 - середина соска; 3 - верхушка соска.
На первом молочном комплексе с аппаратами АДМ-8 было записано и проанализировано 82 термограммы вымени и сосков 41 коровы до и после доения, на втором (Европараллель) - 78 термограмм.
Результаты измерений температуры сосков и вымени были просчитаны, обработаны и представлены в виде разницы температур перед и после доения. Поскольку измерения были выполнены при одних и тех же температурных условиях окружающей среды на фермах, то их изменения не учитывали, так как они не влияли на результат, затрагивающий абсолютную температурную величину, поэтому она оценивалась отдельно.
Проведенные исследования и полученные наглядные результаты фиг.2; 3; 4; 5 достоверно показывают, что температура поверхности молочной железы во время доения снижается, а температура сосков - из-за воздействия доильного аппарата несколько увеличивается.
Результаты исследования температур в начале и конце доения в различных точках сосков вымени, определенные как разность температур, представлены в таблице 2 и на фиг.6.
Таблица 2
Разность температур в начале и конце доения в разных точках сосков и вымени
Установка
n
Разность температуры до и после
Основание соска
Середина соска
Верхушка соска
АДМ-8
82
0,42±0,044*
1,75±0,031*
2,26±0,036*
Европараллель
78
-1,12±0,026
0,80±0,024
1,28±0,032
- разность достоверна, Р≤0,05
Анализ представленных в таблице 2 данных показывает, что температура на верхушке соска после доения была постоянно увеличена в обоих вариантах по сравнению с температурой до доения. При доении на установке АДМ-8 это увеличение было обнаружено во всех трех контролируемых точках обеих сосков у исследованных коров. Средняя температура в области верхушки соска при доении на этой установке увеличивалась на (1,8-2,9°С) (5,9%-8,7%).
При доении в доильном зале «Европараллель» повышение температуры в области верхушки соска было менее выражено и достигало в среднем только (0,9-1,9°С) (2,8%-6,0%). При этом средняя температура основания соска была ниже на 1,12°С по сравнению с показателем, полученным до доения, что соответствует снижению температуры вымени, показывая более щадящий режим доения. Эти данные отражены на фиг.6, где приведены средние показатели разности температур в начале и конце доения в разных точках сосков вымени при использовании доильных установок и АДМ-8 и «Европараллель».
Полученные данные, наглядные снимки (фиг.2; 3 и 4; 5) и графики (фиг.6) позволяют заключить, что существуют значительные различия между доением коров разными доильными установками и аппаратами относительно их влияния на изменение температуры сосков вымени.
В исследованиях, выполненных с помощью термографии, по предложенному способу подтверждается роль погрешностей в машинном доении различными доильными аппаратами.
Предложенный способ с использованием метода термографии по заданным контрольным точкам одновременно нескольких сосков и вымени позволяет контролировать и прогнозировать показатели температуры соска до и после доения и характеризовать доильные аппараты и их отдельные элементы.
Машинное доение коров является одним из базовых технологических процессов получения молока от коров, от уровня развития которого в значительной мере зависит эффективность молочного скотоводства. Поэтому полученные результаты исследований достоверно свидетельствуют о том, что показатели температуры соска до и после доения на термограммах можно использовать как индикаторы качества работы доильного оборудования и его влияния на молочную железу и отрабатывать режимы доения. Чем совершеннее доильные установки и лучше соблюдение технологии доения, тем меньше при значительных погрешностях в технологии доения происходит нарушение кровообращения в соске, что проявляется уменьшением температуры верхушки соска.
Положительный эффект от использования предложенного способа выразится в повышении точности и достоверности получаемой информации, используемой для оценки физиологического состояния сельскохозяйственных животных в условиях животноводческих ферм и комплексов при машинном доении.
Способ может быть рекомендован к широкому использованию на фермах и комплексах для анализа работы доильных установок и для повышения эффективности их работы.
Достоинством метода термографии и предложенного способа является возможность быстрого (скорость сканирования не более 3,2 секунды) бесконтактного получения термоизображения зон аномальной температуры молочной железы и сосков, при этом он может быть использован на большом количестве животных в комплексах и на фермах.