奶杯内套

　　挤奶杯组(单元)包括四个奶杯(每个奶杯都有一个奶杯外壳，一条柔软的奶杯内套和一条短脉动管)，一个集乳器，一条长奶管和一条长脉动管(见图31)。奶杯内套包含唇部，一桶状管道，和短奶管构成一个整体(见图32)。奶杯内套是整个挤奶系统中唯一跟乳头直接接触的部件。因此它的设计对于优化挤奶程序和乳头处理非常重要。对比实验的结果表明，奶杯内套对挤奶特点的影响远远大于挤奶机器的其他影响。奶杯内套的设计可影响如下因素：挤出的奶量，奶杯内套挤奶时是否容易脱落或窜动，挤奶时间，乳头处理和乳房健康等。奶杯内套设计时必须保证奶杯外壳两端的接口处不要漏气，唇部和桶状管道要和乳头大小匹配以尽量减少奶杯内套和挤奶杯组脱落或上下窜动的可能性。同时它还必须保证挤奶速度，且尽可能彻底的把奶挤出，避免乳头肿胀和受伤。

图31 挤奶杯组各个部件示意图                    图32 奶杯内套剖面图

　　市场上有很多不同的奶杯内套，用户根据不同需求来选择。例如，奶杯内套唇部直径有18-27毫米不等，桶状奶管内径有20-28毫米不等。奶杯内套的设计规格之所以有差别，主要原因是不同种类奶牛的乳头大小和结构都不一样。当然一个群内的奶牛乳头大小差别一般来说要比多数牛群和品种之间的平均差别要大。值得注意的是，如果奶杯内套太短，桶状奶管的收缩(受大气压力)空间就不够，导致挤奶效率不高，但如果奶杯内套太大就会很容易脱落或上下窜动。

　　除了奶杯内套设计不同之外，其原材料也各不相同。奶杯内套有天然橡胶制成的，也有用合成橡胶或硅胶制成的。由于天然橡胶和脂肪接触后老化速度较快，其寿命变短使用期限也较短。因此，现在奶杯内套通常采用合成橡胶或合成橡胶与天然橡胶的混合材料。

　　奶杯内套的设计必须能承受高压，它每秒钟振动一次，一个月就振动400万次，同时它被拉长的范围长达20%。因此要定期更换奶杯内套以保证其弹性最优化。

　　原则上讲，乳头进入打开的奶杯内套后由于挤奶机真空压力其长度将会被拉长到140-150%(跟挤奶前长度相比)。在挤奶开始前几秒钟内，乳头进一步被吸入到奶杯内套，接下来就不会再动，直到那个乳房没有牛奶流出。挤奶快结束时，奶杯内套有时会沿着乳头缓慢上移，这样就会妨碍牛奶从乳池到乳头的流动，因为这样会影响最后的挤奶，长期下去会影响到牛奶产量。其实有几个因素会影响到乳头在奶杯内套里的套入深度。这些因素通常跟乳头、真空度、奶杯内套、挤奶杯组及奶杯内套和乳头之间的摩擦力有关。只有当所有这些条件都配合得很好，乳头套入深度才会达到最佳状态。

　　在一个脉动周期里奶杯内套的移动有两个结果：挤出牛奶和按摩乳房。脉动周期可分为a、b、c和d四个不同阶段(见图33)。

　　在a阶段(打开过程阶段)奶杯内套开始张开导致牛奶从乳头流出。在b阶段(挤奶阶段)牛奶继续往外流。接下来是c阶段，奶杯内套开始关闭防止牛奶从乳头流出。最后一个阶段是d，即按摩阶段或说是休息阶段，奶杯内套处于关闭状态。

　　为获得最佳的挤奶效率并保证奶牛乳房健康，休息阶段至少应该占整个脉动周期时间的15%，大约150秒。奶杯内套内壁的运动会受到牛奶流速的影响，其影响是快速奶流会缩短按摩阶段的时间，这样长期会影响乳房健康。最近技术的发展为人们带来一款名为和谐挤奶杯组，这种设计的好处是按摩阶段几乎不会受牛奶流速影响(见图34)。当牛奶流速较慢时候，挤奶开始和结束阶段奶杯内套的运动都很重要。

图33 脉动周期 a表示“打开过程阶段”，b表示“挤奶阶段”，c表示“关闭过程阶段”，d表示“按摩阶段”。

　　奶杯内套由于大气压力收缩时的收缩力导致乳导管闭合。为克服乳头血管里的心脏舒张压，在压力差大约为50千帕的情况下建议给乳头施加大约10千帕的真空压力。除真空和压力差外，奶杯内套对有效按摩还扮演非常重要的角色。真空度较低时建议使用软一点的奶杯内套，而较高时使用硬一点的奶杯内套。

　　结论是，为维护乳头的良好状态并使挤奶性能达到最佳状态，奶杯内套的尺寸必须要和牛群中奶牛的具体情况相匹配，且奶杯内套要适应设备的真空度及主输奶管的高度要求。奶杯内套安装好后要带有适当的张力，唇部也要相对柔软。为让奶杯内套具有良好性能，在挤奶次数达到2500头次或6个月使用期后(两个因素中以先达到的那个为准)要对奶杯内套更换。有些类型的奶杯内套材料的化合物使用寿命为1000-1200头次。

　　图34：与牛奶流动相关的奶杯内套内壁的移动

　　奶杯外壳

　　奶杯外壳通常是不锈钢材料做成的。在过去几十年里，市场上也出现用塑料制作的奶杯外壳。对奶杯外壳要求是必须与奶杯内套的特别设计相吻合，同时应设计成在挤奶时易于操作，且制作材料要耐用，即使奶牛踢到也不容易损坏。为优化整个挤奶杯组重量，奶杯的重量也须优化。

　　奶爪

　　奶爪把四个奶杯上短脉动管，短奶管分别和相应的长脉动管和长奶管连接起来。现在市场上有不同设计的奶爪，要么制作材料不同，要么内腔容量不同(50-500毫升不等)，或是进气阀和“内部”设计不同(见图35)。

　　图35：不同设计的奶爪

　　对奶爪的设计要求多层次。高产牛的奶流速不断提高，意味着集乳器要能够应付更大流量的牛奶。奶爪的设计要做到避免同一头奶牛不同乳头之间的交叉感染。有一个方法就是采用相对独立的奶爪或单向阀门。空气进入到奶爪这一过程可以帮助牛奶从挤奶杯组中快速转移出去，在挤奶时如果碰上高产牛或奶流速比较快的牛，挤奶杯组的大小和容量就显得相对重要。

　　能够满足多方面要求的和谐奶爪就是一个很好的例子。在这种集乳器里，即便是奶流速很高也不会影响大的真空波动，因为进入集乳器的牛奶从底部经过中央输管道输送到集乳器上部而排出集乳器，这意味着集乳器中始终留有没被牛奶填充的空间，从而保证额外的真空缓冲容积，稳定了奶杯内套中的真空度，牛奶因此连续不断的从集乳器里面转移出来，这样轻柔的处理方式不会增加牛奶中游离脂肪酸(FFA)的含量。

　　挤奶杯组

　　挤奶杯组由四个奶杯体组成，每个杯体都有一个连接到奶爪(集乳器)的奶杯内套。挤奶杯组作为一个整体单元的特别要求是重量适中，以减少剩奶量、奶杯滑动和脱落次数。提高挤奶杯组的重量可减少剩奶量，但增加奶杯滑动和脱落的机率。为增加挤奶杯组的重量，有些制造商直接增加集乳器重量，而有些则增加奶杯重量。理想情形是将重量加到奶杯上来使重量平均分配到乳房4个区域。然而在挤奶杯组的所有部件中，长奶管和长脉动管对重量分布的影响最大，因为布局不合理的橡胶奶管和脉动管会导致整个杯组分配到4个乳区的重量分布不平衡。

　　和谐挤奶杯组的设计理念是轻型挤奶杯组(奶杯体和集乳器的重量都有所减少)，且对挤奶工人来说还有一个好处就是这款设计符合人体工程学原理。与此同时，人们做了大量开发工作，目的在保证设备挤奶效率的同时，使用重量较轻的挤奶杯组也能发挥奶杯内套的最佳功能。强调高效率挤奶而增大短奶管出口面积及其容量。

　　真空和脉动

　　挤奶机的真空度、脉动比率和脉动频率是怎样影响挤奶效率呢?相关实验表明大于50千帕的真空度对挤奶效率的影响很少或没有正面作用。如图36所示，峰值流速和剩奶量都随真空度的提高而提高。由于出现乳头外部小孔的角膜细胞增多，导致充血肿胀和水肿几率的增加，因此找到符合每个挤奶系统的真空度就显得非常重要。例如，低位奶管42千帕的真空度就相当于高位奶管50千帕的真空度。当提及乳房炎时，如何维持真空度的稳定性是一个让人感兴趣的问题。因此，应尽量减少周期性的真空波动，例如让空气进入集乳器，改善奶杯内套设计以减少奶杯脱落，当然在挤奶结束时柔和的取下杯组也是一种方法。当把奶杯从乳房上移走前，使用真空截止阀切断真空就可减少真空波动。

　　图36 真空度对峰值流速(实线)和机器挤奶的剩奶量(虚线)的影响(节选自Mein《机器挤奶和泌乳》由Bramley等人编辑，1992)

　　表4 脉动频率和脉动比率对牛奶峰值流速*的影响(节选自 Mein《机器挤奶和泌乳》 由Bramley等人编辑， 1992)

注：在真空度为51千帕(汞柱=15时)时对一群正被挤奶的奶牛奶流速所做的对比实验。结果以脉动频率为40次/分钟，脉动比率为50%时(即当用奶杯内套的塞子测试时，奶杯内套在50%的脉动周期内至少处于半打开状态)所获得的峰值流速(用百分比表示)。

　　脉动频率和脉动比率也会影响挤奶性能(如牛奶流速和挤奶时间)(见表4)。依脉动比率而定，当脉动频率增加到160次/分钟时，峰值流速也增加了。作为比较，有报道称，幼崽在吮吸乳头时，脉动频率为120次/分钟。如果脉动比率提高到约80%，可以观察到峰值流速的下降，这可能是因为对乳头压缩力不够或持续时间不够造成。专家建议奶杯内套完全闭合的时间至少占脉动频率周期15%的时间，以防止挤奶机中的真空引起充血肿胀。根据实验得出结论，在脉动频率为60次/分钟时的最佳脉动频率比率为60:40或70:30。