Mathematical models for the prediction of vacuum dynamics of a milking system with four-way milking cluster

Year 2021, Volume: 58 Issue: 1, 1 - 8, 31.03.2021

Hülya Öz Adnan Değirmencioğlu Sandra Rose Ulrich Ströbel Erdal Öz

https://doi.org/10.20289/zfdergi.674669

Abstract

Objective: The objective of this study was to determine the effects of system vacuum, pulsation rate and ratio and flow rate on vacuum dynamics of a milking system with four-way cluster. In order to meet this objective, empirical functions were developed to predict vacuum related dependent variables. These dependent variables were considered to be vacuum drops and fluctuations in b and d-phase and in claw along with average claw vacuum and teat end vacuum for four-way milking cluster.
Material and Methods: Experiments based on the central composite design, one of the designs in Response Surface Methodology (RSM), and using water and artificial teat were conducted in the laboratory. The data obtained from the experiments were then used to develop functions in polynomial form that allowed predicting the vacuum related variables.
Results: Eight different functions were developed. The coefficient of the determination (R2) for all the models was above 0.9. It is believed that the models developed in this study can be used to design the milking system equipped with four-way milking cluster.
Conclusion: The simplest models are the ones that are developed for the average claw vacuum and the models developed for the vacuum drops in d-phase and claw. The common point of these three models along with the average vacuum prediction function is that there is no quadratic or cubic term entered into the model. The highest vacuum drops in b-phase for four-way milking cluster occurs when the pulsation ratio of 62:38. The system behavior for vacuum drops in d-phase is different than b-phase and a linear surface is valid. It only consists of flow rate and pulsation ratio.

Keywords

b and d-phase, machine milking, teat- end vacuum, vacuum drops, vacuum fluctuations

Dört yollu sağım başlığına sahip bir sağım sisteminin vakum dinamiklerinin tahminlemesine yönelik matematiksel modellerin geliştirilmesi

Abstract

Amaç: Bu çalışmanın amacı sistem vakum, nabız oranı, nabız sayısı ve debinin (süt akış miktarı) dört yollu sağım başlığına sahip bir sistemde vakum dinamikleri üzerindeki etkilerini belirlemektir. Bu amaca ulaşma yolunda vakum ilintili değişkenler için ampirik modeller geliştirilmiştir. Dört yollu sağım başlığı için bağımli değişkenler; vakum düşüşleri, pençede ve b - d fazında vakum dalgalanmaları yanısıra ortalama pençe vakumu ve meme ucu vakum değerleri olarak ele alınmıştır.
Materyal ve Yöntem: Tepki Yüzeyleri Metodolojisi (TYM) desenlerinden biri olan merkez esaslı deneme desenine uygun olarak laboratuvar koşullarında yapay meme ve su kullanılarak denemeler gerçekleştirilmiştir. Denemelerden elde edilen veriler kullanılarak vakum ilintili değişkenlerin tahminlenmesine yönelik polinomiyal formda tahminleme modelleri geliştirilmiştir.
Araştırma Bulguları: Çalışmada her birinin tahminleme kaysayısı (R2) 0.9’un üzerinde olan sekiz farklı model geliştirilmiştir. Bu çalışmada geliştirilen modellerin dört yollu sağım başlığına sahip bir sağım sisteminin özellikle vakum düşüşleri ve dalgalanmaları açısından daha iyi performans sağlayıcı şekilde dizayn edilerek kullanılabileceğine inanılmaktadır.
Sonuç: Çalışmada geliştirilen en basit modeller ortalama pençe vakum modeli, d fazında ve pençede ve vakum düşüşleri modelleri olmuştur. Geliştirilen bu üç modelin ortak noktası ise çalışmada ele alınan hiç bir değişkenin kuadratik yada kübik formunun modeller içerisinde yer almamış olmasıydı. Dört yollu sağım başlığında en yüksek vakum düşüşü nabız oranının 62:38 olduğunda elde edilmiştir. Sistemin d fazındaki vakum düşüşleri b fazından farklı olup sadece nabız oranı ve debi değişkenlerinden oluşan basit bir formdadır.

Keywords

b ve d fazı, makinalı sağım, meme ucu vacumu, vakum düşüşleri, vakum dalgalanmaları

References

• REFERANS1 Berglund, I., G. Pettersson, K. Ostensson, K. Svennersten-Sjaunja K. 2007. Quarter milking for improved detection of increased SCC. Reprod Domest Anim, 42(4): 427-432.
• REFERANS2 Bessier, J., O. Lind, R.M. Bruckmaier. 2016. Dynamics of teat-end vacuum during machine milking: types. causes and impacts on teat condition and udder health – a literature review. Journal of Applied Animal Research, 44(1): 263–272.
• REFERANS3 Box, G.E.P., N. Draper. 1987. Empirical model-building and response surfaces. John Wiley & Sons. New York. 669 p.
• REFERANS4 ISO, 2007. ISO 6690. Milking machine installations - mechanical tests. International Organization for Standardization.
• REFERANS5 Mein, G.A., C.C. Thiel, P.A. Clough. 1973. The patterns of milk flow-rate and teat movement in the liner during milking. Australian J. Dairy Technology, 28: 26-30.
• REFERANS6 Öz, H., H. Bilgen. 2004. Kovalı süt sağım makinalarında bazı teknik özelliklerin performans değerlerine etkisinin laboratuvar koşullarında belirlenmesi (Determination of the effects of some technical properties on the performance of milking machines in laboratory conditions). Ege Üniv. Ziraat Fak. Derg., 41(2): 123-132.
• REFERANS7 Reinemann, D.J. 2010. Review of some of the potential benefits of quarter-milking. Proceedings. International Workshop. The future of the quarter individual milking. Potsdam. Germany. 7-15.
• REFERANS8 Worstorff, H., H. v Baer, J. Reichmuth, H. Zeidler, A. Tolle. 1972. Die melkanlage als vektor der mastitis-infektion: II: Zur übertragung pathogener mikroorganismen innerhalb von Tieren. Milchwissenschaft, 27(10): 620-626.