談針形名茶理條機(jī)防焦優(yōu)化設(shè)計

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摘要：針對現(xiàn)有理條機(jī)加熱裝置分布不合理，在針形名茶的理調(diào)過程中需要人工參與，存在茶葉攤鋪不均、焦邊及粘鍋等制備工藝問題，以及衍生的細(xì)菌滋生風(fēng)險、人工清除粘鍋葉芽等高勞動強(qiáng)度及安全問題，本課題小組優(yōu)化了針形名茶理條機(jī)，經(jīng)過驗證表明，能有效降低針形名茶焦邊及粘鍋等問題的發(fā)生率和減少斷碎率，提高茶葉整體質(zhì)量；降低工人勞動強(qiáng)度，提高了工人安全保障；提高針形名茶加工機(jī)械化水平，為針形名茶智能化加工打下堅實基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：茶葉；理條；防焦；優(yōu)化

引言

針形名茶的制備分為殺青、揉捻、做形、干燥等工序。理條工藝主要是針形綠茶做形，即已經(jīng)通過兩次揉捻的茶葉在一定的溫度環(huán)境中通過均勻受熱，抖散開來，使每顆茶葉獨(dú)立不抱團(tuán)；繼續(xù)持續(xù)加熱，邊抖散邊翻炒并達(dá)到揉搓成條的效果。成型的基礎(chǔ)是理條，做形的最終結(jié)果是茶葉外形緊直，形似松針。隨著工藝設(shè)備的自動化、智能化，現(xiàn)代茶葉的做形都由專業(yè)的理條機(jī)完成。多槽形鍋式理條機(jī)是廣泛使用的一種理條機(jī)機(jī)型，由電動機(jī)、調(diào)速裝置、加熱裝置、溫度調(diào)節(jié)與控制裝置、槽鍋及鍋臺、曲柄連桿機(jī)構(gòu)和機(jī)架等部件構(gòu)成[1]。做形時，電機(jī)帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動曲線槽鍋的鍋臺做平面往復(fù)運(yùn)動，茶葉在鍋內(nèi)加熱的同時沿著鍋內(nèi)壁運(yùn)動，被摩擦、擠壓和滾動成條狀，茶葉在鍋內(nèi)受重力、擠壓力、熱力等作用，進(jìn)一步散失水分，逐漸干燥理直、初步定形。多槽形鍋式理條機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1設(shè)計背景

傳統(tǒng)多槽形鍋式理條機(jī)存在以下問題：1）受熱不均。理條加熱裝置分布不太合理，造成鍋槽內(nèi)的溫度分布不均勻，進(jìn)一步造成茶葉品質(zhì)的不均勻，中間部分的溫度高，四周或某個角落的溫度很低，不利于統(tǒng)一和提高茶葉品質(zhì)[2]。2）茶葉焦邊及粘鍋。在理條機(jī)運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生很多茶葉灰塵和噪音污染，茶葉攤鋪及受熱不均導(dǎo)致的茶葉焦邊及粘鍋；人工手動頻繁接觸茶葉導(dǎo)致細(xì)菌滋生風(fēng)險。3）上料不便缺陷。理條機(jī)運(yùn)行中人工上料并人工清除粘鍋葉芽等勞動作業(yè)強(qiáng)度高、安全隱患大等，會對從業(yè)者的人身健康形成危害。鑒于此，在基于已有多槽形鍋式理條機(jī)的基礎(chǔ)上，本課題小組設(shè)計了一款優(yōu)化的針形名茶防焦理條機(jī)[3-6]。改進(jìn)型理條機(jī)主要解決茶葉攤鋪不均、上料后葉芽粘鍋、茶葉焦邊等影響茶葉成型品質(zhì)，以及工人勞動作業(yè)強(qiáng)度高等問題。

2系統(tǒng)設(shè)計

針形名茶防焦理條機(jī)基于已有傳統(tǒng)理條機(jī)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了理條鍋、增加了往復(fù)式翻炒裝置等。往復(fù)式翻炒機(jī)構(gòu)設(shè)置于兩個固定安裝臺之上，并可跟隨理條鍋?zhàn)笥彝鶑?fù)運(yùn)動，以及通過移動機(jī)架組件前后運(yùn)動將茶葉進(jìn)行來回往復(fù)的翻炒，避免人工操作時出現(xiàn)的茶葉翻炒不均，進(jìn)而引起茶葉個體焦邊率高的問題，使得整體受熱更加均勻，提升產(chǎn)品質(zhì)量。針形名茶防焦理條機(jī)結(jié)構(gòu)整體示意圖如圖2所示。

2.1往復(fù)式翻炒裝置

往復(fù)式翻炒裝置包括翻炒移動模塊、擺動跟隨模塊、翻炒機(jī)構(gòu)模塊等。其中，翻炒移動模塊帶動翻炒機(jī)構(gòu)模塊在理條鍋內(nèi)前后擺動，擺動跟隨模塊帶動翻炒機(jī)構(gòu)模塊跟隨理條鍋進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。

2.1.1翻炒移動模塊翻炒移動裝置帶動翻炒機(jī)構(gòu)在理條鍋內(nèi)進(jìn)行前后移動，模擬人工在理條鍋內(nèi)進(jìn)行翻炒茶葉的動作。該裝置主要包括安裝機(jī)座、翻炒移動伺服電機(jī)、移動滑座、安裝橫梁等。安裝機(jī)座上設(shè)置有伺服電機(jī)，安裝機(jī)座內(nèi)部設(shè)置有用于驅(qū)動移動滑座往復(fù)運(yùn)動的滾柱絲杠副，采用伺服電機(jī)帶動滾柱絲杠副的機(jī)構(gòu)，驅(qū)動安裝橫梁整體在安裝機(jī)座上作前后運(yùn)動。使得整體機(jī)構(gòu)運(yùn)行更加平穩(wěn)，安裝機(jī)座上設(shè)置有燕尾槽滑臺，移動滑座設(shè)置有與燕尾槽滑臺配合使用的燕尾槽，移動滑座上還設(shè)置有與滾柱絲杠副配合安裝的安裝支耳。翻炒移動裝置的移動滑座結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.1.2擺動跟隨模塊理條機(jī)械運(yùn)行過程中，由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動理條鍋一直進(jìn)行左右擺動理條。在左右往復(fù)運(yùn)動過程中，加速度、速度的方向時刻都在改變，為了實現(xiàn)自動清掃裝置始終與理條鍋保持可靠及緊密接觸，以及可能延長自動清掃裝置的使用壽命，設(shè)計整個清掃裝置能跟隨理條鍋同步運(yùn)動。改良的理條鍋兩端焊接有兩個U形剛體座，當(dāng)理條鍋?zhàn)笥彝鶑?fù)運(yùn)動時，剛體座撥動安裝橫梁7的支架限位滑塊6，以此帶動固定在支架限位滑塊6上的轉(zhuǎn)動推板5及翻炒刮板12跟隨理條鍋同步運(yùn)動。

2.1.3翻炒機(jī)構(gòu)模塊翻炒機(jī)構(gòu)模塊包括安裝橫梁上的支架限位滑塊、支架鉸接的液壓缸、翻炒刮板、轉(zhuǎn)動推板以及支架上的定滑輪等。轉(zhuǎn)動推板一端與液壓缸鉸接設(shè)置，另一端繞定滑輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動推板與定滑輪之間設(shè)置彈簧或者安裝套筒，用于確保轉(zhuǎn)動推板與定滑輪之間時刻處于接觸的狀態(tài)，液壓缸的液壓桿伸出時推動轉(zhuǎn)動推板向前運(yùn)動，轉(zhuǎn)動推板端部繞著定滑輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動推板則與其運(yùn)動的方向形成一定的夾角，進(jìn)而整個機(jī)構(gòu)向前推動；當(dāng)機(jī)構(gòu)反向運(yùn)動時，液壓桿縮回，轉(zhuǎn)動推板隨著改變方向，轉(zhuǎn)動推板與其運(yùn)動的方向形成一定的夾角，夾角的大小可以根據(jù)實際生產(chǎn)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了適應(yīng)理條鍋內(nèi)多組圓弧形長溝槽結(jié)構(gòu)，翻炒刮板下端安裝多組茶葉翻炒片，茶葉翻炒片為與弧形溝槽適形配合的圓弧形結(jié)構(gòu)，茶葉翻炒片與弧形溝槽一一對應(yīng)設(shè)置。同時，茶葉翻炒片采用棕毛加工制成，每片茶葉翻炒片均由多條棕毛間隔布置而成，棕毛加工制成的翻炒片能夠更好將茶葉進(jìn)行來回的翻炒，間隔布置的方式避免其茶葉產(chǎn)生堆積現(xiàn)象，進(jìn)而確保其翻炒質(zhì)量。避免其茶葉數(shù)量過多而相互之間產(chǎn)生影響，使茶葉進(jìn)行翻炒時能夠更加均勻有序進(jìn)行，從而使理條鍋內(nèi)各個位置的茶葉都得到均勻翻炒效果。茶葉翻炒片結(jié)構(gòu)如圖4所示。

2.2控制軟件

針形名茶防焦理條機(jī)是在已經(jīng)進(jìn)行改良的設(shè)計結(jié)構(gòu)之上，加入嵌入式控制系統(tǒng)，使得理條機(jī)更加智能化，其主流程和往復(fù)式翻炒機(jī)構(gòu)工作流程如圖5、圖6所示。

3試驗

茶葉做形不僅與理條設(shè)備有關(guān)，而且同茶葉投入量、理條時間、理條溫度、茶葉含水量和理條方法等離不開。選用茶山竹海3月中旬的早白尖-5號作為樣品，依據(jù)理條因素優(yōu)化試驗方法如表1所示。按照表1的試驗方法，選用原有理條機(jī)以及改進(jìn)型理條機(jī)，進(jìn)行理條效果優(yōu)化試驗。經(jīng)過8次理條對比試驗，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實驗效果對比如圖7所示。通過圖7可知，在茶葉樣品的理條過程中效果如下：1）原有型理條機(jī)理條的個體焦邊率在2.0%～3.5%之間；優(yōu)化型理條機(jī)理條的個體焦邊率在0.5%以下；2）原有型理條機(jī)理條的個體斷碎率在3.2%～4.6%之間；優(yōu)化型理條機(jī)理條的個體斷碎率在0.6%以下；3）原有型理條機(jī)理條時，工人需要對理條的茶葉手動翻炒，理條過程中人工參與度30%左右；優(yōu)化型理條機(jī)理條時自動翻炒茶葉，工人工作時只需要適當(dāng)監(jiān)視管理，人工參與度在5%左右，從而降低了勞動強(qiáng)度，增加了操作安全系數(shù)。

4結(jié)論

本針形名茶防焦理條機(jī)基于已有傳統(tǒng)理條機(jī)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了理條鍋，增加了往復(fù)式翻炒裝置等。通過往復(fù)式翻炒裝置的移動機(jī)架組件將茶葉進(jìn)行來回往復(fù)的翻炒，避免人工操作時出現(xiàn)的茶葉翻炒不均進(jìn)而引起茶葉個體焦邊率高的問題，均能有效減少斷碎率；減少工人的人工參與度，從而降低了勞動強(qiáng)度，增加了操作安全系數(shù)；同時結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，利于推廣。

參考文獻(xiàn)：

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作者：游青山 曾卓 張瑩 單位：重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院