談針形名茶理條機防焦優(yōu)化設計

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摘要：針對現(xiàn)有理條機加熱裝置分布不合理，在針形名茶的理調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，以及衍生的細菌滋生風險、人工清除粘鍋葉芽等高勞動強度及安全問題，本課題小組優(yōu)化了針形名茶理條機，經過驗證表明，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，提高茶葉整體質量；降低工人勞動強度，提高了工人安全保障；提高針形名茶加工機械化水平，為針形名茶智能化加工打下堅實基礎。

關鍵詞：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，使每顆茶葉獨立不抱團；繼續(xù)持續(xù)加熱，邊抖散邊翻炒并達到揉搓成條的效果。成型的基礎是理條，做形的最終結果是茶葉外形緊直，形似松針。隨著工藝設備的自動化、智能化，現(xiàn)代茶葉的做形都由專業(yè)的理條機完成。多槽形鍋式理條機是廣泛使用的一種理條機機型，由電動機、調速裝置、加熱裝置、溫度調節(jié)與控制裝置、槽鍋及鍋臺、曲柄連桿機構和機架等部件構成[1]。做形時，電機帶動曲柄連桿機構驅動曲線槽鍋的鍋臺做平面往復運動，茶葉在鍋內加熱的同時沿著鍋內壁運動，被摩擦、擠壓和滾動成條狀，茶葉在鍋內受重力、擠壓力、熱力等作用，進一步散失水分，逐漸干燥理直、初步定形。多槽形鍋式理條機的結構如圖1所示。

1設計背景

傳統(tǒng)多槽形鍋式理條機存在以下問題：1）受熱不均。理條加熱裝置分布不太合理，造成鍋槽內的溫度分布不均勻，進一步造成茶葉品質的不均勻，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[2]。2）茶葉焦邊及粘鍋。在理條機運行過程中，會產生很多茶葉灰塵和噪音污染，茶葉攤鋪及受熱不均導致的茶葉焦邊及粘鍋；人工手動頻繁接觸茶葉導致細菌滋生風險。3）上料不便缺陷。理條機運行中人工上料并人工清除粘鍋葉芽等勞動作業(yè)強度高、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的基礎上，本課題小組設計了一款優(yōu)化的針形名茶防焦理條機[3-6]。改進型理條機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，以及工人勞動作業(yè)強度高等問題。

2系統(tǒng)設計

針形名茶防焦理條機基于已有傳統(tǒng)理條機的基礎上，優(yōu)化了理條鍋、增加了往復式翻炒裝置等。往復式翻炒機構設置于兩個固定安裝臺之上，并可跟隨理條鍋左右往復運動，以及通過移動機架組件前后運動將茶葉進行來回往復的翻炒，避免人工操作時出現(xiàn)的茶葉翻炒不均，進而引起茶葉個體焦邊率高的問題，使得整體受熱更加均勻，提升產品質量。針形名茶防焦理條機結構整體示意圖如圖2所示。

2.1往復式翻炒裝置

往復式翻炒裝置包括翻炒移動模塊、擺動跟隨模塊、翻炒機構模塊等。其中，翻炒移動模塊帶動翻炒機構模塊在理條鍋內前后擺動，擺動跟隨模塊帶動翻炒機構模塊跟隨理條鍋進行往復運動。

2.1.1翻炒移動模塊翻炒移動裝置帶動翻炒機構在理條鍋內進行前后移動，模擬人工在理條鍋內進行翻炒茶葉的動作。該裝置主要包括安裝機座、翻炒移動伺服電機、移動滑座、安裝橫梁等。安裝機座上設置有伺服電機，安裝機座內部設置有用于驅動移動滑座往復運動的滾柱絲杠副，采用伺服電機帶動滾柱絲杠副的機構，驅動安裝橫梁整體在安裝機座上作前后運動。使得整體機構運行更加平穩(wěn)，安裝機座上設置有燕尾槽滑臺，移動滑座設置有與燕尾槽滑臺配合使用的燕尾槽，移動滑座上還設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構如圖3所示。

2.1.2擺動跟隨模塊理條機械運行過程中，由于曲柄連桿機構帶動理條鍋一直進行左右擺動理條。在左右往復運動過程中，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，設計整個清掃裝置能跟隨理條鍋同步運動。改良的理條鍋兩端焊接有兩個U形剛體座，當理條鍋左右往復運動時，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上的轉動推板5及翻炒刮板12跟隨理條鍋同步運動。

2.1.3翻炒機構模塊翻炒機構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、轉動推板以及支架上的定滑輪等。轉動推板一端與液壓缸鉸接設置，另一端繞定滑輪進行轉動。轉動推板與定滑輪之間設置彈簧或者安裝套筒，用于確保轉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動推板向前運動，轉動推板端部繞著定滑輪轉動，轉動推板則與其運動的方向形成一定的夾角，進而整個機構向前推動；當機構反向運動時，液壓桿縮回，轉動推板隨著改變方向，轉動推板與其運動的方向形成一定的夾角，夾角的大小可以根據(jù)實際生產需求進行調節(jié)。為了適應理條鍋內多組圓弧形長溝槽結構，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構，茶葉翻炒片與弧形溝槽一一對應設置。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行來回的翻炒，間隔布置的方式避免其茶葉產生堆積現(xiàn)象，進而確保其翻炒質量。避免其茶葉數(shù)量過多而相互之間產生影響，使茶葉進行翻炒時能夠更加均勻有序進行，從而使理條鍋內各個位置的茶葉都得到均勻翻炒效果。茶葉翻炒片結構如圖4所示。

2.2控制軟件

針形名茶防焦理條機是在已經進行改良的設計結構之上，加入嵌入式控制系統(tǒng)，使得理條機更加智能化，其主流程和往復式翻炒機構工作流程如圖5、圖6所示。

3試驗

茶葉做形不僅與理條設備有關，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，選用原有理條機以及改進型理條機，進行理條效果優(yōu)化試驗。經過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）原有型理條機理條的個體焦邊率在2.0%～3.5%之間；優(yōu)化型理條機理條的個體焦邊率在0.5%以下；2）原有型理條機理條的個體斷碎率在3.2%～4.6%之間；優(yōu)化型理條機理條的個體斷碎率在0.6%以下；3）原有型理條機理條時，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)化型理條機理條時自動翻炒茶葉，工人工作時只需要適當監(jiān)視管理，人工參與度在5%左右，從而降低了勞動強度，增加了操作安全系數(shù)。

4結論

本針形名茶防焦理條機基于已有傳統(tǒng)理條機的基礎上，優(yōu)化了理條鍋，增加了往復式翻炒裝置等。通過往復式翻炒裝置的移動機架組件將茶葉進行來回往復的翻炒，避免人工操作時出現(xiàn)的茶葉翻炒不均進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，從而降低了勞動強度，增加了操作安全系數(shù)；同時結構簡單，操作方便，利于推廣。

參考文獻：

[1]侯偉華，張強，崔清梅，等.針形綠茶做形機械研究進展[J].中國茶葉，2010，32(6)：13-15.

[2]程方平，易文裕，庹洪章，等.茶葉理條機械研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國農機化學報，2019，40(5)：69-74.

[3]游青山，李誠，徐江濤，等.自動理條茶葉機[P].中國：ZL201922254817.2，2019-12-16.

[4]李誠，游青山，張瑩，等.往復式理條機[P].中國：ZL201911295214.5，2019-12-16.

[5]游青山，李誠，劉玉璽，等.茶葉自動清掃裝置[P].中國：ZL201911296479.7，2019-12-16.

[6]張榮，游青山，李誠，等.可調式茶葉理條器[P].中國：ZL201922260926.5，2020-08-18.

作者：游青山 曾卓 張瑩 單位：重慶工程職業(yè)技術學院