丁 勇 徐奕鼎 雷攀登 胡善國
(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,安徽祁門 245600)
茶葉精制主體設(shè)備的技術(shù)特性與應(yīng)用
丁 勇 徐奕鼎 雷攀登 胡善國
(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所,安徽祁門 245600)
本文簡介了茶葉精制主體設(shè)備的技術(shù)特性與工作原理,重點闡述了平面圓篩機、抖篩機及茶葉色選機的研究與應(yīng)用進展。并針對當(dāng)前茶葉精制技術(shù)與設(shè)備需求,提出了制提率高、工效高、耗費少、污染輕是茶葉精制設(shè)備的主要研究方向與目標(biāo)。
茶葉精制 精制設(shè)備 技術(shù)特性
茶葉精制主要是茶葉外形物理性狀的變化,通過篩分、切軋、風(fēng)選、揀剔等工序,實現(xiàn)分號、除雜、分級、拼配,以形成一定規(guī)格、勻凈的精制茶品質(zhì)特征[1]。我國茶葉精制成套設(shè)備研制與應(yīng)用始于上世紀(jì)五十年代,在計劃經(jīng)濟時期伴隨著國營茶廠的蓬勃發(fā)展,到八十年代中后期已達(dá)到了較高的機械配置水平,系統(tǒng)推出了較為齊備的大宗紅、綠茶精制機械設(shè)備,并出現(xiàn)了眾多的茶葉精制聯(lián)裝生產(chǎn)線及立體精制車間。隨著茶葉市場經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、名優(yōu)茶產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和大宗茶經(jīng)濟效益下降,國有茶廠大多或改制解體、或關(guān)停并轉(zhuǎn),形成了眾多產(chǎn)能弱小的精制茶廠,從而導(dǎo)致茶葉精制設(shè)備研發(fā)長期裹足不前,甚至停滯倒退。茶機生產(chǎn)企業(yè)主要集中精力投入名優(yōu)茶機械開發(fā),茶葉精制機械生產(chǎn)備受漠視、近乎遺忘。近年來,隨著外銷茶廠規(guī)模相對集中、出口利潤返哺及內(nèi)銷大宗茶市場回暖,精制設(shè)備與生產(chǎn)線研建再度升溫,尤其是烏龍茶熱、普洱茶熱及紅茶熱的出現(xiàn),有力推動了茶葉精制設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用。目前,國內(nèi)精制設(shè)備的工藝性能仍較為落后,大多沿襲傳統(tǒng)機型,研制進展緩慢,受產(chǎn)品形態(tài)和傳統(tǒng)工藝局限,設(shè)計理念一時難以創(chuàng)新。雖然有少數(shù)精制設(shè)備局部調(diào)整、優(yōu)化,但機型能力或作業(yè)工效難以滿足當(dāng)前茶葉精制易調(diào)控、高工效、少粉塵、低污染的技術(shù)需求,而國外茶葉精制機械,大多不適用于我國的茶類加工或價格較高。茶葉精制設(shè)備研制應(yīng)該以商品茶的形態(tài)定位為基礎(chǔ),以精制工藝優(yōu)化為載體,以引進機電工程技術(shù)為手段,以清潔高效、規(guī)范調(diào)控為目標(biāo),實現(xiàn)精制工藝與設(shè)備創(chuàng)新的根本變革。
炒車設(shè)備主要用于綠茶精制的復(fù)火滾條和車色。目前,精制茶廠大多采用高檔茶生熟兼做、中低檔茶熟做的方式,因此,炒車機械的選型與應(yīng)用至關(guān)重要。
目前,眉茶復(fù)火滾條的主流機械是6CZS-120型和110型茶葉炒車機,大多是八角滾筒炒干機雙層聯(lián)裝,八角型筒體拋物高度低、斷碎少,作業(yè)時先下層后上層,通過立輸連接,熱量利用充分;以往多以煙煤為燃料,污染大、能耗大,現(xiàn)已開始推廣應(yīng)用推車式無煙煤爐灶作為熱源,相對而言比較節(jié)能、清潔。補火車色選用電熱過橋式車色機或電磁炒車機,熱車上色達(dá)到綠潤起霜的工藝效果。今后,炒車機的研發(fā)方向主要是低能耗的清潔能源應(yīng)用、碎茶率低的立輸改型及封閉式吸塵等。
珠茶炒車作業(yè)主要選用6CC-84型雙鍋珠茶炒干機,可選用柴煤、電熱及石油液化氣或天然氣作為熱源。炒板位置在25度范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié),炒板在鍋中往返擺動,推動茶料不斷翻滾,在茶葉自重和機械壓力作用下,逐漸干燥成型[2]。采用閉式轉(zhuǎn)動、減速齒輪、偏心連桿機構(gòu)、炒板調(diào)節(jié)機構(gòu)及牙嵌式離合器。傳動箱兩邊擺動輸出半軸,動力由兩只牙嵌離合器控制,能單鍋作業(yè)。
茶葉篩分設(shè)備主要有平面圓篩機、抖篩機、滾筒圓篩機、飄篩機等[2],其中,滾筒圓篩機僅用于紅茶等先抖后圓付制茶類的初分大小,使用面較窄,市場少有成型產(chǎn)品銷售;飄篩機作撩片之用,工效低,現(xiàn)已近乎淘汰使用。茶葉篩分設(shè)備一直是茶葉精制中的主要機械,現(xiàn)有機型生產(chǎn)效率、工藝效果不盡人意,人工清篩易斷碎、短鈍,茶塵外泄污染大,但又難以替代。
平面圓篩機的主流機型有6CYS-73型和766型,單層四篩、回轉(zhuǎn)式,有兩種轉(zhuǎn)速。篩床轉(zhuǎn)速188r.p.m的“慢速機”用作分篩、轉(zhuǎn)速208r.p.m的“快速機”用作撩篩。平面圓篩機主要用于分離茶葉外形長短,便于后續(xù)作業(yè)。結(jié)構(gòu)包括機架、傳動機構(gòu)、曲軸及與曲軸相聯(lián)的篩架,設(shè)置裝有可調(diào)平衡塊曲軸和彈性可調(diào)支承腳,篩架四周有拉簧與機架相聯(lián)。平面圓篩機采用動平衡結(jié)構(gòu),由電機驅(qū)動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)軸上曲柄與平面回轉(zhuǎn)篩床連接,平衡曲柄和篩床回轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心慣性力。該設(shè)備運行中較為平衡、性能穩(wěn)定,但進料不勻、灰塵偏重?,F(xiàn)已研制出進料口面罩全封閉吸塵、機側(cè)面裝卸篩、金屬板鉆孔篩及配套上葉斜輸?shù)雀男推矫鎴A篩機。
抖篩機主要用于茶葉精制中的篩分粗細(xì)及抖筋,也適用于花茶加工中的起花作業(yè)。主流機型為6CDS-767型雙層抖篩機和6CED-42型單層長抖篩機,由機架、彈簧板支承的篩床、傳動機構(gòu)及曲軸連桿機構(gòu)等組成,曲軸轉(zhuǎn)速250r.p.m。抖篩機有單層和雙層之分,單層抖篩機主要用于茶葉毛抖取料和窨花后起花,雙層抖篩機則多用于緊門套篩。茶葉抖篩機常用的前綴式曲軸連桿機構(gòu)(篩床前),占地空間、噪音較大,現(xiàn)已推出下綴式(篩床下)連桿機構(gòu),平衡性提高。曲軸連桿機構(gòu)較復(fù)雜、易損壞,從而造成抖篩機工藝性能存在較大缺陷。目前,改進型抖篩機的篩床與機架連接采用平行四連桿機構(gòu)和螺旋懸掛彈簧,優(yōu)化篩床的振動頻率、振動方向,以曲柄代替曲軸,整機結(jié)構(gòu)緊湊。未來研發(fā)重點為如何將鐵織篩網(wǎng)改成金屬板篩網(wǎng)、設(shè)計自動清刮篩機構(gòu)及封閉除塵裝置等。
切茶機主要有細(xì)胞式滾筒切茶機、齒輥切茶機、螺旋切茶機等,生產(chǎn)效率較高,但易損傷鋒苗及產(chǎn)生較多的碎末副茶,目前只能通過多做少切、調(diào)控切茶程度等進行工藝調(diào)節(jié)。
滾切機全稱細(xì)胞式滾筒切茶機,多為雙滾簡式,也有三滾筒式,主要型號有CGQ-20型、6CGQ-92型等。由輥筒、進茶斗、切刀、進茶檔板、出茶斗、切刀安全裝置及傳動部件等組成,核心部件是兩個輥筒和切刀[2]。輥筒多由鑄鐵制成,表面均布矩形凹槽, 輥筒常配有 12×12、10×10、10×8、8×8、8×7mm等多規(guī)格凹槽。作業(yè)時,一對輥筒作反向旋轉(zhuǎn),切刀裝于輥筒外側(cè),刀軸裝在機殼兩側(cè),刀刃線與輥筒軸線平行,刀軸上安有平衡重桿及餅狀平衡鐵塊,調(diào)控切刀松緊度切茶,凹形方孔保護茶條索鋒苗。細(xì)胞式滾筒切茶機主要用于紅茶等條形茶類的切茶作業(yè)。
齒切機全稱齒輥切茶機,主要機型有6CCQ-50型和60型等,齒輥切茶機由齒輥(輥筒)、齒刀(齒板)、進茶斗、傳動裝置和切刀保險裝置等部件組成,核心部件是齒形切軸和齒狀切刀,齒輥上的棱齒與軸向均呈三角形,棱齒與齒刀相嚙合,距離一般為6~8mm,間隙可在0~1.8mm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。茶葉經(jīng)進茶斗落于齒輥和齒刀之間,隨著齒輥轉(zhuǎn)動,大于齒輥與齒刀距離的茶葉便被切斷,齒刀一端安有平衡鐵塊和彈簧。作業(yè)時,齒切機齒軸旋轉(zhuǎn)、棱齒相合而切斷茶料,調(diào)節(jié)切軸和切刀間距來控制切茶程度,主要用于條索緊結(jié)的炒青等茶類切茶作業(yè)。
螺切機全稱螺旋切茶機,主要型號有6CFS-30型和26型,螺旋切茶機有單、雙輥兩種機型。雙輥螺旋切茶機,滾簡直徑為160mm,長度為540mm,輥筒上螺旋有20頭和16頭兩種,兩輥轉(zhuǎn)向均為右旋,主輥轉(zhuǎn)速500r/min,兩輥間傳動比約為2,兩輥有速度差,產(chǎn)生搓切作用,達(dá)到保梗切茶作用。單輥螺旋切茶機,滾筒直徑為180mm,長約580mm,輥上設(shè)有2頭或4頭左螺旋,輥簡與外殼的間隙為30mm,工作轉(zhuǎn)速為400r.p.m。目前使用最廣的單輥螺切機主要用于處理毛茶頭里頭、機揀頭或低檔茶的大梗葉,螺旋式推進作業(yè),達(dá)到茶、梗分離,但碎茶率較高。
風(fēng)選機是利用茶葉的重量、體積、形狀的差異,借助風(fēng)力分清茶葉中不同容重(俗稱身骨)的茶料及分離砂石、草莖葉等雜質(zhì)[1]。工作原理是通過水平方向、風(fēng)量適當(dāng)均勻的風(fēng)力使茶葉吹散,容重基本一致的茶料落在一起,有正口、正子口、子口等之分,能起到茶葉分級、定級及去片除雜的作用。按風(fēng)機、風(fēng)源及物料變化,分為吸風(fēng)式風(fēng)選機、送風(fēng)式風(fēng)選機。目前,生產(chǎn)中適用的主流機型有6CEF-40型和50型送風(fēng)式風(fēng)選機,選用風(fēng)力較為平穩(wěn)的多片式離心風(fēng)機,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速800~1200r/min,選別檔數(shù)7檔,最大送風(fēng)量5000m3/h。作業(yè)時,要保持茶葉進料量均勻,針對不同容重的茶料調(diào)整風(fēng)量和分隔板位置,分隔板之間參考距離為600~800mm。先固定較大風(fēng)門、調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速,再微調(diào)進風(fēng)口大小、配合調(diào)整分茶隔板角度,待取料達(dá)到要求后,才能進行正常取料。吸風(fēng)式風(fēng)選機目前市場少有現(xiàn)貨供應(yīng),需要定制,現(xiàn)在生產(chǎn)中尚存使用的吸風(fēng)式風(fēng)選機多以傳統(tǒng)木質(zhì)型為主,并配有封閉式布袋吸塵裝置。
揀梗去雜是茶葉精制中費工費時且又非常關(guān)鍵的工序,揀剔作業(yè)已是茶葉精制中質(zhì)量與成本控制的瓶頸環(huán)節(jié)。常規(guī)的茶葉揀剔設(shè)備主要是階梯式揀梗機、靜電揀梗機,階梯式揀梗機只能揀剔粗長筋梗,靜電揀梗機則以揀剔細(xì)筋嫩梗為主,這兩種茶機選別率低、誤揀比高。近年來,光電色選機的系統(tǒng)應(yīng)用,給茶葉精制帶來了一場的重大變革。
目前,階梯式茶葉揀梗機主流機型是6CJT-82型,主要由機架、篩床、傳動結(jié)構(gòu)、提升系統(tǒng)組成,槽板工作寬度800mm。工作原理是將經(jīng)過篩分和風(fēng)選以后的茶梗混合物,通過振動槽板和揀梗軸,利用梗、葉的摩擦系數(shù)差異,使較長的茶梗穿越槽溝,從而達(dá)到茶葉與茶梗分離,在揀梗的同時也有區(qū)分茶條長短的作用。階梯式揀梗機能使茶葉中的茶梗及較長的夾雜物與茶葉基本分離,普遍適用于眉茶、珠茶及工夫紅茶等茶類的粗長梗葉揀剔作業(yè)。
茶葉靜電揀梗機由靜電發(fā)生器和機械分揀機構(gòu)兩大部分組成,整機有直流高壓發(fā)生器、送茶滾筒、導(dǎo)電滾筒、分隔板、機架、動力與傳動裝置等。工作原理是利用茶葉和筋梗在靜電磁場中所受到的靜電感應(yīng)力不同進行揀剔。其中,升壓變壓器的高壓回路上有整流器,電路一端接電極筒,另一端接分配筒并接地,機械分揀部分有進料斗、勻葉下葉斗、分配筒或弧形板、電極筒、分離板,出梗斗和出茶斗,勻葉下葉斗與震動器相連。由于筋梗含水率較高,產(chǎn)生靜電感應(yīng)強、作用力大,受導(dǎo)電滾筒引力大、越過分隔板與茶葉分離。因此,靜電揀梗機主要用于中高檔茶細(xì)嫩筋梗的揀剔作業(yè)。
光電色選機是指利用特殊識別鏡頭捕捉物料表面像元素信號,采集物料透光率信號及其它成分的信息,并利用PLC控制及CPU處理,實現(xiàn)光電信號互換,并與標(biāo)準(zhǔn)信號對比分析出物料的品質(zhì)優(yōu)劣,再利用壓縮空氣將該劣質(zhì)物料剔除的集光、電、氣、機于一體高科技機電設(shè)備。光電色選機主要部件有:供料系統(tǒng)(進料斗、振動喂料器、溜槽)、光電系統(tǒng)(光源、背景板、光電檢測器、數(shù)碼相機)、分選系統(tǒng)(正品槽、副品槽、噴氣閥、空氣壓縮機、空氣凈化器和過濾器)、電控系統(tǒng)(信號調(diào)理部件、時序部件及微機控制系統(tǒng))、操作系統(tǒng)(色選工作站及其運控操作系統(tǒng))等[3]。色選機的選別率、帶出比、靈敏度及穩(wěn)定性是評價光電色選機性能的主要指標(biāo),而原料條件、人員操作及輔助設(shè)施與設(shè)備則是影響茶葉色選技術(shù)效果的主要因素。
通過在茶葉精制中系統(tǒng)使用光電色選機揀剔茶梗等夾雜物,無需使交付色選的篩號茶長短粗細(xì)過于規(guī)格化,不但除雜效果好,還可優(yōu)化茶葉精制工藝,減少反復(fù)切、抖、撩等篩制作業(yè),避免茶葉過多的斷碎、短鈍,并達(dá)到揀剔質(zhì)量高、工效高、制茶成本降低、制提率提高的加工效果,基本解決了以往茶葉揀剔質(zhì)量差和工效低的缺陷[3]。并且,常規(guī)機械或手工揀剔的茶梗中帶出的是條索緊、鋒苗好的面張茶或身骨茶,而茶葉色選的副品中帶出的是質(zhì)量較次的異色茶,臺時產(chǎn)量是常規(guī)茶葉揀剔設(shè)備的數(shù)十倍。茶葉色選對雜質(zhì)的選別率決定于茶葉含雜比,并在理論上排除了對雜質(zhì)長短、形狀、比重的特殊要求,可按照不同茶葉級別的凈度要求,相應(yīng)確定不同的色選工藝。能夠廣泛應(yīng)用于綠茶、紅茶、烏龍茶精制中的揀剔作業(yè)及名優(yōu)茶去片去梗的精選處理等。
取石機:主要用于剔除茶葉中的沙、石等重雜物,其原理是茶葉在通過一定角度作前后運動的網(wǎng)面時,從網(wǎng)下吹出的均勻風(fēng)力將茶葉向前吹送,而重雜物無法被吹走,從而茶葉與重雜物得到分離[4]。技術(shù)要點:主要是風(fēng)量的調(diào)整控制,茶葉要保持均勻分布占整個網(wǎng)面的50%~70%,保證取出沙石的純度;還要使風(fēng)力均勻分布在網(wǎng)面,且定期清理網(wǎng)面,以免堵塞而降低除雜效果;而且投料量應(yīng)均勻、避免進料量忽大忽小現(xiàn)象,并配設(shè)除塵裝置及經(jīng)常保養(yǎng)維護。
金屬探測器:主要用于探測茶葉中的金屬雜物如鐵、銅、鋁等和帶有金屬成分的鋁泊紙等,其原理是通過在探頭周圍產(chǎn)生高頻電磁場,當(dāng)金屬雜物進入高頻電磁場時,引起電磁場產(chǎn)生能量損耗,探出雜質(zhì)并自動剔除雜質(zhì)。金屬探測器一般安裝在裝箱工序之前,使用前要進行靈敏度的檢測,過程中還應(yīng)進行檢查以防因震動或茶葉粉塵影響其靈敏度[4]。
茶葉勻堆機分為行車式(皮帶式與小車式)、撤盤式、滾筒式、定量配茶連續(xù)式等[2],各種勻堆機的結(jié)構(gòu)、型式、型號標(biāo)記、主參數(shù)及主參數(shù)系列有一定差異。生產(chǎn)中使用最廣的是行車箱體式和滾筒式勻堆機,行車箱體式主要缺點是茶塵外泄,滾筒式主要缺點是碎茶。滾筒勻堆機由滾筒、傳動裝置、托輪裝置三部分組成,滾筒是該機的關(guān)鍵部件,決定工藝性能及拼配質(zhì)量,作業(yè)時茶料徑向翻滾、軸向推動及進料與出料連續(xù)、均勻,適宜小批量茶葉拼配勻堆。行車式勻堆機由多口進茶斗、輸送帶、行車、拼合斗和裝箱機等部件組成,拼合斗分為初勻斗、復(fù)勻斗兩組,每組8~15只分斗構(gòu)成,各篩號茶能達(dá)到良好的拼和勻度,適宜大批量茶葉拼配勻堆。現(xiàn)在大部分出口茶廠使用行車箱體式勻堆機,為解決茶塵外泄問題,現(xiàn)已采取全封閉作業(yè)及吸塵除塵結(jié)構(gòu)。
為控制茶物料在精制過程中的重金屬、有害微生物及非茶類夾雜物的污染,精制設(shè)備宜實行機組聯(lián)裝組合,實現(xiàn)機械化、連續(xù)化,全程不落地,配置使用清潔化熱源。應(yīng)用多功能組合茶機(切篩聯(lián)合機、撩扇組合機等),減少設(shè)備與場地占用;以柴、煤為熱源的茶機爐灶間應(yīng)與主車間相隔離;均衡配套設(shè)備、防止在制品囤積而延遲加工周期。聯(lián)裝輸送裝置主要包括立輸提升機、管道風(fēng)送機、平輸振動槽、斗式輸送帶、鵝頸輸、轉(zhuǎn)斗式立輸、封閉貯料槽等。平式輸送采用結(jié)構(gòu)簡單、噪音低、碎茶、撒茶少的振動槽,斜式或立式輸送使用造價省、速度快的斗式輸送帶,毛茶、頭子茶、筋梗茶、輕身茶、下段茶等碎茶影響小的茶料,則選用封閉除塵、快速高效的氣流管道輸送[5]。設(shè)備聯(lián)裝要達(dá)到科學(xué)、經(jīng)濟、實用及美觀,并且加工設(shè)備及機具要及時保潔、保養(yǎng)。
茶葉精制是一項多技術(shù)集成的系統(tǒng)工程,對加工設(shè)施、加工設(shè)備、加工工藝、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量管理等方面有著較高的要求。傳統(tǒng)茶葉精制環(huán)境條件較為簡陋,機械性能穩(wěn)定性差、連續(xù)作業(yè)能力弱,以人工控制為主,隨意性大,存在著一定的外界干擾及污染隱患[2]。茶葉精制設(shè)備目前存在的主要問題:鐵織篩網(wǎng)作業(yè)效果差、茶塵外泄嚴(yán)重、振動與噪音大、碎茶率高、部分機械生產(chǎn)效率低或工藝性能差。當(dāng)前,解決茶塵污染主要是單機封閉、管道輸料、吸塵除塵(茶塵沉降速度慢);解決碎茶產(chǎn)生主要是設(shè)備改型和工藝優(yōu)化。今后,針對精制設(shè)備需求,引進機電工程、食品工程、農(nóng)業(yè)環(huán)境工程等新技術(shù),應(yīng)用新型金屬與非金屬材料、電力發(fā)熱元件及動力與傳動機構(gòu),從環(huán)境、設(shè)備、工藝及質(zhì)量管理等方面,提高精制茶的品質(zhì)控制與成本控制能力,增強市場競爭力,確保精制茶的質(zhì)量安全和產(chǎn)業(yè)升級。
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Technical Characteristic and Application of Main Tea Refining Machinery
DING Yong,XU Yi-ding,LEI Pan-deng,HU Shan-guo
(Tea Research Institute,Academy of Agricultural Sciences of Anhui Province,Qimen 245600,China)
Thisarticle introducestechnicalcharacteristic and work principle ofmain tea refining machinery,emphases on progress in research and application of plane circlesifting machine,vibrating-sifter and tea color sorter etc.according to demand of technology and machinery of tea refining,puts forward the direction and target of tea refining machinery such as high extraction rate,high efficiency,low cost,gentle pollution and easy to use.
Tea refining,Refining machinery,Technical characteristic
2011-10-28
安徽省農(nóng)科院重點及新興學(xué)科培育《工夫紅茶智能化加工技術(shù)與工程裝備研究》(11A0811)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助
丁勇(1970-),男,安徽宣城人,研究員,研究方向為制茶工程。