施卓奇， 祝葉峰，周金亮，汪 彬，徐 翠

（1.浙江師范大學(xué)， 浙江 金華 321004；2. 浙江上洋機(jī)械股份有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

理條是眾多名優(yōu)茶造型的關(guān)鍵工序。在茶葉振動理條機(jī)發(fā)明之前，茶葉理條只能依靠手工操作，不但需人工多，而且?guī)砣耸诸l繁接觸易使茶葉被細(xì)菌等污染。茶葉理條機(jī)的發(fā)明為名優(yōu)茶實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。

茶葉理條機(jī)由多槽鍋、偏心輪連桿機(jī)構(gòu)、減速傳動機(jī)構(gòu)、熱源裝置和機(jī)架等部件組成。多槽U 型鍋式理條機(jī)是廣泛使用的一種機(jī)型，工作時，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動槽鍋?zhàn)鐾鶑?fù)直線運(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。

上洋機(jī)械經(jīng)過實(shí)驗和測試，研發(fā)出了在理條過程中，不會使槽底留余的U 型槽，大大提高了生產(chǎn)效率和解決了槽底難清洗的問題，這是本理條機(jī)一大特點(diǎn)，得到廠家的認(rèn)可。但在傳動結(jié)構(gòu)上，仍然沿用了傳統(tǒng)的不對稱型單臂傳動，使得理條機(jī)的傳動效率不高，驅(qū)動電機(jī)容易發(fā)熱，影響了理條質(zhì)量，也容易產(chǎn)生危險事故。

本研究通過改變電機(jī)安裝位置，重新設(shè)計了對中型傳動結(jié)構(gòu)，提高驅(qū)動電機(jī)的傳動效率，從而提高理條率和生產(chǎn)率，降低了電機(jī)故障的發(fā)生，保證工作過程平穩(wěn)。

1 問題分析

圖 1 茶葉理條機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖 2 曲軸

圖 4 連桿受力分析位移圖

如圖1 所示為理條機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，由機(jī)架、油槽部件、鍋體部分、起鍋部件、支撐部件、傳動部件等組成。機(jī)架采用整體焊接式，牢固可靠，能勝任理條前后震動時的應(yīng)力集中，鍋體部件的U 型槽進(jìn)過上洋設(shè)計，可以保證震動時茶葉均勻受力，并在起鍋時不會造成茶葉留鍋的現(xiàn)象。支撐部件對稱安裝，受力均勻合理，經(jīng)受住了廠家的考驗。但在長時間使用中發(fā)現(xiàn)，傳動部件上的連桿極易發(fā)生斷裂，且在一定時間后，驅(qū)動電機(jī)的溫度也處在不正常的狀態(tài)下。設(shè)計傳動部件往往根據(jù)前人經(jīng)驗及現(xiàn)場調(diào)試去估算電機(jī)位置、連桿結(jié)構(gòu)，這就使設(shè)備投入使用前，沒有合理的模擬分析，長期生產(chǎn)中，一系列如發(fā)熱、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不高的問題就都出來了。

2 傳動結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

原結(jié)構(gòu)中的連桿安裝在小帶輪上，這是一個懸臂梁，連桿末端和前端都不同程度地變形，因為連桿會隨著帶輪的整周轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，使連桿在一個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)即受拉又受壓，直接影響了它的使用壽命，且為了安置這樣一個懸臂梁，在連桿的左側(cè)還安裝了另一對帶輪，來消除懸臂梁所帶來的影響，使得左側(cè)那對帶輪工作時發(fā)生空轉(zhuǎn)，間接增加了驅(qū)動電機(jī)的消耗功率，從外形上來看也非常不美觀。

2.2 本研究具體改進(jìn)方案

改變連桿連接軸，使用曲軸代替如圖2 所示。原結(jié)構(gòu)為光軸，這里采用曲軸，使上述所說做無用功的左側(cè)帶輪與曲軸左側(cè)軸頭配合，這樣就實(shí)現(xiàn)了連桿對中工作，充分利用左側(cè)帶輪，減小了連桿的應(yīng)力集中，使結(jié)構(gòu)更加合理穩(wěn)定，提高了驅(qū)動電機(jī)的工作效率。

電機(jī)安裝位置的改進(jìn)。原結(jié)構(gòu)的電機(jī)安裝是安置在理條機(jī)底架的右前方，該安裝位置在理條機(jī)晃動時，容易造成左側(cè)前傾明顯的問題，這是一個不安全的因素，且根據(jù)上條傳動結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，電機(jī)安置在底架的中心線上最為合適，解決了震動時一側(cè)晃動明顯的問題。

圖3 所示為傳動部分的結(jié)構(gòu)示意圖，曲軸的兩端軸頭與軸承座相配合，可以清楚地看到傳動部分是兩側(cè)對稱的，連桿前端與震動槽焊接而成。

3 分析與計算

茶葉理條機(jī)的傳動結(jié)構(gòu)帶動U 型槽振動，使茶葉進(jìn)行重復(fù)的跳躍式運(yùn)動，將黏附在一起的茶葉通過震動，均勻的分散開來，逐漸成條化，達(dá)到理條的目的。根據(jù)不同理條要求，可以改變震動速率和頻率。運(yùn)動過程中，連桿連接著動力部分和鍋體部分，其最易產(chǎn)生形變，因此對其進(jìn)行受力分析。

運(yùn)用hypermesh 對連桿模型進(jìn)行前處理，賦予其材料屬性，加載載荷，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。連桿的材料屬性為楊氏模量E=1.21*10^11pa，泊松比=0.3。最后對其應(yīng)力分析得如圖4 所示，分析顯示連桿最大位移量為4.26x10^-4mm，滿足使用壽命的最大位移量。

4 實(shí)驗測試及數(shù)據(jù)處理

經(jīng)過改進(jìn)后的茶葉理條機(jī)，工作過程中，電機(jī)長時間使用后溫度沒有出現(xiàn)異常，設(shè)備前右側(cè)的震動范圍得到了減小，新結(jié)構(gòu)使得運(yùn)動過程更加流暢。工作結(jié)束后，理條機(jī)加工所得的理條產(chǎn)量能夠得到保障，其中碎茶率比原結(jié)構(gòu)降低了1%，成條率上升了1%。試機(jī)記錄如表1所示。

表 1 試機(jī)記錄

5 結(jié)語

通過對茶葉理條機(jī)的傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改變了傳統(tǒng)不對稱型連桿結(jié)構(gòu)，通過安置一個曲柄使得傳動部分的兩側(cè)帶輪同時對連桿傳動，使傳動結(jié)構(gòu)對稱于理條機(jī)中心線，并通過三維建模及hypermesh對連桿進(jìn)行有限元分析，得到連桿的最大位移量為4.26x10^-4mm，滿足工作要求。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)能保證電機(jī)工作溫度正常且成條率≥85%，碎茶率≤3%，生產(chǎn)率≥12kg 殺青葉/h。