游青山 ， 曾 卓 ， 張 瑩

（1.重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260；2.工業(yè)機器人與礦山智能裝備系統(tǒng)應(yīng)用重慶市高校工程中心，重慶 402260；3.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，重慶 402160；4.重慶云嶺茶業(yè)科技有限責(zé)任公司，重慶 402160）

0 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(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(diào)速裝置、加熱裝置、溫度調(diào)節(jié)與控制裝置、槽鍋及鍋臺、曲柄連桿機構(gòu)和機架等部件構(gòu)成[1]。做形時，電機帶動曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動曲線槽鍋的鍋臺做平面往復(fù)運動，茶葉在鍋內(nèi)加熱的同時沿著鍋內(nèi)壁運動，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(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多槽形鍋式理條機結(jié)構(gòu)示意圖

1 設(shè)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(nèi)的溫度分布不均勻，進一步造成茶葉品質(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。在理條機運行過程中，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)致細菌滋生風(fēng)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(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[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(zhì)，以及工人勞動作業(yè)強度高等問題。

2 系統(tǒng)設(shè)計

針形名茶防焦理條機基于已有傳統(tǒng)理條機的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了理條鍋、增加了往復(fù)式翻炒裝置等。往復(fù)式翻炒機構(gòu)設(shè)置于兩個固定安裝臺之上，并可跟隨理條鍋左右往復(fù)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(fù)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(chǎn)品質(zhì)量。針形名茶防焦理條機結(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、翻炒機構(gòu)模塊等。其中，翻炒移動模塊帶動翻炒機構(gòu)模塊在理條鍋內(nèi)前后擺動，擺動跟隨模塊帶動翻炒機構(gòu)模塊跟隨理條鍋進行往復(fù)運動。

2.1.1 翻炒移動模塊

翻炒移動裝置帶動翻炒機構(gòu)在理條鍋內(nèi)進行前后移動，模擬人工在理條鍋內(nèi)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。

圖2 針形名茶防焦理條機結(jié)構(gòu)整體示意圖

安裝機座上設(shè)置有伺服電機，安裝機座內(nèi)部設(shè)置有用于驅(qū)動移動滑座往復(fù)運動的滾柱絲杠副，采用伺服電機帶動滾柱絲杠副的機構(gòu)，驅(qū)動安裝橫梁整體在安裝機座上作前后運動。使得整體機構(gòu)運行更加平穩(wěn)，安裝機座上設(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。

圖3 移動滑座結(jié)構(gòu)示意圖

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(gòu)帶動理條鍋一直進行左右擺動理條。在左右往復(fù)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(shè)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(dāng)理條鍋左右往復(fù)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(zhuǎn)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(gòu)模塊

翻炒機構(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)動推板則與其運動的方向形成一定的夾角，進而整個機構(gòu)向前推動；當(dāng)機構(gòu)反向運動時，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，使茶葉進行翻炒時能夠更加均勻有序進行，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。

圖4 茶葉翻炒片結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 控制軟件

針形名茶防焦理條機是在已經(jīng)進行改良的設(shè)計結(jié)構(gòu)之上，加入嵌入式控制系統(tǒng)，使得理條機更加智能化，其主流程和往復(fù)式翻炒機構(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。

圖5 理條機主流程

圖6 往復(fù)式翻炒機構(gòu)工作流程

表1 優(yōu)化理條試驗

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(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(dāng)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(jié)論

本針形名茶防焦理條機基于已有傳統(tǒng)理條機的基礎(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架組件將茶葉進行來回往復(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(jié)構(gòu)簡單，操作方便，利于推廣。

圖7 實驗效果對比