茶葉理條機傳動結構的優化

施卓奇， 祝葉峰，周金亮，汪 彬，徐 翠

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

0 引言

理條是眾多名優茶造型的關鍵工序。在茶葉振動理條機發明之前，茶葉理條只能依靠手工操作，不但需人工多，而且帶來人手頻繁接觸易使茶葉被細菌等污染。茶葉理條機的發明為名優茶實現機械化生產提供了有力的技術支撐。

茶葉理條機由多槽鍋、偏心輪連桿機構、減速傳動機構、熱源裝置和機架等部件組成。多槽U 型鍋式理條機是廣泛使用的一種機型，工作時，曲柄滑塊機構帶動槽鍋做往復直線運動，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。

上洋機械經過實驗和測試，研發出了在理條過程中，不會使槽底留余的U 型槽，大大提高了生產效率和解決了槽底難清洗的問題，這是本理條機一大特點，得到廠家的認可。但在傳動結構上，仍然沿用了傳統的不對稱型單臂傳動，使得理條機的傳動效率不高，驅動電機容易發熱，影響了理條質量，也容易產生危險事故。

本研究通過改變電機安裝位置，重新設計了對中型傳動結構，提高驅動電機的傳動效率，從而提高理條率和生產率，降低了電機故障的發生，保證工作過程平穩。

1 問題分析

圖 1 茶葉理條機結構示意圖

圖 2 曲軸

圖 4 連桿受力分析位移圖

如圖1 所示為理條機的結構示意圖，由機架、油槽部件、鍋體部分、起鍋部件、支撐部件、傳動部件等組成。機架采用整體焊接式，牢固可靠，能勝任理條前后震動時的應力集中，鍋體部件的U 型槽進過上洋設計，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象。支撐部件對稱安裝，受力均勻合理，經受住了廠家的考驗。但在長時間使用中發現，傳動部件上的連桿極易發生斷裂，且在一定時間后，驅動電機的溫度也處在不正常的狀態下。設計傳動部件往往根據前人經驗及現場調試去估算電機位置、連桿結構，這就使設備投入使用前，沒有合理的模擬分析，長期生產中，一系列如發熱、結構強度不高的問題就都出來了。

2 傳動結構優化設計

2.1 結構改進

原結構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動而轉動，使連桿在一個轉動周期內即受拉又受壓，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，使得左側那對帶輪工作時發生空轉，間接增加了驅動電機的消耗功率，從外形上來看也非常不美觀。

2.2 本研究具體改進方案

改變連桿連接軸，使用曲軸代替如圖2 所示。原結構為光軸，這里采用曲軸，使上述所說做無用功的左側帶輪與曲軸左側軸頭配合，這樣就實現了連桿對中工作，充分利用左側帶輪，減小了連桿的應力集中，使結構更加合理穩定，提高了驅動電機的工作效率。

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

圖3 所示為傳動部分的結構示意圖，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

茶葉理條機的傳動結構帶動U 型槽振動，使茶葉進行重復的跳躍式運動，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，達到理條的目的。根據不同理條要求，可以改變震動速率和頻率。運動過程中，連桿連接著動力部分和鍋體部分，其最易產生形變，因此對其進行受力分析。

運用hypermesh 對連桿模型進行前處理，賦予其材料屬性，加載載荷，并進行網格劃分。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 實驗測試及數據處理

經過改進后的茶葉理條機，工作過程中，電機長時間使用后溫度沒有出現異常，設備前右側的震動范圍得到了減小，新結構使得運動過程更加流暢。工作結束后，理條機加工所得的理條產量能夠得到保障，其中碎茶率比原結構降低了1%，成條率上升了1%。試機記錄如表1所示。

表 1 試機記錄

5 結語

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