關于60雙鍋茶葉炒干機的優化

沈鋌 吳超杰 謝佰均 戴惠亮 曹建波

摘要：根據雙鍋曲亳炒干機的調幅結構和變速機構。文針對其原有的手動機構優化為自動調幅機構，替代原有的調幅手柄，改為電動調幅，并優化原有的牙嵌式離合器來適應自動的調幅方式并使調幅過程更加平順。原有的變速機構為皮帶式無級調速機構，其摩擦損失大，其輸出轉矩隨著轉速的上升而下降，且調速過程需要手動操作擰動調節螺母進行操作，較為不便。現將其調速方式改為vvvf變頻調速，在工頻內實現恒轉矩調速，且省去了機械調速機構，提高效率。通過這兩個機構的改進能夠進一步提升該機的效率，降低操作者的勞動強度，為自動化控制提供基礎。

關鍵詞：雙鍋炒茶機;自動調幅

引言

炒茶的歷史悠久，傳統的炒茶工藝繁瑣，勞動強度高，炒茶的效率較為低下，茶葉炒制的質量也不穩定。近年來，隨著茶葉市場的加速發展，市場對成品茶葉的需求量越來越大，機器炒茶已經取代了幾乎所有的中低端茶葉[1]。在此背景下，雙鍋曲亳炒干機由此而生，雙鍋炒干機區別于普通的球型炒干機，本產品設有無級變速機構、不停機的調幅機構和強熱風排濕結構。大體的結構已基本定型，效率的提升空間比較有限。雙鍋曲亳炒干機主要由機體，皮帶無級調速機構，三相異步電動機，電爐，風機，機架，鍋沿，鍋體，曲軸和鍋鏟，風管，離合器總成，曲柄搖桿機構以及電氣箱組成，該機結構較為簡單，操作方便，可靠性好，但自動化程度還不夠高，本文對原機型的改動程度較小，整體的機械結構保持不變，對電路的改動也較小，大幅提高該機器的自動化程度。

1.設備結構的設計

60雙鍋炒干機有兩幅不同的曲柄搖桿機構，對應著不同的搖桿長度。動力通過三相異步電動機由皮帶傳動至軸1，軸一兩頭分別裝有相同長度的曲柄，將動力輸出至左右兩邊。軸1一端輸出兩端曲柄，對應不同的搖桿長度，搖桿空套在軸2，沒有離合器的結合，并不能帶動鍋鏟運動，作業時，需要滑動軸2上的離合器，通過與左右兩端的搖桿牙嵌式離合器的結合來傳動帶動鍋鏟運動。此過程通過扳動撥桿來實現。

當操作調整幅度時，理論上可以不停機操作，但對離合器以及變速機構的沖擊較大，導致離合器的使用壽命大幅下降。倘若停機操作，則需要將離合器上的齒互相對準才能切入，操作較為吃力。現對其離合器結構進行改進，從原先的4個齒變成6個齒，且齒上有較大的倒角，方便離合器之間的滑動，降低 直接沖擊帶來的磨損，增強調幅時的導向型，使調幅過程更加平順。且由于該離合器頻繁結合與分離，故材料需進行表面淬火等熱處理來提升其強度，硬度以及耐磨性，延長使用壽命[3]。離合器上開有安裝撥叉的槽，通過推動波叉來使得離合器左右滑移從而嚙合左右翻炒半軸進行擺動。撥叉通過氣缸的推動進行滑移，縮短時間，提高自動化程度。

氣缸選用小型單出桿雙作用式氣缸，缸徑40mm，伸出端軸頸10mm，行程20mm，移動速度為50～200mm/s，氣壓可以適應0.1～1mpa，反應速度快，能承受較大的沖擊載荷。若移動部件采用步進電機及螺旋傳動，對設備的安裝精度要求較高，且由于在生產過程中需要頻繁調幅，對絲杠以及電機的沖擊也較大，長久以往，可靠性將會降低，步進電機加絲杠傳動價格也較氣缸高，該傳動方式對控制要求較高，需要配套步進電機驅動器，或者普通電機配套位置傳感器。故選用普通氣缸提供動力，只需控制一個電磁換向閥即可工作，可靠性高，能夠適應頻繁往復的調幅[2]。

2.關鍵部位的受力分析

在對該設備的優化過程中，主要對滑移的牙嵌式離合器以及撥叉進行重新設計，來滿足改進后的需要。由于不能改變其總體尺寸，牙嵌式離合器經過改進后強度較于原來的牙嵌式離合器有所降低，故需對其進行受力分析。通過solidworks軟件分析得其力學性能滿足使用需求，且余量較大。應力圖如圖1所示。

撥叉為剖分式結構，由于撥叉只收氣缸的推力，且力不大，選用普通碳鋼為材料，其力學性能也遠遠滿足使用需求[3]。應力圖如圖2所示。

3.設備改進后的優點與前景

基于原有60型雙鍋炒干機的結構不發生任何改變，僅需改動一些零部件，對炒茶性能沒有影響，改進后的零部件尺寸大致相同，無需進行另外的改動與配合。替代原有的手動調幅手柄，使操作過程更加的省力進一步提高了該機型的自動化程度，在炒茶過程中無需停機操作，用氣缸進行滑移調頻，對機構的沖擊小。自動調幅機構的改進能在未來適應自動化的生產的需求，是自動炒茶生產線的硬件基礎，在自動化生產線中，可以用PLC等控制器控制多臺炒茶機的自動炒茶，自動根據茶葉的炒制程度進行調幅，進一步的提高生產效率。

4.結語

自動調幅式雙鍋炒茶機，根據上述分析研究，具有如下特點：

1.結構簡單可靠，實現自動化調幅，適當降低勞動強度。

2.更加高效，未來自動化生產過程能提高其效率。

3.調幅能夠在設備運轉中進行，無需停機操作。

4.調幅過程對離合器的磨損降低，有效提高設備使用壽命。

參考文獻

[1]葉永林，劉廣，小型炒茶機：中國，02281638.0 [P].2003-10-01.

[2]濮良貴 陳國定 吳立言.機械設計[M].北京：高等教育出版社.2006

[3]單祖輝，材料力學[M].北京：高等教育出版社.