針形名茶理條機的防焦優化設計＊

游青山 ， 曾 卓 ， 張 瑩

（1.重慶工程職業技術學院，重慶 402260；2.工業機器人與礦山智能裝備系統應用重慶市高校工程中心，重慶 402260；3.重慶市農業科學院茶葉研究所，重慶 402160；4.重慶云嶺茶業科技有限責任公司，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，即已經通過兩次揉捻的茶葉在一定的溫度環境中通過均勻受熱，抖散開來，使每顆茶葉獨立不抱團；繼續持續加熱，邊抖散邊翻炒并達到揉搓成條的效果。成型的基礎是理條，做形的最終結果是茶葉外形緊直，形似松針。隨著工藝設備的自動化、智能化，現代茶葉的做形都由專業的理條機完成。

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、調速裝置、加熱裝置、溫度調節與控制裝置、槽鍋及鍋臺、曲柄連桿機構和機架等部件構成[1]。做形時，電機帶動曲柄連桿機構驅動曲線槽鍋的鍋臺做平面往復運動，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，茶葉在鍋內受重力、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構如圖1所示。

圖1 多槽形鍋式理條機結構示意圖

1 設計背景

傳統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，造成鍋槽內的溫度分布不均勻，進一步造成茶葉品質的不均勻，中間部分的溫度高，四周或某個角落的溫度很低，不利于統一和提高茶葉品質[2]。

2）茶葉焦邊及粘鍋。在理條機運行過程中，會產生很多茶葉灰塵和噪音污染，茶葉攤鋪及受熱不均導致的茶葉焦邊及粘鍋；人工手動頻繁接觸茶葉導致細菌滋生風險。

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強度高、安全隱患大等，會對從業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上，本課題小組設計了一款優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，以及工人勞動作業強度高等問題。

2 系統設計

針形名茶防焦理條機基于已有傳統理條機的基礎上，優化了理條鍋、增加了往復式翻炒裝置等。往復式翻炒機構設置于兩個固定安裝臺之上，并可跟隨理條鍋左右往復運動，以及通過移動機架組件前后運動將茶葉進行來回往復的翻炒，避免人工操作時出現的茶葉翻炒不均，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，提升產品質量。針形名茶防焦理條機結構整體示意圖如圖2所示。

2.1 往復式翻炒裝置

往復式翻炒裝置包括翻炒移動模塊、擺動跟隨模塊、翻炒機構模塊等。其中，翻炒移動模塊帶動翻炒機構模塊在理條鍋內前后擺動，擺動跟隨模塊帶動翻炒機構模塊跟隨理條鍋進行往復運動。

2.1.1 翻炒移動模塊

翻炒移動裝置帶動翻炒機構在理條鍋內進行前后移動，模擬人工在理條鍋內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構整體示意圖

安裝機座上設置有伺服電機，安裝機座內部設置有用于驅動移動滑座往復運動的滾柱絲杠副，采用伺服電機帶動滾柱絲杠副的機構，驅動安裝橫梁整體在安裝機座上作前后運動。使得整體機構運行更加平穩，安裝機座上設置有燕尾槽滑臺，移動滑座設置有與燕尾槽滑臺配合使用的燕尾槽，移動滑座上還設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構如圖3所示。

圖3 移動滑座結構示意圖

2.1.2 擺動跟隨模塊

理條機械運行過程中，由于曲柄連桿機構帶動理條鍋一直進行左右擺動理條。在左右往復運動過程中，加速度、速度的方向時刻都在改變，為了實現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，當理條鍋左右往復運動時，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 翻炒機構模塊

翻炒機構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、轉動推板以及支架上的定滑輪等。轉動推板一端與液壓缸鉸接設置，另一端繞定滑輪進行轉動。轉動推板與定滑輪之間設置彈簧或者安裝套筒，用于確保轉動推板與定滑輪之間時刻處于接觸的狀態，液壓缸的液壓桿伸出時推動轉動推板向前運動，轉動推板端部繞著定滑輪轉動，轉動推板則與其運動的方向形成一定的夾角，進而整個機構向前推動；當機構反向運動時，液壓桿縮回，轉動推板隨著改變方向，轉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實際生產需求進行調節。

為了適應理條鍋內多組圓弧形長溝槽結構，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構，茶葉翻炒片與弧形溝槽一一對應設置。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生堆積現象，進而確保其翻炒質量。避免其茶葉數量過多而相互之間產生影響，使茶葉進行翻炒時能夠更加均勻有序進行，從而使理條鍋內各個位置的茶葉都得到均勻翻炒效果。茶葉翻炒片結構如圖4所示。

圖4 茶葉翻炒片結構示意圖

2.2 控制軟件

針形名茶防焦理條機是在已經進行改良的設計結構之上，加入嵌入式控制系統，使得理條機更加智能化，其主流程和往復式翻炒機構工作流程如圖5、圖6所示。

3 試驗

茶葉做形不僅與理條設備有關，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，依據理條因素優化試驗方法如表1所示。

圖5 理條機主流程

圖6 往復式翻炒機構工作流程

表1 優化理條試驗

按照表1的試驗方法，選用原有理條機以及改進型理條機，進行理條效果優化試驗。經過8次理條對比試驗，通過數據統計分析，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；優化型理條機理條時自動翻炒茶葉，工人工作時只需要適當監視管理，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。

4 結論

本針形名茶防焦理條機基于已有傳統理條機的基礎上，優化了理條鍋，增加了往復式翻炒裝置等。通過往復式翻炒裝置的移動機架組件將茶葉進行來回往復的翻炒，避免人工操作時出現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；同時結構簡單，操作方便，利于推廣。

圖7 實驗效果對比