茶葉揉捻機現狀與發展

（黎明職業大學 智能制造工程學院，福建 泉州 362000）

茶文化是我國傳統文化中不可或缺的一部分，茶物質及其含有的價值在神農時期便被飲用，伴隨著春秋時期、秦漢時期、隋唐、明清到現代社會的發展，茶文化逐漸形成一種體系，深度滲透在人們的日常交際與生活中。現代社會中，通過茶文化體系，可進一步提高人們之間的溝通性，通過情感的交流與表達，解析出不同層面的含義。從茶葉供給角度來看，種植、采摘到銷售所經歷的時間較長，且茶葉種類本身具有多樣性特點，其反映到市場中將產生供不應求的現象。從茶葉制備工藝來講，我國傳統制作茶藝是以人工揉捻作業模式為主，通過手動處理，實現對原料的成條及表型塑造，為保證揉捻的質量性，一般茶葉在高溫殺青之后，便應立即進行揉捻，保證在合適的溫度上令茶葉迅速成型。與此同時，不同茶葉所呈現的屬性，令整個茶葉制備工序也具有一定的差異性，此類繁雜的手工作業模式，要求操控人員具備扎實的基本功，但在市場供需模式的轉變下，傳統人工揉捻所生產出的茶葉，雖然品質較高，但在數量上難以達到市場需求。揉捻機器設備的研發與應用，則在一定程度上，簡化茶葉加工工序，機器設備具有的一體化功能，可以提高茶葉產能，且可實現全天候運作，為企業創造更多的經濟收益。本文則是對茶葉揉捻機器設備的發展現狀及未來發展方向進行探討，僅供參考。

1 茶葉的人工揉捻

茶葉加工具有復雜性特點，針對不同的茶葉品種，需要制定相對應的揉捻工藝確保茶葉本身的屬性不會遭到破壞，提高茶葉營養價值的固存度。從古至今，茶葉揉捻一般是以人工作業為主，其將殺青后的茶葉置于寬凳或者竹片編織體上進行形變處理，此過程需要制作人員用腳掌進行工作。因為手工作業本身存在一定的弊端，是因為茶葉在高溫殺青以后，通過“揉”工藝，使茶葉成條，然后通過“捻”工藝擠破茶葉細胞，排除水分，對茶葉進行塑形處理。此過程對于力度要求較高，長時間的手工揉捻，隨著體力的不斷下降，茶葉“捻”工藝質量也將隨之下降，而通過腳關節則可節約大部分體力，保證揉捻工序的持續性。在科學技術體系尚未成型的古代來講，勞作人們均是通過人工作業的形式對茶葉進行加工，從而了解到不同茶葉在加工過程中應當遵循的工藝步驟。正是上述手工操作所總結的經驗，才為茶葉揉捻機器設備的研發提供數據支撐，進而通過科學技術驅動著茶葉生產行業的發展。

2 茶葉揉捻設備的研發初始

我國茶葉物種及相關種植技術在18世紀初期引入國外，國外在最開始對茶葉進行生產時，沿用的是我國傳統的人工揉捻工藝。但國外在分析茶葉制備工藝后，認為人工揉捻工藝較為復雜，且產生的實際加工效率較低，經過不斷的設計實踐，最初將兩個桌子面倒貼在一起，讓工人扶住上邊的桌子進行揉搓加工，但從實際效果來看，茶葉無法成條，且茶葉極易分散。于是研究者將茶葉填充在一個長型的布條之中，并將兩端封住，加大上層的壓力進行操作。此時發現加工效果顯著提升，改善了加工條件，且增加整個加工產量。在此類原理下，英國工程師提出揉捻設備的制作理念，類似于我國的石磨碾設施，其是由兩個木盤所組成，下方的木盤處于固定狀態，上層的木盤則可進行平面位移，兩個木盤之間刻劃溝紋，此時在偏心轉動的作用下，可加快揉捻效率。最后，其他工程師對此類工藝進行改進，采用彈簧及汽動裝置增加聯動性能，令其具備揉捻調節力，這也是自動化茶葉揉捻設備的制作雛形。

3 我國茶葉揉捻機的研發

我國作為茶文化的起源地，無論是在生產還是加工方面都具有一定的話語權，但是此類發展模式受到清末時期閉關鎖國的影響，先進技術無法引入，造成我國茶葉自動化發展存在斷層問題。但是茶文化在民眾體系中的根深蒂固，部分業界人員仍然致力于茶葉生產結構優化的戰略中。在1915年，安徽籍人員自主研發小型揉捻機，在一定程度上推動地區茶葉生產質量，并為茶葉界樹立正確的發展方向。伴隨著茶葉產商引進高新技術與設備，茶葉加工也步入機械化行業，但受限于不同品種的制作影響，設備只是單獨的對應某一類品種，而我國茶葉品類較多，茶葉產商開始研究引進設備的工作特點，并進行仿制，在一定程度上，加快我國茶葉制備體系機械化轉型效率。在新中國成立以后，茶葉所具備的營養價值以及經濟價值，逐漸被政府部門重視，國家也開始加大技術資源、經濟資源的投入力度，以工業化為基礎，將茶葉揉捻設備的生產制造納入到國家重點項目體系中。但茶葉種植環境多集中于南方區域，而工業生產多集中于北方區域，其在一定程度上加大設備的研究難度。但秉承著工匠精神，我國研發人員克服人力資源、工業資源的阻力，在1960年研發出綠茶初制設備，并投入量產，經過設計工藝與制作工藝的共享，在一定程度上推動著我國茶葉揉捻制備工藝機械化的轉型速率。

4 揉捻機器的自動化研究進展

伴隨著科學技術的不斷更新，我國茶葉揉捻設備的機械自動化體系逐步完善，基本實現了茶葉投放、自動溫控、揉捻等一系列的操控。與此同時，在人工調節程序下，自動化系統所具備的集成功能，可有效保證不同操控模式下，系統功能的實現可依據程序調節，滿足不同原材料的加工需求。在實際操控過程中，不同茶葉物質對揉捻力度具有差異性，為進一步實現差異化運行，基于PLC控制系統的壓力調節功能，則可對實際供給壓力值進行精準調節。在不同操控視域下，依托于可編程邏輯控制，結合外設組件，可確保壓力值的輸入及運行狀態，反饋到主系統中，這對于整個操控系統而言，則可進一步強化操控行為之間的對接性。伴隨著PLC 技術的不斷成熟，國內茶葉產業采用可視化操控系統，將傳感器與壓力信號傳輸裝置相對接，以形成壓力檢測系統，這樣便可確保壓力信息在傳感的同時，主系統通過雙向反饋功能，對整個操控工藝進行驅動處理，以提高實際處理精度。此類由PLC為平臺的處理模式與傳統的壓力調控方案相比，通過數據實時傳輸所產生的時間差，可進一步縮減實際緩沖值，這對于系統本身所具備的操控屬性來講，則可通過壓力值映射出固定操控模式與動態操控模式所產生的差異系數。從實際操作效果來看，依托于機器設備的柔性化操控，其可有效節約能源，且柔性化揉捻工藝，在破壞茶葉細胞時可產生一個滲透效果，提高細胞破碎效率，且對茶葉表面的破壞效果較低，提高茶葉制備質量。在實際操作中，柔性壓力的參數值，是由PLC程序參數所決定的，通過參數與執行指令之間的對接，控制電機的正反轉，此類操控現象映射到壓力裝置中，則是以壓力蓋升降狀態來實現的。

我國技術人員還設計一種基于智能化平臺來實現的茶葉揉捻工藝體系，在信息化技術、智能操控技術的支持下，可以有效針對整個智能操控程序進行調節，以此來保證茶葉揉捻工藝運行的精準性與質量性。此類茶葉加工體系是以多個揉捻機器而組成，然后在不同揉捻機器之間設定獨立的上料帶，此類上料袋可以實現正轉與反轉，確保上料過程中可以精準的將料體補給到目標處。與此同時，在揉捻機器的主程序中設定監測系統，系統所具備的功能是全過程作用到整個熔點操控體系中，通過對控制箱及變速箱的調節，可以進一步實現對茶葉原料的多元化操控，例如加料控制、壓力控制、揉捻順序控制等。通過智能化功率的實現可以進一步提高實際揉捻效率，為我國茶葉生產制造體系提供數據支撐。

除此之外，部分技術人員針對揉捻過程中所呈現出的工藝特性，設定相對應的自動化控制體系，體系設定的原理是針對原有的熔點設備原料供應機制，界定出基于壓力控制平衡系統的一種自動填充工藝。其是氣缸裝置、皮帶裝置、電磁閥門裝置以及步進電機傳感器等，制定出具有一體功能的控制體系，且外部顯示系統可以針對此類技術參數進行映射，工作人員通過屏幕所顯示的參數，便可對當前熔點機器的運行工況進行分析，以此來查證出不同操控模式下設備本身所具備的性能，或者是在某一段時間節點下設備所呈現出的故障趨勢，這樣便可進一步為整個智能生產體系的持續化運行奠定堅實基礎。

伴隨著自動一體化技術的深入落實，傳統茶葉揉捻設備在運行過程中其并不是單一的對茶葉物質進行揉搓加工，而是通過自動上調自動整合的形式，令茶葉加工形成智能化操作，以解放傳統的人力資源，這樣才可進一步企業帶來長期穩定的收益。除此之外，自動化操控模式通過 PLC內部傳感器以及相關控制系統的實現，可以確保各類指令參數下達的精準性并予以及時響應，這樣可以有效提高實際加工精度，以避免人工操作所造成的誤差問題。例如通過傳感器測定茶葉物質的數量，然后依據茶葉種類設定好茶葉輸送的數值，并通過測力傳感器對整個茶葉在運輸過程中所呈現出的數值，通過彈性形變機構傳遞到主系統中，這樣在主系統指令下達下可以有效控制電機及變頻器。進而實現對轉速的改變，確保送茶速度及壓力參數的修正，進一步提高茶葉制作質量。與人工操作模式相比，茶葉揉捻設備的建設，無論是在成長還是在殺青等方面，其所具備的工作效率遠遠高于人工操作，且整體技術成本使用較低，對于企業的持續化發展具有較高的促進作用。

5 茶葉揉捻機的發展趨勢

茶葉揉捻機器的研發與應用可以進一步提高制茶效率，替代原有的人工操作模式，真正實現經濟利益的持續性增長。這對于企業來講，成本低投入可以令企業將技術及管理機制做到最優，反饋到整個制茶體系中，進而在市場中獲取更多的經濟利潤。然而，從我國目前揉捻機器的應用模式來看，其仍存在下列問題。首先，熔點機器設備在使用過程中不同操控機構本身所呈現出的工藝參數難以做到真正的量化，特別是對于部分操縱性能繁雜的組件來講，如果單一的參數無法被系統進行衡量，這必然造成在實際加工過程中產生基于數據冗余問題操控，這也是傳統揉捻機器結構，在自動化智能化發展體系中呈現出滯后性的主要原因。其次，我國揉捻機設備智能應用程度不足，其無法依據茶葉本身所呈現出的鮮嫩度采取智能化操控，多數智能設備對于茶葉只是進行種類數量上的核定，其并不能以茶葉物質本身的屬性來界定出相關操控方法，且此過程需要人工進行操作修改，在一定程度上加大系統運行的繁瑣性。此外，在揉捻過程中主要是對茶葉物質內部的細胞進行破碎以達到成型目的，但是目前熔點機器在操作過程中，其內部傳感機構只是單純的對茶葉外表特征進行查驗，其并不能對茶葉本身所呈現出的氣泡破碎度進行精準分析，這也就造成在碾壓過程中壓力調控值無法實時更新。為此，我國茶葉揉捻機器在未來發展過程中，必須加強機械技術及相關理論的應用，真正設計出可以對茶葉內部細胞破損度檢測的智能傳感體系，只有這樣，才可進一步提高茶葉物質在揉捻過程中呈現出的各類屬性狀態，然后通過傳感器保證主系統所下達的指令，滿足當前茶葉揉捻工藝需求，進一步提高實際揉捻質量，為我國茶葉智能化生產體系的發展奠定堅實基礎。

綜上所述，茶葉揉捻機的研發與應用，真正實現茶葉加工的一體化。通過自動化、智能化的加工模式，替代傳統人工作業，進一步強化茶葉制備效率與質量。期待在未來發展過程中，技術人員可對揉捻機器進行深度解析，強化機械設備功能。