茶葉滾筒勻堆機(jī)制茶出現(xiàn)茶葉分層問題及其優(yōu)化措施*

黃劍虹，徐 偉，戴惠亮，李建馬，程 梅

（浙江上洋機(jī)械股份有限公司，浙江 衢州 324000）

浙江茗皇天然食品開發(fā)股份有限公司新增了一條精制茶生產(chǎn)線（以下簡稱茗皇公司），該生產(chǎn)線最主要的工藝目的是實(shí)現(xiàn)精制茶的整理和拼配，保證成品茶的級(jí)別和數(shù)量，確保茶品質(zhì)的一致性，以增加經(jīng)濟(jì)效益。茗皇公司主要毛茶原料有長炒青、蒸青片茶、綠片茶、等級(jí)紅茶等。在核心工藝拼配勻堆基礎(chǔ)上結(jié)合篩分、除雜、色選、包裝等工藝實(shí)現(xiàn)整線自動(dòng)化生產(chǎn)。接到該生產(chǎn)線設(shè)計(jì)任務(wù)后，項(xiàng)目組結(jié)合上洋機(jī)械多年來在精制茶加工設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)及客戶的實(shí)際需求，進(jìn)行生產(chǎn)線工藝布局和設(shè)備選型，重點(diǎn)在勻堆拼配工藝上進(jìn)行論證、研究和設(shè)備驗(yàn)證，對滾筒勻堆機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)[1-10]，著重解決了傳統(tǒng)滾筒勻堆機(jī)容易出現(xiàn)茶葉分層現(xiàn)象的問題。

1 方案論證

著重對毛茶勻堆工藝進(jìn)行分析，市場上最常見的精制茶勻堆機(jī)主要有帶式勻堆機(jī)、箱式勻堆機(jī)和滾筒勻堆機(jī)，這些勻堆機(jī)有各自的使用場景和特點(diǎn)。帶式勻堆機(jī)自動(dòng)化程度好，產(chǎn)量高，上料也是按配比順序進(jìn)行，出茶時(shí)勻葉器把茶葉有序撥下來，結(jié)合出料輸送進(jìn)行混合，占用車間場地大，造價(jià)成本高；箱式勻堆機(jī)體積大，成本高，分層布料，需要嚴(yán)格按篩號(hào)茶順序上料，水平布料，一層一層交錯(cuò)布料；滾筒勻堆機(jī)體積小，占用車間場地小，進(jìn)料口、出料口混合使用，自由更換，自動(dòng)化程度高，適用多品種原料茶的批量生產(chǎn)。

茗皇公司的毛茶原料通常為：綠片、蒸青片茶3～6 種篩號(hào)，炒青茶5～10 種篩號(hào)，紅茶7～12 種篩號(hào)。生產(chǎn)線產(chǎn)能要求處理精制茶300 kg/h以上，結(jié)合車間場地限制和進(jìn)出料配置要求，決定采用滾筒勻堆機(jī)，機(jī)型為6CSY-270滾筒式勻堆機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)最大容茶量5 t。

結(jié)合整線工藝進(jìn)行生產(chǎn)線布置，滾筒勻堆機(jī)采用斜平輸上料，大容量提升機(jī)出料，以滿足滾筒勻堆機(jī)瞬間大流量的出料要求。精制生產(chǎn)線布置圖如圖1所示，滾筒勻堆機(jī)模塊布置圖如圖2 所示。

圖1 精制生產(chǎn)線布置圖

圖2 滾筒勻堆機(jī)模塊布置圖

2 勻堆機(jī)介紹

浙江上洋機(jī)械股份有限公司生產(chǎn)制造的6CSY-270滾筒式勻堆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 6CSY-270 滾筒式勻堆機(jī)技術(shù)參數(shù)

滾筒勻堆機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括筒體、機(jī)架、進(jìn)出料門、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。筒體是整機(jī)的核心部件，決定了整機(jī)性能及茶葉拼配質(zhì)量，筒體內(nèi)部設(shè)置螺旋導(dǎo)茶板、翻葉板、擋料板等機(jī)構(gòu)，筒體做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)茶葉在滾筒內(nèi)部的徑向翻滾和軸向推動(dòng)，茶葉的徑向翻滾直接影響勻堆效果，茶葉必須被拋起合適的高度和角度。高度應(yīng)適中，太高會(huì)增加碎茶率，太低則影響混合效果。茶葉軸向推動(dòng)為對稱逆向運(yùn)動(dòng)，可以保證茶葉在滾筒內(nèi)軸向來回混合，避免茶葉推向一端。兩種運(yùn)動(dòng)的效果都與轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉筋高度和角度、擋茶板位置與尺寸等有關(guān)，所以滾筒的轉(zhuǎn)速必須結(jié)合導(dǎo)葉筋、滾筒直徑、茶葉原料及拼配時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，有研究人員總結(jié)出滾筒最優(yōu)轉(zhuǎn)速的經(jīng)驗(yàn)公式為。其中：C為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取C=15 r2/cm；g為重力加速度；d平均為茶葉平均顆粒直徑（cm）；R為筒體內(nèi)部直徑（cm）。

套入上述公式，6CSY-270 滾筒勻堆機(jī)最優(yōu)轉(zhuǎn)速為0.3 r/min。但是在實(shí)際使用時(shí)，最優(yōu)轉(zhuǎn)速必須結(jié)合實(shí)際的工藝要求進(jìn)行調(diào)整。另外，影響茶葉勻堆效果的因素還有原料茶的物理特性，如大小、形狀、干度、粒度、表面粗糙度等。

3 勻堆機(jī)應(yīng)用試驗(yàn)

經(jīng)過半年多時(shí)間的生產(chǎn)建設(shè)，茗皇公司自動(dòng)化精制生產(chǎn)線于2022 年2 月投入使用。項(xiàng)目組對勻堆機(jī)組使用情況進(jìn)行跟蹤、參數(shù)測定，并對做茶情況總結(jié)分析。做茶試驗(yàn)情況如下：當(dāng)毛茶原料為炒青、綠片茶時(shí)勻堆機(jī)能較好地完成勻堆拼配工藝，成品茶基本能達(dá)到質(zhì)量要求。但在做紅茶時(shí)，茶葉出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即成品茶出現(xiàn)茶葉規(guī)格不規(guī)整、型號(hào)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：剛開始出茶的茶葉中茶末過多，越遲出來的茶葉茶末越少，大號(hào)茶越多，這導(dǎo)致茶葉勻堆達(dá)不到品質(zhì)要求。針對茶葉分層問題，項(xiàng)目組進(jìn)行原因分析，認(rèn)為主要原因是紅茶原料規(guī)格型號(hào)差距大，細(xì)茶末過細(xì)，大號(hào)粗茶較多，在滾筒勻堆過程中，茶末隨著滾筒的翻轉(zhuǎn)逐漸匯集在滾圓底部，貼牢滾筒內(nèi)壁，粗茶往茶葉頂部集中，在出茶口打開時(shí)細(xì)末多的那部分茶先導(dǎo)出。導(dǎo)致上述情況的原因有：滾筒翻葉筋高度不夠，滾筒中心附近茶葉不能有效翻轉(zhuǎn)；滾筒轉(zhuǎn)速過慢，茶葉貼著滾筒內(nèi)壁拋起高度不夠，導(dǎo)致部分茶葉一直貼著內(nèi)壁；勻堆時(shí)間過長；出茶口出茶時(shí)開啟得太小，導(dǎo)致出茶時(shí)茶葉夾堆，流動(dòng)性差的粗茶不能出或出得慢，導(dǎo)致剛開始出的茶葉細(xì)末過多；一次勻堆的茶葉量太大。

4 處理方案

針對出現(xiàn)的茶葉分層現(xiàn)象，對6CSY-270 滾筒式勻堆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，主要改進(jìn)措施為：1）將翻葉筋高度由原先的30 cm 增加到36 cm，長度與角度不變；2）減小擋茶板尺寸，縮小為原先2/3，擋茶板位置下移10 cm；3）將滾筒轉(zhuǎn)速提高到0.5 r/min，以增大茶葉垂直落差；4）更改出茶門控制開關(guān)限位座位置，將原先1/5、1/3開啟角度改成1/4、1/2開啟角度，保證出茶時(shí)，出茶門開啟足夠大，并且在出料過程中滾筒正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)各一次，同時(shí)加大后續(xù)輸送機(jī)的輸送量，確保后續(xù)設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)堵茶情況；5）勻堆時(shí)控制好勻堆時(shí)間，在做紅碎茶時(shí)，將原先25 min 勻堆時(shí)間調(diào)整為15 min；6）減少一次勻堆的茶葉量，將原先一次3 000 kg減少為一次2 500 kg。

改進(jìn)后再次進(jìn)行做茶試驗(yàn)，以紅茶12 種篩號(hào)茶為原料，2 500 kg進(jìn)行勻堆試驗(yàn)，勻堆后控制出茶門開啟大小和時(shí)間，出茶分三個(gè)時(shí)間段，前1/3 茶葉開啟1/4出茶，再轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，開啟1/2出茶門出茶，隨后翻轉(zhuǎn)一圈，最后1/3 茶葉出茶門全開啟，同時(shí)控制出料輸送機(jī)輸送速度，保證出料均勻；間隔均勻時(shí)間取茶樣10 份，與標(biāo)準(zhǔn)茶樣進(jìn)行對比，進(jìn)行評(píng)級(jí)審定，成品茶基本達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)茶樣的各類標(biāo)準(zhǔn)。

改進(jìn)前與改進(jìn)后，滾筒勻堆機(jī)出料口放料時(shí)間在1/4 時(shí)間點(diǎn)取樣對比，改進(jìn)前茶樣細(xì)末多，如圖3所示，大號(hào)茶少，碎茶多；改進(jìn)后茶樣細(xì)末較少，如圖4 所示，顆粒較均勻，與標(biāo)準(zhǔn)茶樣對比近似度達(dá)90%，達(dá)到成品茶品質(zhì)要求，標(biāo)準(zhǔn)茶樣如圖5所示。

圖3 改進(jìn)前取樣

圖4 改進(jìn)后取樣

圖5 標(biāo)準(zhǔn)茶樣

5 結(jié)論

原料不同、工藝要求不同，滾筒勻堆機(jī)在實(shí)際使用時(shí)需適當(dāng)調(diào)整自身設(shè)計(jì)參數(shù)和使用操作工序，尤其在原料茶篩號(hào)過多、規(guī)格不整齊的情況下，需要對勻堆機(jī)滾筒進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以適用不同工況下的使用要求。滾筒勻堆機(jī)雖然有理論上的最優(yōu)轉(zhuǎn)速、勻堆時(shí)間等參數(shù)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，每個(gè)茶企，每種毛茶原料及不同地區(qū)，都需要通過實(shí)際工況來進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。尤其是在滾筒翻葉筋、擋茶板等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，一定要在理論計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)、總結(jié)，找到適合每個(gè)茶企、每條生產(chǎn)線的最優(yōu)做茶工藝數(shù)據(jù)和滾筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)。滾筒勻堆機(jī)經(jīng)過理論研究，結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)，結(jié)合當(dāng)?shù)刈霾韫に嚕诰撇杵磁涔に嚿先〉昧肆己玫膽?yīng)用。