“六安瓜片”茶清潔化加工機(jī)械及其工藝研究.pdf

1、六安瓜片是中國十大名茶之一,但與龍井等不同的是六安瓜片屬無梗無芽扁平型綠茶,長期以來,“六安瓜片”多沿用手工方式加工,勞動生產(chǎn)率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,已成為“六安瓜片”產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸,盡快研制出“六安瓜片”機(jī)械化清潔化加工設(shè)備及其生產(chǎn)工藝,對“六安瓜片”產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。本論文對“六安瓜片”在制品的物理特性進(jìn)行試驗研究,以自動化裝備與傳統(tǒng)制茶工藝相結(jié)合的原則,對殺青、做形和烘焙等相關(guān)性工序的機(jī)器進(jìn)行理論研究,并設(shè)計開發(fā)用

2、于相應(yīng)工序的新型專用裝備,主要研究工作及結(jié)果如下:
　　1.測定“六安瓜片”在制品物料的物理特性
　　(1)鮮葉、殺青葉、揉捻葉、理條葉、毛火葉、小火葉、老火葉在制品的含水率依次為73.9％,59.4%,58.9%,28.3%,19.9%,10.1%,5.5%。
　　(2)鮮葉、殺青葉、揉捻葉、毛火葉、小火葉、老火葉在制品的容重依次為60.7kg/m3,86.3kg/m3,209.8kg/m3,133.6kg/m3,1

3、41.6kg/m3,189.9kg/m3。
　　(3)鮮葉、殺青葉、揉捻葉、毛火葉、小火葉、老火葉在制品的休止角依次為52.5o,50.7o,59.6o,57.2o,40.6o,35.8o。
　　(4)鮮葉、殺青葉、揉捻葉、毛火葉、小火葉、老火葉在制品與不銹鋼的外摩擦角依次為37.6o,38.0o,43.6o,35.8o,30.2o,30.2o。
　　(5)鮮葉、殺青葉、揉捻、毛火葉、小火葉、老火葉在制品與不銹鋼的動摩

4、擦系數(shù)依次為0.77,0.78,0.95,0.72,0.58,0.57。
　　(6)鮮葉、殺青葉、毛火葉、小火葉、老火葉在制品繼續(xù)比熱依次為3.51kJ/kg·K,3.12kJ/kg·K,2.02kJ/kg·K,1.77kJ/kg·K,1.64kJ/kg·K,干物質(zhì)比熱為1.50kJ/kg·K。
　　2.優(yōu)化設(shè)計“六安瓜片”殺青機(jī)
　　(1)以雙主動摩擦輪對稱驅(qū)動的方式,減少了摩擦輪的滑轉(zhuǎn)率,提高傳動效率。驅(qū)動電機(jī)由功

5、率原來的0.75kW降為0.5kW,推導(dǎo)了滾筒式殺青機(jī)主動摩擦輪接觸應(yīng)力數(shù)學(xué)模型,并運用該模型對摩擦輪進(jìn)行了強(qiáng)度校核。
　　(2)對用于六安瓜片殺青滾筒進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,殺青滾筒的直徑為500mm,極限轉(zhuǎn)速59.8rpm。滾筒轉(zhuǎn)速還會影響鮮葉在滾筒內(nèi)的分布狀態(tài)及拋落角度,試驗表明:為適應(yīng)不同采摘時期、鮮葉嫩度的殺青工藝,要求殺青時鮮葉應(yīng)覆蓋滾筒內(nèi)表面的60-65%,鮮葉開始拋落點與水平方向夾角應(yīng)為45-60°,以利于鮮葉迅速升溫及較

6、快排濕,提高殺青質(zhì)量。所設(shè)計的殺青滾筒轉(zhuǎn)速為20~40rpm無級調(diào)節(jié),可以滿足以上要求。
　　(3)改變傳統(tǒng)式滾筒式殺青機(jī)主要熱輻射或線接觸式熱傳導(dǎo)方式傳熱,本機(jī)采用面接觸式熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行傳熱,并加厚了保溫層厚度,傳熱效率由原35%提高到57%。
　　3.研發(fā)“六安瓜片”做形機(jī)
　　(1)對六安瓜片做形機(jī)進(jìn)行運動學(xué)及動力學(xué)分析,分別運用失量法、圖解法、解析法并建立了曲柄、連桿、槽鍋的位置、速度、加速度等精確數(shù)學(xué)模型,同

7、時推導(dǎo)了基于Maclaurin公式的用于工程運用的近似數(shù)學(xué)模型,以簡化運算,并運用Matlab繪制了相關(guān)曲線同時證明近似公式的可行性。
　　(2)在分析六安瓜片做形機(jī)進(jìn)行運動學(xué)及動力學(xué)基礎(chǔ)上,對連桿及槽鍋的慣性力進(jìn)行計算,其結(jié)論為:槽鍋的最大慣性力Fqm為73.7Kgf,連桿的最大法向慣性力Fqnm為7.23Kgf,連桿的最大切向慣性力Fqtm為41.9Kgf,以上慣性力均隨曲柄的轉(zhuǎn)角的變化而變化,理條機(jī)的實際慣性力是以上交變的空

8、間力系的失量和。并運用過量平衡法在連桿鉸鏈點與曲柄回轉(zhuǎn)中心反向延長線上,且距曲柄回轉(zhuǎn)中心60mm處設(shè)置15kg配重時,水平與垂直方向振動分別由未加配重前的1.1mm與0.88mm減小為0.51mm與0.45mm。
　　(3)以最小傳動角的最大值為目標(biāo)函數(shù),結(jié)合六安瓜片制茶工藝要求建立了以曲柄長度、連桿長度、偏心距、滑塊行程、輔助角等為主要參數(shù)的約束方程,并運用蟻群算法對該優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。優(yōu)化結(jié)果為:當(dāng)曲柄長度a為59.1

9、mm,連桿長度b為341.5mm,偏心距e為57.5mm,滑塊行程H為120mm,輔助角β為8.26°,極位夾角θ為3.5°時,茶葉理條幅機(jī)的最小傳動角γmin從原來的50°增大到70.1°,有效地改善了做形機(jī)的傳動性能,使傳動更加平穩(wěn),振動減輕,噪音降低;槽鍋的卡滯現(xiàn)象消失,做形機(jī)的成條率也有增加6%。
　　4.研制“六安瓜片”烘焙機(jī)
　　(1)根據(jù)六安瓜片傳統(tǒng)拉老火工藝要求,研制轉(zhuǎn)盤式六安瓜片烘焙機(jī),機(jī)器充分利用光機(jī)電一

10、體化技術(shù)、變頻技術(shù)及溫度控制技術(shù),具有烘焙溫度、連續(xù)烘焙時間、兩次烘焙間隔時間及轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)可人工設(shè)定,以滿足不同的制茶工藝要求。
　　(2)為了實現(xiàn)六安瓜片高溫間歇烘焙的工藝要求,設(shè)計了基于光電開關(guān)、時間繼電器及交流接觸器的控制系統(tǒng),與普通行程開關(guān)定位相比較,具有烘焙時間可調(diào)、定位可靠及抗干擾能力強(qiáng)的特點。
　　(3)紅外輻射波長為2-16um的板狀紅外輻射器用于六安瓜片茶葉烘焙,有利于水、糖類、氨基酸、果膠質(zhì)等物質(zhì)對紅

11、外線的吸收,與微波烘干機(jī)相比,具有非選擇性烘焙特點,有利于茶葉烘焙過程中各種有益香氣的析出,提高焙香效果。
　　(4)基于模糊PID控制原理設(shè)計的溫度控制器具有較好的動態(tài)及靜態(tài)性能,溫度控制精度高、超調(diào)小、魯棒性好等特點,當(dāng)用于六安瓜片葉溫設(shè)置為80°C時,能得到較好的烘焙品質(zhì),碎茶率由人工烘焙的15%降低到5%。
　　5.設(shè)計“六安瓜片”清潔化加工工藝
　　(1)在六安瓜片傳統(tǒng)制茶工藝的基礎(chǔ)上,結(jié)合所研制的關(guān)鍵裝備,