优秀毕设本科机械制造及其自动化毕业设计.docx

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优秀毕设本科机械制造及其自动化毕业设计

第一章绪论

1.1引言

我国是茶叶的故乡，具有悠久的茶叶种植、加工历史，形成了各具特色的六大茶类加工艺。

茶叶加工机械经过长期的探索、发展，机械化程度大大提高，红（碎）茶加工已基本实现机械化；炒青绿茶加工机械较完整、配套；珠茶加工，由于60年代珠茶炒干机的出现，极大地降低了劳动强度和提高了生产能力，茶机有力地促进了茶叶生产的迅速发展。

近年来我国在制茶机械自动控制方面也有所突破，如以继电器为基础控制元件的自动控制技术在匀堆拼配设备中应用；机电控制系统在揉捻机上的应用；1987年通过部级鉴定的“计算机控制茶叶烘干机”及在乌龙茶做青工艺中的应用；电脑控制型龙井茶炒制机的研制成功等，圆这些研究成果对我国茶叶机械的自动化和连续化必将起到推动作用。

我国制茶机械化作业技术虽然取得了长足的发展，但制茶机械的自动化和连

续化程度仍然较低，，与食品工业的机械化相比却存在着较大的差距。

食品工业生

产技术的发展过程大体要经历五个阶段，即机械化阶段、初级自动化阶段、自动

控制阶段、数据化阶段、高级自动化阶段（无人化阶段）。

目前国内食品加工技术

已处于第四阶段，国外茶叶加工己进人第三、第四阶段，如日本蒸青茶生产线和

英国C丁C生产线。

而我国的制茶技术总体上仍处于第一阶段，个别单机或生产线

处于第二阶段，与国外相比尚存在巨大的差距。

1.2课题来源

目前，世界产茶发达国家茶叶机械化生产发展速度很快，尤其是日本、印度、斯里兰卡等国家。

我国南方产茶发达省份制茶也基本上实现了机械化，但是，在自动化水平与国外同类装备相比还存在较大的差异。

近年来，绿茶加工的鲜叶摊放、杀青、冷却和干燥等工序在一定程度上实现了连续化流水作业，唯有杀青后的揉捻间歇作业如何实现连续化仍在探索中。

浙江省和安徽省分别就揉捻机技术进行了攻关，取得了一些成果，但揉捻机的自动化及适应性水平却不甚理想，揉捻质量也不稳定，制约着茶叶加工机械化、连续化流水作业的发展。

1994年8月，中央决定，在“九五”期间，国家安排专款用于引进国际先农业科学技术，每年实施一批项目。

引进技术所需用于消化、吸收和推广的经，中央单位承担的项目由中央财政解决，地方单位承担的项目由地方财政配套。

就是948项目。

最近，国务院再次决定，在“十一五”期间，中央财政每年投资2亿元，继续执行“948”计划。

由中国农业科学院茶叶研究所承担的农业部948滚动项目《茶叶标准化生产键技术引进、消化与创新研究》于2006年正式启动。

该项目称:

“我国的茶加工技术水平与装备多年以来没有重大改进，总体上还处于传统农副产品初级工，加工的机械化、自动化程度低，质量管理与品质控制仅凭人工经验和常规审评与理化检验来保证，与全程清洁化生产、机械化加工和自动化控制的世界进水平差距甚远。

针对我国不同茶叶生产过程的特色和上述主要问题，引进一世界先进水平的种植和加工技术、理念、设备和装置等，在消化吸收的基础上，合必要的创新研究，整合过去几十年来提出的成熟技术成果，力求改善加工设的自动化和智能化程度，提升加工的工艺水平，提出我国绿茶（名优绿茶、大绿茶）、CTC红茶和乌龙茶的标准化加工工艺参数，研制出茶叶加工关键设备自动控制装置和生产线自动控制系统，研制出茶叶加工智能化专家咨询系统。

”本课题是该滚动项目的一部分，其技术目标是实现6CR一55型茶叶揉捻机的作压力、时间、转速的自动控制。

1.3本文主要工作

本课题的主要研究内容包括:

1.从理论上深入分析茶叶揉捻原理，并制定适合茶叶揉捻机自动控制加工的茶叶加工工艺;

2.根据原有6CR一55型茶叶揉捻机的结构特点，制定出相应的茶叶揉捻机自动控制系统总体设计方案;

3.设计开发适合实际作业需要的软件系统;

4.对改造完成的6CR一55型茶叶揉捻机自动控制系统的运行情况进行测试，对其结果进行分析，并根据结果修改软件和工艺参数。

第二章揉捻加工分析及自动控制总体方案确定

2.1揉捻

揉捻是制茶重要的加工工序。

其作用主要是破坏茶叶细胞、揉出茶汁，使冲泡的茶水滋味浓烈醇厚，并使茶叶初步成形。

因此，揉捻是影响茶叶外形质量的主要工序，也是奠定茶叶耐泡度的关键环节。

（1）揉捻目的

通过揉捻，卷起茶条，初步形成条索，缩小体积，为成茶的美观外形奠定基础;同时，适当破坏杀青叶的叶细胞组织，部分茶汁流出附于茶条表面，使成茶冲泡时茶汁较容易泡出。

（2）揉捻方法和技术

绿茶加工中的揉捻作业，有手工揉捻和机械揉捻两种揉捻方法。

目前除一些名优绿茶加工尚少量保留手工揉捻外，绝大多数己实现机械化作业。

2.2茶叶揉捻加工基本原理

目前，茶叶的揉捻原理基本相同，均是让杀青（或萎凋）叶团在揉桶中做匀速平行圆周运动，受到揉桶、压盖、揉盘、棱骨及叶团自身的多方向力的复合作用，使其沿各自叶片主脉搓揉成紧结圆浑的条索状，同时将叶细胞破碎。

揉捻是初步做形，除了白茶类和绿、黄茶中有些不要揉捻外，一般在制茶过程中都有揉捻工序。

鲜叶直接揉捻是不能成条的。

因其物理性能硬、脆。

揉捻是力的作用，如果用力不当，也不能成条。

下面将着重阐述这两个问题。

2.2.1叶子的物理性能对揉捻的重要性分析

揉捻的作用就是是揉捻力作用于叶子使之变形从而达到破坏茶叶细胞、揉出茶汁，使冲泡的茶水滋味浓烈醇厚，并使茶叶初步成形。

而揉捻质量首先决定于揉捻叶的物理性能。

要求揉捻叶柔软性好，受力容易变形。

韧性好，受力变形而不折断。

可塑性好，受力变形后不容易恢复原来形状。

还有粘性好，与可塑性直接相关。

揉捻叶水分含量与叶子物理性能，如柔软性、韧性、可塑性、粘性呈一曲线关系。

鲜叶水分多，细胞膨胀，这四种物理性能都较差。

一般含水量为50%的时候叶子的物理性能最好，否则增加或减少都会使叶子的物理性能变差。

揉捻叶的叶温与叶子的物理性能也有一定的相关性。

叶温高，内含物质的分子结构松懈，叶子的柔软性、韧性和可塑性都增强。

特别是老叶纤维素含量多，柔软性和可塑性较差。

叶温高对老叶的这些物理性能的增大显著。

所以质量较老的叶子多采用“热揉”。

热揉的叶温较高，叶子内含物的变化是很激烈的。

制红茶，揉捻开始，“发酵”作用开始。

揉捻叶温度直接影响“发酵”作用，影响制茶品质。

制绿茶、黑茶、黄茶、青茶等茶类热揉的化学变化，实质是湿热作用。

湿热作用对绿茶品质不利。

热揉对制绿茶有利外形，不利内质。

制绿茶应用热揉技术，要具体情况具体分析。

一般热揉要与短揉相配合。

揉捻方法，除了一些著名绿茶采用手揉外，大部分的是采用机揉。

机揉设备的装叶量依揉桶的大小而异，由几十斤到一百多斤不等，为手揉量的几十倍到几百倍。

机揉比手揉工效大为提高。

揉捻时间，手工5一IOmin，而机揉要20一l00min。

一般装叶量越多，揉时越长。

从最长揉时算，机揉比手揉多10倍。

机揉叶量多，揉捻时间长，散热比手揉慢（水分的散失也较手揉少）。

机揉的揉捻叶的化学变化比手揉多。

假如热揉用于手揉并不影响到茶叶的色香味品质，而用于机揉，茶叶色香味品质就要改变。

所以用于绿茶的揉捻机，揉桶不宜太大。

叶子的嫩度不同，不仅是内含物的含量不同，其内含物的化学稳定性也不一样。

如嫩叶比成熟叶的叶绿素容易破坏。

嫩叶热揉其色泽容易变黄，产生低闷的气味。

热揉多用于老叶，尤其是机揉的热揉更是如此。

揉捻过程的化学变化，并不是对任何茶类的制茶品质都不利，如黄茶类、黑茶类等的品质形成，正需要加强这种化学变化—湿热作用。

热揉和冷揉，都具有其对品质有利的一面，也有其不利的一面，要发挥其有利方面，限制其不利方面。

新的揉捻设备的研究除了效率外，应考虑到叶温、叶量和揉时等因素，才能生产出外形和内质兼优的产品。

2.2.2揉捻叶使其成条的过程

揉捻叶成条必须是两个以上的力，作用于松散的叶团，才能使叶团滚动，叶团内部叶子四周受到挤压力，发生皱褶，由于主脉硬度较大，叶片皱褶的纹路，基本上与主脉平行，并向主脉靠拢。

然后，由于皱褶，叶子弯曲受力细胞组织破裂，便增加叶质柔软性和可塑性。

同时使茶汁混和，增加叶子的粘性。

这些都是叶子成条的有利条件。

叶片上的皱褶纹路越多，越能揉捻成紧条。

揉捻的开始阶段应注意掌握轻压力。

因为揉捻的第一阶段叶团，需要获得压力，但加上叶团的压力不宜太大。

压力太大，叶子受单方面力的作用而叠起来。

韧性较差的叶子容易在叠褶处断裂成碎片。

加入叶片已叠合，要使叶片卷曲成条就十分困难。

揉捻的开始阶段应注意使用轻压力。

随着揉捻叶皱褶纹路增多，柔软性、可塑性和粘性增大，体积缩小，再逐渐加大压力。

一方面使叶子皱褶得更好、纹路更多，形成粗条形。

另一方面，叶与叶之间的摩擦力增大，叶子不同部位所受的摩擦力不同，运动的速度也不一样而产生扭力，于是粗条经扭力作用扭卷成紧条。

嫩叶与老叶的揉捻区别；如下表：

表2.1嫩叶与老叶的揉捻区别

嫩叶

柔软性好，粘性又大，可能不经过皱褶而直接扭卷成紧条。

条索越紧，粘性越大，摩擦力也越大，所产生的扭力也越大。

再继续加压力揉捻，嫩叶的条索就可能断碎。

这时应停止揉捻，用解决筛分方法将己成紧条的嫩叶分离出来。

老叶

进行第二次揉捻，同时加大压力，以适应弹性较大的较老叶子，使叶子进一步皱褶、变形、扭卷成紧条。

柔软性、粘性大的叶子在揉捻过程中，容易几个叶片或叶条粘连一起，并滚转成团块。

团块在压力下越滚越紧。

这些团块在干燥中水分不容易蒸发，贮存过程容易发霉变质、影响整批茶叶质量。

在干燥时将团块解散，这时条索粗松，有的不成条形，也影响茶叶外形。

对这种叶子，在揉捻过程的加压中，要结合几次松压。

即加压几分钟，发现有团块可能形成，就要及时去除压力，使还是松的团块在揉桶运动的冲力下解散，松压几分钟后又接着加压力。

有的情况是，松压措施仍不能彻底解散团块，揉捻一定时间后还要解块，有的结合筛分进行解决。

解决技术措施在解散团块的同时，会抖松条索，影响条索紧度。

实际应用时要注意，不需解散团块的就不要解块。

炒青绿茶注重外形，条索要圆直、紧结、整齐，主要是在揉捻后炒烩过程中完成的，虽然与揉捻关系不是很大，但是揉卷成条是炒焙整形的良好基础，也是必要的。

揉捻促进细胞内含物的混合作用，引起复杂的化学变化，与茶汤色味浓淡也有一定关系。

但是揉捻时间短，程度轻，内质变化不大。

2.2.3揉捻技术要求与分析

炒青绿茶的外形要求很苛刻是五要五不要:

一要叶条，不要叶片;二要圆条，不要扁条;三要直条，不要弯条;四要紧条，不要松条;五要整条，不要碎条。

这五对相互矛盾，但是又相互联系，相互影响，都是在一定条件下转化。

要抓住叶片与叶条的主要矛盾，其他矛盾就容易解决。

转化的条件主要是力的作用。

力的作用有轻与重、用力时间长与短、次数多与少、早与迟的矛盾。

这些矛盾也是相互联系、相互影响的，根据叶质和叶量的不同而变化。

要抓住轻与重的主要矛盾，其他矛盾也就迎刃而解。

要解决这些矛盾须反复实践，逐步提高认识，才能做到五要五不要。

力的作用力分摩擦力和压力。

摩擦力使叶子顺主脉卷转为椭圆螺形。

压力是增大摩擦力。

使叶子快速成条而卷紧。

要做到五要五不要，就要摩擦力与压力巧结合。

先使用摩擦力，后使用压力，再使用摩擦力。

先使用摩擦力，使叶子大部分初步卷转成叶条。

后使用压力加大摩擦力，使叶子大部分卷成条索。

去掉压力，再使用摩擦力，主要使叶团松开，叶汁内渗，避免叶汁流失。

如先使用压力容易产生扁条，不能揉成圆条。

后使用压力，使叶条收缩，挤出叶汁。

叶汁挤出后，去掉压力，再使用摩擦力，叶条松开，叶汁回渗。

这样解决圆条与扁条、茶汤浓与淡的矛盾。

加压力的原则加压力是解决外形的技术措施，要先轻后重再轻，加压与放压相结合。

加压与放压的时间比例是2比l，如加压10min，放压smin;或3比1，如加压15min，放压smin，这样才能解决圆与扁、紧与松、整与碎的矛盾。

如加压不放压，就不能达到五要求。

先轻压才不会压扁。

只是轻度加大摩擦力，加速叶子卷转，初步把叶片揉成圆形叶条。

轻压放压后，加重压，加大摩擦力使叶条在圆而松的状态下，逐渐卷成紧条。