毛尖茶叶炒茶机构研究.docx

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毛尖茶叶炒茶机构研究

摘要

毛尖茶叶采用传统的人工炒制方法易造成质量参差不齐，工人劳动强度大，

生产率低，难以形成规模效益，是制约名优茶产业化进程的瓶颈。

为改变这种现

状，研制小型的毛尖茶叶加工机械迫在眉睫。

本文结合湖南省的实际情况，研制

出了一种小型毛尖茶叶加工机械。

通过对毛尖茶叶传统加工工艺的分析和实地考察（以古丈为例），制定出了

毛尖茶叶机械加工工艺，确定了茶叶加工时所必须的基本动作，根据基本动作设

计出了偏心机构、仰角调节机构和压力调节机构，并对机构进行分析。

根据毛尖茶叶传统加工工艺可知，影响茶叶加工质量的主要因素是机构的运

动轨迹，用机构运动学原理，建立了机构的运动学模型，推导了炒茶臂的运动学

方程，得出了炒茶臂工作时的运动轨迹;比较了在不同加工工序时运动轨迹的差

别，得出了各杆件长度参数，偏心臂长L},A-SO}115mm}几R=200mm,

Lec.=645~。

用机械设计软件Pro/Engineer设计了炒茶机，进行了机构的动态模拟和干涉

检查。

用零件模块设计零件，根据零件的相互位置和运动关系，用装配模块进行

装配，并进行动态显示，检查各构件在运动中是否发生干涉现象，结果表明各构

件无干涉现象，为样机制造提供了参考。

制造出样机进行实验，按茶叶机械加工工艺要求进行操作，加工出的茶叶经

过毛尖茶叶专家鉴定，满足毛尖茶叶所要求的形、色、香、味、汤色等各方面要

求。

关键词:

炒茶机构;毛尖茶叶机械加工工艺;机构运动学;运动轨迹

Abstract

ThemethodtoprocessedMaojian-teaartificiallywhichiseasytomakethe

qualityirregular,greatlaborintensitytoworkers,lowproductivity,thegreatdifficult`

toobtainbenefitisthebottlenecktorestrictionsuperior-teaindustrialproduction.Ir

ordertochangepresentsituation,thesmallMaojian-teaprocessingmachinemustbe

developed.BasedontheactualsituationofHunanProvince,thispaperdeveloped:

kindofsmallMaojian-teaprocessingmachine.

BasedontheanalysisandtheinvestigationofGuzhangMaojian-teaprocessing

traditionaltechnology,machine-processingtechnologyisformulated,andthe

elementaryaction

requested,theeccf

thepressurecontro

isdetermined.Accordingtotheelementaryactionwhichis

AccordingtoMaojian-teaprocessing

designedandanalyzed.

traditionaltechnology,theprimaryfactor

ofteaprocessingismechanismorbit;kinematicsmodelofthemechanismhasbeen

established;kinematicsequationofthetea-processingarmhasbeeninferred;orbitof

tea-processingarmhasbeenobtained,andthedifferenceorbitofthedifferent

processingprocedurehasbeencompared.Lengthparameterofeachmemberhas

obtained,L},,}=50一115mm，L},}=200mm}LH}.=645mm.

Maojian-teaprocessingmachinehavebeendesignedwithPro/Engineer.

Dynamicsimulationandinterferenceinspectionhavebeendone.Componentshave

beendesignedwithpartmodule.Accordingtothemutualpositionandthemovement

relationsofcomponents,thecomponentshavebeenassembled.Dynamicdisplayand

interferenceinthemovementhasbeeninspectedwiththeassemblymodule.Itis

indicatedthatthemachinehasnointerference,andprovidedreferencetomake

machine.

Afterthemachineismade,theexperimenthasbeencarriedon.Accordingtotherequestsofthemachine-processingtechnology,Maojian-teahasbeenprocessed,and

appraisedbyexperts.Itiscontentwiththeshape,color,fragrance,taste,Tangseand

soon.

ords:

Teaprocessingmechanism;Mao一ianteamachine-processing

technology;Mechanismkinematics:

Orbit

目录

第一章绪论·................................................................................1

1.1课题背景及意义·.............................................................1

1.2国内外茶叶加工机械发展现状·.........................................2

1.2.1国内茶叶加工机械发展现状·.........................................2

1.2.2国外茶叶加工机械发展现状·.........................................3

1.3论文研究内容和具体安排·..................................................4

1.3.1研究内容·.......................................................................4

1.3.2研究方法与步骤·...........................................................5

1.4小结·................................................................................5

第二章毛尖茶叶机械加工工艺分析·............................................6

2.1毛尖茶叶传统加工工艺·.....................................................6

2.2机械加工毛尖茶叶的要求·············································……7

2.2.1毛尖茶叶机械加工工艺·············································……7

2.2.3机械加工毛尖茶叶时需要的轨迹·...................................g

2.2.4机械加工毛尖茶叶时需要的炒茶刷特性·..........................g

2.3小结·................................................................................g

第三章炒茶机工作原理与机构分析·............................................10

3.1炒茶机工作原理分析·........................................................10

3.1.1基本结构·.......................................................................10

3.1.2工作原理·...................................................................11

3.2炒茶机机构分析·.............................................................11

3.2.1偏心炒茶机构分析·....................................................11

3.2.2仰角调节机构分析·....................................................12

3.2.3压力调节机构分析·....................................................12

3.3小结·......................·.·......................................................13

第四章机构运动学分析·..........................................................14

4.1杀青、理条和炒干加工时运动学分析·................................14

4.1.1机构无仰角调节时运动学分析·......................................14

4.1.2机构无仰角调节时运动轨迹·.........................................21

4.1.3机构有仰角调节时运动学分析·......................................22

4.1.4机构有仰角调节时运动轨迹·.........................................30

4.2揉捻加工时运动学分析·..................................................35

4.2.1位移方程·....................................................................35

4.2.2速度方程·....................................................................36

4.2.3加速度方程·.................................................................36

4.2.4揉捻加工时机构运动轨迹·............................................37

4.3小结·................................................................................37

第五章炒茶机运动仿真及动态模拟·............................................39

5.1ProlEngineer软件简介·.....................................................39

5.1.1参数化设计思想·........................................................39

5.1.2特征建模思想·..............................................................40

5.1.3全相关的单一数据库...................................................40

5.1.4模块简介·....................................................................40

5.2零件的建立·....................................................................41

5.3机械的装配·....................................................................43

5.4炒茶机工作过程动态仿真与干涉检查·.............................45

5.5仿真结果分析·........,·.......................................................45

5.6小结·................................................................................45

第六章炒茶机茶叶加工试验·.....................................................46

6.1试验设备·.......................................................................46

6.2试验步骤·.......................................................................46

6.3茶叶加工试验结果及结论·...............................................48

第七章结论与建议·....................................................................49

7.1主要研究结论·.................................................................49

7.2进一步研究的建议·...........................................................49

参考文献·...................................................................................51

附录·............................................................................................57

符号列表··············································································……77

致谢·............................................................................................80

作者简历·...................................................................................81

第一章绪论

1.1课题背景及意义

全球有58个国家或地区种茶，1998年全球茶园面积达2.5x1护hmz，产茶约

2.9x106T;1999年我国茶园面积约有1.13x106hmz，总产量为6.76x1OST，约占

全球茶园面积的45%，产量仅占23%，而全国名优茶产量仅1.07x105T，产值达

41.2亿元，分别占全国总产量与总产值的15.8%和48.4%（''。

在国内，改革开放

以来，人民的生活水平提高，名优茶叶的需求直线上升，我国茶叶的消费将在质

和量两个方面保持持续增长:

加入WTO后，为我国茶叶产业带来了机遇，为进

一步增强自身的竞争力，须大力发展名优茶叶，从总体上提高品质水平，把茶叶

生产重心从大宗茶稳步转向名优茶，增长方式实现从数量产值型向质量效益型的

根本转变〔}]0

湖南省种茶历史悠久，素有“江南茶乡”美誉。

1978年茶园面积达1.75x1护

}z，随后面积虽然减少，到1988年下降至1.05x1OShmz，但茶叶产量、产值和

出口量均创历史最高水平，分别达到8.1x104T,3.6亿元和3.38x1少T，创汇5966

万美元。

从1952年到1991年的四十年中，湖南省茶园面积一直位居全国第一，

茶叶产量全国第二。

进入九十年代，湖南省茶叶连年滑坡，到2000年，全省茶

园仅存约7x1了hmz，产茶5.4x1了T，产值4.6亿元。

全省各级政府和广大茶叶

工作者为稳定湖南茶叶做了大量的工作，例如名优茶开发，良种繁育体系建设、

技术推广等〔3]。

省政府提出“十五”期间，要以君山银针、高桥银峰、湘波绿、

洞庭春、古丈毛尖、安化松针、狗脑贡茶、东山秀峰等名优茶为重点，通过政府

引导，市场运作，以经济合同形式，扩大名优茶的规模，增加名优茶效益。

同时，

实施品牌战略，争取三五年内，培育三四个在国内外都打得响、销售额过亿元的

品牌茶Gi]0

湖南省毛尖茶叶种类较多，有古丈毛尖、江华毛尖、君山毛尖、岳麓毛尖、

大庸毛尖、官庄毛尖、白石毛尖、雪峰毛尖、终南毛尖等。

以古丈县为例，古丈

人“以茶兴县、以茶兴农”，作为改变古丈县贫穷落后面貌的途径之一，把茶叶

作为古丈县支柱产业。

根据调查统计（i}f该县通过实施茶叶产业化工程建设，茶

叶总面积由1998年的800hmz发展到现如今1400hmz，采摘面积达1100hmz}

其中新开采摘面积300hm2，茶叶总产量达300T，茶叶总产值约1200万元。

i

县1100hmz可采摘茶园一年可以采摘鲜叶约6970T，可制干茶1133T，但是G

丈县每年的茶叶产量在300}350T之间，除了一部分茶叶不能采摘回来之外，才.

大程度上就是茶叶加工滞后，在这样的背景下，必须大力发展茶叶加工机械。

名优茶叶单位产量生产成本太高是一个严峻的问题，降低单位产量生产成刘

的关键是依靠科技。

实现名优茶叶机械化生产，在同样多的投入下获得更多的r

量，提高产出投入比，降低单位产量的生产成本。

目前在杀青、揉捻环节仍采月

传统的人工炒制方法，炒制工人技术要求高，极易造成质量参差不齐，劳动强层

大，生产率低，难以形成规模效益，是制约名优茶产业化进程的瓶颈。

从近几匀

来看，除了1}2家小型茶叶机械生产厂家之外，其他研究机构很少涉足毛尖茶汗

加工机械领域。

1.2国内外茶叶加工机械发展现状

1.2.1国内茶叶加工机械发展现状

中国在20世纪50年代初，创造了手摇杀青机、手推揉捻机、手拉百页烘干

机等模拟传统手工工艺的半机械化制茶设备，1958年有浙江的科研、教学、贸

易等部门联合研制成功“58型”杀青机、揉捻机等机种，由此，中国茶叶加工

行业逐步走上了机械加工的道路，也为茶叶机械化发展奠定了基础“，。

60年代后

期开始，茶叶机械研究改变了以往单机孤立设计的方法，逐步转向了前后工序生

产平衡的配套设计，这期间，名优茶的成套加工设备研究的比较少。

70年代初，

为了提高茶叶的生产效率，连续化作业的茶叶加工机械成为主要研究方向，槽式

连续杀青机在云南风庆开发成功，该机型介于滚筒式杀青机和锅式杀青机。

70

年代末，在成套研制的基础上，茶叶机械进一步向系列化方向发展，其标准化与

通用化的水平也逐年提高，各类茶叶加工机械的主要参数也在工艺配套的要求下

进入规范化。

80年代，浙江和安徽的茶叶机械科研与生产单位，对炒青绿茶连

续化生产成套设备作了重点研究，相继推出了6CL-110型、6CMCL-10型等炒

青绿茶初制连续化生产线。

90年代，在茶叶组合机械的基础上，类似的机炉一

体化结构成为主要研究方向〔7，。

茶叶机械从60年代的单动力、开式齿轮传动的型式发展到80年代中期自控

技术、光电技术、静电技术和计算机控制技术等新技术在名优茶叶加工机械上得

到应用，使以往间歇作业向连续作业转变。

90年代初研制成功了热源装置与主

体一体化的全金属滚筒式杀青机，产品由单机向成套设备发展，由单一产品向系

列产品发展〔H-y]0

从国内茶叶机械发展现状看，茶叶加工机械正向系列化、大型化、智能化方

向发展〔’。

一，‘’，专门用于加工毛尖茶叶的机械种类很少，近年国内仅有1}2家小型

的茶叶加工机械生产厂家生产，也有对小型茶叶机械做过加工工艺和性能分析

!

}'}-zo]，但没有发现毛尖茶叶加工机械的理论研究和文献资料。

1.2.2国外茶叶加工机械发展现状

1830年，爪哇茶叶工业创始人J.J.L.L雅各布森就发明了一台杀青机，这台

机器有一个装满鲜叶的六面箱体，在该机转动时热空气就打入机内，由于温度过

高及茶叶受到损伤，这种机器和其后制造的同类型机械都失败了。

1895年S.C.

戴维逊设计了杀青滚筒，应用3238℃的气流进行杀青。

1908年，爪哇人博卡设

计了一种软型机器，为一长型六面网笼，在笼内35℃的热气流中只需1h就可完

成杀青，1951年，在斯里兰卡对这种滚筒进行实验，结果表明效果不是很理想，

破坏了部分优质茶叶的品质，却使较差的茶叶产生了一些优良的品质。

1955年

前后，麦克蒂尔在托克莱伊茶叶实验站设计了杀青洞道，以运载鲜叶进入密闭热

风室在热气流中进行杀青，实践证明这种装置是实用的，但工作效率不高汇2，〕