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,〕