茶葉振動理條機研究進展與發(fā)展趨勢分析

羅紅玉等

摘 要 振動理條機是針形名茶做形的常用設備?？偨Y了振動理條機研究現狀，分析其各種類型結構裝置的工作原理及其優(yōu)缺點，探索了振動理條機的發(fā)展趨勢。

關鍵詞 茶葉；針形名茶；振動理條機；結構；現狀

中圖分類號：TS272.3 文獻標志碼：C 文章編號：1673-890X（2015）16-073-04

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做形是針形名茶品質形成的關鍵工序，它既有力的作用，也有熱的作用，不僅對外形品質起決定性作用，還對針形茶內質形成起重要作用。目前，常用的茶葉做形機械為振動理條機[1]。振動理條機具有運轉平穩(wěn)、結構簡單、易于操作，便于流水線作業(yè)等優(yōu)點，在針形名茶加工中有著廣泛應用[2]。

振動理條機既需要靠來回振動摩擦塑造緊、細、直的外形，又要避免過多摩擦使色澤變暗；既要靠熱化學作用發(fā)展內質，又要避免高濕環(huán)境中的熱化學作用對葉綠素的大量破壞[2]。為了達到保證制茶品質、提高生產效率和實現流水線作業(yè)的目的，為研制開發(fā)全自動智能理條機提供參考，筆者從振動理條機的結構和工作原理入手，綜述了目前振動理條機的研究現狀，其發(fā)展趨勢，

1 振動理條機的結構與原理

振動理條機始于20世紀90年代，目前主要采用電能、燃氣、柴煤等作為能源，主要由投料裝置、出茶裝置、電動機、調速裝置、加熱裝置、溫度調控裝置、”U”形槽鍋及鍋臺、傳動機構和機架等部件構成[2]。工作原理是電機帶動傳動機構驅動鍋臺作平面往復運動，同時借助鍋臺下方加熱器實現茶葉連續(xù)加熱干燥和受力。茶葉在鍋內加熱散失水分的同時沿著鍋內壁翻轉，通過摩擦、擠壓、滾動成條[2]。

2 振動理條機的研究進展

2.1 投料裝置

傳統振動理條機采取人工投料，由于理條機槽體窄且多，人工投料難以保證均勻，且不利于針形名茶自動化加工。對此，有不少專利報道了理條工序中的自動稱量進料和自動稱量分料。

（1）自動稱量進料。有專利報道[3]，通過理條機的一側上方帶多個倒“U”型口傾斜的下料板與每個“U”型小槽相對應來實現分隔下料。下料方便，不會浪費原茶葉，同時振動理條時能壓住茶葉，使得理條更順暢。也可通過稱重皮帶秤來實現定量下料[4]，與松陽縣上河茶葉機械有限公司[5]發(fā)明的全自動智能理條機的進料裝置類似。但上述研究仍未實現每個槽體均勻下料。

（2）自動稱量分料。通過在進料斗上安裝一塊底部帶有凹槽的矩形板，實現自動分割進料，分料一致，厚薄均勻，從而提高做茶機械自動化程度，大大降低勞動強度[6]。但進料裝置過于繁雜，操作中易出現故障。

2.2 出茶裝置

傳統振動理條機出茶裝置是借助”U”形槽的”U”形口手動傾斜出茶。勞動強度大，不便于實現自動作業(yè)。對此，有不少專利報道了自動出茶裝置。

（1）改造槽體結構。如失衡式出茶裝置[7]，在可旋式多槽鍋體縱向兩端中部固定兩件銷軸，依靠兩銷軸與往復運動臺架作可旋轉的活動鉸接，使出茶操作簡單、輕松而不須費力。也可傾斜設置”U”形鍋槽[8]，最前端”U”形鍋槽的首端與進料口相連接，最后端”U”形鍋槽的末端與出料口相連接，相鄰間的”U”形鍋槽傾斜方向相反，實現自動進料、出料。但此類結構容易卡茶，不便于自動作業(yè)。

（2）借助其他裝置。陳云強[9]發(fā)明的一種茶葉理條機電動倒料裝置，通過支架上的拉索實現電動倒料，并且便于自動控制、結構簡單。利用氣缸可實現自動出茶，輕便快捷，解決了理條機出料難問題[10-11]。

（3）采用階梯連續(xù)機組。將2個及2個以上單體理條機通過階梯排列形成整體，理條機敞開式多槽鍋縱向有傾斜角。茶葉在單體理條機振動理條的同時，利用多槽鍋的縱向傾斜角自動由高向低，實現連續(xù)理條作業(yè)[12-14]。但階梯連續(xù)理條機組占地面積大，傾斜度難掌控，理條工藝尚需改進。

2.3 理條槽體

振動理條機的槽體為”U”形，其數量、長度、寬度、高度、傾斜度及內壁結構等均會影響理條效果。目前，關于槽體的研究較少。

應用較多的槽體為18槽不銹鋼槽體，在圓弧形的槽底和傾斜設置的槽邊內壁上設置理條凸部，傾斜設置的槽邊可在槽體往復運動時將茶葉翻轉，理條凸部可進一步提高茶葉運動過程中的翻轉理條效果[15]。另有專利公開了一種理條槽[16]，一側邊設置加強筋，折彎成圓形，使得相鄰理條槽的側邊可伸入圓形內，通過圓形來卡合。結構簡單，相鄰理條槽之間無焊接，一根結構，即使遇熱受力也不易變形，提高了茶葉的理條質量。

2.4 加熱裝置

傳統的振動理條機加熱裝置通常設在槽鍋下方，多采用電源直接加熱，存在安全隱患，溫度分布不均等問題。目前，關于理條機加熱裝置的研究報道頗多。

（1）改造加熱床結構。采用柔性材料與發(fā)熱槽緊密貼合，加熱不受槽體外輪廓影響，將傳統的輻射式加熱設計成金屬熱傳遞和保溫層，極大提高了熱利用效率。其結構緊湊，預熱迅速，熱利用效率高[17]。在一組呈筒狀設置的加熱管表面設有一排翅片，翅片之間留有發(fā)熱間隙。結構簡單，效果好，能夠保持加熱均勻，提高生產效率及茶葉品質[18]。

（2）改變熱傳遞方式。如熱風裝置[19]，在槽體邊壁上開有若干通風孔，槽體側邊安裝有傾斜的擋板，通過槽體兩端的風機將熱風吹入擋板與槽體之間，熱風沿槽體壁通風孔進入槽體，從而達到加熱的目的。此種加熱方式加熱均勻，茶葉成型效果好，節(jié)約了大量能源。這與徐小春等[20]發(fā)明的一種熱風加熱茶葉理條機相似。又如熱蒸汽裝置[21]，熱蒸汽是一種高溫、含水量相對低的一種導熱介質，其傳熱迅速、受熱均勻、安全性能可靠、運用方便。

（3）改變熱源。如改用燃氣式茶葉理條機耗氣量小、燃燒完全、槽鍋受熱均勻，適合各種茶葉的制作[22]。遠紅外技術應用較多，有采用遠紅外技術上加熱方式進行加熱[23]，這樣不僅降低了能耗，理條質量和茶葉品質也較傳統理條機有大幅度提高。肖宏儒等[24]表明加熱遠紅外茶葉殺青理條機具有理條緊直、連續(xù)化作業(yè)、節(jié)能環(huán)保和有效降低苦澀味等特點。也有采用遠紅外下加熱方式進行加熱[25-26]，在理條槽下方設有遠紅外石英加熱管，優(yōu)點是節(jié)能、環(huán)保、生產效率高；操作直觀、溫度易于控制、降低了對操作人員的技術要求；生產的茶葉質量有保證，特別適用于名優(yōu)高檔茶葉生產中連續(xù)理條作業(yè)。

2.5 傳動裝置

目前，國內的振動理條機傳動機構多采用曲柄滑塊機構[27]，導致加速比較緩慢且運動過程中振動較大，機器磨損較大。

牛石從等[28]將非圓齒輪應用到茶葉自動殺青理條機的傳動機構，以代替曲柄滑塊機構。通過理論驗證表明，該傳動機構的優(yōu)點是加速快、振動相對較平穩(wěn)，符合當前茶葉加工工藝要求。另有專利公開了一種茶葉理條機的偏心傳動機構[29]，以解決現有理條機傳動機構復雜，傳動穩(wěn)定性差的問題，結構設計簡單合理，適用于連接茶葉理條機的動力機構和理條槽體，傳動穩(wěn)定性好，彎連桿兩端通過軸承和銷軸連接，運動靈活，不易磨損。

2.6 其他方面

（1）改往復振動式為滾筒式。張遠明等[30]設計的一種雙旋筒式茶葉理條機，應用自動控制技術和復合運動技術，從根本上改變了傳統理條機的工作方式。但沒能實現閉環(huán)控制，溫度大小及外桶振動頻率靠人工設定，運動傳感技術不成熟，噪音較大，與清潔、安靜的現代化茶葉生產線不協調。封雯[31]發(fā)明的針形茶固形機將內壁上設有5～15 mm軸向條形棱骨的一頭大一頭小的滾筒作為造型主體。

（2）有以降低振動噪音為目的而研發(fā)的理條機。如將理條體懸掛在機架上，無需依靠滾輪來減少摩擦阻力，從而無需使用潤滑油，因此不存在對生產環(huán)境以及茶葉的污染[32]。有將軸承與滑軌配套組成滑動裝置可將茶葉的殺青、理條、壓扁、整形等多道工序在一機中完成，具有滑動穩(wěn)固、振動小、磨損小、無噪音、不濺油廢茶、機械使用壽命長的優(yōu)點[33]。也有慣力自平衡往復式殺青理條機，在機架上安裝2組在同1個平面上運動方向相反、絕對運動速度相等做平動的槽形鍋體，慣性力剛好平衡，大大減少理條機的噪音和振動[34]。

（3）可吸濕降溫的理條機。石小才[35]發(fā)明的吸濕型名茶理條整形機通過在槽形鍋正上方安裝吸風機以排除理條過程中的熱空氣，可使理條葉避免高溫高濕造成品質下降。有專利設計的可降溫茶葉理條機對機器核心部件添加了保護裝置，增加了理條機的使用壽命[36]。

3 振動理條機的發(fā)展趨勢

（1）振動式理條機由于運轉平穩(wěn)、結構簡單、易于操作，便于流水線作業(yè)，符合理條作業(yè)熱力學要求，是實現針形名茶清潔化、自動化加工的重要設備，有望繼續(xù)使用。

（2）由于振動理條需要合理控制投葉量、理條溫度、振動頻率、理條時間等，對操作技術要求較高，基于振動理條方式的自動化程序控制理條裝備研發(fā)將是今后熱點課題。

（3）由于當前針形茶理條工序能耗較高，改變能源方式、熱傳遞方式的作業(yè)機械也將是今后的重點研究內容。

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（責任編輯：敬廷桃）