毛峰茶自動化生產(chǎn)線設(shè)備的研究開發(fā)與應(yīng)用

周仁桂，鄭樹立，何立軍，張璐

（浙江春江茶葉機械有限公司，浙江杭州富陽 311422）

毛峰茶自動化生產(chǎn)線設(shè)備的研究開發(fā)與應(yīng)用

周仁桂，鄭樹立，何立軍，張璐

（浙江春江茶葉機械有限公司，浙江杭州富陽 311422）

為滿足毛峰茶生產(chǎn)加工產(chǎn)業(yè)化的市場需求，對毛峰茶自動化生產(chǎn)線設(shè)備開展研究。文章系統(tǒng)而全面地介紹了黃山毛峰茶加工生產(chǎn)線設(shè)備的組成和各工序組合單元設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、工藝特點及集成控制技術(shù)，并對毛峰茶單機加工和連續(xù)化生產(chǎn)線加工的茶葉感官品質(zhì)進行比較，結(jié)果顯示連續(xù)化生產(chǎn)線加工的產(chǎn)品感官品質(zhì)達到并超過原單機生產(chǎn)的品質(zhì)要求。該生產(chǎn)線設(shè)備經(jīng)使用符合毛峰茶生產(chǎn)加工要求，具有較好的市場應(yīng)用前景。

毛峰茶；自動化；生產(chǎn)裝備；開發(fā)與應(yīng)用

毛峰茶屬綠茶烘青類，目前在國內(nèi)生產(chǎn)地區(qū)較廣，其外形呈條索狀，條索有松有緊，茸毫有顯有隱，形狀似眉似鉤。特別是黃山毛峰，清朝名茶，盛產(chǎn)于安徽省歙縣黃山一帶，屬中國十大名茶之一。長期以來毛峰茶生產(chǎn)以家庭作坊式，手工炒制，簡易單機設(shè)備人工輔助加工為主體，產(chǎn)能低、勞動強度大、品質(zhì)不一，無法滿足市場消費者的需求[1]。

進入2000年以后，隨著國內(nèi)茶產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化和調(diào)整，規(guī)模化、品牌化、產(chǎn)供銷經(jīng)營為一體的生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展較快。為提高產(chǎn)能和茶葉品質(zhì)，根據(jù)國內(nèi)毛峰茶葉和其他條形茶類的加工工藝的特點，通過市場調(diào)研認證、制茶工藝技術(shù)的研究和關(guān)鍵設(shè)備的創(chuàng)新研發(fā)，整合最新成套設(shè)備和集成控制技術(shù)研發(fā)出適合毛峰茶加工的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線采用茶鮮葉保質(zhì)、流量控制、溫濕度控制、參數(shù)化界面設(shè)定、節(jié)能環(huán)保等先進技術(shù)，實現(xiàn)毛峰茶加工全過程從茶鮮葉原料到成品干毛茶不落地，減少了茶葉的二次污染，目前在國內(nèi)屬領(lǐng)先水平的毛峰茶連續(xù)化生產(chǎn)流水線。

圖1 黃山毛峰茶自動化生產(chǎn)線設(shè)備布置圖Fig.1 Huangshan Maofeng Tea automatic production line equipment layout

1 生產(chǎn)線設(shè)備的組成

根據(jù)黃山毛峰茶連續(xù)化加工要求，安徽黃山謝裕大茶業(yè)股份有限公司于2014年3月引進4條由浙江春江茶葉機械有限公司生產(chǎn)的毛峰茶自動化生產(chǎn)線（成套設(shè)備），見圖1，臺時產(chǎn)量每小時400公斤（干毛茶），該生產(chǎn)線于2014年5月安裝并投入使用，主要設(shè)備配置見表1。

2 生產(chǎn)線設(shè)備工藝流程

茶鮮葉攤放→殺青→冷卻除黃→揉捻→解塊→烘干（初烘）→攤涼回潮→再干→烘干（復(fù)烘）→干毛茶成品。

3 生產(chǎn)線設(shè)備主要特點

整套生產(chǎn)線研究設(shè)計充分考量毛峰茶品質(zhì)特點和工藝要求，采用國內(nèi)較成熟的毛峰茶生產(chǎn)模式，通過改變加工工藝技術(shù)、污染控制技術(shù)、節(jié)能環(huán)保技術(shù)、連續(xù)化設(shè)計技術(shù)、集成控制技術(shù)和關(guān)鍵核心設(shè)備的創(chuàng)新研發(fā)產(chǎn)品的配套組合，旨在提高茶葉清潔化、連續(xù)化、自動化和標準化加工技術(shù)和裝備水平，促進茶葉加工企業(yè)向“高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、安全”的技術(shù)轉(zhuǎn)型，可實現(xiàn)毛峰茶加工全過程物料定量、溫度控制、濕度控制、時間設(shè)定等自動化生產(chǎn)要求，茶鮮葉原料加工至成品干茶全程不落地，從而減輕勞動強度、減少茶葉二次污染、節(jié)約生產(chǎn)成本，提高茶葉品質(zhì)和經(jīng)濟效益。

4 關(guān)鍵工藝與產(chǎn)品研究

毛峰茶加工生產(chǎn)線投入前普遍為單機作業(yè)，各工序間物料的進料、出料、時間、溫度由人工輔助完成，從茶鮮葉通過各道環(huán)節(jié)到成品干茶，由于沒有相應(yīng)的保證措施和手段，無法保證茶葉的產(chǎn)品質(zhì)量。針對毛峰茶加工設(shè)備不配套，工藝落后，勞動強度大，品質(zhì)下降等諸多因素研究并開發(fā)了毛峰茶自動生產(chǎn)線，保證了茶鮮葉的質(zhì)量和衛(wèi)生要求的質(zhì)量指標，各工序銜接由間隙加工實現(xiàn)連續(xù)加工。其主要技術(shù)特點為工藝先進，程序控制系統(tǒng)完整合理，物料平衡，各點實現(xiàn)自動控制，全程通過物料定量、溫度控制、時間設(shè)置實現(xiàn)自動化生產(chǎn)要求。整條生產(chǎn)線實現(xiàn)茶葉不落地，減少茶葉加工過程二次污染，達到清潔化的生產(chǎn)條件。其優(yōu)點如下：①整套設(shè)備根據(jù)黃山毛峰茶工藝要求，通過加工原料的平衡計算，確定其生產(chǎn)指標與設(shè)備的配套；②各工位聯(lián)接采用先進的工藝技術(shù)進行合理匹配；③采用最佳工藝參數(shù)，根據(jù)毛峰茶加工過程物料的動態(tài)變化確定溫濕度的自動控制條件；④生產(chǎn)線主要設(shè)備的選型匹配合理，各工序之間的卸裝、安裝、維護方便，定量分配和傳送輔機及機電一體化程序控制精準；⑤主要技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新：研究開發(fā)了大型茶鮮葉攤青保質(zhì)設(shè)備、冷風氣流垂直體結(jié)構(gòu)冷卻除黃設(shè)備、集電環(huán)碳刷結(jié)構(gòu)的電熱殺青設(shè)備、自動稱量裝置、程序控制組合式揉捻設(shè)備、搭接式自動烘干設(shè)備、除塵裝置、余熱回收裝置、茶葉再干設(shè)備、DCS控制系統(tǒng)等。

表1 黃山毛峰1條生產(chǎn)線的設(shè)備配置Table 1 Production line equipment configuration of Huangshan Maofeng Tea(one line)

5 生產(chǎn)線成套設(shè)備單元簡介

5.1 茶鮮葉自動攤青機組

根據(jù)茶鮮葉攤青的工況和毛峰茶實際要求，設(shè)計采用單層式自動攤青機組，主要由送葉斜輸送機、擺動輸送機、勻葉輸送機和攤青主機及框架部分、傳動部件、控制部件等組成。茶鮮葉通過上葉輸送機送入攤青主機，主機內(nèi)自上而下攤?cè)~，至底層出葉，通過PLC控制，數(shù)字設(shè)定鮮葉儲存高度，自動定時通風降溫加濕，進出料過程使用了多套光電檢測裝置，做到鮮葉存放均勻，自動跟蹤殺青機的速度出料，整機工作全自動控制。與茶葉接觸部位都采用符合食品衛(wèi)生要求的食品膠帶及優(yōu)質(zhì)不銹鋼，提高茶葉清潔化。

該機組實現(xiàn)自動投料控制、出料控制、投料方式選擇、逐段投入、逐層投入、手動投入、滿箱解除等功能，其主要優(yōu)點：攤放量大，一次攤青4000~ 8000公斤，茶鮮葉失水均勻，保鮮保質(zhì)，是目前國內(nèi)唯一的大型自動攤青設(shè)備。

曙光農(nóng)場是新中國最早農(nóng)業(yè)標準誕生地，幾十年來，一直在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)標準化上下功夫，連續(xù)十四年糧食總產(chǎn)、單產(chǎn)不斷攀升。然而，豐產(chǎn)并不代表豐收。受加工技術(shù)、市場銷路等因素影響，農(nóng)場每年只有10%左右的農(nóng)作物通過加工轉(zhuǎn)化成農(nóng)副產(chǎn)品，提高產(chǎn)品附加值，而90%的糧食直接面向市場銷售。2016年國家取消了玉米臨儲制度，在遼寧、吉林、黑龍江、內(nèi)蒙古實行生產(chǎn)者補貼制度。該農(nóng)場當年玉米平均銷售價格跌至0.42元/斤，畝均效益僅112元，全農(nóng)場玉米收入較往年減少近900萬元。因此，如何做好糧食銷售成為決定職工收入的關(guān)鍵。

5.2 集電環(huán)碳刷結(jié)構(gòu)的電熱殺青機組

該殺青機組根據(jù)毛峰茶加工特點創(chuàng)新研究，主要由上葉輸送機、電子皮帶秤、勻葉振動機、滾筒主機等組成，采用遠紅外電熱管、變溫控制、隔熱保溫、電刷供電等獨特設(shè)計。機組配置排濕裝置和余熱回收裝置，減少污染，節(jié)約能源，保護環(huán)境。其主要優(yōu)點：研究改進滾筒殺青機支撐托輪接觸面材料，以高分子彈性材料接觸替代傳統(tǒng)剛性接觸，提高運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，降低了噪聲。采用（可控柜）電流調(diào)節(jié)方式，溫度控制穩(wěn)定可靠，避免了原電熱式結(jié)構(gòu)在筒體內(nèi)或在殼體間布置傳感器，溫度顯示和控制不準確也不穩(wěn)定的問題。電熱管與筒體安裝于一體，采用集電環(huán)結(jié)構(gòu)的連接方式，保溫性好，自動控溫，熱效率高。筒體轉(zhuǎn)速變頻可調(diào)，傾斜角度可調(diào)，殺青葉品質(zhì)好。

5.3 茶葉自動揉捻機組

該機組為適應(yīng)黃山毛峰茶揉捻工藝特點，率先在國內(nèi)研究開發(fā)了模塊化程序控制茶葉自動揉捻機組。跳出傳統(tǒng)單機的揉捻機概念，引入機組（機群）的設(shè)計理念。主要由上葉輸送、平輸、電子秤、移動輸、整體機架、揉捻主機、振動輸組成。通過PLC可編程程序控制對整個揉捻機組進行全過程自動控制，其主要的優(yōu)點：實現(xiàn)自動投料、自動稱量、下料、自動出料、工藝參數(shù)人機界面設(shè)置、不同時段的加壓自動調(diào)整、時間控制。在不同時段程序通過電氣轉(zhuǎn)換實現(xiàn)“無壓、輕壓、中壓、重壓”的工藝過程控制。實現(xiàn)了揉捻作業(yè)過程自動清潔化生產(chǎn)，減少人工接觸二次污染，減輕勞動強度，提高工作效率，確保茶葉品質(zhì)。

5.4 熱風脫水解塊設(shè)備

該設(shè)備打破傳統(tǒng)的冷解塊方式，研發(fā)完成具有國內(nèi)領(lǐng)先的一種熱風脫水解塊設(shè)備。主要結(jié)構(gòu)由供熱風裝置、上料輸送和進料斗、中心熱風管、金屬罩殼、解塊筒體、出料斗、調(diào)速傳動機構(gòu)、滾筒軸向限位機構(gòu)、機架、升降調(diào)節(jié)機構(gòu)等組成。結(jié)成團塊的揉捻葉隨旋轉(zhuǎn)筒體及導(dǎo)葉板的帶動，上下翻滾達到解塊的目的，同時有效去除茶葉中部分水分，有利于加快茶葉烘干速度，實現(xiàn)了解塊、脫水工藝的組合，提高茶葉品質(zhì)。其主要優(yōu)點：進入滾筒體中心風管的熱風流量及熱風溫度可分別通過調(diào)節(jié)風機進風量、蒸汽進入量來完成，筒體的轉(zhuǎn)速根據(jù)茶葉原料和工藝要求可在20~40 r/min內(nèi)任意調(diào)節(jié)，筒體的傾斜角度調(diào)節(jié)，配置自動升降機構(gòu)，滾筒體0~5°之間的角度任意調(diào)整。

5.5 連續(xù)式自動烘干設(shè)備

自動烘干設(shè)備加熱方式采用蒸汽換熱，由低噪聲風機供熱風，降低噪聲，節(jié)能環(huán)保。配置自動溫控裝置和冷疑水自動回用系統(tǒng)，確保熱風溫度的穩(wěn)定并提高熱效率。生產(chǎn)線具備除塵裝置和排濕裝置，減少了烘干過程塵灰和濕熱空氣對環(huán)境和茶產(chǎn)品的污染，有利于生產(chǎn)加工車間衛(wèi)生狀況。

5.6 茶葉攤涼回潮機

茶葉經(jīng)初烘干后，茶葉表面與內(nèi)部水分不一致，影響茶葉后續(xù)品質(zhì)。在自動生產(chǎn)線形成前，加工方式基本采用自然攤放和攤涼平臺，不能形成連續(xù)生產(chǎn)。本設(shè)備通過研發(fā)設(shè)計采用箱體式三層傳送帶結(jié)構(gòu)，上一層不銹鋼網(wǎng)帶加冷風機，下二層食品級膠帶，變頻調(diào)速，時間設(shè)定范圍可調(diào)，初烘干茶葉經(jīng)攤涼回潮設(shè)備的攤放，茶葉表面與內(nèi)部水分均勻一致，提高茶葉后續(xù)炒制品質(zhì)，并實現(xiàn)連續(xù)化作業(yè)。該設(shè)備在毛峰茶生產(chǎn)過程屬首次配套應(yīng)用。

5.7 茶葉滾筒式再干機

為提高黃山毛峰茶特有品質(zhì)，要求條索緊細，成套設(shè)備研發(fā)過程中，優(yōu)先采用日本蒸青煎茶生產(chǎn)線配套的中揉機進行改進設(shè)計，主要由上葉輸送、計量裝置、搓條滾筒體、整體機架、除塵裝置、出料機構(gòu)等組成。產(chǎn)品經(jīng)黃山謝裕大茶業(yè)股份有限公司楊村工場四條生產(chǎn)線配套使用，對茶葉品質(zhì)提升取得較好的效果，符合黃山毛峰茶品質(zhì)的生產(chǎn)要求。

5.8 配套輔機設(shè)備

毛峰茶生產(chǎn)線配套的提升輸送、平輸送等輔助設(shè)備，全部配置與茶葉接觸部分采用符合食品衛(wèi)生要求的食品膠帶和優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料[2]，提高茶葉清潔化。擺桿式振動替代彈簧板式振動，減低噪聲，提高使用可靠性。

5.9 集成化控制系統(tǒng)

針對黃山毛峰茶加工生產(chǎn)線實際需求，首次開發(fā)應(yīng)用了集成化控制系統(tǒng)，整個生產(chǎn)流程采用DCS控制系統(tǒng)進行集中操作、分級管理。

控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和控制程序設(shè)計結(jié)合黃山毛峰茶的工藝要求，充分理解黃山毛峰的工藝特點和選定的制茶機械的性能，考慮制茶工人的操作習慣等因素，力爭做到先進性、創(chuàng)新性和實用性，操作控制采用DCS集中控制模式；上位機采用工控機，下位機用PLC作為控制器，用485通訊網(wǎng)絡(luò)連接。

整條生產(chǎn)線包含茶鮮葉攤青、殺青機組、揉捻機組、理條機組、解塊、烘干機組、回潮、再干機組各工位配置獨立的程序控制系統(tǒng)，可根據(jù)毛峰茶不同原料的加工工藝要求，實現(xiàn)現(xiàn)場操作人機界面，參數(shù)化設(shè)定。同時，各工位控制器通過信息通訊網(wǎng)絡(luò)連接到電腦，實現(xiàn)集成中央控制。

6 黃山毛峰茶單機加工與自動化生產(chǎn)線加工產(chǎn)品感官品質(zhì)分析

智能清潔化生產(chǎn)線加工的毛峰茶，根據(jù)分級結(jié)果設(shè)定加工技術(shù)參數(shù)及標準化加工技術(shù)規(guī)程，產(chǎn)品質(zhì)量的感官品質(zhì)達到并超過原單機生產(chǎn)的品質(zhì)要求，見表2。

7 小結(jié)

該成套生產(chǎn)設(shè)備近幾年來，產(chǎn)品經(jīng)安徽黃山謝裕大茶業(yè)股份有限公司、四川龍都茶業(yè)有限公司、湖北采花毛尖茶葉有限公司、陜西東裕茶業(yè)有限公司、河南信陽五云茶業(yè)集團有限公司、廣東豐順八山鄉(xiāng)茶葉專業(yè)合作社等二十多家生產(chǎn)企業(yè)使用，性能可靠，運行良好，符合毛峰茶生產(chǎn)的工藝和品質(zhì)要求，提高工效、減少勞動生產(chǎn)力，并實現(xiàn)智能清潔化生產(chǎn)，市場前景較好。

毛峰茶成套設(shè)備通過近幾年來國內(nèi)茶葉生產(chǎn)企業(yè)使用，具有降低勞動力和生產(chǎn)成本，緩解用工需求，提高生產(chǎn)效率，提升茶葉衛(wèi)生指標和茶葉品質(zhì)的特點。經(jīng)實際的生產(chǎn)驗證，較傳統(tǒng)單機產(chǎn)品節(jié)能20%以上，并實現(xiàn)節(jié)能減排，增加企業(yè)的利潤率。工效比傳統(tǒng)的單機作業(yè)提高3~5倍以上，自動化程度高，符合毛峰茶連續(xù)自動化生產(chǎn)加工要求，具有較好的市場應(yīng)用前景。

表2 黃山毛峰茶單機和生產(chǎn)線加工產(chǎn)品質(zhì)量感官審評結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of Maofeng Tea by single machine and production line

[1] 任廣鑫，寧井鉻，吳衛(wèi)國，等.黃山毛峰茶連續(xù)化生產(chǎn)線加工工藝參數(shù)的研究 [J].安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2013，40（1）: 124-129.

[2] 黃建琴，丁勇，王昶.祁門紅茶自動化加工關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究[J].中國茶葉加工，2012（4）:15-17.

Development and Application of Maofeng Tea Automatic Production Line Equipment

ZHOU Ren-gui，ZHENG Shu-li，HE Li-jun，ZHANG Lu
（Zhejiang Chunjiang Tea Machinery CO.LTD.，Hangzhou 311422，China）

In order to meet the market demands from the industrialization of Maofeng Tea production and processing.Research of Maofeng Tea automatic production line equipment was carried out.This paper systematically introduced the principle and structure of Huangshan Maofeng Tea production line equipment and the process unit equipment technology and integrated control technology.In addition，sensory evaluation of the Maofeng Tea processing by single processing and continuous production line processing were also compared.The sensory evaluation results showed that products processed by continuous production line processing were better，which had good market prospects for promotion and application.

Maofeng Tea；Automatic；Manufacturing equipment；Development and Application

TS272.5+1；TP23

A

2095-0306（2016）06-0043-05

中國茶葉加工 2016（6）:43-47

2016-08-05

周仁桂（1957-），男，高級工程師，主要從事茶葉機械設(shè)計與研究。