公差配合與測量技術在制茶機中的應用研究

宋佳妮

（吉林電子信息職業(yè)技術學院，吉林吉林 132021）

1 制茶機應用的背景

我國自古就是茶葉的生產大國，茶葉富含人體所需的多種維生素和微量元素，以前大多數的茶葉作坊加工采用手工式，但隨著人們對茶葉的喜愛程度日益加深，手工茶葉的生產效率制約著行業(yè)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始使用制茶機生產茶葉?，F在市場上所常見的制茶機功能多樣化，好多制茶機把殺青機、揉捻機、烘干機等功能集于一身，這樣的好處就是提高了生產效率，降低了茶葉的生產成本，市場前景好，但同時也會帶來一些問題，本文通過公差配合與測量技術在制茶機中的應用的研究，解決茶葉機械化生產過程中出現的問題，已達到提升茶葉質量，降低勞動成本的目的。

2 制茶機的加工流程

制茶機制茶的步驟一般分為鮮葉—堆放—殺青—揉捏—初烘—干燥—增香等作業(yè)。按照其生產流程還可以分為：茶葉的粗加工、茶葉精加工和茶葉深加工。

茶葉初加工是指將新鮮茶葉從茶葉采摘、曬青、涼青、搖青、炒青、揉捻、烘干等一系列流程制成茶葉的過程，這個階段的茶葉稱為毛茶。茶葉初加工的質量的好壞，將直接影響成品茶葉的經濟效益。在茶葉的初加工過程中，要經過炒青、揉捻和烘干三個主要制茶工藝。茶葉種類的不同，茶葉初制的工藝技術也會有所不同。

茶葉精加工是對外形、顏色、香氣以及味道的深化加工。茶葉初加工制成的毛茶存在著長短不一、大小各異等諸多問題，茶葉精加工將毛茶進行除雜提純的過程，從中篩選出各個不同層次的茶葉。茶葉精加工屬于物理加工的過程，茶葉精加工后根據分類形成不同質量層次的成品茶。

利用多種高新技術將茶葉的副產物進行提取和再加工，得到茶或者含有茶葉內有效成分的衍生品的加工過程即為茶葉深度加工技術。茶葉的深加工技術可以充分利用茶葉資源，也可以豐富市場產品，同時也可以將茶葉的許多功能或功效不能夠在傳統的沖泡方法中得以利用，將茶頁進行深加工，可以有方向、有目的的利用這些功能。

3 公差配合技術在制茶機中的應用原則

3.1 公差

為保證零件具有互換性，在滿足使用性能的前提下，只要使同一規(guī)格零件的幾何參數在一定范圍內變動即可，這個允許零件幾何參數的變動量（范圍）稱為公差。它包括尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度。在機械設計中，常見的幾何參數有直徑、長度、寬度和角度等。為了滿足機械零件的互換性，可換零件的尺寸必須控制在標準的范圍內浮動，公差決定了這個標準范圍。零件的尺寸制造精度也取決于公差，精度隨著公差值的改變而變化，數字越小，公差等級越高，零件允許變動的范圍越小，制造越困難。

①尺寸公差，在國標中，將公差等級分為20級：IT01，IT0，IT1，IT2……IT18，其中 IT5，IT6，IT7是較常使用的高精度等級；IT8是中等精度等級，而IT9，IT10，IT11等是常見的低精度等級。

②幾何公差是圖樣中對要素的形狀和位置的最大允許變動量，即公差帶。它通常具有兩個含義：區(qū)域性和長度值。在國標中，除線輪廓、面輪廓和位置度外，其余均規(guī)定了公差等級，其中將圓度、圓柱度劃分為13個等級（0-12級）；其余公差項目劃分為 12級，精度等級隨著數字的增大而降低。

③表面粗糙度反映了零件表面的加工質量，對零件使用性能有很大的影響，如相對運動平面的摩擦與磨損等。公差等級的選則一般在滿足使用要求的前提下，盡可能選則較低的公差等級，以降低加工成本，因此選擇時應注意相關件和相配合零件的精度。

3.2 配合

配合是指公稱尺寸相同的、相互結合的孔和軸公差帶之間的關系，它決定結合的松緊程度。根據孔和軸公差帶之間的相對位置關系不同，配合可分為過盈、過渡和間隙配合三種方式。配合公差是設計人員根據相配件的使用要求確定的，配合公差越大，配合精度越低。在實際使用設計中配合方式的選擇應視具體情況來確定，例如稱量式茶葉投加裝置中托盤裝在軸上的輪形零件，軸旋轉時，輪與軸無相對運動，輪的外廓推動另一構件使其產生往復運動，此時則應選擇過渡或過盈配合。

3.3 公差配合

綜上所述，所謂公差配合指的是在間隙、過盈范圍內的變動量。在機械制造行業(yè)中，配合公差影響著配合精度。通過降低配合公差來減小配合間隙，從而提高零件的精確度。國家標準規(guī)定有基孔制和基軸制兩種配合，工程中通常優(yōu)先選用基孔制；基軸制一般只用于有明顯經濟效益的場合和結構設計要求不適合采用基孔制的場合。

3.4 公差配合與機械設計與制造的關系

在機械設計與制造中，公差配合的主要應用體現在控制零件精度、評估零件表面質量兩個方面。在精度控制方面，加工條件的不同會導致零部件幾何參數有所不同，因此要選取合理的公差保證零部的精度。通常在行業(yè)中較為常用的精度包括尺寸精度、位置精度和幾何形狀精度。在零件表明質量評估方面，主要是分析產品誤差?？梢?，公差配合對機械設計與制造具有非常重要的影響。

3.5 公差配合技術在制茶機中的應用原則

公差配合在制茶機的生產起著非常重要的作用，公差的確定直接影響茶葉質量及成本，若制茶機的公差過大，機器的運動不規(guī)則，將會影響成茶后茶葉的顏色和口感。若制茶機的公差過小，影響生產的效率，降低茶葉的產值。制茶機的裝調與公差配合有著非常重要的聯系。

制茶機功能質量及零件互換性不僅與其尺寸精度有關，而且與制茶機零件的形狀精度和位置精度以及整體表面粗糙度的等級密切相關。為了控制制茶機零件幾何參數的位置和形狀誤差，同時也是為了提高制茶機的精度和使用壽命，保證安全生產，我們在進行公差配合分析的工作，要考慮到諸多的因素。

公差配合分析的步驟一般分為：第一設定起始公差值；第二根據制茶機零件的實際公差配合的分布特征以及在制茶機裝調過程中的裝配公差的累積條件進行公差分析；第三要對制茶機裝配公差進行可行性檢驗；第四保證制茶機的安全使用為前提，選擇最優(yōu)經濟性能作為制茶機裝調的依據。

圖一 制茶機的公差分析

目前茶葉規(guī)模的生產基本上實現了半自動化，其中，傳統的鍋式殺青技術因為茶葉表面不凈產生黃葉、生產效率低、只能單獨作業(yè)等問題而逐漸被淘汰。滾筒制茶機是目前綠茶加工中應用最為廣泛的一款制茶設備，它采用了整體式的設計結構，機身中帶有一個長柱形金屬滾筒，內部裝有用于茶葉進出口、翻葉的三段不同角度的螺旋形導葉板和用于控制出葉時間的傾斜角調節(jié)機構，底部裝有輪子，整機安裝移動方便。在進行生產操作之前，需要對制茶機組的傾斜角度進行調節(jié)和設定，根據不同制茶量的多少，來相應的設置角度值。一般按照燃料的不同，將滾筒殺青機分為電熱式和柴煤式殺青機兩種。一般煤式殺青機的滾筒底部裝有小型助燃鼓風機和鑄鐵爐柵加熱裝置，更加利于茶葉溫度特點進行分級。綠茶的殺青時間一般按照經驗應該掌握在60-120秒為宜。當溫度達到85℃時，綠茶中的酶會完全失去催化作用的活性。

制茶機滾筒的受力分析計算如下：

在工程力學中，滾筒受力時筒壁內任一點的徑向位移計算如下：

式中：u：受壓力時滾筒的徑向位移；

μ：滾筒材料的泊松比；

a：滾筒的內徑；

b：滾筒的外徑；

P1：滾筒的內壓力；

P2：滾筒的內壓力；

E：滾筒材料的彈性模量；

r：滾筒任一處的半徑。

滾筒式制茶機包括茶葉料斗、雙滾筒機構、托盤機構、連桿機構、翻盤機構和杠桿限位機構等。當制茶機裝置工作時，通過動力裝置輸入動力，齒輪滾筒向內旋轉，茶葉料斗內茶葉經兩滾筒間隙落入托盤中，當托盤機構中茶葉重量達到設定值時，制茶機杠桿尾部抬起，紅外線接通時，動力裝置輸入被切斷，添加茶葉停止。電機啟動并帶動撥桿撥動茶葉托盤，托盤翻轉，托盤中茶葉落下?，F在大部分的制茶機都有稱量投加機構，茶鮮葉投加量可以定時定量進行控制，使出茶的量得到控制。如下圖所示：

圖二 滾筒制茶機

對于制茶機的滾筒的公差分析，要考慮滾筒內壁的收縮量的影響，同時，在裝配和工藝上采取措施，保證其配合性質不變，可以考慮對制茶機滾筒的公差進行必要的修正，可以上移滾筒內孔的最大極限尺寸，或者下移配合件的最小極限尺寸，減少配合件的公差。

制茶機滾筒的在烘干茶葉過程中，也要考慮熱變形對于制茶機零件的影響，當制茶機的工作溫度保持在80°C—130°C時，制茶機能夠安全溫度的運行，但是，當工作溫度偏離標準溫度時，精度會降低。所以，在對制茶機的公差分析時，也考慮到制茶機中熱源的存在和影響，溫度是制茶機的最為重要的參數之一，左右著茶葉水分散失的速度。如果工作溫度一般會高于標準溫度，因此公差分析中準確預測和計算熱變形的影響。

4 常見制茶機的故障及解決辦法

4.1 制茶機出現茶門漏茶的故障

一般出現這種故障是由于出茶口有異物產生的，大多數是由于茶門處堆積了茶塵，也有可能是茶門的彈簧失去彈性，亦或者是茶門由于長時間的應力作用，產生了變形。解決此類問題的辦法：（1）去除茶門的茶塵（2）更換茶門彈簧（3）更換茶門。

4.2 機體振動嚴重的故障

一般出現這種故障一是可能滑套或者導軌磨損，達不到工作時的公差中平行度的要求，無法安全有效的工作。二是制茶機連桿或者銷軸磨損，達不到工作時的公差中的定位的要求。解決此類問題的辦法：（1）更換導軌和滑套（2）更換連桿和銷軸。

4.3 溫度調節(jié)失靈的故障

一般出現這種故障一是線路故障；二是電加熱管出現故障，三是制茶機的電壓出現問題。解決此類問題的辦法：（1）檢查線路，更換有問題的線路（2）更換新的加熱管（3）檢查電壓，確保滿足工作電壓。

5 結語

隨著智能制造業(yè)的快速發(fā)展，制茶機的功能也越來強大，但是公差配合與測量技術是制造業(yè)信息化設備裝配的主要分析手段，尤其對制茶機有著極其深遠的影響，直接影響著茶葉的顏色和成茶的口感，根據制茶機的公差配合與測量技術的分析，從制茶機的裝配時產生的變形以及受熱產生的變形和加工方式等因素考慮，控制制茶機零件的裝配精度，提高茶葉生產的質量和生產效率。