茶葉揉捻自動化控制設備的技術分析

任曉娜（成都紡織高等專科學校，四川成都 610000）

茶葉揉捻自動化控制設備的技術分析

任曉娜
（成都紡織高等專科學校，四川成都 610000）

茶葉制作工序比較繁多，每個工序的完成質量都決定著茶葉的產品效果。其中揉捻工序是茶葉加工的關鍵，受到傳統人工操作的影響，茶葉質量難以得到保證。在這種情況下，需要進一步提升茶葉的自動化控制技術。本文首先對茶葉揉捻設備的發展進行了概述，然后總結了將傳統機械揉捻設備改進為自動化控制設備的技術方法。

茶葉揉捻；自動化控制設備；應用技術

作為茶葉加工的主要程序，傳統的揉捻方法一般是采用手工操作，后來發明了木質的揉捻裝置，茶葉加工效率大大提升。隨著茶葉需求量的增加，以及加工技術的日漸成熟，機械式的茶葉揉捻裝置日漸成熟。但是初期的機械式揉捻設備也有自身的缺陷，因為操作工人在實際的茶葉加工過程中，必須通過手柄裝置來操控機器，如果工作時間比較長，那么勞動強度就會很大，不僅出現手臂酸痛等身體上的不良反應，而且茶葉的質量也難以得到保證。比如塑性不符合規定要求，內部纖維組織破壞嚴重等。在后期的發展過程中，為了不斷提升茶葉的品質，自動化揉捻裝置被研究出來。

1　茶葉揉捻設備的發展

我國是茶的起源地，不管是茶葉的種植量還是需求量都非常高，為了提升茶葉產生，研制出來大量的自動化加工設備，其中茶葉揉捻裝置大大提升了茶葉的加工效率，并且能夠很好地保證茶葉的成品質量。在我國主要的六大類茶葉中，烏龍茶、黑茶還有紅茶以及部分綠茶和黃茶等都是需要經過揉捻這道加工工序的。揉捻的原理是經過物理活動將茶葉內部的組織細胞破壞，然后多余的茶汁會被擠出來，原本呈現為葉片狀態的茶葉就會塑造成緊密而彎曲的形態，因此茶葉揉捻也可以說是茶葉塑性。經過揉捻之后的茶葉，內部的有機物質會重新合成，這樣一來，制作完成的茶葉經過沖泡就會呈現出更加醇厚和持久的香氣，如果揉捻效果比較理想，那么沖泡出來的茶葉形狀會呈現出規則完整的外形，非常具有美觀性。由此可以發現，揉捻程序是茶葉加工中非常關鍵的一個環節，直接決定著茶葉的最終品質，而在揉捻過程中，控制好對內部纖維組織的破壞程度是保證茶葉質量的關鍵。傳統的茶葉揉捻設備叫做盤式揉捻機，一般是由機架、揉盤、揉桶以及加壓裝置還有傳動機構等組成。具體的運行過程如下：

將茶葉裝在揉桶中，固定在框架上的揉桶會在曲臂的帶動下按照固定的方向以及速度運行。茶葉在經過反復的揉捻之后，受到揉桶蓋的作用、揉盤的反復作用力以及揉桶的側面壓力等，茶葉的纖維組織遭到破壞，內部茶汁溢出，會逐漸被揉捻成細致規則的茶葉條。需要注意的是，在整個揉捻過程中由于揉捻機的轉動速度保持不變，那么在這種情況下，決定茶葉能夠成型的關鍵因素就是施加壓力的大小。也就是說，在揉捻時需要根據實際情況，合理的調整壓力的大小。但是由于人工操作難以控制加壓量或者減壓量，很難保證后期的成型效果。后來發明研制出來了以集成數字化技術和PLC控制技術為主要的自動化揉捻設備，從而實現了整個揉捻過程的自動化操作，不需要大量的人工參與，同時壓力施加能夠進行良好的控制，有效彌補了傳統機械式揉捻裝置的不足，極大的降低了勞動強度并提高了揉捻質量。下文主要對自動化揉捻設備的運行技術進行分析。

2　揉捻自動化設備的關鍵技術分析

第一，加壓問題是傳統機械設備中急需解決的關鍵問題之一，也是影響茶葉加工質量的重要環節。可以用恒定啟動加壓代替原來的彈簧加壓裝置，利用氣缸加壓蓋在揉捻過程中對茶葉施加壓力，如果需要改變壓力大小，只需要調節電磁閥以及調壓閥的參數就行了。

第二，在揉捻設備中引用PLC技術，也就是可編程邏輯控制器。利用該技術能夠根據揉捻需要調整加壓的力度，并設置加壓時間，這樣一來，就可以進行更具針對性的自動化操作。

第三，將傳統機械設備中的人工加料，改為揉捻機自動加料，利用PLC技術可以控制壓蓋的上升時間、以及壓蓋的開啟與加料完成后的關閉時間。

第四，茶葉揉捻完成之后，可以利用PLC技術實現自動出茶，就是建立一套受PLC技術控制的氣動回轉缸，同時還帶有機械放大裝置，這樣就實現了自動出茶技術的應用。

3　自動揉捻機的結構特點分析以及具體的結構設計方案

3.1結構

自動揉捻機主要由以下部分組成：1.揉盤和出茶門部件；2.揉桶和框架部；3.加壓壁自動的升降和開合裝置；4.加壓臂自動升降定位裝置；5.自動加壓裝置；6.氣動限位裝置；7.主動力傳動裝置；8.皮帶秤。

3.2操作步驟

設備啟動之后，出茶門會自動關閉，揉桶達到系統設定的位置之后，會停止運轉，等待自動加料；加壓蓋自動開啟，經過自動皮帶秤稱量之后的茶料會自動投入到揉桶中，關閉加壓蓋；然后揉桶開始進行回轉作業，在回轉過程中，壓蓋會在不同的加工階段對茶葉施加力度、時間不同的壓力，這樣就能夠滿足不同的加工等級需求。揉捻工序全部完成之后，茶門自動開啟，并將揉捻完成的茶葉卸出。同時，揉桶下面安裝的毛刷可以自動將揉盤上剩余的茶末清掃出來，完成之后，自動關閉茶門。揉桶返回設定的安裝位置，并自動停止運轉。然后再重新開啟加壓蓋，開始下一個階段的揉捻作業。

3.3基于PLC的茶葉揉捻機自動控制系統設計

3.3.1設計思路

首先，電源打開之后，操作觸摸屏，在系統中輸入用戶名和密碼，進入驗證程序，驗證完成后自動進入茶葉揉捻機的控制系統。然后，根據加工需求設置相關的參數。設置完成之后啟動加工按鈕，揉捻機根據之前設定好的加工程序，會完成全程的自動化操作。一輪的操作完成后，系統會開始進行故障檢查，如果沒有問題，會等待新的參數輸入，如果等到時間到達之后，仍然沒有新的參數輸入，那么系統會重新載入上一輪設置的參數，開始通常的揉捻作業。如果在加工過程中出現任何異常情況，系統就會自動發出警報。如果因為聽到導致設備突然停止運行，那么系統會自動保存運行數據，停電之后，能夠完全恢復。如果需要暫停加工，按下暫停鍵就可以了，重新開始之后，會延續之前的加工狀態。

3.3.2系統組成

茶葉揉捻機的自動控制系統主要由四個子系統組成，分別是：上位機、下位機和調速控制、壓力控制、上下葉控制以及顯示裝置。其中，上位機是一臺和觸摸屏組成一體機的PC；下位機是一個PLC；調速控制系統是由交流電機和變頻器組成的；壓力傳感器、步進電機以及驅動器和行程開關組成壓力控制系統；上下葉的控制系統是由電磁閥、氣缸以及開關組成；文本顯示器與指示燈組成顯示系統。

3.3揉捻機自動加壓裝置設計與結構

3.3.1設計方案

安裝同步電機和同步皮帶到揉桶的加壓桿上面，連接完成之后會與加壓感組成一個整體控制系統，只需要調節同步電機就可以自動對茶葉進行加壓和減壓操作。

3.3.2操作方法

在傳統的盤式茶葉揉捻機設備的基礎上，安裝電機和皮帶組成自動加壓裝置。在茶葉加工過程中，根據加工等級的需要，最同步電機進行正反轉操作可以完成揉捻壓力的增加和減小，從而代替了傳統的人工操作，提高了茶葉的加工質量。

3.3.3加工質量對比

將經過改進后的自動加壓揉捻機和傳統的人工加壓制成的茶葉進行對比，結果如下：在人工手搖操作中，加壓和減壓花費的時間比較長，并且沒有在規定時間內完成相關的操作，同時，茶葉受到的壓力要么過大，要么過小，導致其成條率和細胞破損率不能滿足加工要求。采用自動加壓裝置的揉捻設備之后，加壓作業不受到人工操作熟練程度的影響，也不會因為工作過程中的疲勞因素而導致壓力施加不均勻，大大提升了工作效率，成條率和細胞破損率也基本符合加工要求。

3.4茶葉揉捻機的集成數字化設計

3.4.1設計原理

該設計是在傳統的機械式茶葉揉捻機的基礎上，采用CAD/ CAE/CAM集成數字化設計方法對茶葉揉捻機進行了技術改造，改造之后的設備有以下優勢：第一，設備的整體重量大大減輕，節省了制造成本；第二，將原來需要人工操縱的手柄裝置改成了電動機，主要控制電動機上的操作按鈕就可以調節揉捻的速度以及時間。同時，該技術改造之后，也有利于更好的實現PLC自動化控制。

3.4.2設計流程

第一，采用UG/CAD三維參數化建模，然后針對不同的零件特點，建立參數化模型。

第二，對設備中的各個零件進行受力、變形等性能的分析，根據進一步提升零件的性能指標，保證后期的工作穩定性以及使用壽命。

第三，對零件進行自動化設計，實際內容包括約束條件、設計變量以及目標函數等，主要目的是滿足運行需求，并減少零件的實際所需重量，從而節約設備的制造成本。

第四，為了保證零件加工方式的合理性，可以采用計算機輔助軟件對關鍵零件進行加工仿真模擬，及時發現加工過程中可能會出現的各種問題，并進行工藝改良，一方面是提高加工質量，另一方面是能夠有效避免因為加工方式不合理而導致的機床損壞等不良現象。

第五，零件組裝之前進行規格和質量的檢測，并采用計算機軟件模擬茶葉揉捻機的運動過程，提高在實際運行過程中設備性能的可靠性以及各個零部件的穩定性。

4　結論

我國的茶葉制作技術經過長期的發展，變得愈加成熟，自動化設備逐漸代替傳統的需要大量人工操作的機械設備，成為保證茶葉加工品質的關鍵。和傳統的加工方法相比，利用自動化系統控制以及經過工藝改良之后的茶葉揉捻裝置，不僅將茶葉工人從大量繁重的加工作業中解放出來，還節省了加工時間，茶葉成品質量也大大提升，有利于促進我國整體制茶技術的進步。

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任曉娜（1979-），女，四川成都人，碩士，講師，研究方向：自動化與傳感器檢測。