茶葉拼配設備研究及推廣應用*

陳 昆 ，楊韓暉 ，楊云福 ，王文燦 ，楊永華 ，廖增強 ，丁 凡 ，高 謙

（云南省農業機械研究所，云南 昆明 650031）

0 引言

茶葉是世界三大無酒精飲料之一，全球茶葉消費量以每年3%~5%的增幅隨著茶葉生產量的增長而同步增長，21世紀將是茶飲料的天下[1]。隨著末端消費量的不斷增加和消費群體食品安全意識的逐步增強，茶葉加工企業在產量和品質方面也將面臨不小的挑戰。為了能夠在保證成品茶產量和品質的前提下，適應茶產業的快速發展，新技術和新方法不斷得到應用，茶葉拼配質量的標準化、機械化、智能化成為發展趨勢[2-6]。

由于加工機械市場產品日新月異的變化和終端消費市場對產品開發需求的升級，茶葉加工企業需要不斷更新加工機械設備來滿足市場需求[7]，加之近幾年加大對茶葉加工設備的研發力度，初加工設備（殺青機、萎凋機、揉捻機等）和精加工設備（靜電除雜機、風選除雜機、圓篩機、抖篩機等）技術較為成熟，加工作業效果顯著，為茶企降本增效、推動中國茶葉發展起到關鍵作用。雖然茶葉加工設備發展迅猛，但茶葉智能拼配設備依舊還是茶葉精加工設備中的一個短板，制約著茶葉加工實現全程機械化的進度。

茶葉拼配是將具有不同品質特征、加工工藝的茶混合搭配，通過協調質量與體積的比例關系，使其外形、湯色、滋味進一步提升的技術[8]。茶葉通過拼配能夠有效降低生產成本、提高經濟效益、穩定產品質量、研發特色產品、提高市場競爭力[9]。茶葉拼配目前是大部分茶葉精加工過程中一道必不可少的工序，由于目前市場上拼配設備選擇性少或者設備成本較高，導致現在多數茶廠拼配依舊采用人工方式進行打堆拼配。人工拼配雖然短期投入較低，但是存在拼配不均勻、碎茶率較高、占用場地面積較大、拼配過程中揚灰嚴重、對生產環境影響較大且拼配效率較低的問題。結合王國海[10]對滾筒勻堆機和鮑麗云[11]對箱式茶葉勻堆機的分析說明，通過對市場上拼配機的需求特點進行調研后，積極開展對茶葉拼配設備的研發工作。

1 主要設備研發

茶葉拼配設備是目前茶葉精加工設備中急需升級的關鍵設備，而拼配設備研發面臨的主要難題一個是確保拼配精度，另一個是保證拼配的均勻度以及盡可能降低損耗。

為了使茶葉拼配設備在拼配過程中能夠均勻上料，并且能夠確保拼配精度，課題組自主研發了具備測速和監測物料功能的上料輸送機以及具備去除碎茶功能的混料振動機。

1.1 上料輸送機

該上料輸送機與常規輸送機不同的地方在于該輸送機安裝有物料接近光電開關、聲光報警器、編碼器、物料深度調節裝置和物料監測光電開關等部件。物料接近光電開關和物料監測開關都是起到監測物料的作用，編碼器的作用是測出輸送機皮帶的實時速度，物料深度調節裝置的作用是控制物料的厚度，聲光報警器起到提醒操作人員添加物料的作用。上料輸送機如圖1所示。

圖1 上料輸送機

該輸送機能夠按量進行物料輸送的工作原理是根據物料的容重、皮帶的速度和物料的深度來控制物料進料的多少。在使用前，先要測出各個物料的容重，然后確定各個物料的拼配的比例和產量，然后將耙齒輥的高度調整到一致，通過單一控制皮帶的速度來控制不同比例的物料的進料量。當物料拼配比例相差較大時，可以通過物料深度調節裝置來進行調整，保證輸送帶的速度在電機的可調速度范圍內。

把物料容重、拼配物料比例和產量等數據輸入中控屏中，通過程序中的算法便能夠自動算出各個輸送機的運行頻率值。編碼器實際測得的皮帶的速度則會給出反饋信號，對變頻器的頻率值不斷進行修正，以減少拼配誤差。當各臺輸送機皮帶以不同的速度運行時，物料接近光電開關接收到物料的信號時，此臺輸送機皮帶便會停止運行，等到所有運行的輸送機上的物料接近光電開關都檢測到物料的時候，所有的輸送機便開始同時運行，確保不同運行速度的輸送機能夠同時落料。當物料監測光電開關監測到物料缺少時，給出反饋信號，聲光報警器便會運行，提醒操作人員添加物料。

1.2 混料振動機

該混料振動機在設計時，面板采用整張的魚鱗板設計，魚鱗板的設計不僅有混料的作用，同時能夠將茶葉中摻雜的碎末去除。與常規的篩網相比，魚鱗板不存在堵茶的情況，而且板面為整張板采用沖壓工藝制成，不會破損，美觀耐用。采用振動電機作為驅動系統，通過給振動電機配備變頻器，可對振動電機的頻率進行調整，這樣在使用中可以結合物料屬性、混料均勻程度、物料運動情況等因素，對振動機的控制變頻器進行頻率調整，以達到最佳的作業效果。混料振動機如圖2所示。

圖2 混料振動機

2 拼配生產線設計

拼配生產線主要設備有上料輸送機、匯料輸送機和混料振動機，上料輸送機的數量可根據客戶需求增減，也可以根據客戶需求選裝除塵設備。在生產線布局設計時，上料輸送機采用對稱布置，物料在落料的時候，會沿著出料口向下滑落，對稱布置的兩臺輸送機上的物料在落料的時候會相互堆疊，并列布置的輸送機上的物料也會相互堆疊。不同的物料經過上料輸送機按照不同比例輸送落料，物料之間相互堆疊落在匯料輸送機上，匯料輸送機將物料輸送到混料振動機上，經過混料振動機的振動，將堆疊的物料抖散，以達到混合物料的目的。在整個過程中產生的茶葉碎末，經過混料振動機上的魚鱗板也能夠被有效去除，進而提高拼配后茶葉的品質。拼配生產線布置如圖3所示。

圖3 拼配生產線布置圖

整條生產線布局合理，最大程度上節省占地空間，且各個上料輸送機內的物料均能夠產生堆疊的情況，后續經過混料振動機的作用，能夠將不同物料均勻混合。所有設備的制作材料均選用符合食品安全要求的材料，采用模塊化方式生產各臺設備，可根據客戶需求隨意選擇上料輸送機數量。現場安裝時只需要將各臺設備按照設備布置圖拼接起來即可，完成所有動力線和信號線的接線工作，便可以對整條生產線運行調試，整條線滿負荷功率不超過6 kW，運行成本低。若加裝除塵設備，能夠較大限度地減少揚塵，切實實現節能環保。

3 拼配生產線推廣應用

茶葉現代加工和生產的目的是使用更少的人力、物力和資源高效生產出質量高、經濟效益好的茶品[12]。拼配生產線在作業生產時，只需要一個工人操作即可，將大幅降低茶企在生產上的人工成本；生產時，直接按照茶葉拼配配方要求，將所需要的茶葉放置在各臺上料輸送機內即可，可直接對拼配好的茶葉進行包裝或者進行下一道加工工序。在茶葉拼配過程中不再需要安排人員和場所進行打堆拼配，六口上料輸送機的拼配生產線的產量超過1 500 kg/h，與人工相比，不僅效率大幅提高，而且在降低茶葉損耗方面效果尤為突出。

經過對拼配生產線的不斷改進和推廣，大部分茶企開始進一步了解茶葉拼配設備。拼配生產線的應用，實現拼配和靜電除雜、風選除雜等設備連線生產加工，很大程度上解決了采用人工揀剔雜物、打堆拼配或半機械、半自動化生產方式產生的斷碎率高、損耗率高、拼配不均勻、夾雜物含量超標等問題[2]。目前，拼配生產線在云南勐海、云南鳳慶、福建武夷山等地區均有使用，根據客戶使用反饋，拼配效果完全能夠達到茶企要求。云南鳳慶茶葉生產線的布置最符合現代化加工要求，基本實現全程機械化加工，該茶葉生產車間是實現機械化、自動化、智能化的數字化車間。車間設備布置平面圖如圖4所示。

圖4 設備布置平面圖

4 結語

中國是世界最大的產茶國，擁有20多個產茶省、1 000多個產茶縣。在茶葉加工連續化的產業背景和提質增效的產業需求下，茶葉機械化生產成為我國茶產業發展的必經之路[13]。茶葉在實現機械化生產的過程中，智能拼配生產至關重要，在研究智能拼配生產線的過程中，課題組經過一系列調研和試驗，最后確定相關設備設計方案。在設備設計過程中，考慮到茶企對茶葉加工設備要求的不斷提高，融入節能化、輕便化、降污化、人性化、集成化、美觀化等現代設計要素，在已有加工設備的基礎上改進更新，在部分方面進行改革創新。而在設備操縱系統中需要結合現代智能技術，實現智能化操作及數字化管理。

目前，該拼配生產線在多家茶廠已投產使用，客戶使用反饋效果較好，后續也將結合客戶提出的建議，對現有設備不斷進行改進，縮短設備更新迭代周期。此外，將加大對該設備的推廣力度，不斷增加客戶對智能拼配設備的了解和認可。

隨著茶葉在終端消費圈的日益興起以及國家和地方政府對茶產業重視程度的不斷提升，加之茶葉種植補貼以及購機補貼政策的逐步落地，將會有更多的科研人員投身于與茶葉相關的行業中。相信在相關人員的共同努力下，將縮短茶葉精制設備更新迭代周期，提高設備推陳出新的頻次，進一步促進茶產業高質量發展。