茶葉拼配設(shè)備研究及推廣應(yīng)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(nóng)業(yè)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(chǎn)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(yè)在產(chǎn)量和品質(zhì)方面也將面臨不小的挑戰(zhàn)。為了能夠在保證成品茶產(chǎn)量和品質(zhì)的前提下，適應(yīng)茶產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新技術(shù)和新方法不斷得到應(yīng)用，茶葉拼配質(zhì)量的標準化、機械化、智能化成為發(fā)展趨勢[2-6]。

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

茶葉拼配是將具有不同品質(zhì)特征、加工工藝的茶混合搭配，通過協(xié)調(diào)質(zhì)量與體積的比例關(guān)系，使其外形、湯色、滋味進一步提升的技術(shù)[8]。茶葉通過拼配能夠有效降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、研發(fā)特色產(chǎn)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(shè)備選擇性少或者設(shè)備成本較高，導(dǎo)致現(xiàn)在多數(shù)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(chǎn)環(huán)境影響較大且拼配效率較低的問題。結(jié)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(diào)研后，積極開展對茶葉拼配設(shè)備的研發(fā)工作。

1 主要設(shè)備研發(fā)

茶葉拼配設(shè)備是目前茶葉精加工設(shè)備中急需升級的關(guān)鍵設(shè)備，而拼配設(shè)備研發(fā)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(shè)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(fā)了具備測速和監(jiān)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(guī)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(guān)、聲光報警器、編碼器、物料深度調(diào)節(jié)裝置和物料監(jiān)測光電開關(guān)等部件。物料接近光電開關(guān)和物料監(jiān)測開關(guān)都是起到監(jiān)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(diào)節(jié)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(jù)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(chǎn)量，然后將耙齒輥的高度調(diào)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(diào)節(jié)裝置來進行調(diào)整，保證輸送帶的速度在電機的可調(diào)速度范圍內(nèi)。

把物料容重、拼配物料比例和產(chǎn)量等數(shù)據(jù)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(guān)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(guān)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(jiān)測光電開關(guān)監(jiān)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(shè)計時，面板采用整張的魚鱗板設(shè)計，魚鱗板的設(shè)計不僅有混料的作用，同時能夠?qū)⒉枞~中摻雜的碎末去除。與常規(guī)的篩網(wǎng)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(qū)動系統(tǒng)，通過給振動電機配備變頻器，可對振動電機的頻率進行調(diào)整，這樣在使用中可以結(jié)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(diào)整，以達到最佳的作業(yè)效果?；炝险駝訖C如圖2所示。

圖2 混料振動機

2 拼配生產(chǎn)線設(shè)計

拼配生產(chǎn)線主要設(shè)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(shù)量可根據(jù)客戶需求增減，也可以根據(jù)客戶需求選裝除塵設(shè)備。在生產(chǎn)線布局設(shè)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)生的茶葉碎末，經(jīng)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(zhì)。拼配生產(chǎn)線布置如圖3所示。

圖3 拼配生產(chǎn)線布置圖

整條生產(chǎn)線布局合理，最大程度上節(jié)省占地空間，且各個上料輸送機內(nèi)的物料均能夠產(chǎn)生堆疊的情況，后續(xù)經(jīng)過混料振動機的作用，能夠?qū)⒉煌锪暇鶆蚧旌?。所有設(shè)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(chǎn)各臺設(shè)備，可根據(jù)客戶需求隨意選擇上料輸送機數(shù)量?，F(xiàn)場安裝時只需要將各臺設(shè)備按照設(shè)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(chǎn)線運行調(diào)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(shè)備，能夠較大限度地減少揚塵，切實實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

3 拼配生產(chǎn)線推廣應(yīng)用

茶葉現(xiàn)代加工和生產(chǎn)的目的是使用更少的人力、物力和資源高效生產(chǎn)出質(zhì)量高、經(jīng)濟效益好的茶品[12]。拼配生產(chǎn)線在作業(yè)生產(chǎn)時，只需要一個工人操作即可，將大幅降低茶企在生產(chǎn)上的人工成本；生產(chǎn)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(nèi)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(chǎn)線的產(chǎn)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(jīng)過對拼配生產(chǎn)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(shè)備。拼配生產(chǎn)線的應(yīng)用，實現(xiàn)拼配和靜電除雜、風選除雜等設(shè)備連線生產(chǎn)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(chǎn)方式產(chǎn)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(chǎn)線在云南勐海、云南鳳慶、福建武夷山等地區(qū)均有使用，根據(jù)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(chǎn)線的布置最符合現(xiàn)代化加工要求，基本實現(xiàn)全程機械化加工，該茶葉生產(chǎn)車間是實現(xiàn)機械化、自動化、智能化的數(shù)字化車間。車間設(shè)備布置平面圖如圖4所示。

圖4 設(shè)備布置平面圖

4 結(jié)語

中國是世界最大的產(chǎn)茶國，擁有20多個產(chǎn)茶省、1 000多個產(chǎn)茶縣。在茶葉加工連續(xù)化的產(chǎn)業(yè)背景和提質(zhì)增效的產(chǎn)業(yè)需求下，茶葉機械化生產(chǎn)成為我國茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路[13]。茶葉在實現(xiàn)機械化生產(chǎn)的過程中，智能拼配生產(chǎn)至關(guān)重要，在研究智能拼配生產(chǎn)線的過程中，課題組經(jīng)過一系列調(diào)研和試驗，最后確定相關(guān)設(shè)備設(shè)計方案。在設(shè)備設(shè)計過程中，考慮到茶企對茶葉加工設(shè)備要求的不斷提高，融入節(jié)能化、輕便化、降污化、人性化、集成化、美觀化等現(xiàn)代設(shè)計要素，在已有加工設(shè)備的基礎(chǔ)上改進更新，在部分方面進行改革創(chuàng)新。而在設(shè)備操縱系統(tǒng)中需要結(jié)合現(xiàn)代智能技術(shù)，實現(xiàn)智能化操作及數(shù)字化管理。

目前，該拼配生產(chǎn)線在多家茶廠已投產(chǎn)使用，客戶使用反饋效果較好，后續(xù)也將結(jié)合客戶提出的建議，對現(xiàn)有設(shè)備不斷進行改進，縮短設(shè)備更新迭代周期。此外，將加大對該設(shè)備的推廣力度，不斷增加客戶對智能拼配設(shè)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(chǎn)業(yè)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(guān)的行業(yè)中。相信在相關(guān)人員的共同努力下，將縮短茶葉精制設(shè)備更新迭代周期，提高設(shè)備推陳出新的頻次，進一步促進茶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。