宋志禹，李尚慶

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，合肥 230036）

節(jié)能型自動(dòng)化控制茶葉滾筒殺青機(jī)的介紹

宋志禹，李尚慶?

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，合肥 230036）

介紹了節(jié)能型自動(dòng)化控制茶葉滾筒殺青機(jī)的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。該機(jī)型改進(jìn)了傳統(tǒng)的加熱方式，采用面接觸熱傳導(dǎo)方式加熱，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)節(jié)殺青環(huán)境的溫濕度，不僅降低了能耗，殺青質(zhì)量較傳統(tǒng)滾筒殺青機(jī)也有大幅度地提高，適用于茶葉清潔化、連續(xù)化加工生產(chǎn)。

滾筒殺青機(jī)；節(jié)能；自動(dòng)化

我國(guó)是茶葉種植大國(guó)，也是世界上擁有茶機(jī)最多的國(guó)家之一?，F(xiàn)有的茶葉機(jī)械大多為高能耗機(jī)械，熱能損失嚴(yán)重，在當(dāng)前能源日趨緊張的環(huán)境下，降低能耗迫在眉睫。茶葉加工過(guò)程中“殺青”是耗能最大的一道工序，也是影響茶葉品質(zhì)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在殺青過(guò)程中必須利用高溫使鮮葉在極短時(shí)間內(nèi)升溫，使茶葉中的酶迅速鈍化失活，減少殺青葉出現(xiàn)紅梗紅葉的現(xiàn)象。因此，單靠降低茶葉機(jī)械供熱功率不能解決高能耗問(wèn)題反而會(huì)影響殺青效果，降低茶葉品質(zhì)。但是，如能在保證殺青質(zhì)量的前提下大幅提高茶機(jī)的熱效率，不僅能夠降低能耗，更重要的是，在當(dāng)前能源日趨緊張的情況下保護(hù)了生態(tài)和能源資源[1]。

目前所廣泛使用的滾筒殺青機(jī)能耗居高不下，熱效率只有35%左右，且時(shí)常伴有茶葉粘筒焦葉，殺青葉帶有水悶氣的現(xiàn)象。同時(shí)，傳統(tǒng)加工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度大，茶葉殺青品質(zhì)的高低主要取決于操作工人的經(jīng)驗(yàn)與操作水平，茶葉質(zhì)量很難得到保證。提高生產(chǎn)效率，降低加工成本，茶葉殺青設(shè)備的連續(xù)性、自動(dòng)化程度越來(lái)越受到重視，低能耗、智能化控制的連續(xù)型茶葉殺青機(jī)的研制勢(shì)在必行。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

節(jié)能型自動(dòng)化控制茶葉滾筒殺青機(jī)由筒體，加熱裝置，溫濕度監(jiān)測(cè)裝置，自動(dòng)化控制裝置，動(dòng)力裝置等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 節(jié)能型自動(dòng)化控制茶葉滾筒殺青機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.筒體 2.加熱裝置 3.出料口 4.機(jī)架 5.濕度監(jiān)測(cè)裝置 6.支撐移動(dòng)裝置7.溫度監(jiān)測(cè)裝置8.自動(dòng)控制裝置 9.動(dòng)力裝置 10.排濕裝置 11.輸電裝置

2 工作原理

該設(shè)備同其它電加熱滾筒殺青機(jī)的工作方式相類(lèi)似：鮮葉連續(xù)的從滾筒進(jìn)葉端進(jìn)入，一邊前進(jìn)一邊吸收熱量，蒸發(fā)水分，在筒壁熱量及水分蒸發(fā)創(chuàng)造的濕熱環(huán)境下鮮葉迅速萎軟殺熟，酶活性迅速終止，從而達(dá)到殺青的目的。在整個(gè)殺青過(guò)程中，溫濕度監(jiān)測(cè)裝置不斷把即時(shí)數(shù)據(jù)傳送給自動(dòng)化控制裝置進(jìn)行分析處理，然后按照設(shè)定好的程序自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱裝置的開(kāi)關(guān)，使?jié)L筒進(jìn)葉段形成高溫區(qū)，中后段形成低溫區(qū)，達(dá)到茶葉殺青“先高后低”的工藝要求。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)排濕裝置控制滾筒內(nèi)的水蒸汽含量，有效減少殺青葉帶有“水悶氣”現(xiàn)象的發(fā)生。

3 主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3.1加熱裝置

加熱裝置由七個(gè)相同的加熱圈組成，按照“前三，中二，后二”的方式固定在筒體的外壁，覆蓋面積達(dá)50%以上，開(kāi)機(jī)預(yù)熱能在20min之內(nèi)達(dá)到殺青溫度要求。由于加熱圈采用分段式分布，加熱時(shí)使?jié)L筒前端形成高溫區(qū)，中后端形成低溫區(qū)，滿足茶葉殺青“先高后低”的工藝要求，且在殺青的過(guò)程中自動(dòng)化控制裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱圈的開(kāi)關(guān)，有效的掌握殺青溫度，減少殺青葉焦邊，爆點(diǎn)，殺青不足等現(xiàn)象發(fā)生。

目前流行的電加熱管供熱的滾筒殺青機(jī)按照電熱管分布方式可劃分為兩種，一種是加熱管與滾筒同步旋轉(zhuǎn)（圖2-a），另一種是加熱管固定滾筒獨(dú)立旋轉(zhuǎn)（圖2-b）。第一種方式加熱管與滾筒的接觸方式為線接觸，依靠傳導(dǎo)方式進(jìn)行傳遞的熱量很少，大部分熱量的傳遞還是依靠對(duì)流和輻射傳熱，熱能損失很大。第二種方式其熱量傳遞完全依靠對(duì)流和輻射傳熱來(lái)完成，熱能的損失更大。節(jié)能型滾筒殺青機(jī)采用的加熱圈與滾筒的接觸方式為面接觸（圖2-c），加熱圈與滾筒同步旋轉(zhuǎn)，熱量傳遞方式主要為熱傳導(dǎo)。在傳熱學(xué)中，熱量傳遞的方式分為傳導(dǎo)，對(duì)流和輻射，固體與固體之間熱量傳遞效率最高的方式是熱傳導(dǎo)。因此采用加熱圈供熱的節(jié)能型滾筒殺青機(jī)熱效率最高，同時(shí)在滾筒外側(cè)輔以石棉層隔熱使熱能損失進(jìn)一步降低，達(dá)到節(jié)能的目的[2]。圖2為三種滾筒殺青機(jī)熱源布置方式示意圖。

3.2濕度監(jiān)測(cè)裝置

滾筒殺青機(jī)進(jìn)行殺青作業(yè)時(shí)內(nèi)部溫度長(zhǎng)時(shí)間高于150℃，普通濕度傳感器在此高溫下無(wú)法正常工作。為了保證在高溫環(huán)境（150℃以上）下，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)濕度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，新型滾筒殺青機(jī)選用高溫型感濕元件作為測(cè)濕傳感器，配合風(fēng)機(jī)降溫、風(fēng)機(jī)抽氣等處理，將溫度最高可達(dá)幾百度（150℃～600℃）的氣體從被測(cè)環(huán)境中通過(guò)風(fēng)機(jī)抽到一個(gè)和高溫測(cè)濕裝置相連接的管道內(nèi)，經(jīng)過(guò)降溫處理到200℃以?xún)?nèi)，接著被送到一個(gè)密封的采樣室內(nèi)（測(cè)濕傳感器就在這里），然后進(jìn)行濕度測(cè)量。整個(gè)測(cè)量過(guò)程是在完全密閉的環(huán)境下進(jìn)行，在沒(méi)有濕度損耗的情況下，就不會(huì)對(duì)測(cè)濕度產(chǎn)生大的影響，所測(cè)得濕度和原有被測(cè)介質(zhì)中的濕度是高度一致的。采用這種方式就能得到一個(gè)超高溫環(huán)境下的濕度，數(shù)據(jù)經(jīng)自動(dòng)化控制裝置分析處理后，按照程序設(shè)定自動(dòng)調(diào)節(jié)排濕裝置開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滾筒內(nèi)水蒸汽的含量，使殺青葉無(wú)水悶氣，提高茶葉品質(zhì)。

圖2 三種滾筒殺青機(jī)熱源布置方式示意圖1.殺青滾筒 2.電加熱管 3.隔熱層 4.電加熱圈

3.3溫度監(jiān)測(cè)裝置

茶葉殺青的工藝要求是“高溫殺青，先高后低”，滾筒各個(gè)區(qū)段溫度不盡相同。殺青時(shí)茶葉隨滾筒做拋落運(yùn)動(dòng)，如果溫度傳感器設(shè)置在滾筒內(nèi)部難免會(huì)受到殺青葉的干擾。同時(shí)，由于滾筒內(nèi)部的熱環(huán)境由筒壁，熱空氣共同組成，在傳導(dǎo)熱，對(duì)流熱和輻射熱共同作用下溫度傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)會(huì)有很大的偏差，因此新型滾筒殺青機(jī)將溫度傳感器設(shè)置在滾筒外側(cè)，對(duì)滾筒外壁的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)的采集選用精度較高的非接觸式紅外測(cè)溫探頭，以適應(yīng)高溫高濕的殺青環(huán)境，減少測(cè)量誤差。數(shù)據(jù)經(jīng)自動(dòng)化控制裝置分析處理后自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱裝置的開(kāi)關(guān)，使?jié)L筒內(nèi)始終保持適宜的殺青溫度[3]。

3.4自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)由觸摸屏，三菱FX系列PLC，指令編輯器等部分組成。其主要控制系統(tǒng)運(yùn)行情況如下:按下啟動(dòng)按鈕后,變頻電機(jī)啟動(dòng),殺青滾筒開(kāi)始旋轉(zhuǎn);溫濕度傳感器啟動(dòng),系統(tǒng)檢測(cè)ST,SH與設(shè)定值進(jìn)行比較。若小于，則開(kāi)啟加熱裝置進(jìn)行加熱,溫度上升到設(shè)定值時(shí)關(guān)閉加熱裝置。排濕風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)。若大于，則關(guān)閉加熱裝置，開(kāi)啟排濕風(fēng)機(jī)進(jìn)行排濕。當(dāng)濕度小于設(shè)定值時(shí)排濕風(fēng)機(jī)關(guān)閉。停止信號(hào)出現(xiàn)之前，溫濕度傳感器一直處于監(jiān)測(cè)狀態(tài)。當(dāng)按下停止按鈕后，系統(tǒng)回到初始待機(jī)狀態(tài)[4]。PLC輸入輸出設(shè)備地址分配表如表1所示，PLC控制指令語(yǔ)句表如表2所示[5]。

表1 PLC輸入、輸出設(shè)備地址分配表

表2 PLC控制指令語(yǔ)句表

4 設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)

熱效率高。傳統(tǒng)的滾筒殺青機(jī)采用爐灶供熱或者電加熱管加熱，加熱方式主要采用輻射傳熱或線接觸熱傳導(dǎo)，熱效率很低，一般在20%～40%左右。節(jié)能型滾筒殺青機(jī)采用面接觸熱傳導(dǎo)的供熱方式，供熱裝置處于一種類(lèi)似封閉狀態(tài)且設(shè)有保溫層，熱效率可達(dá)80%左右，能耗低于傳統(tǒng)殺青機(jī)的20%以上。

殺青質(zhì)量好。自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)殺青溫度和水蒸汽含量，使?jié)L筒內(nèi)保持適宜的殺青環(huán)境。殺青勻、透，保證了茶葉色澤嫩綠、油潤(rùn)，改善了香氣，提高了品質(zhì)?？朔藲⑶嗳~出現(xiàn)焦邊焦葉，紅梗，水悶氣等現(xiàn)象，殺青質(zhì)量大幅度提高。

該機(jī)型自動(dòng)化程度高，適用于清潔化、自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)，且可與其它茶葉機(jī)械設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)接，串聯(lián)配套使用，靈活性很強(qiáng)。另外，采用清潔化能源生產(chǎn)，溫濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)予以輔助，加工過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化，茶葉的生產(chǎn)與衛(wèi)生質(zhì)量進(jìn)一步得到保證。但是，由于大量使用了自動(dòng)化程度較高的電子設(shè)備，故成本較高，個(gè)體茶農(nóng)、小茶葉作坊恐很難接受，且與其它茶葉設(shè)備配套使用時(shí)，對(duì)硬件要求比較高，無(wú)形中又增加了成本。因此，降低成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)成為后續(xù)研究的重點(diǎn)。

[1] 王協(xié)書(shū),鐘梅. 茶葉加工的節(jié)能淺析[J].中國(guó)茶葉加工, 2007,(2): 21～23.

[2] 吳衛(wèi)國(guó),謝昌瑜. 茶葉電加熱滾筒殺青機(jī)的研究[J].中國(guó)茶葉加工, 2009,(1): 30～31.

[3] 趙梨銘. 茶葉智能化汽熱殺青機(jī)控制系統(tǒng)[J].輕工機(jī)械, 2009,(2): 71～74.

[4] 向勇,吳波. 電爐PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鑄造設(shè)備研究, 2005,(2): 6～9.

[5] 鄭鳳翼,鄭丹丹,趙春江.PLC控制系統(tǒng)梯形圖和語(yǔ)句表[M].北京:人民郵電出版社,2006.

S571.1

A

1006-5768(2010)03-0137-04

2010-03-12

宋志禹（1984－ ），男，山東威海人。碩士研究生，從事茶葉機(jī)械研究。*通訊作者：hflsq163@163.com