偏心连杆式紧压茶叶机的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 偏心连杆式紧压茶叶机的设计 摘 要 ： 我国生产的紧压茶大多为发酵砖茶 ,饮用时必须先将砖茶叶捣碎 ,在锅中烹煮出茶叶汁味才可饮用。本文介绍了一种在茶叶加工过程的最后一道干燥工序前 ,利用茶叶的自有粘性采用笔者设计研制的偏心连杆式紧压茶叶机来加工成紧压茶块的方法，并就紧压茶叶机的工作原理及偏心连杆的受力情况进行了初步研究分析。 这种茶耐储藏，饮用既方便又卫生，还能保持和提高了绿茶的原有形态和品质，所具有的优点使其带来很高的附加值。 关键词 ： 紧压茶 ； 偏心滑 柱式 ； 加工压力 ； 试验 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 f is of It be in of to to on s of a is to it s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 1 前言 计的目的与意义 我国是一个生产和消费茶叶的大国。茶叶是特殊 的商品，自古以来 ,中国人就有着“柴米油盐酱醋茶”、“琴棋书画诗曲茶”的生活实践，人们把茶当作日常的物质生活和精神生活不可缺少的组成部分，发展至今，饮茶被称为“国饮”。 茶叶千百年来均是以条索状、叶片状 、砖块状的形状展现在人们面前。食用时，人们往往用手抓茶叶入杯泡茶给自己或客人，这样既不卫生也不雅观。倾倒茶叶虽然卫生又拿捏不准份量也不方便。目前，我国生产的紧压茶大多为发酵砖茶。由于砖茶与散茶不同，甚为紧实，所以，用开水冲泡难以浸出汁，饮用时必须先将砖茶捣碎，在铁锅或铝壶内烹煮才可。 随着人们生活水平的大幅度提高，近几年在市场上已出现了一部分成型茶，如球、饼等形状。它便于携带，使用方便卫生，且储藏时间长，很受品茶人的青睐。但由于是通过蒸煮复水后手工包揉而成型然后干燥成成品。蒸煮复水对茶叶影响很大，而且手工包 揉加工的工人劳动强度大，工效低，产量小，因而使成型茶成本价格大大增加，也就不能很好开拓市场。 本项目研究的目的 : 将绿茶通过专用机具加工成小块的紧压茶，不需复水蒸压，保持绿茶原有的形态和品质 ,并可将绿茶加工成各种形状、大小不一的紧压茶，以及加工表面带字的紧压茶。其加工机具重量轻、体积小、操作简单。加工的紧压茶耐储藏、饮用方便卫生，具有很高的附加值。因此，这种紧压茶具备较大的潜在市场和经济价值。 本次课题设计专门对这种机械进行初步的设计和研究，并且在样机的基础上，进行了部分的改进。 国茶叶加工现状与 发展前景 中国是茶叶大国，却不是茶叶强国。目前， 全球有近 50个国家和地区产茶 ，100多个国家和地区需要进口茶叶。 有一个尴尬的数字让人无法回避 ， 我国的茶园面积约占全世界的 45%，居第一位， 产量却仅仅占了世界产量的 22%，平均每亩单产仅为世界平均水平的一半。近年来， 我国茶产业遇到了空前的挑战， 茶叶质量和出口状况都不甚理想，全行业处于亏损状态，中国茶 叶 产业的振兴面临着不可回避的诸多难题。 统计资料显示，我国茶园平均单产 608 公斤 /公顷， 大大低于世界茶园平均单产 100公斤 /公顷的标准，而印 度为 1498公斤 /公顷， 日本高达 1725 公斤 /公顷。目前全国的茶叶产值约为 70亿元， 全国竟有 家茶叶初制厂，每家茶厂加工量买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 不足 10吨， 绝大多数企业生产设备陈旧落后，工艺粗糙，管理水平低下。大量的乡镇、 个体小茶厂大多单纯追求利润最大化，在原料的收购、成品的加工、质量等级检验等重要环节中，往往随意降低标准要求。 这类 “ 企业 ” 收购茶叶原料时无任何农药残留检验技术、手段和方法，绝大部分 “ 企业 ” 收购时只是靠鼻子闻一闻， 缺少科学的定量化的手段。与茶叶质量每况愈下的情况相反，各地 “ 名茶 ” 却铺天盖地而来。 泥俱下，让人难分真假，致使以次充好的现象屡禁难止。 目前，茶 叶 产业为国民经济一大产业分支，缺乏统一的产业政策指导， 茶叶产业还没有形成真正的龙头企业。一方面各经营主体无法站在整个产业的高度， 来审视和预测企业自身和行业的发展，也无力投入大笔资金搞科研开发，进行长远规划； 另一方面，各自为政的小企业只能搞粗放式经营，在低层次、 低水平上进行相互摧残的竞争，以至出现全行业的亏损。我国茶叶出口创汇能力薄弱，出口商品结构老化，技术含量少， 附加价值低，新品开发差，商品竞争力不强。因此， 出口量虽然不少，但是由于质量和市场适应问题，卖价不高。同时，出口秩序混乱，低价竞销， 经济效益下滑。改革开放以来，我国茶叶出口由垄断性经营转为开放性经营， 开放口岸和经营主体迅速增加， 虽然这样有利于调动各方面出口茶叶的积极性，但是也出现经营秩序混乱，恶性竞争，低价竞销，导致出口价格不断下跌。 一般红、绿、青茶的外观已很难适应新的市场变化，而且价格低下，效益低。所以，传统的烘青、炒青绿茶、红茶及乌龙茶等大宗茶，如能通过特殊加工方法，使其外形光滑紧结成饼仔状，富有美感，其价值将会大大提高，销路也会更好。为此，着手研究一种新的加工工艺、并 设计制造出一种紧压茶叶加工机械势在必行。偏心滑柱式紧压茶叶机 是利 用茶叶的自有粘性加工成紧压茶块的方法， 加工工艺过程简单，易于操作。 生产出来的成型茶，体积小、分量轻，饼仔粒重在 2 5，可直接冲泡饮用，且保持茶叶原有的品质和冲泡后保持散茶一松形状。同时可进行精美包装，方便冲泡、易于保存、既卫生又有一定的艺术性。所研制配套的 偏心滑柱式 紧压机结构简单，设计合理、生产效率高、性能稳定、体积小，安全可靠，操作方便。 该机械的研制，非常成功地解决了各种毛茶特别是中低档茶类的外型松散，包装臃肿，易吸潮，易变味，不便携带 和运输费用高的老大难问题，加工出的成品茶外形光滑、紧实，十分便于包装、库存及携带，并且保持茶原有的风味，减少运输费用。特别适用于中低档茶类的生产。新工艺加工出的紧压茶叶，由于外观新颖，冲泡饮用方便，能有效地促进茶叶市场的繁荣，提高茶叶生产经济效益。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 本新工艺技术已得到茶叶学术界的认可，试制的少量产品也得到经营者的赞赏和推崇。 目前，该机械处在初步研究阶段，还需要进一步完善，希望能进行连续生产，进一步提高生产率和产品质量。同时研制新的花式品种及精美包装，以适应市场的变化和提高竞争能力。 紧压茶加工流程 ： 紧压茶是以绿茶或红茶或黑茶作原料， 直接在茶叶加工过程的最后一道工序 干燥前将其加工成不 同形状的 小块紧压茶 ，有砖形、饼形、碗形、柱形、方块形等。压制工艺因品种不同而异。 基本加工流程 : 鲜叶 手工杀青 手工揉捻 进行炒二青 边炒边揉搓 紧压 干燥 紧压茶属再加工茶和茶叶的深加工，符合现代茶叶加工的发展趋势，使茶叶产品增值， 偏心滑柱式紧压茶叶机对茶叶的加工不改变原茶的性质，使茶叶能保持原滋原味，并且可以加入些有益成分，还使 茶叶加工艺术化，富有美感，让现代气息扑面而来。 3 紧压茶压制力的确定 在茶叶压制的过程中，压制力过大，容易将茶叶挤压破裂，茶汁外溢，影响紧压茶的品质，压制力过小，不容易将茶叶压制成型，干燥后紧实度不够，表面不平整。因此压制力的大小直接影响到茶叶的品质，压力的大小由茶块的受力面积和厚度，以及茶叶的含水量来决定，厚度和受力面积已经给定为 1 2用 螺杆式紧压茶叶机进行试验， 下面为试验过程和试验数据： 第一次试验，先将采摘的鲜叶在阴凉通风清洁地方摊放 4h，期间每小时轻翻一次。试验时采用手工杀青，锅温在 160C，每次鲜叶投放量为 400g，杀青时间为 5青后摊凉进行手工揉捻 3后进行炒二青，锅温在 100C，边炒边揉搓，时间为6时测得茶叶的含水量在 24，起锅后立即利用茶叶的粘性趁热进行压制成型茶。压制的成型茶形状为圆饼形，截面积为 2.6 用 3种压力 第二次试验，采用同块地里的鲜叶，将采摘的鲜叶在阴凉通风清洁的地方摊放 4h，期间每小时轻翻一次。试验时采用第一次试验的前四道工序的同样方法，第四道工序完工即炒二青后 摊凉复揉 5后进行炒三青，锅温为 90C，时间 8炒边揉搓提毫，起锅时测得含水量为 15，同样趁热压制成型茶，形状大小同前，采用压力买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 为 为了便于对比，每次试验均留下部分散茶。 两次试验压型后即送入烤箱干燥，干燥温度均为 70C，第一次干燥时间为 8h，第二次干燥时间为 5h。干燥后紧压茶含水量 8%左右。 紧压茶和散茶审评：见表 1 结果与分析 两次共压制型茶 968块， 10千克鲜茶压制干燥后的小块茶干燥后重 茶 105克 ，第一次试验留散茶 52克，第二次试验留散茶 53克。第一次试验压力为 30kg/ 160个， 45kg/ 160个， 60kg/ 162个。第二次试验压力为 30kg/ 160个， 45kg/160个， 60kg/ 166个。 感官审评结果： 两次试验紧压茶与散茶的感官审评结果如表 1、表 2。 表 1 茶叶含水量、压力与紧压茶质量关系 of 含水量（ %） 压力（ 感官评定（干燥前） 感官评定（干燥后）含水量（ 8%） 15 茶块表面欠平整、香气纯 茶块表面欠平整、棱角欠分明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 15 茶块表面较平整、香气纯 茶块表面欠平整、棱角欠分明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 15 茶块表面平整光滑、香气 茶块表面平整、棱角分明香 纯正清香、汤色黄绿明亮、 气纯正清香、汤色黄绿 明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 24 茶块表面较平整、香气纯 茶块表面欠平整、棱角欠分明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 24 茶块表面平整、香气纯 茶块表面较平整、棱角欠明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 24 茶块表面平整、香气纯 茶块表面平整、棱角分明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 表 2 同批散茶与紧压茶（含水量 15%、压力 质关系 5%, 类 感官评定（干燥前） 感官评定（干燥后） 紧压茶（ 15%） 香气纯正清香、汤色黄绿明 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 （ 亮、滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 散茶 香气纯正清香、汤色黄绿明 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 亮、滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 分析 : （ 1）当茶叶水分在 24时，在干燥前前两种压力对茶叶外形影响不大，表 面都比较平整，但当压力达到 压茶表面比前两种压力的紧压茶表面要光滑平整。棱角分明，但色彩呈墨绿，有微量茶汁液留在模具上。干燥后前两种压力的紧压茶表面不平整，棱角欠分明，这与茶叶在干燥过程中具有收缩性质有关。块茶给人不紧实的感觉，从一米高处自然下落，会产生掉渣碎叶断裂不紧。后一种压力较大，压出的茶叶产生较大粘性，因而干燥后紧压茶表面仍平整，棱角分明，从一米高处自然下落无变形，掉渣，冲泡后叶底呈黄绿，香气纯正。 （ 2）当茶叶水分含量在 15%时，在干燥以前前两种压力的紧压茶表面欠平整，但当压力达 压茶表面光滑平整，棱角分明，色彩翠绿。干燥后紧压茶表面与干燥前变化不大，这与茶叶水分含量较少有关。从一米高处让其自然下落，前两种压力紧压茶掉渣，压力越小，掉渣越严重。后一种压力较大，紧压茶表面光滑坚实，无掉渣断裂现象，冲泡后香气纯正，叶底黄绿。 （ 1）当压力为 两种水分含量的紧压茶外形影响较大，干燥后表面均不平整，不紧实，内质同散茶无区别。 （ 2）当压力为 水分含量低的紧压茶外形还是有影响，干燥后表面欠光滑平整。水分含量高 的紧压茶外形光滑平整，棱角分明。冲泡后香气纯正，叶底黄绿。 （ 3）当压力为 论水分含量高低，紧压茶的外型表面光滑平整，棱角分买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 明，但水分含量高的紧压茶在模具上留有微量茶汁，色彩呈墨绿，且不易脱模，影响生产效率。内质同散茶无区别。但水分含量高的紧压茶茶汁挤压出太多对茶叶内质有一定影响。 从试验中得知，由于采用了干燥前压制，紧压茶与同批散茶冲泡后茶叶外形一样，内质基本上一致。也就是说这种紧压型茶内质不受形状和压力的影响。 结论： （ 1）从试验中得知，当水分含量大于 24以 上时，压力大于 ，紧压茶表面光滑平整，但易使茶叶挤压破裂，茶汁外溢，茶叶水分含量越高，茶汁外溢越严重。这样会使紧压茶内质受到影响，也影响紧压茶脱模。压力太小，则紧压茶不紧实，表面不光滑，较松散。 （ 2）从试验结果也可以得出这样结论：当采用在干燥前把茶叶压制成小块紧压茶时，只要压力适当，紧压茶表面就光滑平整，而且不会影响茶叶的内质。 而采用干茶复水后蒸煮压制成紧压茶品质就会受到一定影响。 由图标可知：压力的选择在 45kg/ 100kg/佳。即压力在 佳。 2 设计原理与设计方案的选择 计原理 为了可靠方便的进料， 偏心连杆式 紧压茶叶机采用垂直进料，水平挤压的方式。偏心连杆式 紧压茶叶机由动力部分，传动部分，连接部分，执行部分，辅助部分组成。 动力部分，动力部分由电动机来提供动力，通过电动机的旋转带动一对 转矩传递至偏心轮机构。 传动部分，传动部分由带、带轮、减速器、偏心轮和连杆组成，通过一对 减速器减速后再将旋转运动传递给偏心轮， 偏心轮将旋转运动转化为直线运动，推冲头前进，通过连接件发生运动关系。 连接部分，连接部分比较关键，是该机械系统中比较复杂的部分，主要通过偏心轮机构来实现传动部分和执行部分之间的动作。 执行部分，执行部分主要由偏心轮机构和凸轮式间歇运动机构来实现，通过偏心轮将旋转运动转化为直线运动，推冲头将茶叶压紧，利用凸轮式间歇运动机构进行退料，使传动紧凑。 辅助部分，辅助部分主要是指对该装置起补充和完善的部分，主要指支撑架部分，茶块接收部分。 其中模柱，模套的结构形状大小由加工成型的产品来决定，改变料斗买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 出口大小及施加茶叶推 力可控制进料多少，因而也就决定了紧压茶的厚度和重量。 因此，我们按照上述原理，来设计和计算该机械。 计方案的选择 由产品的要求，来考虑机械下的设计，产品是带由字样的茶块，这种产品主要通过物理的压力的加工来压缩完成，这一过程比较简单，压缩的方法方式也有多种多样，常用的可以考虑采用液压传动，也可以用螺纹传动来实现，最简单的是直接用力压模柱，来压缩成茶块。液压加工的动力大，易于压缩，但难以控制压力的大小，且液压传动多用于自动控制和连续运动的控制中。螺纹传动，则劳动强度比较大，生产效率较差。由于以 上存在问题较多，选择 偏心连杆式 传动，则劳动强度比较低，生产效率较高，其结构比较简单，且加工制造比较方便，不仅经济，而且便于维修。因此，选择 偏心连杆式 来传动动力，大大提高了生产效率和市场的竞争力。 设计方案由设计原理来确定和改进，现在设计的方案是在原有方案上的改进。 原来的方案 :原来的方案其原理仍然是按偏心连杆式的原理来设计的，这种机构的设计出现了有些不足之处，有些地方需要做较大的改动，以提高其生产效率，提高其附加值。 原方案的结构图如图 1所示： 图 1 偏心滑柱式紧压茶叶机 a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 7手柄， 12. 尾座， 工作过程：压制茶叶时，将炒制好的茶叶放入料斗（ 16），将茶叶送入模套（ 14），通 过电动机（ 2）带动带传动，再通过减速器减速，带动偏心轮机构将旋转运动转化为直线运动，将茶叶压紧，利用手柄将压紧的茶叶推出，将茶叶推入料盘中。同时手柄转回去，周而复始，就不断加工出这种形状大小一致的小块紧压茶。 不足之处： 1、劳动强度比较大，生产效率较差，成本高，附加值很小。 2、没有一个很好的退料机构，由于存在自有粘性，有可能使茶叶卡在模具中，可能无法取出。 3、采用手工退料，不能实现与偏心连杆式压紧机构的协调运动，容易产生干涉。 改进后的结构图如图 2所示： 如 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 2 改进后的偏心滑柱式紧压茶叶机 A 进后的机械通过一个凸轮 偏心连杆式机构实现协调运动，自动实现退料，大大提高 生产效率较差，劳动强度小，成本低，附加值很高。 该机械可以实现自动化连续生产，紧压茶块实现了大规模的生产。 3 电动机的选择 动机类型和结构型式 按工作要求和工作条件，选用一般用途的 Y（ 列三相异步电动机。它为卧式封闭结构。 动 机功率 柱的输出功率 w=000=3000 000= (V=s) （ 1） 动机的输出功率 d= （ 2） 传动装置的总效率 = 1 2 （ 3） 式中 1、 2 为从电动机互滑柱之间的各传动机构和轴承的效率 械设计手册 14 得： =速器 2= = d= = 电动机的额定功率 机械设计手册 14 选取电动机额定功率 动机的转速 为了 便于先择电动机转速 ,先推算电动机转速的可选范围 ,由 机械设计手册得 4,减速器的传动比为 0 40 ,则电动机转速可选范围为 nd= 54 3932r/定电动机的型号 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 根据选定的电动机的类型、结构形式、功率和转速，查 机械设计手册 14 选取电动机的型号为 转速 390 r/ 4 V 带传动的设计计算 定计算功率 查表得工作情况系数 取普通 根据 型。 定带轮基准直径 查表取主动轮基准直径 1动轮基准直径 71=表取从动轮基准直径 60算带的速度 d / 0 060 1 3 9 0711 0 0 060 11 1 （ 13） 偏心轮机构存在急回 运动。 机构的这种急回作用，在机构中常被用来节省空回行程的时间，以提高劳动生产率。 心轮机构的的传动角和压力角的计算 当偏心距 压力角最大 ,传动角最小 ,计算最小传动角 0222222 )(a r c c 040 （ 14） 机构的传力性能好 . 最大压力角的计算 0- （ 15） 偏心轮机构以偏心轮为原动件 ,能够做整周回转 ,因此 ,机构的传动性能好 ,无死点位置。 柱的强度的计算 根据 压制成型茶的试验可得，滑柱所受的压力 F=3000N,选取滑柱的直径为 30材料为 表得许用应力 = 150算连杆的应力和校核 = )2030( 300044 222 中 位为 选取 保证两支承面与弹簧的轴线垂直，从而合弹簧受压时不致歪斜。选取d=为 d，弹簧的两支承端面可不懈磨平。 普通圆柱螺旋弹簧的主要几何尺寸有：外径 径 D、内径 距 P、螺旋升角 d。 23) 式中弹簧的螺旋升角 a，对圆柱螺旋压缩弹簧一般应在 05 09 范围内选取。弹簧选取右买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 旋。如下是普通圆柱螺旋的结构尺寸计算如表 5所示 表 5 普通圆柱螺旋的结构尺寸计算 数名称及代号 计算公式 计算结果 备注 中径 D D=5 查 机械设计手册 内径 1=2 外径 2=D+d 28 旋绕比 C C=D/d 压缩弹簧长细比 b B= 自由长度 =2)d 40 总圈数 1=n+(2 8 节距 P P=( 螺旋角 a 结论 机械存在以下的问题 料必须相当干净，否则茶块会出现沙子或其他杂物。 不宜太厚，含水量不能太高，以便干燥和储藏，使其不易变质。 擦阻力大，分离有难度，不容易实现自动化生产，需要经常打蜡，以减少摩擦，容易脱模。 机械解决的问题 补了绿茶紧压茶块生产的空白。 零部件设计也较简单，易于操作和加工制造。 结 紧压茶叶机还处于初步设计和研制阶段，偏心连杆式紧压茶叶机在原有螺杆式紧压买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 茶叶机的基础上进行改进，克服了螺杆式紧压茶叶机由于茶块脱模部分还没能实现 自动化，因此生产效率低等问题，能实现自动脱模，该机械可以实现自动化连续生产，紧压茶块实现了大规模的生产，大大提高了生产的效率，附加值大大提高。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 参考文献 1施兆鹏 M，北京：中国农业出版社， 63 2白堃元 M，北京：化学工业出版社， 码 178251 3倪德江 陈玉琼 . 制茶工艺对名优绿茶香气品质的影响 J，茶叶科学， 1997. 17（ 1） 65 68 4黄意欢 M，中国农业出版社， 1997 页码 184240 5陆松侯 施兆鹏 M，北京：中国农业出版社， 2001页码 101150 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