螺杆式紧压茶叶机械设计方案说明

螺杆式紧压茶叶机械设计方案说明一、设计背景与需求分析紧压茶（如普洱、黑茶、白茶饼等）的成型工艺直接决定产品品质与市场价值。传统紧压设备普遍存在效率偏低（手工或半自动化模式产能受限）、成型不均（压力分布差异导致茶饼密度波动大）、适配性弱（单一设备难以兼容多品类、多形制生产）等痛点。随着茶产业向规模化、标准化发展，市场对高效、精准、柔性化的紧压机械需求愈发迫切。螺杆式紧压技术凭借“渐进压缩、压力可控、适配性强”的技术优势，成为突破传统工艺瓶颈的核心方向。二、设计目标1.工艺兼容性：兼容黑茶（茯砖、黑砖）、普洱（饼/砖/沱）、白茶（饼/砖）等多品类，支持饼、砖、沱等形制的快速切换，满足“一械多用”的柔性生产需求。2.成型质量：茶饼密度均匀（密度差≤5%）、边缘完整（无碎裂、缺角），尺寸精度±0.5mm，保障产品标准化。3.生产效率：相比传统液压设备，产能提升30%以上，单班（8h）产能覆盖5000-____块（357g饼），降低人工干预。4.节能环保：采用伺服驱动+精准控制，单位产品能耗降低25%；接触材质符合食品级标准，易清洁、无残留。三、机械总体设计方案机械采用“进料-压缩-成型-脱模-出料”连续化流程，集成进料系统（振动送料+防架桥设计）、螺杆挤压装置（核心压缩单元）、模具成型单元（模块化腔体）、脱模机构（液压/气动辅助）、传动系统（伺服+行星减速）及智能控制系统（PLC+触摸屏），各模块协同实现“精准进料-渐进压缩-稳定成型-无损脱模”的全流程自动化。（一）关键部件设计1.螺杆挤压系统螺杆是核心压缩部件，设计需兼顾物料推进与压力调控：材料选型：采用316L不锈钢（食品级、耐茶多酚腐蚀），表面氮化处理（硬度≥HV800），提升耐磨性与抗黏连性。结构优化：创新三段式螺杆（进料段-压缩段-计量段）：进料段：大螺距（60mm）、浅螺纹，降低进料阻力，防止物料“架桥”；压缩段：螺距渐变（60→30mm）、螺纹深度加深，实现“渐进压缩”，避免物料破碎；计量段：螺距恒定（30mm），确保出料均匀，为模具成型提供稳定“料流”。柔性适配：配置模块化螺杆头，通过更换不同压缩比（1:3~1:8）的螺杆段，适配黑茶（高压缩比）、白茶（低压缩比）等不同品类，解决“一茶一设备”的局限。2.模具成型系统模具需平衡成型精度与脱模便利性：腔体设计：采用分体式模具（上模+下模），腔体尺寸精度±0.1mm，确保茶饼尺寸一致。针对饼形茶，边缘设弧形过渡结构（R=5mm），避免应力集中导致开裂；砖形模具开设排气槽（宽0.5mm、深0.3mm），排出压缩空气，提升密度均匀性。材质与处理：模具本体采用高强度铝合金（6061-T6），表面硬质氧化（硬度≥HV500），耐磨且易脱模；接触茶叶面喷涂特氟龙，降低茶饼黏连。快换与脱模：配置液压快换夹具，3分钟内完成模具更换（兼容饼、砖、沱等形制）；脱模机构采用伺服液压驱动，通过位移传感器控制脱模行程（精度±0.1mm），确保茶饼平稳脱离，脱模力（0-15kN）根据茶类硬度（如普洱熟茶软、生茶硬）智能调节。3.传动与动力系统动力与传动需保障扭矩稳定与节能高效：动力源：选用伺服电机（功率5-15kW，转速0-50rpm可调），通过PLC实现“恒扭矩+恒转速”控制，确保压缩压力稳定（波动≤±2%）。传动机构：行星减速机（减速比1:20~1:50）+膜片联轴器，传动效率≥90%，补偿安装误差，减少振动；配置扭矩传感器，堵料时自动停机（扭矩超限时），保护设备。4.智能控制系统系统以PLC（西门子S7-1200）为核心，搭配7寸触摸屏，实现：工艺配方管理：预设多品类工艺参数（如黑茶：进料量Xkg、压缩压力YMPa、保压时间Zs），一键调用，换产效率提升50%。实时监控与追溯：实时显示压力、温度、产量等参数，存储每批次生产数据（支持U盘导出），便于质量追溯与工艺优化。故障自诊断：系统自动检测堵料、脱模异常等故障，推送解决方案（如“堵料→清理进料斗+调整螺杆转速”），降低运维难度。（二）关键技术参数参数项指标范围说明------------------------------------------------------------------------生产能力200-500块/小时（357g饼）依模具规格（1-5块/模）调整压缩压力0-20MPa（可调）适配多品类密度需求成型精度尺寸公差±0.5mm，密度差≤5%保障产品标准化单位能耗≤0.1kWh/块（357g饼）伺服驱动+精准控制节能四、创新点与优势1.动态压缩比技术：螺杆段模块化设计，压缩比（1:3~1:8）可调，兼容多品类，解决传统设备“适配性弱”痛点。2.智能压力反馈：压力传感器+PLC闭环控制，茶饼密度均匀性提升至95%以上，次品率≤1%。3.模具快换+定制化：3分钟换模，支持文创茶（如异形饼、定制砖）生产，满足小批量多品种需求。4.节能与环保：伺服驱动+高效传动，能耗降低25%；全食品级接触材质，易清洁、无残留，符合GMP标准。五、应用场景与适配性规模化茶厂：日产5-20吨紧压茶，连续生产，降低人工成本（1人值守vs传统3人），提升产品标准化。小型工坊/定制品牌：小批量（日产能500-2000块）、多品种生产，快速换型（如上午做普洱饼，下午做白茶砖），响应市场需求。品类覆盖：黑茶（茯砖、黑砖）、普洱（饼/砖/沱）、白茶（白牡丹饼、寿眉砖）、绿茶紧压（藏茶）等，通过调整工艺参数实现兼容。六、安装与维护建议（一）场地要求环境：室内干燥，温度5-35℃，湿度≤75%；基建：地面承重≥5kN/m²，电源380V/50Hz（功率≥20kW），气源0.6-0.8MPa（气动脱模时）。（二）日常维护螺杆清洁：每班后用软布清理螺杆茶渣，每周用食品级清洁剂（如柠檬酸溶液）清洗，避免多酚氧化结垢。模具保养：脱模后清理腔体，涂抹茶籽油防锈；每月检查模具磨损（如型腔变形、顶针卡滞），及时更换易损件。传动系统：每季度更换减速机润滑油（合成齿轮油），检查联轴器螺栓，确保无松动。（三）故障排查堵料：检查进料量（是否超额定值）、螺杆转速（是否过低），清理进料斗/螺杆积料，调整工艺参数（如降低进料量、提升转速）。脱模不畅：检查脱模压力（是否不足）、模具腔（是否有茶渣残留），清理后重新调试脱模行程（增加脱模力/延长保压时间）。七、结语本设计方案通过螺杆渐进压缩、模具模块化、智能精准控制的技术整合