茶叶理条机传动结构的优化

施卓奇， 祝叶峰，周金亮，汪 彬，徐 翠

（1.浙江师范大学， 浙江 金华 321004；2. 浙江上洋机械股份有限公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

理条是众多名优茶造型的关键工序。在茶叶振动理条机发明之前，茶叶理条只能依靠手工操作，不但需人工多，而且带来人手频繁接触易使茶叶被细菌等污染。茶叶理条机的发明为名优茶实现机械化生产提供了有力的技术支撑。

茶叶理条机由多槽锅、偏心轮连杆机构、减速传动机构、热源装置和机架等部件组成。多槽U 型锅式理条机是广泛使用的一种机型，工作时，曲柄滑块机构带动槽锅做往复直线运动，茶叶在锅内加热的同时沿着锅内壁运动，被摩擦、挤压和滚动成条状。

上洋机械经过实验和测试，研发出了在理条过程中，不会使槽底留余的U 型槽，大大提高了生产效率和解决了槽底难清洗的问题，这是本理条机一大特点，得到厂家的认可。但在传动结构上，仍然沿用了传统的不对称型单臂传动，使得理条机的传动效率不高，驱动电机容易发热，影响了理条质量，也容易产生危险事故。

本研究通过改变电机安装位置，重新设计了对中型传动结构，提高驱动电机的传动效率，从而提高理条率和生产率，降低了电机故障的发生，保证工作过程平稳。

1 问题分析

图 1 茶叶理条机结构示意图

图 2 曲轴

图 4 连杆受力分析位移图

如图1 所示为理条机的结构示意图，由机架、油槽部件、锅体部分、起锅部件、支撑部件、传动部件等组成。机架采用整体焊接式，牢固可靠，能胜任理条前后震动时的应力集中，锅体部件的U 型槽进过上洋设计，可以保证震动时茶叶均匀受力，并在起锅时不会造成茶叶留锅的现象。支撑部件对称安装，受力均匀合理，经受住了厂家的考验。但在长时间使用中发现，传动部件上的连杆极易发生断裂，且在一定时间后，驱动电机的温度也处在不正常的状态下。设计传动部件往往根据前人经验及现场调试去估算电机位置、连杆结构，这就使设备投入使用前，没有合理的模拟分析，长期生产中，一系列如发热、结构强度不高的问题就都出来了。

2 传动结构优化设计

2.1 结构改进

原结构中的连杆安装在小带轮上，这是一个悬臂梁，连杆末端和前端都不同程度地变形，因为连杆会随着带轮的整周转动而转动，使连杆在一个转动周期内即受拉又受压，直接影响了它的使用寿命，且为了安置这样一个悬臂梁，在连杆的左侧还安装了另一对带轮，来消除悬臂梁所带来的影响，使得左侧那对带轮工作时发生空转，间接增加了驱动电机的消耗功率，从外形上来看也非常不美观。

2.2 本研究具体改进方案

改变连杆连接轴，使用曲轴代替如图2 所示。原结构为光轴，这里采用曲轴，使上述所说做无用功的左侧带轮与曲轴左侧轴头配合，这样就实现了连杆对中工作，充分利用左侧带轮，减小了连杆的应力集中，使结构更加合理稳定，提高了驱动电机的工作效率。

电机安装位置的改进。原结构的电机安装是安置在理条机底架的右前方，该安装位置在理条机晃动时，容易造成左侧前倾明显的问题，这是一个不安全的因素，且根据上条传动结构的改进，电机安置在底架的中心线上最为合适，解决了震动时一侧晃动明显的问题。

图3 所示为传动部分的结构示意图，曲轴的两端轴头与轴承座相配合，可以清楚地看到传动部分是两侧对称的，连杆前端与震动槽焊接而成。

3 分析与计算

茶叶理条机的传动结构带动U 型槽振动，使茶叶进行重复的跳跃式运动，将黏附在一起的茶叶通过震动，均匀的分散开来，逐渐成条化，达到理条的目的。根据不同理条要求，可以改变震动速率和频率。运动过程中，连杆连接着动力部分和锅体部分，其最易产生形变，因此对其进行受力分析。

运用hypermesh 对连杆模型进行前处理，赋予其材料属性，加载载荷，并进行网格划分。连杆的材料属性为杨氏模量E=1.21*10^11pa，泊松比=0.3。最后对其应力分析得如图4 所示，分析显示连杆最大位移量为4.26x10^-4mm，满足使用寿命的最大位移量。

4 实验测试及数据处理

经过改进后的茶叶理条机，工作过程中，电机长时间使用后温度没有出现异常，设备前右侧的震动范围得到了减小，新结构使得运动过程更加流畅。工作结束后，理条机加工所得的理条产量能够得到保障，其中碎茶率比原结构降低了1%，成条率上升了1%。试机记录如表1所示。

表 1 试机记录

5 结语

通过对茶叶理条机的传动结构进行改进，改变了传统不对称型连杆结构，通过安置一个曲柄使得传动部分的两侧带轮同时对连杆传动，使传动结构对称于理条机中心线，并通过三维建模及hypermesh对连杆进行有限元分析，得到连杆的最大位移量为4.26x10^-4mm，满足工作要求。改进后的结构能保证电机工作温度正常且成条率≥85%，碎茶率≤3%，生产率≥12kg 杀青叶/h。