茶叶拼配设备研究及推广应用*

陈 昆 ，杨韩晖 ，杨云福 ，王文灿 ，杨永华 ，廖增强 ，丁 凡 ，高 谦

（云南省农业机械研究所，云南 昆明 650031）

0 引言

茶叶是世界三大无酒精饮料之一，全球茶叶消费量以每年3%~5%的增幅随着茶叶生产量的增长而同步增长，21世纪将是茶饮料的天下[1]。随着末端消费量的不断增加和消费群体食品安全意识的逐步增强，茶叶加工企业在产量和品质方面也将面临不小的挑战。为了能够在保证成品茶产量和品质的前提下，适应茶产业的快速发展，新技术和新方法不断得到应用，茶叶拼配质量的标准化、机械化、智能化成为发展趋势[2-6]。

由于加工机械市场产品日新月异的变化和终端消费市场对产品开发需求的升级，茶叶加工企业需要不断更新加工机械设备来满足市场需求[7]，加之近几年加大对茶叶加工设备的研发力度，初加工设备（杀青机、萎凋机、揉捻机等）和精加工设备（静电除杂机、风选除杂机、圆筛机、抖筛机等）技术较为成熟，加工作业效果显著，为茶企降本增效、推动中国茶叶发展起到关键作用。虽然茶叶加工设备发展迅猛，但茶叶智能拼配设备依旧还是茶叶精加工设备中的一个短板，制约着茶叶加工实现全程机械化的进度。

茶叶拼配是将具有不同品质特征、加工工艺的茶混合搭配，通过协调质量与体积的比例关系，使其外形、汤色、滋味进一步提升的技术[8]。茶叶通过拼配能够有效降低生产成本、提高经济效益、稳定产品质量、研发特色产品、提高市场竞争力[9]。茶叶拼配目前是大部分茶叶精加工过程中一道必不可少的工序，由于目前市场上拼配设备选择性少或者设备成本较高，导致现在多数茶厂拼配依旧采用人工方式进行打堆拼配。人工拼配虽然短期投入较低，但是存在拼配不均匀、碎茶率较高、占用场地面积较大、拼配过程中扬灰严重、对生产环境影响较大且拼配效率较低的问题。结合王国海[10]对滚筒匀堆机和鲍丽云[11]对箱式茶叶匀堆机的分析说明，通过对市场上拼配机的需求特点进行调研后，积极开展对茶叶拼配设备的研发工作。

1 主要设备研发

茶叶拼配设备是目前茶叶精加工设备中急需升级的关键设备，而拼配设备研发面临的主要难题一个是确保拼配精度，另一个是保证拼配的均匀度以及尽可能降低损耗。

为了使茶叶拼配设备在拼配过程中能够均匀上料，并且能够确保拼配精度，课题组自主研发了具备测速和监测物料功能的上料输送机以及具备去除碎茶功能的混料振动机。

1.1 上料输送机

该上料输送机与常规输送机不同的地方在于该输送机安装有物料接近光电开关、声光报警器、编码器、物料深度调节装置和物料监测光电开关等部件。物料接近光电开关和物料监测开关都是起到监测物料的作用，编码器的作用是测出输送机皮带的实时速度，物料深度调节装置的作用是控制物料的厚度，声光报警器起到提醒操作人员添加物料的作用。上料输送机如图1所示。

图1 上料输送机

该输送机能够按量进行物料输送的工作原理是根据物料的容重、皮带的速度和物料的深度来控制物料进料的多少。在使用前，先要测出各个物料的容重，然后确定各个物料的拼配的比例和产量，然后将耙齿辊的高度调整到一致，通过单一控制皮带的速度来控制不同比例的物料的进料量。当物料拼配比例相差较大时，可以通过物料深度调节装置来进行调整，保证输送带的速度在电机的可调速度范围内。

把物料容重、拼配物料比例和产量等数据输入中控屏中，通过程序中的算法便能够自动算出各个输送机的运行频率值。编码器实际测得的皮带的速度则会给出反馈信号，对变频器的频率值不断进行修正，以减少拼配误差。当各台输送机皮带以不同的速度运行时，物料接近光电开关接收到物料的信号时，此台输送机皮带便会停止运行，等到所有运行的输送机上的物料接近光电开关都检测到物料的时候，所有的输送机便开始同时运行，确保不同运行速度的输送机能够同时落料。当物料监测光电开关监测到物料缺少时，给出反馈信号，声光报警器便会运行，提醒操作人员添加物料。

1.2 混料振动机

该混料振动机在设计时，面板采用整张的鱼鳞板设计，鱼鳞板的设计不仅有混料的作用，同时能够将茶叶中掺杂的碎末去除。与常规的筛网相比，鱼鳞板不存在堵茶的情况，而且板面为整张板采用冲压工艺制成，不会破损，美观耐用。采用振动电机作为驱动系统，通过给振动电机配备变频器，可对振动电机的频率进行调整，这样在使用中可以结合物料属性、混料均匀程度、物料运动情况等因素，对振动机的控制变频器进行频率调整，以达到最佳的作业效果。混料振动机如图2所示。

图2 混料振动机

2 拼配生产线设计

拼配生产线主要设备有上料输送机、汇料输送机和混料振动机，上料输送机的数量可根据客户需求增减，也可以根据客户需求选装除尘设备。在生产线布局设计时，上料输送机采用对称布置，物料在落料的时候，会沿着出料口向下滑落，对称布置的两台输送机上的物料在落料的时候会相互堆叠，并列布置的输送机上的物料也会相互堆叠。不同的物料经过上料输送机按照不同比例输送落料，物料之间相互堆叠落在汇料输送机上，汇料输送机将物料输送到混料振动机上，经过混料振动机的振动，将堆叠的物料抖散，以达到混合物料的目的。在整个过程中产生的茶叶碎末，经过混料振动机上的鱼鳞板也能够被有效去除，进而提高拼配后茶叶的品质。拼配生产线布置如图3所示。

图3 拼配生产线布置图

整条生产线布局合理，最大程度上节省占地空间，且各个上料输送机内的物料均能够产生堆叠的情况，后续经过混料振动机的作用，能够将不同物料均匀混合。所有设备的制作材料均选用符合食品安全要求的材料，采用模块化方式生产各台设备，可根据客户需求随意选择上料输送机数量。现场安装时只需要将各台设备按照设备布置图拼接起来即可，完成所有动力线和信号线的接线工作，便可以对整条生产线运行调试，整条线满负荷功率不超过6 kW，运行成本低。若加装除尘设备，能够较大限度地减少扬尘，切实实现节能环保。

3 拼配生产线推广应用

茶叶现代加工和生产的目的是使用更少的人力、物力和资源高效生产出质量高、经济效益好的茶品[12]。拼配生产线在作业生产时，只需要一个工人操作即可，将大幅降低茶企在生产上的人工成本；生产时，直接按照茶叶拼配配方要求，将所需要的茶叶放置在各台上料输送机内即可，可直接对拼配好的茶叶进行包装或者进行下一道加工工序。在茶叶拼配过程中不再需要安排人员和场所进行打堆拼配，六口上料输送机的拼配生产线的产量超过1 500 kg/h，与人工相比，不仅效率大幅提高，而且在降低茶叶损耗方面效果尤为突出。

经过对拼配生产线的不断改进和推广，大部分茶企开始进一步了解茶叶拼配设备。拼配生产线的应用，实现拼配和静电除杂、风选除杂等设备连线生产加工，很大程度上解决了采用人工拣剔杂物、打堆拼配或半机械、半自动化生产方式产生的断碎率高、损耗率高、拼配不均匀、夹杂物含量超标等问题[2]。目前，拼配生产线在云南勐海、云南凤庆、福建武夷山等地区均有使用，根据客户使用反馈，拼配效果完全能够达到茶企要求。云南凤庆茶叶生产线的布置最符合现代化加工要求，基本实现全程机械化加工，该茶叶生产车间是实现机械化、自动化、智能化的数字化车间。车间设备布置平面图如图4所示。

图4 设备布置平面图

4 结语

中国是世界最大的产茶国，拥有20多个产茶省、1 000多个产茶县。在茶叶加工连续化的产业背景和提质增效的产业需求下，茶叶机械化生产成为我国茶产业发展的必经之路[13]。茶叶在实现机械化生产的过程中，智能拼配生产至关重要，在研究智能拼配生产线的过程中，课题组经过一系列调研和试验，最后确定相关设备设计方案。在设备设计过程中，考虑到茶企对茶叶加工设备要求的不断提高，融入节能化、轻便化、降污化、人性化、集成化、美观化等现代设计要素，在已有加工设备的基础上改进更新，在部分方面进行改革创新。而在设备操纵系统中需要结合现代智能技术，实现智能化操作及数字化管理。

目前，该拼配生产线在多家茶厂已投产使用，客户使用反馈效果较好，后续也将结合客户提出的建议，对现有设备不断进行改进，缩短设备更新迭代周期。此外，将加大对该设备的推广力度，不断增加客户对智能拼配设备的了解和认可。

随着茶叶在终端消费圈的日益兴起以及国家和地方政府对茶产业重视程度的不断提升，加之茶叶种植补贴以及购机补贴政策的逐步落地，将会有更多的科研人员投身于与茶叶相关的行业中。相信在相关人员的共同努力下，将缩短茶叶精制设备更新迭代周期，提高设备推陈出新的频次，进一步促进茶产业高质量发展。