綠茶是非發(fā)酵茶，較多地保留了鮮葉的天然物質(zhì)，含有茶多酚、葉綠素、咖啡堿、氨基酸、維生素等多種營養(yǎng)成分，特別是多酚類化合物含量高，具有較好的保健功能。2019年中國綠茶產(chǎn)量達(dá)到177萬噸，占全國茶葉產(chǎn)量的63%。中國綠茶市場人均消費(fèi)量也呈上升走勢，2018年人均消費(fèi)量首次超過1 kg/人，達(dá)到1.03 kg/人，2019年達(dá)到1.05 kg/人。綠茶是中國茶葉中出口規(guī)模最大的茶類，2019年綠茶出口量占茶葉出口總量的83%。
綠茶機(jī)械化制作工藝一般經(jīng)殺青、揉捻、做形、烘焙等工序，殺青、揉捻和烘焙一般可以由通用裝備來完成，但做形裝備則為專用裝備，對外形不同的綠茶應(yīng)由不同的做形裝備完成。文章綜述了芽(條)形、片形、顆粒形等典型綠茶做形裝備研究現(xiàn)狀及存在的問題，并對綠茶做形裝備的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。
01
芽(針、條)形綠茶做形裝備研究
▲ 安吉白茶(條形綠茶)
茶葉理?xiàng)l機(jī)是芽(針、條)形綠茶做形關(guān)鍵設(shè)備，最早出現(xiàn)于安徽宣城地區(qū)，利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)U形槽鍋實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，深受我國茶農(nóng)喜愛，在茶葉加工生產(chǎn)線中已廣泛應(yīng)用。茶葉在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的U形槽鍋中被拋起與槽鍋壁產(chǎn)生碰撞，在動(dòng)摩擦、擠壓力的作用下使茶葉產(chǎn)生形變;在加熱裝置熱作用下茶葉葉片水分減少并軟化收縮，同時(shí)配合機(jī)械力的作用進(jìn)行做形;加熱過程產(chǎn)生熱化學(xué)作用會引起茶葉內(nèi)質(zhì)成分的變化，有利于茶葉色、香、味等重要特征的形成，U形槽鍋?zhàn)鳛槔項(xiàng)l機(jī)重要組成部件，其槽鍋形狀及設(shè)計(jì)參數(shù)直接影響到理?xiàng)l質(zhì)量。
國內(nèi)眾多專家學(xué)者對理?xiàng)l機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)展開研究，程玉明等曾對理?xiàng)l機(jī)的槽鍋展開設(shè)計(jì)研究，U形槽寬加深為115 mm、U形槽深增加到100~110 mm、采用兩邊圓弧曲率半徑差為5 mm的不對稱結(jié)構(gòu)、槽鍋底部增加三條導(dǎo)葉筋，以增強(qiáng)理?xiàng)l葉與鍋壁的撞擊力，加強(qiáng)筋對理?xiàng)l葉產(chǎn)生的搓擦效果，同時(shí)增強(qiáng)了茶葉的翻動(dòng)特性和透氣性，提高理?xiàng)l做形質(zhì)量;趙祖光對茶葉理?xiàng)l機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌進(jìn)行改進(jìn)，將雙圓柱形滑軌副改為一圓一平滑軌，通過對比試驗(yàn)得出新設(shè)計(jì)的滑軌副可以提高機(jī)器壽命，在一定程度上提高了制茶品質(zhì)。
茶葉理?xiàng)l機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)設(shè)計(jì)的最小傳動(dòng)角過小，會造成機(jī)構(gòu)傳動(dòng)卡滯、沖擊及振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)影響茶葉成形率。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法過程較繁，且一般較難獲得最大傳動(dòng)角，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶機(jī)課題組運(yùn)用蟻群算法對茶葉理?xiàng)l機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取最小傳動(dòng)角及成條率為目標(biāo)函數(shù)，以理?xiàng)l機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，根據(jù)茶葉理?xiàng)l機(jī)作業(yè)時(shí)具體結(jié)構(gòu)要求為約束條件，建立了茶葉理?xiàng)l機(jī)多元非線性優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用蟻群算法和Matlab語言，編制了基于蟻群算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)求解程序，結(jié)果為，曲柄長度a為59.1 mm，連桿長度b為341.5 mm，偏心距e為57.5 mm，滑塊行程H為120 mm，輔助角β為8.26°，極位夾角θ為3.5°，最小傳動(dòng)角γmin為70.1°。優(yōu)化后的最小傳動(dòng)角由50°增大到70.1°，使傳動(dòng)更加平穩(wěn)，振動(dòng)減輕，噪音降低;槽鍋的卡滯現(xiàn)象消失，理?xiàng)l機(jī)的成條率也有所增加，理?xiàng)l機(jī)優(yōu)化前后的參數(shù)如表1所示。
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)屬非對稱結(jié)構(gòu)，理?xiàng)l機(jī)作業(yè)時(shí)連桿的慣性力難以平衡，造成振動(dòng)噪音較大。為了以最小的成本降低理?xiàng)l機(jī)的振動(dòng)噪音，在不改變理?xiàng)l機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶機(jī)課題組對理?xiàng)l機(jī)進(jìn)行了減振方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)理?xiàng)l機(jī)存在單機(jī)不對稱，整機(jī)分為上下兩層，每層包括由各自的曲柄連桿機(jī)構(gòu)組成的兩個(gè)相同的振動(dòng)單元，每個(gè)振動(dòng)單元的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心和連桿在連接板的鉸接點(diǎn)位于同一水平線上，能夠保證四個(gè)連桿的任意時(shí)間的慣性力均對稱，以減小機(jī)器振動(dòng);為了平衡傳統(tǒng)理?xiàng)l機(jī)連桿產(chǎn)生的慣性力，設(shè)計(jì)了一種適用于茶葉連續(xù)化、清潔化生產(chǎn)線的具有低振動(dòng)、低噪音的茶葉連續(xù)理?xiàng)l機(jī)，通過對稱布置的、形狀和重量相同的四個(gè)平衡重以平衡理?xiàng)l機(jī)的慣性力，可以對一階及二階慣性力進(jìn)行有效平衡，提高了減振效果;以行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)取代曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，與后者相比，行星齒輪組具有良好的對稱性，創(chuàng)新機(jī)構(gòu)具有更好的傳動(dòng)平穩(wěn)性及較低的振動(dòng)、噪音;張小福設(shè)計(jì)了一種理?xiàng)l機(jī)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，利用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)、噪音較小的特點(diǎn)及易于電控的特點(diǎn)，以高速氣缸通過電磁閥換向驅(qū)動(dòng)往復(fù)式茶葉理?xiàng)l機(jī)，以紅外線陶瓷發(fā)熱板為加熱元件，具有熱效率高，傳動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。
隨著各種名優(yōu)茶生產(chǎn)線的建立，連續(xù)多級式理?xiàng)l機(jī)被廣泛引用。陳根生等根據(jù)芽形名優(yōu)綠茶品質(zhì)要求及工藝需求，在理?xiàng)l環(huán)節(jié)采用三級連續(xù)理?xiàng)l機(jī)組，通過試驗(yàn)研究確定了三個(gè)理?xiàng)l機(jī)組的振動(dòng)頻率及理?xiàng)l溫度，成條率可達(dá)80%以上，茶葉加工生產(chǎn)線中的理?xiàng)l機(jī)組各單機(jī)原理與現(xiàn)有的理?xiàng)l機(jī)相似，但由于每一級理?xiàng)l機(jī)的槽鍋的傾角、U形槽寬度與槽深等均可依工藝要求確定而不相同，故每一級的理?xiàng)l時(shí)間、溫度等工藝參數(shù)都可最大限度適應(yīng)該階段的茶葉加工工藝要求。
近年來浙江川崎茶業(yè)機(jī)械有限公司生產(chǎn)的60K-S系列精揉機(jī)、寧波姚江源機(jī)械有限公司的6CRJ系列精揉機(jī)等可用于恩施玉露、雨花茶、古丈毛尖、安化松針、信陽毛尖等針芽形名優(yōu)綠茶的做形工序。盤式揉捻機(jī)在進(jìn)行揉捻作業(yè)時(shí)，對揉捻葉只有機(jī)械力的作用，并且揉捻過程系在封閉的揉桶內(nèi)進(jìn)行。而精揉機(jī)除了對茶葉有機(jī)械力的作用外，還有熱的作用，更有利于茶葉成形，并能減小破碎率。同時(shí)精揉機(jī)為開放式結(jié)構(gòu)，透氣性好，能有效地控制茶葉水分，保證茶葉葉底嫩綠明亮，故加工出的成品茶，條索緊細(xì)圓直，鋒苗挺秀，香氣清高。
▲ 川崎精揉機(jī)在雨花茶中的應(yīng)用
(南京盛峰茶業(yè)有限公司供圖)
02
片形綠茶做形裝備研究
▲ 龍井茶(片形綠茶)
長板式扁形茶炒制機(jī)是名優(yōu)扁形綠茶(龍井茶)做形的關(guān)鍵設(shè)備之一，于1999年研制成功，經(jīng)改進(jìn)和優(yōu)化后投入實(shí)際加工生產(chǎn)中。將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到扁形茶炒制機(jī)中，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將茶農(nóng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語言，降低了對操作者的技術(shù)要求，提高了茶葉加工的科技水平。2000年左右，浙江新昌茶區(qū)開始應(yīng)用長板式扁形茶炒制機(jī)進(jìn)行龍井茶做形，因?yàn)樵摍C(jī)在一定程度上具有磨光作用，能較好地適應(yīng)龍井茶的做形工藝需求。隨著長板式扁形茶炒制機(jī)的推廣使用，扁形茶的炒制作業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，并能與多功能電熱理?xiàng)l機(jī)配合使用，發(fā)揮各自性能優(yōu)點(diǎn)，提高成茶品質(zhì)和工作效率。
隨著設(shè)計(jì)水平的不斷創(chuàng)新，長板式單鍋扁形茶炒制機(jī)自動(dòng)化程度獲得顯著提高。機(jī)器在工作時(shí)，使用者可通過人機(jī)對話設(shè)置各加工參數(shù)，儲存在電腦內(nèi)的數(shù)據(jù)直接對整個(gè)炒茶過程進(jìn)行自動(dòng)控制，無需人為干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)茶葉加工過程全程自動(dòng)化;夏建仁等對龍井茶機(jī)械化加工工藝進(jìn)行了研究，將全自動(dòng)和半自動(dòng)的兩臺長板式龍井茶炒制機(jī)組合進(jìn)行扁茶做形，優(yōu)化了扁形茶機(jī)械加工工藝，提高了扁形茶做形品質(zhì)。
由于茶葉需求日益提高，扁形茶單機(jī)加工機(jī)械雖能滿足龍井(扁形)茶做形要求，卻無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，為滿足龍井(扁形)茶半連續(xù)化及連續(xù)化、智能化生產(chǎn)方式，國內(nèi)眾多企業(yè)、高校開展研究并取得一定進(jìn)展。為滿足上述需求，杭州千島湖豐凱實(shí)業(yè)有限公司進(jìn)行了如表2所示的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，即將3臺或4臺長板式龍井(扁形)茶炒制機(jī)前后串聯(lián)，作業(yè)時(shí)，第一臺炒制機(jī)主要負(fù)責(zé)殺青工序，第二臺負(fù)責(zé)繼續(xù)殺青和初步做形工序，第三臺主要負(fù)責(zé)繼續(xù)做形工序，第四臺主要負(fù)責(zé)磨光工序。通過這四個(gè)工序，龍井(扁形)茶炒制的全過程得以完成，目前該裝備已應(yīng)用于龍井茶生產(chǎn)線中。
▲ “豐凱牌”6CCB-983D型三鍋連續(xù)扁茶炒制機(jī)
扁形綠茶具有代表性的產(chǎn)品類型有西湖龍井(有梗)及六安瓜片。兩者雖都是扁形，但在外形上具有較大差別。前者為較平的片形，后者則為形如瓜子、略帶彎曲。上述長板式扁形茶炒制機(jī)只能用于龍井茶做形，不能用于六安瓜片。
六安瓜片的做形一般是用理?xiàng)l機(jī)，但容易使條形過直、卷曲欠缺，在多年的制茶實(shí)踐中，通常在理?xiàng)l機(jī)的U形槽鍋中放置加壓棒來完成做形工序，在U形槽鍋的帶動(dòng)下，槽鍋內(nèi)的茶葉沿U形槽產(chǎn)生翻滾、拋起、與槽鍋壁產(chǎn)生碰撞，同時(shí)U形槽鍋內(nèi)的加壓棒在槽鍋內(nèi)做以槽鍋寬度為直徑的似圓周運(yùn)動(dòng)，對槽鍋內(nèi)的茶葉產(chǎn)生沖擊壓力作用，最終成形，但加壓棒的釋放及回收還是要靠人工完成，這不僅加大了勞動(dòng)強(qiáng)度，也不利于茶葉清潔化生產(chǎn)，且無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，另外茶葉加工質(zhì)量要受到工人技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的制約，無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)要求，影響成茶品質(zhì)。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶機(jī)課題組設(shè)計(jì)了一種具有自動(dòng)加壓功能做形裝備用于六安瓜片的做形工序，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了六安瓜片連續(xù)化、清潔化生產(chǎn)。所設(shè)計(jì)的氣動(dòng)式自動(dòng)加壓茶葉理?xiàng)l機(jī)如圖1所示，是一種機(jī)、電、氣一體化的茶葉自動(dòng)化加工設(shè)備，由氣缸、活塞桿、吊環(huán)支架和吊環(huán)組成，實(shí)現(xiàn)了做形工序的自動(dòng)加壓，該設(shè)備于2007年應(yīng)用在六安瓜片生產(chǎn)線至今，效果良好。
03
顆粒形及卷曲形綠茶做形裝備研究
▲ 貴州綠寶石(顆粒形綠茶)
不同顆粒形綠茶機(jī)制加工工藝雖然不同，但主要由殺青、揉捻、做形和烘焙等關(guān)鍵工序組成，而做形工序?qū)︻w粒形綠茶形成獨(dú)特卷曲外形起著關(guān)鍵作用，雙鍋曲毫炒干機(jī)是顆粒形綠茶做形的關(guān)鍵設(shè)備，茶葉在高溫炒鍋內(nèi)受炒手板推壓力、茶葉間摩擦力、茶葉與炒鍋內(nèi)壁摩擦力、茶葉自身重力等多個(gè)方向的作用力下，逐漸向內(nèi)收緊成圓球顆粒狀，以完成做形工序。
20世紀(jì)80年代，84型珠茶炒干機(jī)研制成功并在全國珠茶生產(chǎn)區(qū)推廣使用，因其茶灶的設(shè)計(jì)會造成環(huán)境和茶葉的污染，不符合我國茶葉無公害化生產(chǎn)的理念，需對茶灶進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，浙江省上虞市改進(jìn)的新茶灶應(yīng)用時(shí)間雖短、整體不夠完善，但對茶葉清潔化生產(chǎn)具有重要意義。
6CCGQ-50型雙鍋曲毫炒干機(jī)作為名優(yōu)茶加工做形的重要機(jī)型之一，關(guān)鍵在于炒茶溫度、炒板擺速與擺幅等，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算控制理念逐漸應(yīng)用于茶葉加工領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，降低茶農(nóng)的技術(shù)要求，提高經(jīng)濟(jì)效益，可進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)加工，浙江紅五環(huán)制茶裝備股份有限公司研制生產(chǎn)的6CCQ-60型炒干機(jī)采用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)炒茶溫度、時(shí)間、炒板擺幅等參數(shù)的自動(dòng)控制，提高了炒茶機(jī)械的智能化水平。
▲ “春江牌”6CCQ-50型雙鍋曲毫機(jī)
做形工序中所應(yīng)用的雙鍋曲毫機(jī)，主要利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來模擬人工炒茶作業(yè)。曲柄為主動(dòng)件，帶動(dòng)搖桿左右擺動(dòng)，搖桿驅(qū)動(dòng)與其同軸安裝的炒板在炒鍋內(nèi)不斷擺動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)顆粒型綠茶做形。
由于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不緊湊，占用空間較大;曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的加速度及速度均有較大變化，導(dǎo)致茶葉受熱不均勻、振動(dòng)噪音較大。加之上述機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)為主，運(yùn)動(dòng)性能不佳，易造成運(yùn)動(dòng)卡滯及較大振動(dòng)，影響成品茶品質(zhì)。
安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶機(jī)課題組對上述機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。以最小傳動(dòng)角最大化為目標(biāo)函數(shù)，建立雙鍋炒茶機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Matlab編制基于蟻群算法的優(yōu)化程序進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算及驗(yàn)證又通過3因素3水平正交試驗(yàn)，探究貴州珠茶初烘葉含水率、第一次造形時(shí)間、第二次造形炒板的擺動(dòng)頻率對珠茶成形勻度和碎茶率的影響，獲得的最佳參數(shù)組合分別為：初烘葉含水率50%、第一次造形時(shí)間50 min、第二次造形炒板的擺動(dòng)頻率2.58 Hz;李為寧等用Solidworks建立了雙鍋曲毫機(jī)的3D虛擬樣機(jī)，基于離散元法建立茶葉顆粒及接觸力學(xué)模型，運(yùn)用EDEM軟件對做形過程進(jìn)行了仿真計(jì)算，以成形率最大化和碎茶率最小化為目標(biāo)函數(shù)，對炒板關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)，同時(shí)運(yùn)用2因素3水平試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，獲得了弧形炒板的最優(yōu)擺速及擺幅;鄭紅發(fā)等以6CCGQ-50型雙鍋曲毫炒干機(jī)為試驗(yàn)對象，開展螺形茶造型技術(shù)研究，得到了曲毫的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為投葉量6 kg/鍋、曲毫溫度180 ℃、炒制時(shí)間75 min，上述優(yōu)化結(jié)果如表3所示。
傳統(tǒng)的珠茶炒干機(jī)仍為單機(jī)生產(chǎn)，作業(yè)中需人工操作，以完成上料、出料及并鍋環(huán)節(jié)，難以適應(yīng)連續(xù)化生產(chǎn)需求。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶機(jī)課題組設(shè)計(jì)出一種基于自動(dòng)供料的珠茶連續(xù)化做形控制系統(tǒng)以及控制方法，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，基于程控的自動(dòng)稱重系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)定量加料，設(shè)計(jì)的基于雙搖桿機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)槽鍋支架翻轉(zhuǎn)自動(dòng)下茶，PLC控制并鍋環(huán)節(jié)可進(jìn)行復(fù)炒，實(shí)現(xiàn)珠茶做形的連續(xù)化生產(chǎn)。
一些曲毫類卷曲形綠茶做形(如碧螺春)，可用揉捻機(jī)進(jìn)行初步揉捻成條，然后采用6CB-180型碧螺春整形機(jī)，6CCQ-50G型曲毫炒干機(jī)，6CL-30型名茶搓螺機(jī)，6SCG-50CDT型雙鍋曲毫機(jī)，6CRQ-60型瓶式曲毫機(jī)等完成做形。般溫度設(shè)定在60~80 ℃，在熱及機(jī)械力的同時(shí)作用下完成做形工序，同時(shí)要求透氣，保持茶葉色澤翠綠。上述時(shí)間一般為20~30 min，炒至茶條卷曲，含水量為10%左右，可出茶攤涼。
04
茶葉加工溫度控制系統(tǒng)研究
溫度是綠茶做形工序中的關(guān)鍵參數(shù)，對茶葉的成型和品質(zhì)提升有著重要的意義。理?xiàng)l是使茶葉在一定溫度下受熱的作用使葉片軟化，溫度的控制精度直接影響成條率，李文萃等研究了香茶機(jī)械化、連續(xù)化加工滾炒溫度、次數(shù)對其成茶品質(zhì)的影響。趙瑤等根據(jù)針形茶做形要求，研制CJL-5型針形茶自動(dòng)控溫整形操作臺，采用遠(yuǎn)紅外加熱方式并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控溫。范起業(yè)等研究了不同殺青溫度對香茶品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)80型電磁滾筒殺青機(jī)殺青，在投葉量為130 kg/h時(shí)，滾筒三段式加熱元件溫度為290 ℃-280 ℃-265 ℃時(shí)，可獲最佳的成茶品質(zhì)。
傳統(tǒng)茶葉理?xiàng)l機(jī)理?xiàng)l溫度控制波動(dòng)較大，為了防止茶葉在理?xiàng)l過程中出現(xiàn)色澤變黃、變暗或產(chǎn)生焦味的現(xiàn)象，需要精確控制理?xiàng)l溫度，提高茶葉的加工質(zhì)量。傅杰設(shè)計(jì)了茶葉理?xiàng)l工藝參數(shù)模糊決策控制器及模糊PID溫度控制器，并利用Matlab/simulink對上述控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，以解決茶葉理?xiàng)l機(jī)溫度控制精度不高的問題;近年來模糊控制相關(guān)算法已成功應(yīng)用于工程控制中，王小勇等通過模糊算法進(jìn)行理?xiàng)l機(jī)溫度控制，運(yùn)用Matlab對溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，使得理?xiàng)l機(jī)的主副加熱部件具有較高的穩(wěn)定性，穩(wěn)態(tài)精度高，抗干擾能力強(qiáng)，提高了理?xiàng)l的成茶品質(zhì);任桂英等通過PLC和相關(guān)控制元件組成控制系統(tǒng)，對溫度、頻率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了茶葉理?xiàng)l過程的自動(dòng)化，便于用戶簡單操作;烏蘭等通過IPSO對模糊PID控制器進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，使得控制系統(tǒng)可根據(jù)烘干機(jī)熱風(fēng)爐的實(shí)時(shí)溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)排煙量，保證烘干機(jī)溫度的恒定。
根據(jù)茶葉物料烘焙時(shí)具有遲滯、大慣性和非線性的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)PID控制時(shí)溫度控制精度不高，超調(diào)量較大，魯棒性差，李兵等設(shè)計(jì)了一種基于模糊 PID控制原理設(shè)計(jì)的溫度控制器，用于六安瓜片茶烘焙，具有較好的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能，溫度控制精度高、超調(diào)小，當(dāng)葉溫設(shè)置為80 ℃時(shí)，能得到較好的烘焙品質(zhì);安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶機(jī)課題組設(shè)計(jì)了一種基于動(dòng)態(tài)矩陣控制的茶葉烘干機(jī)，烘干機(jī)采用多層隧道式，采用上加熱方式，加熱元件為電加熱遠(yuǎn)紅外輻射板，運(yùn)用DMC-PID串級溫度控制系統(tǒng)(如圖2)，前級的DMC算法提高溫度控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力與魯棒性;后級PID算法提高系統(tǒng)的抗干擾性能。
傳統(tǒng)PID控制、FUZZY-PID及DMC-PID控制技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用于茶葉溫度控制系統(tǒng)中，上述三種溫度控制系統(tǒng)的溫度響應(yīng)曲線如圖3所示，常規(guī)PID溫控精度低且超調(diào)量為15%，F(xiàn)UZZY-PID溫控的超調(diào)量為10.5%，而采用DMC-PID串級溫控的超調(diào)量為5.9%，可提高溫度控制精度及成茶品質(zhì)。
05
發(fā)展趨勢
綠茶做形裝備是形成各種綠茶獨(dú)特品質(zhì)的關(guān)鍵，也是模擬人工炒茶的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其發(fā)展趨勢從最初的單機(jī)作業(yè)逐漸向連續(xù)化、智能化方向發(fā)展。成熟的工業(yè)自動(dòng)化控制及傳感器技術(shù)正逐步輻射至茶機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更多地應(yīng)用了傳感器技術(shù)和機(jī)、電、氣一體化等先進(jìn)技術(shù);做形裝備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也從簡單的平面機(jī)構(gòu)向空間機(jī)構(gòu)發(fā)展，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加緊湊、傳動(dòng)效率更高、運(yùn)行振動(dòng)噪音更小、同時(shí)產(chǎn)生了多種創(chuàng)新機(jī)構(gòu)。通過運(yùn)用現(xiàn)代智能算法進(jìn)行了關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，相關(guān)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)水平得以提高。
今后，茶葉做形機(jī)械將以食品工程、機(jī)械電子、自動(dòng)化技術(shù)及人工智能多學(xué)科交叉為特點(diǎn)，同時(shí)做形生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化及智能化水平也將日益提高。
來源：中國茶葉加工
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