差速锥螺旋揉搓推进式的乌龙茶连续化揉捻方法及生产线与流程

本发明属于乌龙茶加工技术领域，具体涉及一种差速锥螺旋揉搓推进式的乌龙茶连续化揉捻方法及生产线，核心部分采用锥螺旋轴和螺旋筒对茶叶进行差速螺旋揉捻成型，有助于乌龙茶叶形成满足要求的颗粒状外形。

背景技术：

乌龙茶加工主要经过萎凋、做青、炒青、揉捻、速包、包揉和烘干等过程；其中，揉捻是乌龙茶初制的塑型工序，通过揉捻机进行加工操作，依靠外力作用，使茶叶揉破变轻，卷转成条，形成其紧结弯曲的外形；同时部分茶汁挤溢附着在叶表面，对提高茶滋味浓度也有重要作用。揉捻是加工过程中劳动强度最大、耗时长、耗能极大的工序，揉捻力度控制过分依赖于操作人员的经验，尤其是对于经验欠缺的操作者，加工效果更差，不同工位揉捻加工出的物料品质参差不齐、加工效果不理想，影响产品品质，无法保证产品品质的一致性。整个加工过程需要投入大量的人力物力，耗时耗力且无法连续化作业，加工效率低，不符合环保、高效和可持续发展的新时代制造业发展愿景。所以，一种高效、作业连续化及绿色环保的茶叶加工设备对茶叶加工领域的高速健康发展具有重要意义，将具有很大的推广价值和实用意义。

技术实现要素：

本发明主要针对现有技术的缺点和不足，提出一种差速锥螺旋揉搓推进式的乌龙茶连续化揉捻方法及生产线，进一步保证茶叶的揉捻品质，且极大地减少人力物力的投入，加工过程高效、卫生。

本发明差速锥螺旋揉搓推进式的乌龙茶连续化揉捻方法，具体如下：

步骤一、茶叶物料由第一带传动机构的第一输送带进料，并由落料口落入前固定桶的进料口，然后进入螺旋桶内；

步骤二、螺旋桶和锥螺旋轴差速转动；在螺旋桶的k线内螺纹和锥螺旋轴的锥形轴段k线外螺纹输送作用下，茶叶沿轴线向前推进，其中，3≤k≤6；由于锥螺旋轴和螺旋桶存在速度差，同一横截面上，锥螺旋轴的外螺纹牙顶与螺旋桶的内螺纹牙顶和牙底交替相对，从而形成大、小容腔交替变化，使得茶叶在螺旋桶内沿轴向前进的同时伴有径向的运动；茶叶聚集在螺旋桶内部，运动都呈翻滚绞合状态；茶叶随着轴向运动，进入锥螺旋轴的圆轴段，螺旋桶的k线内螺纹和锥螺旋轴的圆轴段k线外螺纹对茶叶进行揉捻；由于锥螺旋轴锥形轴段与螺旋桶之间的空间沿螺旋桶输入端至输出端方向由大到小变化，在螺旋桶和锥螺旋轴的持续旋转下，茶叶之间翻滚绞合的同时揉捻力逐渐增大，并且持续翻转揉捻，促使茶叶螺旋成条，进而揉捻做型。茶叶行进到螺旋桶的输出端时，压板上的棱条起到揉搓作用，并提供不规则挤压力；压板上的压力传感器实时监测压板受力并反馈给控制模块；控制模块将压力传感器的信号与揉捻加工的预设揉捻力对比，控制第二电机、第四电机、第三电机、第五电机和第六电机的转速，从而分别调整第二输送带、第三输送带、提升机、锥螺旋轴和螺旋桶的转速，达到控制茶叶的循环回料速度以及螺旋揉捻力的目的，其中，第二电机为第二输送带提供动力，第四电机为第三输送带提供动力，第三电机为提升机提供动力，第五电机为锥螺旋轴提供动力，第六电机为螺旋桶提供动力；之后，茶叶经过后固定桶的出料口落入第三输送带上；第三输送带将茶叶输送至解块机中进行打散，打散后掉落至提升机上；提升机向上端输送茶叶给第二输送带，第二输送带进一步将茶叶输送至落料口；

步骤三、重复步骤一和二，直到第一带传动机构的第一输送带输送至螺旋桶内的茶叶进料量达到预设值时，控制模块控制第一电机停转，并进入步骤四；其中，第一输送带输送至螺旋桶内的茶叶进料量由控制模块控制第一电机的转速和运转时间实现；

步骤四、重复步骤二，对茶叶进行循环揉捻做型，循环预设次数后，通过解块机出口处收集茶叶。

进一步，步骤二中，控制模块通过控制螺旋桶与锥螺旋轴的转速差及持续时间来满足轻、重揉的不同揉捻力揉捻及时间需求。

本发明差速锥螺旋揉搓推进式的乌龙茶连续化揉捻生产线，包括输送装置、螺旋揉捻装置和控制模块。

所述的输送装置包括第一带传动机构、第二带传动机构、提升机、第二电机、解块机、第三电机、第四电机、第三带传动机构和第一电机；第一电机、第二电机的底座均固定在型架上，第一电机通过链传动机构驱动第一带传动机构；第二电机通过链传动机构驱动第二带传动机构；第一带传动机构的第一输送带和第二带传动机构的第二输送带处于同一高度；第一、第二输送带之间为落料口；第一、第二输送带的输送方向均朝向落料口；提升机上端落料处置于第二输送带正上方；所述的提升机包括第三电机和链传动机构，第三电机通过链传动机构驱动提升机的主动轴；解块机通过型架固定置于提升机下端的正上方；第三带传动机构的第三输送带出料端置于解块机正上方，第四电机的底座固定在型架上，第四电机通过链传动机构驱动第三带传动机构。

所述的螺旋揉捻装置包括压板、压板弹簧、锥螺旋轴、第五电机、后固定桶、压力传感器、第一托辊组、第六电机、螺旋桶、驱动轴、第二托辊组、机架和前固定桶；前固定桶和后固定桶的中心处均开设有支承孔；压板中心处开设的支承孔与后固定桶的支承孔同轴设置；压板设置在后固定桶内，并与后固定桶通过压板弹簧相连；所述的压板上设有一体成型的若干棱条；锥螺旋轴两端均设有一体成型的支承轴，一端的支承轴通过轴承支承在前固定桶的支承孔上，另一端的支承轴穿过压板的支承孔和后固定桶的支承孔，并通过轴承支承在后固定桶的支承孔上；第五电机通过第四带传动机构驱动锥螺旋轴；第五电机的底座以及前固定桶和后固定桶均固定在机架上；压力传感器固定于压板表面；所述的第一托辊组由两个第一托辊组成；所述的第二托辊组由两个第二托辊组成；两根驱动轴对称设置在螺旋桶底部两侧，驱动轴与机架构成转动副；每根驱动轴两端分别固定一个第一托辊和一个第二托辊；两个第一托辊沿驱动轴轴向对齐设置，两个第二托辊沿驱动轴轴向对齐设置；第六电机通过第五带传动机构驱动其中一根驱动轴，该驱动轴上固定有驱动链轮；第六电机的底座固定在机架上；螺旋桶和锥螺旋轴均水平设置；螺旋桶同轴套置在锥螺旋轴外，并置于两个第二托辊及两个第二托辊上；螺旋桶两端与前、后固定桶的间距均为l，2mm≤l≤3mm；前固定桶顶部开设有进料口，且进料口位于输送装置的落料口正下方；后固定桶底部开设有出料口；螺旋桶外固定套置有从动齿轮环；从动齿轮环与驱动齿轮啮合转动。

所述螺旋桶的内壁设有k线内螺纹，3≤k≤6，内螺纹大径在250mm～450mm之间取值，小径比大径大110mm；锥螺旋轴包括锥形轴段和圆轴段；锥螺旋轴锥形轴段小径端端面直径为圆轴段端面直径的1/3，圆轴段长度占锥螺旋轴总长度的1/3；锥螺旋轴上设有k线外螺纹，且圆轴段外螺纹大径在240mm～440mm之间取值，圆轴段外螺纹小径比圆轴段外螺纹大径小30mm；圆轴段外螺纹大径比内螺纹大径小10mm；螺旋桶和锥螺旋轴的长度相等；螺旋桶的内螺纹螺距p1等于锥螺旋轴的外螺纹位于圆轴段上的螺距p2，锥螺旋轴的外螺纹位于锥形轴段上的螺距p3大于p2；外螺纹与内螺纹的螺纹升角一致，均在15°～30°之间取值；螺旋桶和锥螺旋轴转向一致。

所述压力传感器的信号输出端与控制模块连接，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机的控制信号端均与控制模块连接。

所述的提升机采用石家庄特昊机械有限公司的th-0420型提升机。

所述的解块机采用安溪永兴机械有限公司的yx-6cjk-40g型茶叶解块机。

所述的锥螺旋轴转速设置在每分钟45～55转，螺旋桶转速设置在每分钟5～10转。

本发明具有的有益效果是：

1)可以弥补市场中连续化茶叶揉捻机的空缺，极大满足高效、环保的茶叶成型加工要求，实现机器换人的目标，减轻人力劳动，提高工作效率。2)利用螺旋桶与锥螺旋轴的螺旋面作用实现茶叶的轴向推进，差速运转促使茶叶径向的翻转绞合，进而实现茶叶的多方向、不规则的揉搓受力，与传统揉捻做型工艺下的茶叶受力情况一致；锥螺旋设计，加快空间缩小，揉捻效果好、效率高。3)通过压力传感器感知挤压腔体内的压力变化，实时调整揉捻速度、强度，适用性强，智能化程度高，满足轻、重、轻揉工艺的自动化加工需要，进一步保证乌龙茶质量。

附图说明

图1为本发明生产线的示意图；

图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)为本发明中锥螺旋轴与螺旋筒之间大、小腔交替变化两次的示意图；

图3为本发明中第一托辊组的安装位置示意图；

图4为本发明中锥螺旋轴与螺旋桶的相对位置示意图。

图中：1、第一输送带，2、第二输送带，3、提升机，4、第二电机，5、压板，6、压板弹簧，7、锥螺旋轴，8、第五电机，9、后固定桶，10、压力传感器，11、解块机，12、第三电机，13、第四电机，14、第三输送带，15、第一托辊组，16、第六电机，17、螺旋桶，18、驱动轴，19、第二托辊组，20、控制模块，21、机架，22、前固定桶，23、第一电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，差速锥螺旋揉搓推进式的乌龙茶连续化揉捻生产线，包括输送装置、螺旋揉捻装置和控制模块。

输送装置包括第一带传动机构、第二带传动机构、提升机3、第二电机4、解块机11、第三电机12、第四电机13、第三带传动机构和第一电机23；第一电机23、第二电机4的底座均固定在型架上，第一电机23通过链传动机构驱动第一带传动机构；第二电机4通过链传动机构驱动第二带传动机构；第一带传动机构的第一输送带1和第二带传动机构的第二输送带2处于同一高度；第一、第二输送带之间为落料口；第一、第二输送带的输送方向均朝向落料口；提升机3上端落料处置于第二输送带2正上方，保证茶叶提升后准确落入第二传送带2上，下端置于地面；提升机3采用石家庄特昊机械有限公司的th-0420型提升机；提升机3包括第三电机12和链传动机构，第三电机12通过链传动机构驱动提升机3的主动轴；解块机11通过型架固定置于提升机3下端的正上方，解块机11采用安溪永兴机械有限公司的yx-6cjk-40g型茶叶解块机；第三带传动机构的第三输送带14出料端置于解块机11正上方，第四电机13的底座固定在型架上，第四电机13通过链传动机构驱动第三带传动机构。

如图1、3和4所示，螺旋揉捻装置包括压板5、压板弹簧6、锥螺旋轴7、第五电机8、后固定桶9、压力传感器10、第一托辊组15、第六电机16、螺旋桶17、驱动轴18、第二托辊组19、机架21和前固定桶22；前固定桶22和后固定桶9的中心处均开设有支承孔；压板5中心处开设的支承孔与后固定桶9的支承孔同轴设置；压板5设置在后固定桶9内，并与后固定桶9通过压板弹簧6相连；压板上设有一体成型的若干棱条；锥螺旋轴7两端均设有一体成型的支承轴，一端的支承轴通过轴承支承在前固定桶的支承孔上，另一端的支承轴穿过压板5的支承孔和后固定桶9的支承孔，并通过轴承支承在后固定桶的支承孔上；第五电机8通过第四带传动机构驱动锥螺旋轴；第五电机8的底座以及前固定桶23和后固定桶9均固定在机架21上；压力传感器10固定于压板5表面；第一托辊组15由两个第一托辊组成；第二托辊组19由两个第二托辊组成；两根驱动轴18对称设置在螺旋桶17底部两侧，驱动轴18与机架21构成转动副；每根驱动轴18两端分别固定一个第一托辊和一个第二托辊；两个第一托辊沿驱动轴轴向对齐设置，两个第二托辊沿驱动轴轴向对齐设置；第六电机16通过第五带传动机构驱动其中一根驱动轴，该驱动轴18上固定有驱动链轮；第六电机16的底座固定在机架21上；螺旋桶17和锥螺旋轴7均水平设置；螺旋桶17同轴套置在锥螺旋轴7外，并置于两个第二托辊及两个第二托辊上；螺旋桶17两端与前、后固定桶的间距均为l，2mm≤l≤3mm；前固定桶顶部开设有进料口，且进料口位于输送装置的落料口正下方；后固定桶底部开设有出料口；螺旋桶17外固定套置有从动齿轮环；从动齿轮环与驱动齿轮啮合转动。

如图1、2(a)、2(b)、2(c)和2(d)所示，螺旋桶的内壁设有六线内螺纹，内螺纹大径在250mm～450mm之间取值，小径比大径大110mm；锥螺旋轴包括锥形轴段和圆轴段；锥螺旋轴锥形轴段小径端端面直径为圆轴段端面直径的1/3，圆轴段长度占锥螺旋轴总长度的1/3；锥螺旋轴上设有六线外螺纹，且圆轴段外螺纹大径在240mm～440mm之间取值，圆轴段外螺纹小径比圆轴段外螺纹大径小30mm；圆轴段外螺纹大径比内螺纹大径小10mm；螺旋桶和锥螺旋轴的长度相等，且均在1m～2m之间取值；锥螺旋轴锥形轴段主要用来输送茶叶，圆轴段主要用来进行揉捻作业；螺旋桶17的内螺纹螺距p1等于锥螺旋轴7的外螺纹位于圆轴段上的螺距p2，锥螺旋轴7的外螺纹位于锥形轴段上的螺距p3大于p2；由于锥螺旋轴存在锥形轴段，因此锥螺旋轴7锥形轴段与螺旋桶17之间的空间沿螺旋桶输入端至输出端方向由大到小变化，以供茶叶的揉捻作业；外螺纹与内螺纹的螺纹升角一致，均在15°～30°之间取值，具体由实际加工情况而定；螺旋桶和锥螺旋轴转向一致，锥螺旋轴转速设置在每分钟45～55转，螺旋桶转速设置在每分钟5～10转，螺旋桶和锥螺旋轴始终存在速度差，因此，同一横截面上，锥螺旋轴的外螺纹牙顶与螺旋桶的内螺纹牙顶和牙底交替相对，从而形成大、小容腔交替变化，使得茶叶在桶内沿轴向前进的同时伴有径向的运动。

如图1所示，压力传感器10的信号输出端与控制模块20连接，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机的控制信号端均与控制模块20连接；控制模块20通过控制第一电机的转速和运转时间，从而控制螺旋桶内的进料量；控制模块20将压力传感器10的信号及揉捻加工的揉捻力需求(以乌龙茶叶的老嫩程度和前道杀青工序的程度为依据)对比，控制第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机的转速，从而调整第二输送带、第三输送带、提升机、螺旋桶17和锥螺旋轴7的转速，达到控制茶叶的循环回料速度以及螺旋揉捻力的目的。

差速锥螺旋揉搓推进式的乌龙茶连续化揉捻方法，具体如下：

步骤一、茶叶物料由第一带传动机构的第一输送带1进料，并由落料口落入前固定桶的进料口，然后进入螺旋桶17内；

步骤二、第六电机16带动驱动轴进而带动螺旋桶17以转速n2转动，同时锥螺旋轴7在第五电机8的带动下以转速n1转动；在螺旋桶17的六线内螺纹和锥螺旋轴7的锥形轴段六线外螺纹输送作用下，茶叶沿轴线向前快速推进；由于锥螺旋轴7和螺旋桶17存在速度差，因此，同一横截面上，锥螺旋轴的外螺纹牙顶与螺旋桶的内螺纹牙顶和牙底交替相对，从而形成大、小容腔交替变化，使得茶叶在螺旋桶内沿轴向前进的同时伴有径向的运动；大量的茶叶聚集在内部，运动都呈翻滚绞合状态；茶叶随着轴向运动，进入锥螺旋轴7的圆轴段，螺旋桶17的六线内螺纹和锥螺旋轴7的圆轴段六线外螺纹对茶叶进行揉捻；在螺旋桶17和锥螺旋轴7的持续旋转下，茶叶之间翻滚绞合的同时揉捻力逐渐增大，并且持续翻转揉捻，促使茶叶螺旋成条，以此模仿传统的揉捻做型工艺。茶叶行进到螺旋桶17的输出端时，压板5上的棱条起到揉搓作用，并提供不规则挤压力；压板5上的压力传感器10实时监测压板受力并反馈给控制模块20；控制模块20将压力传感器10的信号与揉捻加工的揉捻力需求(以乌龙茶叶的老嫩程度和前道杀青工序的程度为依据)对比，控制第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机的转速，从而调整第二输送带、第三输送带、提升机、螺旋桶17和锥螺旋轴7的转速，达到控制茶叶的循环回料速度以及螺旋揉捻力的目的。之后，茶叶经过后固定桶9的出料口落入第三输送带14上；第三输送带14将茶叶输送至解块机11中进行充分打散，打散后掉落至提升机3上；提升机3向上端输送茶叶给第二输送带2，第二输送带2进一步将茶叶输送至落料口；

步骤三、重复步骤一和二，直到第一带传动机构的第一输送带输送至螺旋桶内的茶叶进料量达到预设值时，控制模块20控制第一电机停转，并进入步骤四；其中，第一输送带输送至螺旋桶内的茶叶进料量由控制模块20控制第一电机的转速和运转时间实现；

步骤四、重复步骤二，对茶叶进行循环揉捻做型，直至茶叶达到揉捻要求，最终通过解块机11出口处收集茶叶。

进一步，步骤二中，控制模块20通过控制螺旋桶17与锥螺旋轴7的转速差及持续时间来满足轻、重揉的不同揉捻力揉捻及时间需求；轻、重揉的不同揉捻力揉捻及时间需求对茶叶的成条成索及茶汁外溢程度有很大的影响。

本发明通过比较压力传感器10的信号和揉捻加工的揉捻力需求，不断调整形成合适的轻、重揉的不同揉捻力揉捻及时间，可以将茶叶的揉搓受力环境调整到与传统揉捻加工完全一致，在螺旋面及锥轴的作用下，茶叶传输整个过程中在多方向、大小多变的受力环境下具有较大的球螺头成型概率，保证了茶叶揉捻后的成索、成螺头效果，同时可以控制茶叶的破损率，而且对比传统的依靠经验判断更易参数化控制，有较高的精准度和规范的成型控制，也更易于提高乌龙茶的茶汁外溢，进一步保证乌龙茶的茶香基础和揉捻效果。