宋佳妮

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林吉林 132021）

1 制茶機(jī)應(yīng)用的背景

我國(guó)自古就是茶葉的生產(chǎn)大國(guó)，茶葉富含人體所需的多種維生素和微量元素，以前大多數(shù)的茶葉作坊加工采用手工式，但隨著人們對(duì)茶葉的喜愛(ài)程度日益加深，手工茶葉的生產(chǎn)效率制約著行業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始使用制茶機(jī)生產(chǎn)茶葉?，F(xiàn)在市場(chǎng)上所常見(jiàn)的制茶機(jī)功能多樣化，好多制茶機(jī)把殺青機(jī)、揉捻機(jī)、烘干機(jī)等功能集于一身，這樣的好處就是提高了生產(chǎn)效率，降低了茶葉的生產(chǎn)成本，市場(chǎng)前景好，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，本文通過(guò)公差配合與測(cè)量技術(shù)在制茶機(jī)中的應(yīng)用的研究，解決茶葉機(jī)械化生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，已達(dá)到提升茶葉質(zhì)量，降低勞動(dòng)成本的目的。

2 制茶機(jī)的加工流程

制茶機(jī)制茶的步驟一般分為鮮葉—堆放—?dú)⑶唷嗄蟆鹾妗稍铩鱿愕茸鳂I(yè)。按照其生產(chǎn)流程還可以分為：茶葉的粗加工、茶葉精加工和茶葉深加工。

茶葉初加工是指將新鮮茶葉從茶葉采摘、曬青、涼青、搖青、炒青、揉捻、烘干等一系列流程制成茶葉的過(guò)程，這個(gè)階段的茶葉稱為毛茶。茶葉初加工的質(zhì)量的好壞，將直接影響成品茶葉的經(jīng)濟(jì)效益。在茶葉的初加工過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)炒青、揉捻和烘干三個(gè)主要制茶工藝。茶葉種類的不同，茶葉初制的工藝技術(shù)也會(huì)有所不同。

茶葉精加工是對(duì)外形、顏色、香氣以及味道的深化加工。茶葉初加工制成的毛茶存在著長(zhǎng)短不一、大小各異等諸多問(wèn)題，茶葉精加工將毛茶進(jìn)行除雜提純的過(guò)程，從中篩選出各個(gè)不同層次的茶葉。茶葉精加工屬于物理加工的過(guò)程，茶葉精加工后根據(jù)分類形成不同質(zhì)量層次的成品茶。

利用多種高新技術(shù)將茶葉的副產(chǎn)物進(jìn)行提取和再加工，得到茶或者含有茶葉內(nèi)有效成分的衍生品的加工過(guò)程即為茶葉深度加工技術(shù)。茶葉的深加工技術(shù)可以充分利用茶葉資源，也可以豐富市場(chǎng)產(chǎn)品，同時(shí)也可以將茶葉的許多功能或功效不能夠在傳統(tǒng)的沖泡方法中得以利用，將茶頁(yè)進(jìn)行深加工，可以有方向、有目的的利用這些功能。

3 公差配合技術(shù)在制茶機(jī)中的應(yīng)用原則

3.1 公差

為保證零件具有互換性，在滿足使用性能的前提下，只要使同一規(guī)格零件的幾何參數(shù)在一定范圍內(nèi)變動(dòng)即可，這個(gè)允許零件幾何參數(shù)的變動(dòng)量（范圍）稱為公差。它包括尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，常見(jiàn)的幾何參數(shù)有直徑、長(zhǎng)度、寬度和角度等。為了滿足機(jī)械零件的互換性，可換零件的尺寸必須控制在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)浮動(dòng)，公差決定了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)范圍。零件的尺寸制造精度也取決于公差，精度隨著公差值的改變而變化，數(shù)字越小，公差等級(jí)越高，零件允許變動(dòng)的范圍越小，制造越困難。

①尺寸公差，在國(guó)標(biāo)中，將公差等級(jí)分為20級(jí)：IT01，IT0，IT1，IT2……IT18，其中 IT5，IT6，IT7是較常使用的高精度等級(jí)；IT8是中等精度等級(jí)，而IT9，IT10，IT11等是常見(jiàn)的低精度等級(jí)。

②幾何公差是圖樣中對(duì)要素的形狀和位置的最大允許變動(dòng)量，即公差帶。它通常具有兩個(gè)含義：區(qū)域性和長(zhǎng)度值。在國(guó)標(biāo)中，除線輪廓、面輪廓和位置度外，其余均規(guī)定了公差等級(jí)，其中將圓度、圓柱度劃分為13個(gè)等級(jí)（0-12級(jí)）；其余公差項(xiàng)目劃分為 12級(jí)，精度等級(jí)隨著數(shù)字的增大而降低。

③表面粗糙度反映了零件表面的加工質(zhì)量，對(duì)零件使用性能有很大的影響，如相對(duì)運(yùn)動(dòng)平面的摩擦與磨損等。公差等級(jí)的選則一般在滿足使用要求的前提下，盡可能選則較低的公差等級(jí)，以降低加工成本，因此選擇時(shí)應(yīng)注意相關(guān)件和相配合零件的精度。

3.2 配合

配合是指公稱尺寸相同的、相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系，它決定結(jié)合的松緊程度。根據(jù)孔和軸公差帶之間的相對(duì)位置關(guān)系不同，配合可分為過(guò)盈、過(guò)渡和間隙配合三種方式。配合公差是設(shè)計(jì)人員根據(jù)相配件的使用要求確定的，配合公差越大，配合精度越低。在實(shí)際使用設(shè)計(jì)中配合方式的選擇應(yīng)視具體情況來(lái)確定，例如稱量式茶葉投加裝置中托盤(pán)裝在軸上的輪形零件，軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪與軸無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，輪的外廓推動(dòng)另一構(gòu)件使其產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)則應(yīng)選擇過(guò)渡或過(guò)盈配合。

3.3 公差配合

綜上所述，所謂公差配合指的是在間隙、過(guò)盈范圍內(nèi)的變動(dòng)量。在機(jī)械制造行業(yè)中，配合公差影響著配合精度。通過(guò)降低配合公差來(lái)減小配合間隙，從而提高零件的精確度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有基孔制和基軸制兩種配合，工程中通常優(yōu)先選用基孔制；基軸制一般只用于有明顯經(jīng)濟(jì)效益的場(chǎng)合和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求不適合采用基孔制的場(chǎng)合。

3.4 公差配合與機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的關(guān)系

在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中，公差配合的主要應(yīng)用體現(xiàn)在控制零件精度、評(píng)估零件表面質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面。在精度控制方面，加工條件的不同會(huì)導(dǎo)致零部件幾何參數(shù)有所不同，因此要選取合理的公差保證零部的精度。通常在行業(yè)中較為常用的精度包括尺寸精度、位置精度和幾何形狀精度。在零件表明質(zhì)量評(píng)估方面，主要是分析產(chǎn)品誤差?？梢?jiàn)，公差配合對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造具有非常重要的影響。

3.5 公差配合技術(shù)在制茶機(jī)中的應(yīng)用原則

公差配合在制茶機(jī)的生產(chǎn)起著非常重要的作用，公差的確定直接影響茶葉質(zhì)量及成本，若制茶機(jī)的公差過(guò)大，機(jī)器的運(yùn)動(dòng)不規(guī)則，將會(huì)影響成茶后茶葉的顏色和口感。若制茶機(jī)的公差過(guò)小，影響生產(chǎn)的效率，降低茶葉的產(chǎn)值。制茶機(jī)的裝調(diào)與公差配合有著非常重要的聯(lián)系。

制茶機(jī)功能質(zhì)量及零件互換性不僅與其尺寸精度有關(guān)，而且與制茶機(jī)零件的形狀精度和位置精度以及整體表面粗糙度的等級(jí)密切相關(guān)。為了控制制茶機(jī)零件幾何參數(shù)的位置和形狀誤差，同時(shí)也是為了提高制茶機(jī)的精度和使用壽命，保證安全生產(chǎn)，我們?cè)谶M(jìn)行公差配合分析的工作，要考慮到諸多的因素。

公差配合分析的步驟一般分為：第一設(shè)定起始公差值；第二根據(jù)制茶機(jī)零件的實(shí)際公差配合的分布特征以及在制茶機(jī)裝調(diào)過(guò)程中的裝配公差的累積條件進(jìn)行公差分析；第三要對(duì)制茶機(jī)裝配公差進(jìn)行可行性檢驗(yàn)；第四保證制茶機(jī)的安全使用為前提，選擇最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性能作為制茶機(jī)裝調(diào)的依據(jù)。

圖一 制茶機(jī)的公差分析

目前茶葉規(guī)模的生產(chǎn)基本上實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化，其中，傳統(tǒng)的鍋式殺青技術(shù)因?yàn)椴枞~表面不凈產(chǎn)生黃葉、生產(chǎn)效率低、只能單獨(dú)作業(yè)等問(wèn)題而逐漸被淘汰。滾筒制茶機(jī)是目前綠茶加工中應(yīng)用最為廣泛的一款制茶設(shè)備，它采用了整體式的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，機(jī)身中帶有一個(gè)長(zhǎng)柱形金屬滾筒，內(nèi)部裝有用于茶葉進(jìn)出口、翻葉的三段不同角度的螺旋形導(dǎo)葉板和用于控制出葉時(shí)間的傾斜角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，底部裝有輪子，整機(jī)安裝移動(dòng)方便。在進(jìn)行生產(chǎn)操作之前，需要對(duì)制茶機(jī)組的傾斜角度進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)定，根據(jù)不同制茶量的多少，來(lái)相應(yīng)的設(shè)置角度值。一般按照燃料的不同，將滾筒殺青機(jī)分為電熱式和柴煤式殺青機(jī)兩種。一般煤式殺青機(jī)的滾筒底部裝有小型助燃鼓風(fēng)機(jī)和鑄鐵爐柵加熱裝置，更加利于茶葉溫度特點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)。綠茶的殺青時(shí)間一般按照經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該掌握在60-120秒為宜。當(dāng)溫度達(dá)到85℃時(shí)，綠茶中的酶會(huì)完全失去催化作用的活性。

制茶機(jī)滾筒的受力分析計(jì)算如下：

在工程力學(xué)中，滾筒受力時(shí)筒壁內(nèi)任一點(diǎn)的徑向位移計(jì)算如下：

式中：u：受壓力時(shí)滾筒的徑向位移；

μ：滾筒材料的泊松比；

a：滾筒的內(nèi)徑；

b：滾筒的外徑；

P1：滾筒的內(nèi)壓力；

P2：滾筒的內(nèi)壓力；

E：滾筒材料的彈性模量；

r：滾筒任一處的半徑。

滾筒式制茶機(jī)包括茶葉料斗、雙滾筒機(jī)構(gòu)、托盤(pán)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、翻盤(pán)機(jī)構(gòu)和杠桿限位機(jī)構(gòu)等。當(dāng)制茶機(jī)裝置工作時(shí)，通過(guò)動(dòng)力裝置輸入動(dòng)力，齒輪滾筒向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，茶葉料斗內(nèi)茶葉經(jīng)兩滾筒間隙落入托盤(pán)中，當(dāng)托盤(pán)機(jī)構(gòu)中茶葉重量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，制茶機(jī)杠桿尾部抬起，紅外線接通時(shí)，動(dòng)力裝置輸入被切斷，添加茶葉停止。電機(jī)啟動(dòng)并帶動(dòng)撥桿撥動(dòng)茶葉托盤(pán)，托盤(pán)翻轉(zhuǎn)，托盤(pán)中茶葉落下?，F(xiàn)在大部分的制茶機(jī)都有稱量投加機(jī)構(gòu)，茶鮮葉投加量可以定時(shí)定量進(jìn)行控制，使出茶的量得到控制。如下圖所示：

圖二 滾筒制茶機(jī)

對(duì)于制茶機(jī)的滾筒的公差分析，要考慮滾筒內(nèi)壁的收縮量的影響，同時(shí)，在裝配和工藝上采取措施，保證其配合性質(zhì)不變，可以考慮對(duì)制茶機(jī)滾筒的公差進(jìn)行必要的修正，可以上移滾筒內(nèi)孔的最大極限尺寸，或者下移配合件的最小極限尺寸，減少配合件的公差。

制茶機(jī)滾筒的在烘干茶葉過(guò)程中，也要考慮熱變形對(duì)于制茶機(jī)零件的影響，當(dāng)制茶機(jī)的工作溫度保持在80°C—130°C時(shí)，制茶機(jī)能夠安全溫度的運(yùn)行，但是，當(dāng)工作溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度時(shí)，精度會(huì)降低。所以，在對(duì)制茶機(jī)的公差分析時(shí)，也考慮到制茶機(jī)中熱源的存在和影響，溫度是制茶機(jī)的最為重要的參數(shù)之一，左右著茶葉水分散失的速度。如果工作溫度一般會(huì)高于標(biāo)準(zhǔn)溫度，因此公差分析中準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和計(jì)算熱變形的影響。

4 常見(jiàn)制茶機(jī)的故障及解決辦法

4.1 制茶機(jī)出現(xiàn)茶門(mén)漏茶的故障

一般出現(xiàn)這種故障是由于出茶口有異物產(chǎn)生的，大多數(shù)是由于茶門(mén)處堆積了茶塵，也有可能是茶門(mén)的彈簧失去彈性，亦或者是茶門(mén)由于長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)力作用，產(chǎn)生了變形。解決此類問(wèn)題的辦法：（1）去除茶門(mén)的茶塵（2）更換茶門(mén)彈簧（3）更換茶門(mén)。

4.2 機(jī)體振動(dòng)嚴(yán)重的故障

一般出現(xiàn)這種故障一是可能滑套或者導(dǎo)軌磨損，達(dá)不到工作時(shí)的公差中平行度的要求，無(wú)法安全有效的工作。二是制茶機(jī)連桿或者銷軸磨損，達(dá)不到工作時(shí)的公差中的定位的要求。解決此類問(wèn)題的辦法：（1）更換導(dǎo)軌和滑套（2）更換連桿和銷軸。

4.3 溫度調(diào)節(jié)失靈的故障

一般出現(xiàn)這種故障一是線路故障；二是電加熱管出現(xiàn)故障，三是制茶機(jī)的電壓出現(xiàn)問(wèn)題。解決此類問(wèn)題的辦法：（1）檢查線路，更換有問(wèn)題的線路（2）更換新的加熱管（3）檢查電壓，確保滿足工作電壓。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著智能制造業(yè)的快速發(fā)展，制茶機(jī)的功能也越來(lái)強(qiáng)大，但是公差配合與測(cè)量技術(shù)是制造業(yè)信息化設(shè)備裝配的主要分析手段，尤其對(duì)制茶機(jī)有著極其深遠(yuǎn)的影響，直接影響著茶葉的顏色和成茶的口感，根據(jù)制茶機(jī)的公差配合與測(cè)量技術(shù)的分析，從制茶機(jī)的裝配時(shí)產(chǎn)生的變形以及受熱產(chǎn)生的變形和加工方式等因素考慮，控制制茶機(jī)零件的裝配精度，提高茶葉生產(chǎn)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。