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摘要：在普洱茶的生產工艺中，翻堆这一环节需要很大的劳动量。传统的人工生产模式需要花费大量的人力物力，但是生产效率却不高，卫生规范也得不到有效保证。所以，本文针对普洱茶发酵过程中，人工翻堆环节的具体工作方式进行了研究，并设计出了能够代替人工完成这道工序的先进机械，移动式普洱茶翻堆机。本文就普洱茶翻堆机的设计进行了简单的介绍。
关键词：移动式；普洱茶；翻堆机；设计
普洱茶是中国最著名的茶叶之一，种植面积辽阔，年产量可以达到100万吨甚至更多。普洱茶在采摘下来以后需要进行渥堆发酵处理，转化为熟茶，而这个过程中，最重要的工序就是普洱茶的翻堆操作。翻堆的过程可以将茶叶抖开，改善供氧量，保证微生物能够正常发酵。传统的操作方式是人工操作，通过钉耙一类的工具进行翻堆操作，需要很大的劳动量，同时生产效率有限，严重制约了普洱茶的发展。因此，普洱茶发酵翻堆机被设计使用，有效解决了发酵过程中的多道工序，提高了生产效率，解放了工作繁重的工人。
1.工作原理及结构组成
设计普洱茶翻堆机首先要参考人工翻堆时的工艺特点，并对各个环节进行机械模拟，最后集中到一个可以移动的机架上，设计出的机械设备便可以一次性完成多道翻堆工序了。
1.1工作原理
翻堆机的工作是由电机控制系统进行控制的。机架为手推式机架，电机用于驱动耙堆传送装置，减速机用于驱动解决装置，完成翻堆操作。工作时，翻抛耙堆轴先以旋转的形式启动，这时茶堆会被轴上的耙齿切割开来并抛到后方的传送装置上，移动项圈，模拟人工铲料装置会将散开的茶叶推到提升输送装置中去，减速机驱动装置带动茶叶到解块装置中来进行打散解块处理，之后茶叶便会自由落下砌堆。
1.2结构组成
如图1所示，移动式普洱茶翻堆机的结构主要包括旋转耙堆装置、输送提升装置以及解决装置，另外还包含了控制装置和机架。
图1 移动式普洱茶翻堆机结构图
1-耙堆轴；2-轴支撑臂；3-提升输送带；4-进料斗；5-挡板；
6-操纵把手；7-输送带驱动；8-耙堆轴驱动；9-机架
2.主要工作装置设计
2.1耙堆装置的研究设计
2.1.1耙堆轴
耙堆轴上的刀片要按照一定的要求排列：同一个回转平面之内要配置至少两把刀片，每一个切割区内的刀翻茶量要保证基本相同，更好的实现翻堆效果；刀轴每转过一个相等的角度必须在同一相位存在一把弯刀插入茶堆，均衡扭矩，减少波动，保证设备运行的稳定性；插入茶堆的刀片依次进行，要保证两把次序相连刀片之间存在着尽量大的距离，以免产生干扰。
刀片的排列方式中存在一种经典的排列方式，阿基米德螺线，当平行布存在两条的情况下，会造成茶叶向一侧输送的现象，所以，排列刀片要选用旋向：螺旋线不可以连续，方向保证相反；刀片按照螺旋线轨迹进行间断式安装，间距的长度要确定为合适的长度，过长会导致茶叶掉落、过短会导致安装精度过高，成本增加，所以，间距通常定为15-25cm，相邻的螺旋线方向相反；在同一回转平面中安装三把刀片，保证空隙处没有任何漏翻的问题。
2.1.2工作宽幅
根据实际生产中用到的农用拖拉机和旋耕机的配套经验来看，确定工作期间的幅宽可以参考主电动机的输出功率，保证充分利用主机的功率。初步确定宽幅可以参考经验公式：B=0.26-0.29N1/2，验证没有问题后，再取合适的值。但是实际工作中并不是功率越大效果越好，还需要经过一段时间的实际工作试验，才能最终确定合适的驱动功率。
2.1.3翻堆速度
假设翻堆机的生产能力是500kg/h，那么生产效率可以表示为：Q=1.5KBv/15，其中Q表示生产效率，K是生产系数，B代表工作幅度，v表示行走速度，另外，茶堆的平均密度定为165kg/m3，生产值假设为3m3/h；行走速度v要求不小于Q/（ρBH）。同时，考虑到工作场所的空间限制和环境因素的影响，机身设计要求不能太大，B取值为1000mm，刀辊半径取值200mm，最大深度取值200mm，生产效率初步定为0.5T，带入公式可以计算出v要不小于0.03m/s，所以，设计人员将速度定为0.05m/s。
由于普洱茶堆的特性参数并没有得到明确的数值，研究人员只能初步结合土壤黏度切削速度划分的方式，将普洱茶发酵之后凝成的茶团，定位在轻型土壤和沼泽粘土之间，平均速率定为4m/s。
2.1.4翻堆刀
翻堆这道工序的主要目的是将茶堆中发酵不均匀的茶叶混合起来，若是搅拌叶轮的阻力过大，那么就起不到切割的实际作用，所以翻堆刀片的设计参考了旋耕刀，刀刃部分包括侧切刃和正切刃两部分。茶叶渥堆过程中很容易出现刀轴被缠绕住的问题，想要有效避免这种现象，就要设计出更高要求的弯刀，刃口处的曲线能够保证先由侧切刃由内向外进行逐步切削，最后移动到正切刃处横向切开。
翻堆刀的组成部分包括侧切面、正切面以及过度面。侧切面用于切开茶堆，并推开残渣；正切面也能切割茶堆，同时还能打碎茶堆中的结块并对茶叶进行翻抛；过度面则是上述两面之间的过度部分。
2.2解块装置的研究设计
解块装置可以采用一个空心的笼网形状得而滚筒制作而成，一方面，材料用量较少，成本较低，机构质量有效减轻，方面部件加快转动速度，提高工作效率；另一方面，装置由不锈钢板焊接而成，自身也能起到一定的解块效果，生产效率高，有效帮助实现了连续化的翻堆操作。解块装置的组成部分包括传动机构、笼网状轮。主要的工作原理就是采用笼网状轮的高速旋转将茶叶打散。
3.结语
上文中介绍的移动式普洱茶翻堆机的设计，最关键的一点就是该设备将茶堆的耙散工作、解块工作、混合工作和砌堆工作集合在了一起统一完成，进而大幅度的提升了生产效率，减低了劳动强度，提高了产品质量。但是，该机械设备的设计是在理想条件下分析设计的，若是想要进行实际应用还应该进行一些针对性的试验，适当调整设备的工作参数。
参考文献：
[1]李亚莉，郝强，黑利生，周红杰，黄云战.移动式普洱茶翻堆机的设计研究[J].包装与食品机械，2013（03）：30-33.
[2]向正坤，杨永发，王紫迎，杨俊敏.普洱茶翻堆机挖掘装置仿真研究[J].林业机械与木工设备，2013（11）：45-47.
[3]向正坤，张晓军，孔德福.基于ADAMS的翻堆机越障仿真分析[J].农业技术与装备，2013（24）：4-5.
关键词：移动式；普洱茶；翻堆机；设计
普洱茶是中国最著名的茶叶之一，种植面积辽阔，年产量可以达到100万吨甚至更多。普洱茶在采摘下来以后需要进行渥堆发酵处理，转化为熟茶，而这个过程中，最重要的工序就是普洱茶的翻堆操作。翻堆的过程可以将茶叶抖开，改善供氧量，保证微生物能够正常发酵。传统的操作方式是人工操作，通过钉耙一类的工具进行翻堆操作，需要很大的劳动量，同时生产效率有限，严重制约了普洱茶的发展。因此，普洱茶发酵翻堆机被设计使用，有效解决了发酵过程中的多道工序，提高了生产效率，解放了工作繁重的工人。
1.工作原理及结构组成
设计普洱茶翻堆机首先要参考人工翻堆时的工艺特点，并对各个环节进行机械模拟，最后集中到一个可以移动的机架上，设计出的机械设备便可以一次性完成多道翻堆工序了。
1.1工作原理
翻堆机的工作是由电机控制系统进行控制的。机架为手推式机架，电机用于驱动耙堆传送装置，减速机用于驱动解决装置，完成翻堆操作。工作时，翻抛耙堆轴先以旋转的形式启动，这时茶堆会被轴上的耙齿切割开来并抛到后方的传送装置上，移动项圈，模拟人工铲料装置会将散开的茶叶推到提升输送装置中去，减速机驱动装置带动茶叶到解块装置中来进行打散解块处理，之后茶叶便会自由落下砌堆。
1.2结构组成
如图1所示，移动式普洱茶翻堆机的结构主要包括旋转耙堆装置、输送提升装置以及解决装置，另外还包含了控制装置和机架。
图1 移动式普洱茶翻堆机结构图
1-耙堆轴；2-轴支撑臂；3-提升输送带；4-进料斗；5-挡板；
6-操纵把手；7-输送带驱动；8-耙堆轴驱动；9-机架
2.主要工作装置设计
2.1耙堆装置的研究设计
2.1.1耙堆轴
耙堆轴上的刀片要按照一定的要求排列：同一个回转平面之内要配置至少两把刀片，每一个切割区内的刀翻茶量要保证基本相同，更好的实现翻堆效果；刀轴每转过一个相等的角度必须在同一相位存在一把弯刀插入茶堆，均衡扭矩，减少波动，保证设备运行的稳定性；插入茶堆的刀片依次进行，要保证两把次序相连刀片之间存在着尽量大的距离，以免产生干扰。
刀片的排列方式中存在一种经典的排列方式，阿基米德螺线，当平行布存在两条的情况下，会造成茶叶向一侧输送的现象，所以，排列刀片要选用旋向：螺旋线不可以连续，方向保证相反；刀片按照螺旋线轨迹进行间断式安装，间距的长度要确定为合适的长度，过长会导致茶叶掉落、过短会导致安装精度过高，成本增加，所以，间距通常定为15-25cm，相邻的螺旋线方向相反；在同一回转平面中安装三把刀片，保证空隙处没有任何漏翻的问题。
2.1.2工作宽幅
根据实际生产中用到的农用拖拉机和旋耕机的配套经验来看，确定工作期间的幅宽可以参考主电动机的输出功率，保证充分利用主机的功率。初步确定宽幅可以参考经验公式：B=0.26-0.29N1/2，验证没有问题后，再取合适的值。但是实际工作中并不是功率越大效果越好，还需要经过一段时间的实际工作试验，才能最终确定合适的驱动功率。
2.1.3翻堆速度
假设翻堆机的生产能力是500kg/h，那么生产效率可以表示为：Q=1.5KBv/15，其中Q表示生产效率，K是生产系数，B代表工作幅度，v表示行走速度，另外，茶堆的平均密度定为165kg/m3，生产值假设为3m3/h；行走速度v要求不小于Q/（ρBH）。同时，考虑到工作场所的空间限制和环境因素的影响，机身设计要求不能太大，B取值为1000mm，刀辊半径取值200mm，最大深度取值200mm，生产效率初步定为0.5T，带入公式可以计算出v要不小于0.03m/s，所以，设计人员将速度定为0.05m/s。
由于普洱茶堆的特性参数并没有得到明确的数值，研究人员只能初步结合土壤黏度切削速度划分的方式，将普洱茶发酵之后凝成的茶团，定位在轻型土壤和沼泽粘土之间，平均速率定为4m/s。
2.1.4翻堆刀
翻堆这道工序的主要目的是将茶堆中发酵不均匀的茶叶混合起来，若是搅拌叶轮的阻力过大，那么就起不到切割的实际作用，所以翻堆刀片的设计参考了旋耕刀，刀刃部分包括侧切刃和正切刃两部分。茶叶渥堆过程中很容易出现刀轴被缠绕住的问题，想要有效避免这种现象，就要设计出更高要求的弯刀，刃口处的曲线能够保证先由侧切刃由内向外进行逐步切削，最后移动到正切刃处横向切开。
翻堆刀的组成部分包括侧切面、正切面以及过度面。侧切面用于切开茶堆，并推开残渣；正切面也能切割茶堆，同时还能打碎茶堆中的结块并对茶叶进行翻抛；过度面则是上述两面之间的过度部分。
2.2解块装置的研究设计
解块装置可以采用一个空心的笼网形状得而滚筒制作而成，一方面，材料用量较少，成本较低，机构质量有效减轻，方面部件加快转动速度，提高工作效率；另一方面，装置由不锈钢板焊接而成，自身也能起到一定的解块效果，生产效率高，有效帮助实现了连续化的翻堆操作。解块装置的组成部分包括传动机构、笼网状轮。主要的工作原理就是采用笼网状轮的高速旋转将茶叶打散。
3.结语
上文中介绍的移动式普洱茶翻堆机的设计，最关键的一点就是该设备将茶堆的耙散工作、解块工作、混合工作和砌堆工作集合在了一起统一完成，进而大幅度的提升了生产效率，减低了劳动强度，提高了产品质量。但是，该机械设备的设计是在理想条件下分析设计的，若是想要进行实际应用还应该进行一些针对性的试验，适当调整设备的工作参数。
参考文献：
[1]李亚莉，郝强，黑利生，周红杰，黄云战.移动式普洱茶翻堆机的设计研究[J].包装与食品机械，2013（03）：30-33.
[2]向正坤，杨永发，王紫迎，杨俊敏.普洱茶翻堆机挖掘装置仿真研究[J].林业机械与木工设备，2013（11）：45-47.
[3]向正坤，张晓军，孔德福.基于ADAMS的翻堆机越障仿真分析[J].农业技术与装备，2013（24）：4-5.