关于60双锅茶叶炒干机的优化

沈铤 吴超杰 谢佰均 戴惠亮 曹建波

摘要：根据双锅曲亳炒干机的调幅结构和变速机构。文针对其原有的手动机构优化为自动调幅机构，替代原有的调幅手柄，改为电动调幅，并优化原有的牙嵌式离合器来适应自动的调幅方式并使调幅过程更加平顺。原有的变速机构为皮带式无级调速机构，其摩擦损失大，其输出转矩随着转速的上升而下降，且调速过程需要手动操作拧动调节螺母进行操作，较为不便。现将其调速方式改为vvvf变频调速，在工频内实现恒转矩调速，且省去了机械调速机构，提高效率。通过这两个机构的改进能够进一步提升该机的效率，降低操作者的劳动强度，为自动化控制提供基础。

关键词：双锅炒茶机;自动调幅

引言

炒茶的历史悠久，传统的炒茶工艺繁琐，劳动强度高，炒茶的效率较为低下，茶叶炒制的质量也不稳定。近年来，随着茶叶市场的加速发展，市场对成品茶叶的需求量越来越大，机器炒茶已经取代了几乎所有的中低端茶叶[1]。在此背景下，双锅曲亳炒干机由此而生，双锅炒干机区别于普通的球型炒干机，本产品设有无级变速机构、不停机的调幅机构和强热风排湿结构。大体的结构已基本定型，效率的提升空间比较有限。双锅曲亳炒干机主要由机体，皮带无级调速机构，三相异步电动机，电炉，风机，机架，锅沿，锅体，曲轴和锅铲，风管，离合器总成，曲柄摇杆机构以及电气箱组成，该机结构较为简单，操作方便，可靠性好，但自动化程度还不够高，本文对原机型的改动程度较小，整体的机械结构保持不变，对电路的改动也较小，大幅提高该机器的自动化程度。

1.设备结构的设计

60双锅炒干机有两幅不同的曲柄摇杆机构，对应着不同的摇杆长度。动力通过三相异步电动机由皮带传动至轴1，轴一两头分别装有相同长度的曲柄，将动力输出至左右两边。轴1一端输出两端曲柄，对应不同的摇杆长度，摇杆空套在轴2，没有离合器的结合，并不能带动锅铲运动，作业时，需要滑动轴2上的离合器，通过与左右两端的摇杆牙嵌式离合器的结合来传动带动锅铲运动。此过程通过扳动拨杆来实现。

当操作调整幅度时，理论上可以不停机操作，但对离合器以及变速机构的冲击较大，导致离合器的使用寿命大幅下降。倘若停机操作，则需要将离合器上的齿互相对准才能切入，操作较为吃力。现对其离合器结构进行改进，从原先的4个齿变成6个齿，且齿上有较大的倒角，方便离合器之间的滑动，降低 直接冲击带来的磨损，增强调幅时的导向型，使调幅过程更加平顺。且由于该离合器频繁结合与分离，故材料需进行表面淬火等热处理来提升其强度，硬度以及耐磨性，延长使用寿命[3]。离合器上开有安装拨叉的槽，通过推动波叉来使得离合器左右滑移从而啮合左右翻炒半轴进行摆动。拨叉通过气缸的推动进行滑移，缩短时间，提高自动化程度。

气缸选用小型单出杆双作用式气缸，缸径40mm，伸出端轴颈10mm，行程20mm，移动速度为50～200mm/s，氣压可以适应0.1～1mpa，反应速度快，能承受较大的冲击载荷。若移动部件采用步进电机及螺旋传动，对设备的安装精度要求较高，且由于在生产过程中需要频繁调幅，对丝杠以及电机的冲击也较大，长久以往，可靠性将会降低，步进电机加丝杠传动价格也较气缸高，该传动方式对控制要求较高，需要配套步进电机驱动器，或者普通电机配套位置传感器。故选用普通气缸提供动力，只需控制一个电磁换向阀即可工作，可靠性高，能够适应频繁往复的调幅[2]。

2.关键部位的受力分析

在对该设备的优化过程中，主要对滑移的牙嵌式离合器以及拨叉进行重新设计，来满足改进后的需要。由于不能改变其总体尺寸，牙嵌式离合器经过改进后强度较于原来的牙嵌式离合器有所降低，故需对其进行受力分析。通过solidworks软件分析得其力学性能满足使用需求，且余量较大。应力图如图1所示。

拨叉为剖分式结构，由于拨叉只收气缸的推力，且力不大，选用普通碳钢为材料，其力学性能也远远满足使用需求[3]。应力图如图2所示。

3.设备改进后的优点与前景

基于原有60型双锅炒干机的结构不发生任何改变，仅需改动一些零部件，对炒茶性能没有影响，改进后的零部件尺寸大致相同，无需进行另外的改动与配合。替代原有的手动调幅手柄，使操作过程更加的省力进一步提高了该机型的自动化程度，在炒茶过程中无需停机操作，用气缸进行滑移调频，对机构的冲击小。自动调幅机构的改进能在未来适应自动化的生产的需求，是自动炒茶生产线的硬件基础，在自动化生产线中，可以用PLC等控制器控制多台炒茶机的自动炒茶，自动根据茶叶的炒制程度进行调幅，进一步的提高生产效率。

4.结语

自动调幅式双锅炒茶机，根据上述分析研究，具有如下特点：

1.结构简单可靠，实现自动化调幅，适当降低劳动强度。

2.更加高效，未来自动化生产过程能提高其效率。

3.调幅能够在设备运转中进行，无需停机操作。

4.调幅过程对离合器的磨损降低，有效提高设备使用寿命。

参考文献

[1]叶永林，刘广，小型炒茶机：中国，02281638.0 [P].2003-10-01.

[2]濮良贵 陈国定 吴立言.机械设计[M].北京：高等教育出版社.2006

[3]单祖辉，材料力学[M].北京：高等教育出版社.