茶葉精制篩分自動化生產線技術與應用

黃劍虹，程斌，姜曉亮，戴惠亮，李志杰

（1.浙江上洋機械股份有限公司，浙江衢州 324000；2.衢州學院，浙江衢州 324000）

茶葉精制篩分自動化生產線技術與應用

黃劍虹1，程斌1，姜曉亮1，戴惠亮1，李志杰2

（1.浙江上洋機械股份有限公司，浙江衢州 324000；2.衢州學院，浙江衢州 324000）

茶葉精制加工是將毛茶加工成商品茶的過程。通過分析茶葉精制篩分設備現狀與存在的問題，介紹了一般茶葉精制篩分自動化生產線設備的構成，并詳細介紹了上洋機械的綠茶、紅茶、普洱茶和黑茶精制篩分生產線的應用，闡述了上洋精制篩分生產線的技術特點，主要是創新了圓篩機及抖篩機的自動刮篩機構，部分精制生產線采用了集中控制和分散控制雙結合的控制方式，將立體輸送機和風力式輸送機相結合并采用雙極除塵裝置等。

茶葉；精制；篩分；圓篩機；抖篩機；風選機

茶葉精制加工是將毛茶加工成商品茶的過程。茶葉通過精制加工，可以使外形復雜，長短、粗細不一，螺旋彎曲的毛茶，按長、短、粗、細、老、嫩等不同形狀和品質加工成各種花色和等級的商品茶[1]。茶葉的精制加工，可以去除雜質和次茶，提高凈度，純凈品質，保證衛生；同時通過對茶葉的進一步干燥處理，有助于發展茶葉的香味，提高品質，并延長保存時間；拼配過程可以調劑茶葉的品質，使得各時期加工的商品茶規格一致，在保證質量穩定性的同時充分挖掘茶葉的經濟價值。

不同茶類的精制加工有不同的要求和對應的工藝及工藝參數。絕大多數茶類的精制加工工序包括篩分、風選、揀剔、干燥和拼配。其中篩分的主要功能是確定茶葉的外形，按照物理特性，根據茶葉不同的長短和粗細分成不同的篩號茶；風選按照茶葉的空氣動力學特性，將同一篩號茶葉按身骨的輕重分開，同時去掉一些石子等夾雜物，一般身骨重的茶葉品質優于身骨輕的茶葉；揀剔分離茶葉中的老片、茶梗以及一些雜質；干燥，進一步降低茶葉中的含水率，具有提香和延長茶葉保質期的功能；拼配是將不同嫩度（身骨）、粗細、長短的篩號茶根據國家不同茶葉等級標準按比例進行拼配，使不同規格的篩號茶取長補短，致使整批茶葉質量均勻，同時獲得最大的經濟效益。

1 茶葉精制篩分設備現狀與問題

我國茶葉機械從20世紀40年代就已經開始研制，起初以仿制為主，在80年代中期，國家對茶葉政策進行了調整，由計劃經濟向市場經濟轉變，大型精制茶加工國企紛紛改制或轉產，農戶根據當地的環境和條件，轉向生產特色茶葉，茶葉精制加工技術與裝備一直未得到足夠的關注，相關技術與裝備的研究長期處于停滯狀態。至1985年以后，新的茶葉精制加工裝備發展速度幾乎為零，至今茶葉精制加工均采用單機作業模式。茶葉機械的研發資源主要集中于茶葉初制生產裝備領域，目前已經研發成功了以PLC為核心控制單元的，具有模塊化特征的大宗綠茶毛茶加工流水線，基本可實現連續化、清潔化加工，而茶葉精制加工裝備技術從80年代開始，一直停滯不前，其生產方式仍然以單機生產模式為主。設備的落后和加工過程中的人為因素導致原料利用率低下、自動化程度低，勞動強度大，生產環境惡劣，茶塵污染嚴重、清潔化程度低。

為促進茶葉加工由傳統手工、單機作業向運用高新技術轉變，實現茶葉精制篩分生產線自動化、清潔化，浙江上洋機械股份有限公司聯合了浙江工業大學、浙江機電職業技術學院等科研院校，研發了符合出口要求的眉茶、普洱茶、祁門紅茶、黑茶等全自動茶葉精制生產線，先后完成安裝調試并投產。

2 茶葉精制篩分自動化生產線設備構成

2.1 生產線特點

上洋茶葉精制篩分自動化生產線中與茶葉接觸部位均采用符合食品衛生要求的材料制作，美觀、節能、環保，所有設備根據不同茶類篩分工藝、產能要求設計，并采用平輸、立輸、風送等輸送設備連接，生產過程全封閉作業，避免茶葉落地及與工人接觸。主要設備包括：平面圓篩機、抖篩機、切茶機、風選機、勻堆裝箱機、輸送設備、茶塵處理設備等，本文著重介紹平面圓篩機、抖篩機、風選機。

2.2 平面圓篩機

平面圓篩機是適用于篩分精制毛茶長短作業的設備[2]，平面圓篩機由機架、傳動機構和篩床組成。篩床作水平旋轉運動，根據工藝需要篩床配有n（2~4）片篩網，可分出n+1個篩號茶。傳統的平面圓篩機在精制篩分過程中茶葉極易勾在篩網上，要經常停機清理篩網才能繼續有效生產，給連續化生產帶來很大的障礙。如果精制茶加工要連續化生產，必須克服篩網掛茶且影響加工品質的弊端。上洋茶機平面圓篩機能夠在茶葉加工過程中不停機且能自動刮去勾在篩網的茶葉，并能適應長期在精制茶加工過程粉塵極大的惡劣環境，如圖1所示。其特點為：（1）采用自動刮篩裝置；在篩網的底部設置一對平行的無桿氣缸，當無桿氣缸一頭進氣時另一頭放氣，活塞作往復直線運動，刮刀固定在活塞上，當活塞運動時，帶動塑料刮刀一起運動，從而實現刮除掛在篩網上的茶葉；（2）采用彈性萬向接頭+擺桿來支撐篩床，中間主動軸通過軸套與篩床套接，主動軸不承受篩床重力，有效解決了因采用自動刮篩機構而導致篩床部件過重引起的驅動軸斷裂的缺陷；另一方面也大大降低機器運轉時引起的噪音；（3）整機密封，降低茶塵外泄，對生產車間的工作環境有較大改善。

2.3 抖篩機

抖篩機是分離精制毛茶粗細的設備，其篩床是作縱向往復抖動，茶葉隨篩面縱向前進，并在抖動過程中與篩面產生相對運動[3]，使細小個體穿過篩孔下落，粗大的從篩面繼續抖到出口流出，起俗稱的“抖頭抽筋”作用。目前已有的抖篩機利用偏心機構帶動由彈簧片支撐的篩床作平面往復抖動的傳統彈簧片式振動裝置，這種傳統的抖篩機由篩床、傳動機構、彈片式支架等組成，這種抖篩機結構穩定性差，彈片易壞，更換部件不方便，存在篩網掛茶的問題。上洋研制出了全封閉式符合集中除塵功能的新型拋振式抖篩機，如圖2所示。其特點為：（1）采用搖桿式的驅動機構，當電機帶動偏心軸轉動時，與偏心軸相連的連桿推動下機架作前后移動，從而使搖桿通過橡膠棒變形達到繞著中間支點擺動；篩床部件是通過搖桿與固定座及下機架相連的，搖桿擺動驅動篩床部件作搖擺運動；由于采用的是橡膠銜接，因而運動時噪音小，運轉平穩；（2）篩網由上層篩網+彈球+下層篩網組成，上層篩網孔徑的大小為根據篩分作業需要而定，下層篩網孔徑大小為2目，中間的彈球在篩網作搖擺運動時，擊打上篩網，從而使掛在上篩網上茶葉掉落在下篩網上，而下篩網孔徑大，這樣茶葉就從下篩網上穿出，從而起到彈球自動刮篩的作用；（3）整機密閉，有效阻止茶塵外泄。

圖1 帶刮篩裝置圓篩機結構示意圖Fig.1 Mechanical structure schematic of a round screening machine with screen scraping device

圖2 拋振式抖篩機的結構示意圖Fig.2 Structure diagram of shaking sieve machine with throwing and vibration

2.4 風選機

風選機是利用茶葉的容重、體積、形狀的差異，借助風力分清不同容重（俗稱身骨）的茶料及分離砂石、草莖葉等雜質[4]。工作原理是通過水平方向、風量適當均勻的風力使茶葉吹散，容重基本一致的茶料落在一起，有正口、正子口、子口等之分，能起到茶葉分級、定級及去片除雜的作用[5]。上洋研制出的風選機，如圖3所示。其特點為：（1）送風口風速分布采用上小下大方案，增大茶葉顆粒群有效漂移間距；（2）設置擾流板有效降低各口茶葉混入其他口茶葉的比例，提高茶葉風選質量；（3）采用變頻空調風機；（4）在操作面方向開觀察窗口，便于觀察風箱中茶葉運動落料情況；便于調風板的角度調節；（5）在風箱的尾部設置可接除塵管道的灰箱，便于除塵。

圖3 風選機的結構示意圖Fig.3 Structure diagram of winnower structure

3 上洋精制篩分線應用

3.1 綠茶精制篩分線

精制綠毛茶經上料立輸機及平輸機，將原料輸送到精制加工車間，如果毛茶的相對濕度較大，一般含水率大于10%時，需要經過烘干機烘毛火后再進入后續的精制加工作業，俗稱“熟做”；如果毛茶含水率小于10%時，不需要通過烘干機，直接進入后續的精制加工作業，俗稱“生做”，通過四級篩分，如圖4所示。

圖4 上洋綠茶精制篩分自動化生產線設備布置圖Fig.4 The equipment layout of the green tea refined screening automated production line of SHANGYANG Ltd.

一級篩分（圓篩）：綠毛茶通過輸送機輸送到第一臺平面圓篩機，進行初步的篩分作業，該機為四篩五口，上面兩層有自動刮篩機構。（1）篩面茶經過風送管道輸送到切茶機，經切茶機將“長、大”的篩面茶切短、切小后重新回到平面圓篩機進行篩分作業；（2）篩底茶再通過四篩五口的平面圓篩機撩篩，除底茶直接入袋以外，其他四口茶經過風選再入袋；（3）二三四口茶分別通過立輸機輸送到抖篩機進行進一步的精制加工作業，主要是進行細分“粗細”。二級篩分（抖篩）：經過一級篩分線篩分出來的三口正茶，因目數不同分別通過立輸機輸送到二級篩分線進行作業。該組抖篩機為二篩三口，其面茶分別通過風送管道輸送到儲茶斗進行儲存和入袋；三組正茶分別通過立輸機輸送到三級篩分線（揀梗）；抖筋歸并通過平輸機輸送到儲茶斗，再進撩篩機進行篩分作業，除篩面茶需經過切扎后并回到撩篩機后，其余四口茶直接入袋。三級篩分（揀梗）：二級篩分線的三組正茶分別通過立輸機輸送到三級篩分線上進行揀梗作業，其正茶又分別通過立輸機輸送到四級篩分線上進行風選作業；其三組揀梗機的梗茶歸并通過平輸機輸送到切茶機上，經切短后直徑入袋。四級篩分（風選）：該風選機為五口、吹風式風選機，利用風力大小及茶葉身骨的輕重將經過一、二、三級篩分出來的茶葉進行再分級，以達到茶葉精制目的。

3.2 紅茶精制篩分線

紅茶精制聯裝篩分生產線由3臺烘干機、2臺圓筒滾篩機、4臺切茶機、2臺單層抖篩機、2臺雙層抖篩機、3臺平面圓篩機、4臺風選機等組成[6]。烘干機組烘干毛茶，使茶葉便于切碎，提高制率；圓筒滾篩機對毛茶進行粗分，頭子茶滾切待加工，篩下茶進入單層抖篩機初抖，抖腳經過圓篩機初步分出上、下段號頭茶，其中上段號頭茶經過單層抖篩機套抖，套抖出的抖腳經過雙層抖篩機進行緊門抖，下段茶不經過套抖直接進入雙層抖篩機緊門抖，上、下段茶分別輸送進入兩臺平面圓篩機，分出5、7、8、10孔號頭茶，輸送入風選機，聯裝篩分生產線工序完成，如圖5所示。

紅茶精制聯裝生產線減少了茶葉加工中的二次污染，降低了勞動強度，篩分工序生產效率提高了33.3%，用工人數減少33.3%[3]；聯裝生產線中增加了脈沖式、布袋式除塵裝置，有效去除茶葉精制過程中產生的茶灰、毛衣，除塵效率大于60%，生產線的紅茶與傳統紅茶在感官評定方面差異不明顯，制率比傳統紅茶提高1.16%[6]，基本實現了精制加工的清潔化。

3.3 普洱茶精制篩分線

普洱茶精制篩分線是以機械化聯裝為主、人工為輔的半自動篩分工藝，在機械聯裝中，機器之間互相連成一個整體，主要設備有喂料器、落料管、圓篩機、抖篩機、風選機及相配合的除塵設備，如圖6所示。普洱茶精制篩分線經勐海茶業有限責任公司使用，主要技術性能：（1）分級處理產量：1.52噸/小時；（2）加工制率：97%，與原生產方式相比，提高4%；（3）生產線漏茶率：小于1%；（4）生產線具有在線監控、自動故障報警、自動報表生成、工藝參數自動儲存、工藝參數實時可調等功能，并安全可靠；（5）與原來生產方式相比較，車間粉塵污染大大下降，極大地改善了加工車間的環境[7]。

圖5 上洋紅茶精制篩分自動化生產線設備布置圖Fig.5 The layout of the refined red tea screening automated production line equipment of SHANGYANG Ltd.

圖6 上洋普洱茶生茶精制篩分自動化生產線設備布置圖Fig.6 The layout of the refined Pu'er tea screening automated production line equipment of SHANGYANG Co.Ltd.

3.4 黑茶精制篩分線

黑茶篩分的基本工藝為：毛茶→勻料輸送（除鐵）→振動輸送（除末）→風力輸送→圓滾篩（篩外茶）→平圓篩→風選→揀梗（或色選）；黑茶篩分采用機械輸送與風力輸送相結合，一般班產量（8小時）為6噸（120擔），如圖7所示。勻料輸送機從源頭上有效控制流入下道工序的茶葉量，能有效去除茶葉中的鐵等含磁性的物質；振動輸送機的槽體上沖直徑為0.8mm的網孔，有效去除一部分茶末，為除塵打下良好的基礎；風力輸送采用負壓式，一方面能充分利用空間，減少輸送環節，另一方面大大降低茶塵外泄；圓滾篩直徑為1.4m，有效長度為3.5m，分三段篩網，網孔從進料端到出料端依次由小到大，筒體轉速可調；平面圓篩采用自動刮篩機構，有效解決篩網堵塞的問題，同時篩床四角采用萬向接頭+擺桿支撐，無噪音；風選機采用變頻空調風機，風量可調，無噪音；切茶機采用滾刀式，底部有出料網孔，四個刀片固定在高速旋轉的刀架上，同時，機架上設有固定二個刀片，形成鋒口，能將粗大徑梗切斷切碎。

4 上洋精制篩分線技術特點

創新了圓篩機及抖篩機的自動刮篩機構，該機構首次在茶葉加工過程中采用 “無桿氣缸”裝置，使刮刀在軌道上平穩、往復、快速運行，并與篩網接觸達到刮篩的目的。該機目前已經獲得國家發明專利。

圖7 上洋黑茶精制篩分自動化生產線設備布置圖Fig.7 The layout of the refined black tea screening automated production line equipment of SHANGYANG Co.Ltd.

部分精制生產線采用了集中控制和分散控制雙結合的控制方式，實現了生產線的連續化流水作業。在總控機上可以啟停所有設備，并對圓篩機、抖篩機的運行速度、振幅進行調整，使整條生產線可以適應不同茶葉的柔性生產?？刂葡到y在控制中心的作用下，將對生產線實現統一決策、協調控制。同時，各單元控制器具備分散控制功能，即使在控制中心失效的情況下，也可以繼續生產，提高了整條生產線的可靠性及維護性能。在控制系統中，不僅能適用多生產工藝，還能實現不同生產工藝的工藝參數存儲、下載與管理功能，方便生產與管理。

采用立式輸送機和風力式輸送機相結合，大大縮小了精制設備的占地面積，提高了成品制率，降低了損耗。采用了雙極除塵裝置，對精制過程中產生的茶塵進行集中處理。在所有主機上都開有除塵接口，通過除塵管道將茶塵集中收集到車間外，經過“旋風除塵器”和“脈沖布袋除塵器”進行“顆粒、粉塵”兩級除塵，達到凈化加工車間的環境，且在吸風機處裝有“消音裝置”，降低風機運行過程中的噪音，提高了操作工人的舒適度。生產線所有與茶葉接觸部位全部采用食品級不銹鋼或橡膠材料，以達到茶葉安全生產標準。

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Automated Production Line Technology Applied on Refined Tea Screening

HUANG Jian-hong1，CHENG Bin1，JIANG Xiao-liang1，DAI Hui-liang1，LI Zhi-jie2
（1.Zhejiang SHANGYANG Machinery Co.Ltd.，Quzhou 324000，China；2.Quzhou College，Quzhou 324000，China）

Tea refining refers to the process of producing fresh leaves into commodity tea.By analyzing the current situation and problems of refined tea screening equipment，it introduced the composition of general screening automated production line equipment and elaborated the application of screening equipment for green tea，black tea，Pu-er tea and dark tea by Shangyang Machinary.This paper also described the technical features on the refined screening line by Shangyang Machinery.The main innovations included the automatic screen scraping mechanism of circular sieve machine and shaking sieve machine，combination of centralized and decentralized control in some refined production equipment and the three-dimensional conveyor and the wind turbine being combined by adopting a bipolar dust removing device，etc.

Tea；Refining；Screening；Round screen machine；Shaking sifter machine；Winnowing machine

TS272.5+2；TP23

A

2095-0306（2016）06-0056-06

中國茶葉加工 2016（6）:56-61

2016-12-09

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2014BAD06B00）；浙江省重大科技重大專項農業項目（2013C02024-2）

黃劍虹（1971-），男，浙江龍游人，工程師，從事茶葉加工裝備研制、推廣工作。