烏龍茶振青實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計.doc

題目：題目：烏龍茶振青實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計 系（部）系（部） 機(jī)電工程系 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)電設(shè)備維修與管理 班班 級級 1 0 級 機(jī) 電 班 學(xué)學(xué) 生生 學(xué)號 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 職稱 單單 位位 論文提交日期論文提交日期 2013 年 5 月 25 日 論文答辯日期論文答辯日期 2013 年 月 29 日 答辯委員會主席答辯委員會主席 論文評閱人論文評閱人 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 目目 錄錄 摘要 .i abstract i 引言 i 1 烏龍茶的發(fā)展.1 1.1 設(shè)計主要內(nèi)容.2 1.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計.2 1.1.3 設(shè)計結(jié)果2 1.1.4 處理問題2 2 烏龍茶搖動振青機(jī)的設(shè)計.3 2.1 振動式烏龍茶做青原理及特點(diǎn)3 2.2 振青機(jī)的方案設(shè)計 3 2.2.1 烏龍茶搖青方法介紹.3 2.2.2 機(jī)型的選定.4 2.2.3 筒體結(jié)構(gòu)的選定.4 2.2.4 簡體轉(zhuǎn)速.5 2.2.5 傳動計算.5 2.2.5 扭距的計算.6 2.2.6 風(fēng)機(jī)功率的選擇與計算.7 2.2.7 風(fēng)管及筒壁沖孔尺寸的確定.7 3 茶葉起振所需要的振動頻率的確定7 3.1 起振條件的確定7 3.2 matlab 編程.9 3.2.1 matlab 介紹9 3.2.2 matlab 編程9 4 電機(jī)的選擇11 5 振動搖青裝置與試驗(yàn)設(shè)計12 5.1 振動搖青裝置及工作原理.12 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計12 5.2.1 結(jié)果分析.13 5.2.2 振動搖青與手工搖青毛茶品質(zhì)比較14 5.2.3 做青葉質(zhì)量的比較15 6 振動搖青時間和頻率多因素試驗(yàn)17 7 烏龍茶綜合做青機(jī).18 7.1 機(jī)械化連續(xù)做青設(shè)備.20 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 振動式烏龍茶做青設(shè)備27 9 立面回轉(zhuǎn)式振動搖青機(jī)及工作原理-22 9.1 立面回轉(zhuǎn)式振動搖青機(jī)及工作原理 -22 9.2 試驗(yàn)材料與方法 -23 9.3 測定內(nèi)容與方法-24 9.4 結(jié)果與分析 -28 致謝 .29 參考文獻(xiàn).30 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 i 摘摘 要要 烏龍茶是我國特種名茶，其特有的自然香氣和甘醇滋味，來源于優(yōu)良品種和獨(dú)特 的初制工藝。其做青工藝師形成烏龍茶特有香氣和滋味的關(guān)鍵工序。目前閩南烏龍 茶的做青多采用滾筒搖青機(jī)搖青。這種工藝生產(chǎn)量較大，適合大生產(chǎn)的要求。為了提 高和穩(wěn)定烏龍茶產(chǎn)品品質(zhì)及衛(wèi)生質(zhì)量，改善勞動條件，降低能耗成本，提高烏龍茶加 工技術(shù)水平，本設(shè)計設(shè)計出振動式烏龍茶做青技術(shù)。烏龍茶振青機(jī)做青過程青葉不落 地，能顯著提高烏龍茶衛(wèi)生與品質(zhì)；振動式搖青受力合理，均勻度高，可有效避免嫩 葉因受力過重造成的“死青”， 提高生產(chǎn)率，節(jié)約能源；振青方法制成的毛茶外形砂 綠油潤，香氣濃郁高長，花香顯，湯色淺金黃明亮，滋味醇厚鮮爽，葉底軟亮，達(dá)到 清香型高檔烏龍茶的標(biāo)準(zhǔn)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：烏龍茶；振動；振動筐；起振條件。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 ii abstract oolong tea is special the famous tea in china, its unique natural aroma and taste glycol, comes from good varieties of making technology and unique early. the green craft form unique oolong tea aroma and taste of the key working procedure. at present. south of the green with oolong tea do drum wave green machine wave green. this process production is bigger, suitable for production requirements. in order to improve and stable product quality and health quality oolong tea, improve working conditions, and reduce the energy consumption cost and improve the oolong tea processing technology level, this design design the vibration type oolong tea do green technology. oolong tea vibration machine green grassy green process not ground and can significantly improve the health and quality oolong tea; vibration type wave green stress is reasonable, the homogeneous degree is high, can effectively avoid stress caused by excessive leaves “death green“, increase productivity and save energy sources; the method of vibration made maocha appearance arenaceous green oil moisten, rich smell high long, flower show, tang light golden brown and bright, taste mellow fresh cool, foliaceous soft light, to clear the standard of high-grade oolong tea flavor types. key words: oolong; vibration; vibration basket; initial conditions. 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 引引 言言 1 烏龍茶的發(fā)展烏龍茶的發(fā)展 烏龍茶是我國特種名茶，其特有的自然香氣和甘醇滋味，來源于優(yōu)良品種和獨(dú)特 的初制工藝。其做青工藝師形成烏龍茶特有香氣和滋味的關(guān)鍵工序。 1 長期以來，茶區(qū)人民通過烏龍茶做青生產(chǎn)實(shí)踐的摸索所知，烏龍茶制造過程中的 曬青、涼青、搖青合稱為做青階段，是烏龍茶內(nèi)質(zhì)形成的關(guān)鍵，是制茶技術(shù)的體現(xiàn)。 制好茶必須“天、地、人”配合：“天”指季節(jié)、天氣；“地”指地理環(huán)境對鮮葉質(zhì) 量的影響，包括鮮葉形態(tài)結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物的含量與組成比例以及海拔高度、地形、地勢、 茶園管理措施、茶樹品種等因素；“人”指制茶技術(shù)水平和人的主觀能動性，三者中， “人”是主要決定因素。 烏龍茶以其獨(dú)特的色、香、味備受人們的喜愛。其優(yōu)良的品質(zhì)除了品種因素外。 做青工藝是品質(zhì)形成的關(guān)鍵。做青的實(shí)質(zhì)是使青葉的葉緣細(xì)胞受損，水分從梗和葉脈 向葉片移動。促進(jìn)茶葉內(nèi)含物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)芳香物質(zhì)的形成。目前閩南烏龍茶的 做青多采用滾筒搖青機(jī)搖青，層架晾青。這種工藝生產(chǎn)量較大，適合大生產(chǎn)的要求。 但此工藝需依靠人工上下葉，勞動強(qiáng)度也很大，占用面積大。而且上下葉過程青葉難 免落地，影響毛茶衛(wèi)生質(zhì)量制得的毛茶品質(zhì)不穩(wěn)定。 2 采用振動式搖青方法，研制出可控環(huán)境一體式烏龍茶做青設(shè)備，并開發(fā)出相應(yīng)的 烏龍茶振動式做青新技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)閩南烏龍茶做青工藝的連續(xù)化、自動化提供一種新 方法。振青設(shè)備集振青、晾青、做青環(huán)境控制于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，省工省力，節(jié)約能 源，做青過程青葉不落地，能顯著提高烏龍茶衛(wèi)生與品質(zhì)；振動式搖青受力合理，均 勻度高，可有效避免嫩葉因受力過重造成的“死青”；做青環(huán)境可控，尤其能克服春 季低溫高濕青葉“走水”難的問題，提高生產(chǎn)率，節(jié)約能源；振青方法制成的毛茶外 形砂綠油潤，香氣濃郁高長，花香顯，湯色淺金黃明亮，滋味醇厚鮮爽，葉底軟亮， 達(dá)到清香型高檔烏龍茶的標(biāo)準(zhǔn)。 通過對本課題的研究與制作過程，可以有效地調(diào)動我們的學(xué)習(xí)積極性，了解機(jī)電 產(chǎn)品開發(fā)的全過程，提高動手和實(shí)踐的能力，同時培養(yǎng)我們的機(jī)構(gòu)理論分析、cad 繪圖 以及計算機(jī)編程等能力。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 1.1設(shè)計主要內(nèi)容設(shè)計主要內(nèi)容 1.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）機(jī)構(gòu)傳動方式的選擇與設(shè)計； 2）振動機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計； 3）振動筐能快速裝卸的合理設(shè)計； 4）電動機(jī)的選擇與設(shè)計； 5）茶葉起振所需要的振動頻率的確定；+- 6）烏龍茶振青試驗(yàn)裝置的整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計。 1.1.3 設(shè)計結(jié)果設(shè)計結(jié)果 根據(jù)烏龍茶做青原理,設(shè)計出振動搖青試驗(yàn)裝置，振動筐能快速裝卸，每次裝茶 50 公斤，振幅 2cm。且通過振動搖青強(qiáng)度的兩個運(yùn)動參數(shù)指標(biāo)(時間和頻率) 從而可優(yōu)選 出烏龍茶起振所需要的振動頻率，確保在振動柜中的茶青的振動幅度、振動頻率和做 青效果最佳。 1.1.4 處理問題處理問題 1）機(jī)構(gòu)傳動方式的確定； 2）茶葉起振所需要的振動頻率； 3）采用合理的振動機(jī)構(gòu)； 4）振動筐能快速裝卸的合理設(shè)計。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 2 烏龍茶振青機(jī)的設(shè)計烏龍茶振青機(jī)的設(shè)計 2.1 振動式烏龍茶做青原理及特點(diǎn)振動式烏龍茶做青原理及特點(diǎn) 做青是形成烏龍茶香氣、滋味的關(guān)鍵工序，是搖青和晾青交替進(jìn)行的過程。研究 表明，不同搖青作用力方式會影響鮮葉內(nèi)含成分及烏龍茶品質(zhì)。振動時，鮮葉隨振青 機(jī)上下振動而作上下往復(fù)跳動、翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到搖青效果。振動式做青技術(shù)既能達(dá)到 搖、晾一體式連續(xù)化做青的目的，又克服了滾筒搖、晾一體式做青機(jī)透氣性較差，難 以適應(yīng)清香型烏龍茶做青工藝要求的弊端。 烏龍茶振青機(jī)的組成，如圖2-1 ， 控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng) 速度檢測 圖 2-1 工作原理圖 2.2 振青機(jī)的方案設(shè)計振青機(jī)的方案設(shè)計 2.2.1 烏龍茶搖青方法介紹烏龍茶搖青方法介紹 金心怡等17研究初步認(rèn)為搖青力的作用機(jī)制有一方面適度破壞青葉的葉細(xì)胞組 織，迫使多酚類化合物酶促氧化等一系列生化變化，形成烏龍茶醇厚湯味和金黃色湯 色。搖青過程青葉受到機(jī)械運(yùn)動力和摩擦碰撞力的作用，運(yùn)動力和摩擦力二者的協(xié)調(diào) 配合才能形成烏龍茶所特有的香高味醇品質(zhì)；二是提高青葉的能量水平，為做青生化 反應(yīng)提供能量基礎(chǔ)，使青葉內(nèi)含物朝著有利于烏龍茶品質(zhì)的方向變化。 隨著烏龍茶做青技術(shù)與科技的發(fā)展，不斷地從省力、生產(chǎn)量、搖青質(zhì)量等方面對 搖青方法進(jìn)行了研究與改進(jìn)，先后出現(xiàn)的搖青方法有 4 種18。 手工旋轉(zhuǎn)搖青：依 靠人力托起青篩并做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使青葉在篩面上做往復(fù)旋轉(zhuǎn)跳動。這種方法搖青均勻， 質(zhì)量好，但生產(chǎn)量小，勞動強(qiáng)度極大，工效低。手工往復(fù)搖青：為了降低搖青勞動 強(qiáng)度，人們在生產(chǎn)中將青篩用繩索吊起來，借助外力支撐青篩和茶青，裝上茶青后推 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 著青篩做往復(fù)運(yùn)動，從而達(dá)到搖青的目的，此搖青方法比手工旋轉(zhuǎn)搖青省力，但搖青 質(zhì)量次于手工旋轉(zhuǎn)搖青。機(jī)械滾筒搖青：用木篾結(jié)構(gòu)的滾筒代替青篩，電機(jī)替代人 力為其提供動力。做青時電機(jī)帶動滾筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，青葉在筒體摩擦力和導(dǎo)葉板的作 用下，被帶到一定高度后向下拋落，使青葉之間、青葉與筒壁之間產(chǎn)生輕微的摩擦碰 撞，達(dá)到搖青目的19。此法實(shí)現(xiàn)了烏龍茶搖青的機(jī)械化，使勞動者從繁重的體力搖青 中解放出來，降低勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)量，但是搖青葉的運(yùn)動與手工搖青存在差異， 搖青均勻度低于手工。振動搖青：利用高頻振動源的上下往復(fù)運(yùn)動代替手工和滾筒 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，搖青時青葉在振動篩筐上“輕、快、勻”的摩擦跳動，達(dá)到搖青目的。 此法搖青勞動強(qiáng)度低，搖青葉運(yùn)動特點(diǎn)與手工搖青頗為相似，以運(yùn)動為主，摩擦為輔， 運(yùn)動頻率快，行程短，翻轉(zhuǎn)均勻，均勻度比滾筒搖青明顯提高，做青葉品質(zhì)接近手工 搖青，生產(chǎn)率是手工的 45 倍20。這種方法是 20 世紀(jì)末出現(xiàn)的一種新型搖青方法。 搖青方法最初使用手工搖青，隨著科技的發(fā)展使用滾筒搖青，但滾筒搖青技術(shù)以 實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，搖青不均勻，勞動強(qiáng)度大等缺點(diǎn)。為尋求新的突破，金心怡等于 2004 年研制了戶用型做青設(shè)備，2006 年著研制高頻振青機(jī)、福建省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制 出旋拋式搖青機(jī)，2008 年研制了上下回轉(zhuǎn)式的振動搖青機(jī)。其中 2004 年研制的戶用 型做青設(shè)備模仿手工搖青，實(shí)現(xiàn)做青環(huán)境可控，節(jié)省勞動力，節(jié)約能源、做青連續(xù)化， 不落地生產(chǎn)，大大提高烏龍茶的品質(zhì)。 2.2.2 機(jī)型的選定機(jī)型的選定 做青原理:烏龍茶的做青工藝包括搖青(篩青)、涼青(攤青)做手和發(fā)籮工藝。這些 工藝過程目的是使茶青走水,排除苦水青臭味,形成烏龍茶的獨(dú)特香味,并使茶青的葉表部 分(葉緣或任意部分)細(xì)胞磨破,增強(qiáng)酶促氧化作用,促進(jìn)茶多酚的轉(zhuǎn)化,使葉張呈現(xiàn)“三紅 七綠”(也稱綠底紅鑲邊)半發(fā)酵狀態(tài),形成烏龍茶色、香、味的特征。 機(jī)型:目前國內(nèi)使用的搖青機(jī)(即搖籠)比較原始,多是就地取材,土法上馬。其結(jié)構(gòu)是 竹足(或鐵窗紗)、木料、元鋼等所構(gòu)成(直徑 60 一 80 匣米,長 200 厘米的圓筒體),有的 配有電機(jī)和變速結(jié)構(gòu),有的用手搖。 2.2.2 筒體結(jié)構(gòu)的選定筒體結(jié)構(gòu)的選定 烏龍茶綜合做青機(jī),由機(jī)架、筒體、風(fēng)機(jī)、噴風(fēng)管、電機(jī)、變速結(jié)構(gòu)、加熱爐七個 部分組成。(1)筒體結(jié)構(gòu)尺寸的選定:很據(jù)實(shí)際側(cè)定每立方米烏龍茶青為 300 市斤,萬粽合 機(jī)容青量應(yīng)以 500 市斤為宜,則容積不八炎度的選京:300:1=500:x1(500_30067m 根據(jù) 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 做青工藝要求,為使茶青在筒體內(nèi)能自由翻動,葉表灼部分細(xì)胞相互摩擦,且通風(fēng)均勻,筒 沐內(nèi)裝葉量特選取占筒體容積的 80%:(加返陽復(fù)蘇因素實(shí)為 75%)。 1.67+(25%x1.67)=2。0875m3 幻 2.lm“根據(jù)茶青堆積層,扭距機(jī)體自重負(fù)荷等因素 以及原材料鍍鋅鐵皮常用規(guī)格(1000x2000。m),和噴風(fēng)管占用筒內(nèi)體積等情況,綜合考慮 確定筒休長度為 z000m。(嘖風(fēng)管規(guī)格由第二代至第四代綜合機(jī)的試驗(yàn)選定出直徑取小 260mm 為宜)。 筒體排氣板材及進(jìn)出口結(jié)構(gòu)的選定:為使綜合做青機(jī)達(dá)到工藝要求,風(fēng)管應(yīng)噴風(fēng)均勻, 筒體應(yīng)透氣良好。原 1 一 3 代綜合機(jī)采用窗紗,透氣雖好,但強(qiáng)度太低,極易破損。本機(jī)采 用鍍鋅鐵皮沖孔,既保持良好透氣,又保證足夠的強(qiáng)度。其厚度從 14 代樣機(jī)的試驗(yàn)中選 取 o.smtn 最為合適。進(jìn)出茶門的結(jié)構(gòu)形式采取側(cè)面進(jìn)茶,端面出茶。這樣操作方便,進(jìn)出 茶速度快。為保證出茶的速度和干凈,也促使茶青翻轉(zhuǎn)均勻,筒壁加有木質(zhì)螺旋線段。選 用木質(zhì)材料的優(yōu)點(diǎn)是:既不損仿茶青,又容易加工。 2.2.3 筒體轉(zhuǎn)速筒體轉(zhuǎn)速 3 為使茶青在筒沐旋轉(zhuǎn)時,不至因離心作用貼在筒壁而不下落,并使其茶青相互緩慢 摩擦,參照 110 型殺有機(jī)(直徑 1100mm)不貼粘青葉的最高速度為 30 轉(zhuǎn)/分,本機(jī)筒體直徑 選取 120。 。m,旋轉(zhuǎn)時紋速度較大,在試驗(yàn)中實(shí)地觀察轉(zhuǎn)速,選取 15 一 l6 轉(zhuǎn)/分。 2.2.4 傳動計算傳動計算 3 選擇四級異步,電動機(jī)傳速為 1430 轉(zhuǎn)/分,因該型號的電機(jī)容易購買和維修。則:總 傳動比為 2430,16=89.37、 o 傳動變速比較大,為使傳動平衡,變速機(jī)鉤體積小,采用蝸輪 蝸扦變速和二級皮帶輪變速。為了達(dá)到機(jī)身筒休負(fù)荷的要求,并能達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn),蝸倫軸 與筒體采用皮帶傳動。選主動輪外徑為 160 川 m,被動輪外徑為 480mfn,傳動比初算為 430160 二 3。第一級皮帶輪傳動,主功輪外徑為 80m 二,被動輪外徑為 l66mm。傳動比 為 80*1430/160=715 轉(zhuǎn)/分 則蝸輪、蝸桿傳動比為:90,3+2“15 蝸輪變速箱輸出端轉(zhuǎn)速:715/15=47.67 轉(zhuǎn)/分，筒 體轉(zhuǎn)速：47.67/480=15.89 轉(zhuǎn)/分，考慮三角皮帶打滑,則實(shí)際筒體轉(zhuǎn)速低于計算值 15.89 轉(zhuǎn)/分,實(shí)際檢測為 15。5 轉(zhuǎn),符合設(shè)計要求。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 2.2.5 扭距的計算扭距的計算 筒體自重 300 市斤,裝滿 500 市斤茶青后重量為 800 市斤二 400 公斤。筒體自重 四周基本均勻,茶青會形成自然偏重。如圖所示傾斜角約為 60 度。因裝青量只占筒體 容積的 80%,空余部分應(yīng)為 20%,極限情況即 20%。按 500 市斤青葉偏重為 500x20%二 100 市斤=50 公斤。將這部分偏重加在圓筒外壁,則克服偏重轉(zhuǎn)距 m 二 50 公斤 x60cm”3000 公斤 cm。則蝸轉(zhuǎn)上所需傳遞功率應(yīng)為:n:m:xn97400 退。其中 n 為蝸輪轉(zhuǎn)速 n:二 47.6748 轉(zhuǎn)/分。取三角皮帶傳動效率為 0.94。蝸輪蝸 桿傳動率為 0.85?？傂蕿?0。85 只 0.94“0.75。則所需功率為 1.47xo.75 二 2。所以 取 2.2 圖 2-1 ， 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 2.2.6 風(fēng)機(jī)功率的選擇與計算風(fēng)機(jī)功率的選擇與計算 從 l3 代綜合機(jī)的試驗(yàn)過程中,先后用過 0.6 瓦、0.8 瓦、1.1 瓦、1.5 瓦均感風(fēng)壓風(fēng) 量太小,為此采用 2。2 瓦。 選取 n=2.2 瓦,葉輪直徑為 400mm,葉輪進(jìn)風(fēng)口直徑 280mm,進(jìn)風(fēng)內(nèi)徑 260mm,采用 后彎曲葉片式 b,=150。,b:二 1500,葉片 24 片。預(yù)計風(fēng)壓 h=50mm 水銀柱,風(fēng)量 q=6000m3/小時(實(shí)際風(fēng)量風(fēng)壓待測定)。 2.2.7 風(fēng)管及筒壁沖孔尺寸的確定風(fēng)管及筒壁沖孔尺寸的確定 風(fēng)管孔的排風(fēng)面積應(yīng)大于風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的總面積,出風(fēng)口總面積應(yīng)大于風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的 總面積,這樣排風(fēng)才能順利,不致產(chǎn)生多余的阻力以至減少風(fēng)量。但排風(fēng)面積過大,則風(fēng)壓 隨之降低,而孔徑的選擇是根據(jù)一般茶梗直徑不超過 3mm,為此選取孔徑為 4mm,孔距排 列 20x15mm。即能排風(fēng)又不夾茶,風(fēng)力合適。風(fēng)管展開面積為 8 一 6xz000mm 藝孔數(shù)為 5400 孔,每孔面積 12,57mm 盆風(fēng)管排風(fēng)總面積:400x12。56 二 68078mm.風(fēng)機(jī)出口總面 積.25ox25o 二 62500mm 七風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口總面積:53090mm:。 3 3 茶葉起振所需要的振動頻率的確定茶葉起振所需要的振動頻率的確定 3.1 起振條件起振條件的確定的確定 4 根據(jù)烏龍茶振青機(jī)做青設(shè)備振動源的特點(diǎn)，將偏心輪機(jī)構(gòu)簡化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)， 如圖 3-1， 圖 3-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 在圖 1 的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，已知曲柄 1 的長度為,轉(zhuǎn)角為，等角速度為及連 1 l 1 1 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 桿 2 的長度為。則該機(jī)構(gòu)的封閉矢量方程為 2 l c xll 21 將上式投影在 x 和 y 軸上得 （3-1） c xll 2211 coscos （3-2）0sinsin 2211 ll 由(3-2)式得 （為曲柄與連桿的長度比） （3-3） 11 2 1 2 sinsinsin l l 2 1 l l 由（3-3）式可求出轉(zhuǎn)角 （3-4）)sinarcsin( 12 當(dāng)曲柄從位置轉(zhuǎn)到圖 1 所示的位置時，滑塊 3 的位移0 1 （3-5）)cos1 ()cos1 ( 21121sc llxlls 將（3-5）式對時間求一次和二次倒數(shù)并化簡，即得滑塊速度和加速度 a （3-6） 2 21 11 cos )sin( wl (3-7) )(cos )(cos cos )cos( 2 1 2 2 212 11 s wla 因?yàn)椴枞~起振的條件是 a,g 為重力加速度。g 假設(shè)，。15 1 l150 2 lmin/300 1 rw 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 由（3-4）式和（3-7）式得，當(dāng) a時，。g)360,12.312()47188, 0( 000 1 即，當(dāng)，茶葉開始起振，并離開托盤。我們將茶)360,12.312()47188, 0( 000 1 葉開始起振并離開托盤的角度稱為起振角度。 3.23.2 matlab 編程編程 3.2.1 matlab 介紹介紹 5 matlab 譯于矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrix laboratory） ，它是 70 年代采用 c 語言編寫 的用來提供通往 linpack 和 eispack 矩陣軟件包接口的語言.。matlab 可以運(yùn)行 在多個操作平臺上，常見的如 windows9x/nt/me，unix，linux 等，已經(jīng)發(fā)展成了通 用科技計算、圖視交互系統(tǒng)和程序語言matlab 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣。它的指令 表達(dá)與數(shù)學(xué)、工程中常用的習(xí)慣形式十分相似。用 matlab 解算問題要比用 c、fortran 等語言簡捷得多。matlab 發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為一個系列產(chǎn)品： matlab“主包”和各種可選的 toolbox“工具包”。主包中有數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)。功能 性工具包主要用來擴(kuò)充 matlab 的符號計算功能、圖視建模仿真功能、文字處理功能 以及硬件實(shí)時交互功能。這種功能性工具包用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具包是專業(yè)性 比較強(qiáng)。開放性也許是 matlab 最重要、最受人歡迎的特點(diǎn)除內(nèi)部函數(shù)外，所有 matlab 主包文件和各工具包文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修 改或加入自己編寫文件去構(gòu)成新的專用工具包。matlab 已經(jīng)受了用戶的多年考驗(yàn)。 在歐美發(fā)達(dá)國家，matlab 已經(jīng)成為應(yīng)用線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字 信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位 的大學(xué)生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門， matlab 被廣泛地用于研究和解決各種具體工程問題。 3.2.2 matlab 編程編程 6 由上面的起振條件計算式，我們通過 matlab 編程，可計算出不同驅(qū)動速度下茶 葉起振角度，橫坐標(biāo)表示驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動角度，縱坐標(biāo)表示托盤振動加速度。因此，該 振動做青設(shè)備可以方便調(diào)節(jié)驅(qū)動主軸速度，使茶葉在特定的起振角度內(nèi)進(jìn)行跳動、翻 動，從而達(dá)到搖青效果。 本設(shè)計的，10 1 l170 2 l 則編程為：clear clc 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 clf g=9.8; l1=0.01; l2=0.17; w1=25; w2=30.5; w3=35; v=0:1:360; t=asind(-0.1*sin(v*pi/180); a1=l1*w12*(cos(v- t)*pi/180)./cos(t*pi/180)+(l1/l2)*(cos(v*pi/180)./(cos(t*pi/180).2); a2=l1*w22*(cos(v- t)*pi/180)./cos(t*pi/180)+(l1/l2)*(cos(v*pi/180)./(cos(t*pi/180).2); a3=l1*w32*(cos(v- t)*pi/180)./cos(t*pi/180)+(l1/l2)*(cos(v*pi/180)./(cos(t*pi/180).2); figure(1) plot(v,a1,v,a2,v,a3,v,g,v,0) ylabel(a(m/s2) xlabel(t(0-360); legend(w=25r/s,w=30r/s,w=35r/s,location,best) hold on 如圖3-2， 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 圖 3-2 matlab 圖 由圖可看出，在 w=30r/s 時，a=g， 則 w=180r/min,得 f=4.78，所以本設(shè)計的茶葉起振頻率為 f=4.78。 2 w 4 電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇 7 根據(jù)設(shè)計，考慮到承載的重量很有可能達(dá)到 100kg 和設(shè)計的需要，電機(jī)選用 y90s-2 異步三相電機(jī)。這種電機(jī)的功率比較大，使得機(jī)器運(yùn)行時有較大的裕度，比 10 較適合農(nóng)村電壓起伏較大，電壓不太平穩(wěn)的地方。y 系列三相異步電動機(jī)三相異步電 動機(jī) 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相異步電動機(jī)相似，其定子鐵心槽中嵌裝三相繞組 （有單層鏈?zhǔn)?、單層同心式和單層交叉式三種結(jié)構(gòu)）。定子繞組成接入三相交流電源 后，繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子在感應(yīng)電流和氣隙 旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用下，又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)柜（即異步轉(zhuǎn)柜），使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。 y90s-2 異步三相電機(jī)具有良好的性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。y90s-2 型三相異步電動機(jī)廣泛 適用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和無特殊要求的機(jī)械設(shè)備上，如金屬 切削機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。y90s-2 型三相異 步電動機(jī)功率：1.5kw 電壓：380v 電流：3.4a 絕緣：b 噪音：75 db(a) 轉(zhuǎn)速 2840 r/min。它是全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機(jī)，是全國統(tǒng)一設(shè)計的基本系列，它 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 同時是符合 jb/t9616-1999 和 iec34-1 標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，具有國際互換的特點(diǎn)。 5 5 振動搖青裝置與試驗(yàn)設(shè)計振動搖青裝置與試驗(yàn)設(shè)計 5.1 振動搖青裝置及工作原理振動搖青裝置及工作原理 振動搖青裝置是在 6cjk 一 20 型茶葉解塊篩分機(jī)上改裝而成,由電機(jī)、曲柄搖桿機(jī) 構(gòu)、篩床、振青筐、夾具等組成,如圖 1 所示。振青筐的運(yùn)動軌跡為橢圓形,其左右振幅 為定值 60mm,上下振幅為 20 一 40mm。通過調(diào)整振青筐在篩床上的 x 軸向的位置,可調(diào) 節(jié)筐體的上下振幅,以滿足不同做青時期的作用力要求。振青筐的振動頻率用 tzty-31 一 4 型電磁調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)。經(jīng)反復(fù)調(diào)試,結(jié)果是原機(jī)的振頻為 38of/min 時適合于振動搖 青。振青筐用 smm 寬的竹蔑編織成,外形尺寸 75ox600xsoo(mm),最大投葉量為 10kg。 研制 2 對金屬彈性夾具,用以固定振青筐。該夾具夾緊和松脫,操作簡便、快速,使用可靠。 在高頻率的振動源下,筐內(nèi)的青葉快速低幅地跳動,均勻翻轉(zhuǎn)。青葉每跳一次,就向前躍進(jìn) 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 一小段距離。經(jīng) 6 一 7 次跳動,青葉上升到一定高度后拋下,接著又進(jìn)入第二輪跳動,循環(huán) 反復(fù)。在振動過程中,青葉與青葉、青葉與筐壁之間相互碰撞摩擦,葉緣細(xì)胞受到適度損 傷,茶多酚酶促氧化,各種可溶性物質(zhì)由葉梗隨水分輸往葉片并進(jìn)行生化變化。 5.2 試驗(yàn)設(shè)計試驗(yàn)設(shè)計 析因試驗(yàn)表明,在一定范圍內(nèi),振幅、振頻、振時 3 個參數(shù)中,振時對振動搖青影響最顯 著。因此選取篩床上 xl000mm 處固定振青筐,該點(diǎn)的運(yùn)動方程為4,: 在本機(jī)振頻 380f/min 下,進(jìn)行振時單因素試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)計方 案見表 1。對試驗(yàn)結(jié)果的毛茶樣進(jìn)行密碼感觀審評,每個處理隨機(jī)抽取 10 個做青葉,測定 葉細(xì)胞破碎率。 圖 5-1 5.2.1 結(jié)果與分析結(jié)果與分析 .振動搖青與滾筒搖青的毛茶品質(zhì)比較振動搖青和滾筒搖青的毛茶審評結(jié)果見表 2。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 表 3 的方差分析表明:試驗(yàn) i 各處理的毛茶品質(zhì)之間差異顯著。用新復(fù)極差法進(jìn)一步比 較(見表 2)結(jié)果,az 處理毛茶品質(zhì)最佳,與對照間的差異達(dá)極顯著水平;al 處理與對照間 的差異達(dá)顯著水平;a,與 a:處理間的差異不顯著。說明當(dāng)振動搖青的時間掌握適當(dāng)時,其 毛茶品質(zhì)顯著高于滾筒搖青。 5.2.2 振動搖青與手工搖青毛茶品質(zhì)比較振動搖青與手工搖青毛茶品質(zhì)比較 對烏龍茶的薄葉型品種黃談和厚葉型品種毛蟹分別進(jìn)行振動搖青和手工搖青的對 比試驗(yàn),其毛茶審評結(jié)果見表 4。方差分析結(jié)果表明:在黃淡品種的振動搖青與手工搖青 對比試驗(yàn)中,f(522)0.05，兩者差異不顯著。3.1.3 做青過程 青葉相對電導(dǎo)率相對電導(dǎo)率變化是用來反映細(xì)胞膜傷害程度和大小的一個重要指標(biāo)6。 由表 2 和圖 3 可知，鐵觀音青葉相對電導(dǎo)率隨做青進(jìn)度呈現(xiàn)逐步上升趨勢。其中振 動搖青青葉相對電導(dǎo)率低于滾筒搖青，這是由于振動搖青對青葉細(xì)胞損傷較小，葉細(xì) 胞滲透率較低，使得葉片相對電導(dǎo)率較低。對兩種搖青方式的做青葉相對電導(dǎo)率進(jìn)行 t 檢驗(yàn)，p=0.27500.05，兩種搖青方式做青葉相對電導(dǎo)率差異不顯著。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 25 做青葉細(xì)胞破損率比較細(xì)胞破損率值及其均勻性反映搖青作用力大小及均勻性。 對兩種搖青方法的 15 片做青葉計算細(xì)胞破損率，結(jié)果如表 3。 由表 3 可知，振動搖青處理的葉細(xì)胞破損率為 6.88%，比滾筒搖青 ck 處理的 7.63%低 0.75%；從細(xì)胞破損率的變異系數(shù)來看，處理 ck 變異系數(shù)為 24.84%，而處理 a 變 異系數(shù)在 15.81%，振動搖青的青葉細(xì)胞破損均勻性優(yōu)于滾筒搖青。 兩種搖青方式的青葉生化成分變化春茶兩種搖青方式做青過程的主要生化成分變 化見表 4 及圖 46。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 26 做青過程水浸出物含量變化從表 4 及圖 4 可以看出，做青過程，青葉的水浸出 物含量總體呈現(xiàn)平緩下降趨勢。整個做青過程中，水浸出物含量，ack。這可能是 由于振動搖青作用力強(qiáng)度較小，水浸出物含量較高，而滾筒搖青機(jī)械機(jī)械作用力大， 做青強(qiáng)度較大，促使內(nèi)含物損耗較大。對兩種搖青方式的做青葉、毛茶進(jìn)行 t 檢驗(yàn) （p=0.6130.05） ，毛茶（p=0.9430.05） ，說明說明兩種搖青方式對水浸出物的影響 不顯著。3.2.2 做青過程茶多酚總量變化表 4 及圖 5 可以看出，茶多酚含量總體呈現(xiàn) 下降趨勢。整個做青過程中，茶多酚含量，ack。一搖后茶多酚下降迅速，是由于 萎調(diào)后多酚氧化酶活性較高，茶多酚氧化較快，之后多酚氧化酶的活性較低，氧化作 用比較微弱。對兩種搖青方式的做青葉、毛茶進(jìn)行 t 檢驗(yàn)做青葉（p=0.0270.05） ， 毛茶（p=0.0230.05） ，說明兩種搖青方式對茶多酚含量的影響顯著。表明振動搖青振 動強(qiáng)度較小，茶多酚保留較多，滾筒搖青機(jī)械作用力大，做青強(qiáng)度較大，茶多酚保留 量減少。 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 27 做青過程氨基酸總量變化從表 4 及圖 6 可以看出，氨基酸含量總體呈現(xiàn)萎調(diào)至 二搖后下降，此后呈現(xiàn)上升的趨勢?？赡苁怯捎谧銮嗲捌谟坞x氨基酸以與其他物質(zhì)結(jié) 合或者轉(zhuǎn)化為主，導(dǎo)致氨基酸含量減少，做青后期主要是蛋白質(zhì)水解代謝為主，促使 氨基酸總量增加。整個做青過程中，氨基酸含量，ack。對兩種搖青方式的做青葉、 毛茶進(jìn)行 t 檢驗(yàn)，做青葉（p=0.1470.05） ，毛茶（p=0.3240.05） ，說明兩種搖青方 式對氨基酸含量的影響不顯著。兩種搖青方式對做青葉、毛茶的兒茶素及組分的影響 兩種搖青方式對做青葉、毛茶的兒茶素及組分的影響 泉州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 28 從表 5 可以看出，做青葉及毛茶兒茶素總量，ack。做青葉兒茶素總量高于毛 表明振動搖青振動強(qiáng)度較小，兒茶素保留較多；滾筒搖青機(jī)械機(jī)械作用力大，做青強(qiáng) 度較大，促使兒茶素氧化較多。3.2.5 不同搖青方式對毛茶品質(zhì)的影響不同搖青方式的 春季鐵觀音毛茶審評結(jié)果如表 6、表 7 所示。 由表 6、7 可知，振動做青的烏龍茶葉底勻整，可說明振動做青對于保持葉張的完 整性具有一定的優(yōu)勢。振動搖青處理其香氣、滋味、湯色葉底品質(zhì)因子得分均高于滾 筒搖青處理。表明振動搖青青葉走水更好，茶青內(nèi)含物質(zhì)得到了較充分的轉(zhuǎn)化，更有 利于芳香物質(zhì)的保留和形成，對香氣特征的形成起了更大的作用。 5 小結(jié)與討論 滾筒搖青機(jī)械采用相對密閉式搖青，通風(fēng)條件較差，機(jī)械作用力大對鮮葉損傷較大 且運(yùn)動不均勻，容易出現(xiàn)紅邊；振