基于PLC的茶叶揉捻机压力动态调节方法

传统茶叶揉捻机在工作时,茶叶在揉捻筒内不停翻滚,导致茶叶受到的压力忽大忽小,变化剧烈,对压力无法量化和精准控制,为此,提出了一种揉捻压力实时动态调节的控制方法,对控制系统的硬件、算法和程序进行了详细阐述。该系统能将压力值量化,确保了揉捻压力控制的动态调节、实时性和精准控制,加装该系统的茶叶揉捻机在成条率、碎茶率和生产效率方面均达到了行业标准要求。

茶叶揉捻压力检测装置设计与试验

茶叶揉捻压力是影响茶叶揉捻品质的重要因素,对茶叶揉捻压力开展实时检测,是实现茶叶自动化加工的关键。在分析揉捻加压相关部件的受力情况与揉捻作用区域的分布基础上,运用SW-DAMS耦合仿真方法分析不同揉捻压力检测方法对应的感知传感器接触力学特性与作用力变化情况,对比优化出揉捻压力最佳检测点位于揉盖上端。确定压力传感器结构及量程,设计揉捻压力检测装置,完成压力校准及检测试验。结果表明:揉捻标准转速为45 r/min时,选用的环形压力感知传感器内部直径为32 mm、高度为20 mm,连接法兰高度为40 mm,压力输出精度达到0.1%,无超调现象;样机的生产率为65 kg/h,碎茶率为1%,动态压力数值随揉捻过程在3~35 N之间实时变化,能够满足自动化茶叶生产线对揉捻压力的检测要求。

一种可实现柔性加压的茶叶揉捻机的设计与试验

揉捻是制茶的关键工序之一,传统的茶叶揉捻机采用机械加压,其在茶叶揉捻过程施加恒定压力易导致茶叶破损率过高影响茶叶品质。因此,设计了一种茶叶数控自动化揉捻机,采用气动加压替代传统的机械加压,采用三个磁环感应开关实现多段调压,使揉捻机具有轻揉,中揉和重揉的功能;并基于PLC设计了一种可实现柔性加压的揉捻机自动控制系统,根据揉桶内揉捻叶的实际承压状况自动调整压盖行程,避免茶叶因压紧,压死而产生过揉捻及条形较差;同时通过茶叶揉捻对试验验证了柔性加压揉捻机可有效降低揉捻过程茶叶破损率,提升茶叶感官评审得分。因此,该揉捻机能够有效提升茶叶揉捻效果,增加茶农获得的经济效益。

基于Smith-模糊PID的茶叶揉捻压力控制系统设计

【目的】解决传统茶叶揉捻机自动化水平低、揉捻压力全凭手感、茶叶成条率不稳定、茶叶破碎率和叶组织细胞破损率高等问题,减轻工人劳动强度,提高茶叶品质的稳定性。【方法】课题组通过对茶叶揉捻机的揉捻压力进行分析,提出了基于STM32单片机,应用Smith-模糊PID控制算法和PWM压力闭环控制的方法,实现茶叶揉捻机在揉捻、加压过程中揉捻压力恒定并可调,使揉捻压力和时间达到茶叶制作的标准。【结果】采用MATLAB分别进行PID、Smith-PID和Smith-模糊PID算法的仿真实验,比较分析3种控制算法下的实验结果可知,Smith-模糊PID控制下的系统超调量和稳态误差最小,并且响应速度最快,调节时间最短,具有更好的抗干扰性能。【结论】通过样机的实际应用与压力数据的测试,茶叶揉捻机压力控制系统超调量最大值为7%、压力误差最大值不超过20 N,基本上满足茶叶生产要求,可大大提高生产效率。

基于STM32的茶叶揉捻机揉捻桶转速模糊PID设计

[目的]满足茶叶揉捻时揉捻桶转速恒定可调及揉捻桶恒速转动的要求。[方法]以6CR-55型单柱式揉捻机为研究对象,基于STM32单片机,利用模糊控制算法和PWM闭环控制方法,对揉捻桶转速进行稳定控制研究,建立揉捻桶转速控制系统数学模型,并采用MATLAB进行无校正、PID和模糊PID算法控制仿真试验。[结果]相比于无校正控制和PID控制,模糊PID转速控制系统输出转速更稳定精确,抗干扰能力更强,其转速误差控制在3 r/min以内。[结论]采用模糊PID控制方法可满足茶叶揉捻时揉捻桶转速恒定可调的要求,从而提高茶叶成条率和细胞破损率。

一种全自动茶叶揉捻装置设计

【目的】实现茶叶加工过程简单化、智能化,提高茶叶加工水平和生产效率。【方法】课题组设计了一种全自动茶叶揉捻装置,全自动茶叶揉捻装置包括环形揉盘、揉桶、调节机构和茶叶收集机构。全自动茶叶揉捻步骤如下:首先放入茶叶,根据扇形分区将环形揉盘划分为多个区域;其次对每个区域内的茶叶进行揉捻,采集电参数;再次,调整对应区域的揉捻挡位,对茶叶揉捻至揉捻完成;最后对揉捻后的茶叶进行收集。【结果】仿真结果表明,该揉捻装置可以通过感知茶叶里的电参数获取当前茶叶揉捻情况,根据揉捻情况自动控制升降机构调节揉桶,利用揉桶继续揉捻茶叶,实现了科学准确地揉捻茶叶,实现了茶叶加工过程的简单化、智能化,实现了自动化揉捻茶叶的同时自动进行茶叶收集。

茶叶智能化揉捻设备自动喂料装置的设计和试验

为提升茶叶揉捻过程的机械化、自动化水平,降低茶农劳动强度,提高茶叶生产效率,课题组对某型号茶叶智能化揉捻设备进行了自动喂料装置设计,简述了自动喂料装置的结构,介绍了自动喂料装置的功能以及工作原理,并对样机进行试验。试验结果表明,该自动喂料装置能够满足该型号茶叶智能化揉捻设备的自动喂料需求。

自动化茶叶揉捻机自复位锁紧装置的多目标优化设计

课题组根据茶叶揉捻机工作需求,设计了一款自动化茶叶揉捻机。以自复位锁紧装置的设计参数为变量,以推杆推力最小和自复位锁紧装置推杆行程最小为优化目标,在满足自复位锁紧装置功能需求的前提下,采用多目标优化设计的方法建立自复位锁紧装置的多目标优化数学模型,求解自复位锁紧装置的最佳设计参数。经过目标优化后,自复位锁紧装置的旋转推杆、最大旋转角度等参数得到了优化,节约了自复位锁紧装置的生产成本,为自动化茶叶揉捻机物理样机制造奠定了坚实基础。

不同揉捻方式对丽水香茶品质影响研究初探

丽水香茶加工工序简单,技术门槛低,其色香味也受到了消费者的广泛青睐,已成为多地高效生态农业的支柱产业。文章研究比较了不同揉捻压力、温度、时长下香茶的生化成分与感官品质,结果表明生化成分总体趋于稳定,变化较少,而感官上,则以重、热、长时揉的表现略好。

揉捻工艺在白茶加工过程中的应用初探

为探讨在白茶传统加工工艺中加入揉捻工艺对所制白茶感官品质及主要生化成分含量的影响,本研究以信阳群体种为原料,在不同萎凋时间下加入不同程度的揉捻工艺,进行感官品质分析和理化指标检测。结果表明:在加入揉捻工艺后,随着揉捻程度加重游离氨基酸成分含量会升高,多酚类物质会降低。同时轻度揉捻有利于茶叶做形,叶底红带绿柔软,且感官品质较好;而过度揉捻会在一定程度上使得茶叶内含成分流失,从而破坏茶汤的滋味。总之,白茶加工过程中在萎凋适度时轻度揉捻有利于白茶品质的形成。

茶叶揉捻机自动加压装置结构优化设计

【目的】解决茶叶揉捻机揉捻压力大小由制茶师凭经验施加,导致加工茶叶质量不稳定,严重影响茶叶品质等问题。【方法】课题组在6CR-55型单柱式揉捻机基础上,改进设计一种轮辐式压力传感自动加压装置。采用理论分析法和ADAMS动力学仿真分析,确定了揉捻压力的大小及方向;选择DYLF-102轮辐式压力传感器,将压力传感器固定在揉捻轴接近底端位置,实时监测揉捻压力大小;利用步进电机通过锥齿轮、丝杆滑块传递动力,实现自动化控制加压;开发揉捻机自动控制系统,并进行样机试验。【结果与结论】1)根据受力分析,得出揉捻盖受到茶叶挤压力时力传导方向是垂直向上的结论。2)仿真结果表明,除去开始力的突变过程,总体上CONTACT_1与SFORCE_1的大小基本接近,由此可推断出茶叶对揉捻盖的挤压力也会反作用到揉捻轴上,而且大小和方向非常接近。3)样机实验表明,采用自动加压的揉捻压力满足了“轻-重-轻”的茶叶揉捻工艺,且揉捻效率相较于手动加压茶叶揉捻机的揉捻效率平均提升了28.5%,茶叶锁紧成条,品质更加稳定,茶味更加香醇。

基于SolidWorks与西门子PLC控制器的自动化茶叶揉捻机设计与试验研究

针对目前市场上茶叶揉捻机自动化程度低、功能单一、人工操作时存在安全隐患等不足,设计一款用于能自动实现茶叶揉捻、出料等功能的自动化茶叶揉捻机。基于Solidwork软件,设计该设备的传动机构、挤压机构、揉捻机构及出料机构,对设备的电控系统基于西门子PLC控制器进行设计。最后,经试验样机生产验证,证明该设计能实现预设生产目标,设计对其他茶叶加工设备具有参考价值。

茶叶揉捻过程中细胞破损率与其浸出液电导率关系

揉捻是茶叶加工生产过程中最重要的工序之一,揉捻对茶叶外形的塑造、内质的转化均至关重要。除了制茶师的感官鉴定外,细胞破损率也可作为判断茶叶揉捻程度的指标,重铬酸钾染色法是较常用的茶叶细胞破损率判断方法,因为试剂的毒性和致癌性以及测定时间较长等原因,此方法不能在实际生产中应用,我们推测可以反映细胞破损率的电导率可作为快速检验揉捻程度的指标。我们对揉捻叶中不同浸泡时间样品浸出液的实际电导率与细胞破损率进行相关性分析,并对其中相关性的电导率与细胞破损率做回归分析,发现浸泡5min时的揉捻叶实际电导率与细胞破损率建立的线性回归预测模型拟合度极好。因此浸泡5min时的揉捻叶实际电导率可作为判断细胞破损率的有效指标,作为一种快速检测茶叶揉捻程度的方法,为茶叶的自动化、连续化生产提供技术基础。

基于电子舌和代谢组学分析揉捻转速对工夫红茶品质的影响

为探索揉捻转速(35、45、55、60 r/min)对工夫红茶风味品质及内质成分的影响,采用鸠坑群体种开展不同揉捻转速的制茶实验。通过感官分析与电子舌分析、色差分析相结合,探究不同揉捻转速对工夫红茶滋味、汤色等风味品质的影响;采用系统分析法和高效液相色谱法对茶色素和总茶黄素组分开展定量分析;利用基于超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱的代谢组学技术对4种揉捻转速所制得工夫红茶中非挥发性成分进行检测;并结合偏最小二乘判别分析及单因素方差分析,探究不同揉捻转速对工夫红茶内质成分的影响。结果显示,45 r/min揉捻所制得的工夫红茶感官品质最佳,滋味和香气品质较优,电子舌和色差分析验证了45 r/min揉捻制得的工夫红茶滋味和汤色品质较佳。不同揉捻转速制得的工夫红茶中有16种差异化合物,主要是原花青素C_(1)、牡荆素、异牡荆素、天冬酰胺、天冬氨酸、没食子酸、苹果酸、琥珀酸和葡萄糖酸等,揉捻转速对酚酸类、有机酸类、茶黄素、茶红素和茶褐素等影响相对较大,对其他成分影响相对较小。45 r/min揉捻制得的工夫红茶中茶红素、品质指数、糖类、天冬氨酸等含量较高,而有机酸类、酚酸类和茶褐素等含量相对较低,表明揉捻转速为45 r/min时更有利于工夫红茶优质风味品质的形成。本研究可为工夫红茶的品质提升和精准化加工提供理论基础和技术指导。

基于XGBoost算法对茶叶揉捻工艺参数的研究

茶叶揉捻后的碎茶率、成条率和细胞破坏率是衡量揉捻品质的重要指标。我国茶叶种类繁多,不同种类的茶叶揉捻没有统一标准,受主观能动性影响较大,易造成揉捻品质不一。针对这种情况,文章建立随机森林、XGBoost、支持向量机的茶叶揉捻工艺参数推荐模型,对比三种模型预测结果的评价指标,XGBoost的MAE、MAPE、RMSE指标值更小,其预测效果最好。采用XGBoost算法作为推荐系统核心,设计出茶叶揉捻参数推荐系统,并对推荐系统推荐参数进行试验。试验结果表明,按照推荐系统所推荐的揉捻参数进行茶叶揉捻,揉捻后的碎茶率、成条率和细胞破坏率已达到揉捻机作业性能指标。研究为智能揉捻提供一种新方法,对当前茶叶揉捻设备发展具有一定现实意义。

滇红工夫红茶揉捻工艺研究

滇红工夫红茶经萎凋、揉捻、发酵、干燥等工序加工而成,揉捻在滇红工夫红茶品质形成中起着至关重要的作用。研究了不同揉捻条件对滇红工夫红茶品质的影响,得出了适宜的滇红工夫红茶揉捻工艺参数;一是需要尽可能地提高揉捻成条率并降低碎茶率,控制碎茶率在3%~5%,保证成条率高于90%;二是滇红工夫红茶适宜的揉捻工艺应选择型号为6CR-65、6CR-55的揉捻机,按“轻-重-轻”加压方式,揉捻机转速46~50 r/min,投叶量控制在20 kg左右,揉捻时间60~75 min为宜。

不同揉捻方式的贵州绿茶品质多维分析与评价

目的:为探究不同揉捻方式对贵州绿茶品质成分的影响,本实验以福鼎大白品种为原料制作贵州绿茶,采取不揉捻和重揉捻两种揉捻程度、不同提香温度和不同提香时间制成的8种贵州绿茶,通过检测茶多酚、氨基酸、酚氨比等品质成分,多维分析与评价不揉捻、重揉捻生产的贵州绿茶品质,结合人工感官审评和智能感官审评分析探明品质最优的贵州绿茶加工工艺。结果:结果表明,不揉捻后60℃烘至足干、75℃下提香30 min的绿茶其茶多酚、氨基酸含量高且酚氨比值低,滋味品质优,感官评价得分最高。结论:感官评价结合理化指标分析得出,在未揉捻、60℃烘至足干、75℃下提香30 min的绿茶其综合品质为最优。

一种设有除杂功能的茶叶揉捻装置的设计与分析

【目的】绿茶的加工工序主要包括杀青、揉捻和干燥,其中揉捻是适当破坏鲜叶组织,使茶汁渗出,让茶叶卷曲成条塑形。现有的茶叶揉捻装置无法连续对杀青后的茶叶进行揉捻,加工效率较低,且会混入茶梗和碎叶而降低成品茶叶的品质。【方法】研究小组提出一种设有除杂功能的茶叶揉捻装置,通过设置揉捻锥、锥形锅和伸缩杆,实现连续化揉捻以提高茶叶揉捻效率。通过设置筛选箱、筛板、凸轮盘、连杆和凸轮电机,以便于将揉捻前的茶叶中的细小茶梗和碎叶剔除。【结果与结论】该装置能够对杀青后的茶叶进行连续揉捻,提高茶叶揉捻加工的效率,且便于将揉捻前的茶叶中的细小茶梗和碎叶剔除,从而提高成品茶叶品质。但是还存在以下两个问题:揉捻机智能化水平不高,尚不能根据鲜叶原料的老嫩程度智能地选择机械揉捻工艺参数;揉捻叶内部压力及其细胞破碎率尚不能实时检测,影响了揉捻工艺参数的反馈及实时调整。

茶叶揉捻的数学模型

茶叶揉捻中,成条率随揉捻时间的增加而表现出二次曲线变化规律,其数学模型为: y=5.6277x-0.077x2-17.1439; 细胞破损率随揉捻时间的增加而表现出指数曲线的变化规律,y=85.3e-11.9/x;为了提高绿茶品质,揉捻时间宜控制在30～40 min.

北方茶叶生产线揉捻机的设计优化与试验

针对目前揉捻机存在自动化水平低、揉捻质量不稳定且不适用于北方茶叶的加工等问题,对揉捻机的加压机构及揉捻盘的结构进行研究,分析茶叶在揉捻时的运动规律对凹倾角及棱骨进行优化,基于ADAMS及ANSYS验证揉捻机的结构设计和参数优化的合理性,根据优化参数进行样机试制并进行揉捻试验,结果表明:优化后的揉捻盘凹倾角为6°,棱骨为14根时,生产率为75.5 kg/h,成条率为90.8%,细胞破坏率为58.6%,碎茶率为1.86%,跑茶率为0.75%及空载噪声为71.3 dB(A)。检验结果均比优化前有明显地改善,且满足茶叶加工工艺的要求,对提高茶叶的质量有重大意义。