一种茶叶加工用揉捻装置

本发明涉及茶叶加工机械设备，具体涉及一种茶叶加工用揉捻装置，适用于绿茶、红茶、乌龙茶等各类茶叶的揉捻加工。

背景技术：

1、茶叶揉捻是茶叶初制加工的核心工序，其作用在于破坏茶叶叶片细胞组织，促使茶汁外溢，使茶叶卷曲成条，同时提升茶叶香气与口感，直接决定茶叶成品的外形与内在品质。

2、目前市面上的茶叶揉捻设备主要存在以下缺陷：一是揉捻轨迹单一，多为单纯圆周转动，无法模拟人工揉捻的搓、压、推复合动作，导致茶叶成条率低、条索松散；二是加压方式生硬，多采用固定压力，无法随揉捻进程动态调节，嫩叶易揉碎、老叶揉不透，碎茶率高；三是茶叶在揉捻腔内分布不均，易局部堆积，批量加工品质一致性差；四是智能化程度低，缺乏对温度、压力等参数的实时监测，依赖人工经验调控，难以适配不同茶类的差异化加工需求。

3、针对上述问题，亟需研发一种揉捻效果好、碎茶率低、适配性强、智能化程度高的茶叶加工用揉捻装置。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有茶叶揉捻设备的不足，提供一种茶叶加工用揉捻装置，通过仿生柔性揉捻结构模拟人工揉捻的复合动作，通过动态自适应加压系统实现压力随加工进程自动调节，通过智能化调控系统实现多茶类加工参数的精准控制与一键切换，从而提升茶叶成条率、降低碎茶率，实现揉捻工序的智能化、标准化作业。

2、一种茶叶加工用揉捻装置，其创新点在于，包括机架、揉捻腔体、仿生揉捻机构、动态加压机构、智能调控系统、驱动组件和出料组件。

3、机架采用不锈钢型材焊接而成的框架结构，作为装置的整体支撑载体。机架底部设有防滑脚垫和移动滚轮，便于设备固定与转运。

4、揉捻腔体为可拆卸式圆筒结构，采用食品级不锈钢制成。腔体内壁沿圆周方向均匀设置有弧形导流凸棱，每条弧形导流凸棱自腔体内壁上部向下部呈螺旋状延伸，用于引导茶叶在腔体内循环翻动，避免局部堆积。腔体底部设有可拆卸揉捻盘，揉捻盘表面分布有柔性防滑纹理，揉捻盘中心开设有供中心转轴穿过的通孔。腔体侧壁上部开设有进料口，进料口处连接有进料斗。腔体底部偏心位置开设有出料口（即出料口的中心与揉捻腔体中心轴线之间设有水平间距），以避免出料口与中心转轴产生干涉。揉捻盘上还开设有若干出料通孔，用于揉捻过程中茶汁的渗出及揉捻完成后茶叶的出料。

5、仿生揉捻机构位于揉捻腔体内部，包括中心转轴、仿生揉捻臂和柔性揉捻头。中心转轴竖直设置于揉捻腔体的中心轴线上，上端与动态加压机构连接，下端与驱动组件连接。仿生揉捻臂为多根（4～8根），呈放射状均匀分布在中心转轴外周。每根仿生揉捻臂均为可伸缩结构，由外套管和内滑杆组成，内滑杆滑动套设于外套管内，外套管与内滑杆之间设有复位弹簧，使揉捻臂可根据茶叶层厚度自适应调节长度，伸缩范围为20mm～50mm。外套管上沿轴向开设有导向滑槽，内滑杆上设有导向销，导向销穿过导向滑槽伸出外套管外部并设有限位螺母，用于限制伸缩行程并防止内滑杆脱出。柔性揉捻头连接于仿生揉捻臂末端，采用食品级硅胶材质一体成型，邵氏硬度为30a～50a。柔性揉捻头底面为弧形曲面，曲率半径为30mm～60mm，模拟人工手掌揉捻弧度；底面上均匀分布有弧形揉捻凸点，凸点高度为2mm～5mm。弧形曲面提供均匀推压力，揉捻凸点提供局部揉搓力，两者协同模拟人工揉捻的“推、揉、搓”复合动作。

6、动态加压机构设置在揉捻腔体顶部，包括支撑架、升降气缸、压力传感器和弹性缓冲组件。支撑架固定安装于揉捻腔体顶部。升降气缸竖直安装于支撑架上，其活塞杆竖直向下伸入揉捻腔体内部，活塞杆轴线与中心转轴轴线重合。升降气缸的活塞杆下端通过联轴器与推力球轴承的上端（静止端）固定连接，推力球轴承的下端（旋转端）通过第一连接法兰与压力传感器的上端固定连接，压力传感器的下端通过第二连接法兰与中心转轴的顶端固定连接。推力球轴承承受轴向载荷，将升降气缸产生的轴向压力传递至中心转轴，同时允许中心转轴相对气缸活塞杆自由旋转，从而实现轴向加压与旋转运动的隔离。压力传感器位于推力球轴承与中心转轴之间，实时检测揉捻压力。压力传感器安装于升降气缸活塞杆下端与中心转轴顶端之间，具体为一个轮辐式压力传感器，其上端通过第一连接法兰与升降气缸活塞杆下端固定连接，下端通过第二连接法兰与中心转轴顶端固定连接，用于实时检测揉捻压力并将信号反馈至智能调控系统。弹性缓冲组件套设于中心转轴外部，包括上弹簧座、下弹簧座和缓冲弹簧，缓冲弹簧的刚度为50n/mm～200n/mm，用于对压力进行柔性缓冲，避免压力突变损伤茶叶。

7、智能调控系统包括触控显示屏、plc控制器、温度传感器、转速传感器和计时器。触控显示屏安装在机架侧面，为工业级触摸屏，内置参数设置、运行监控、配方管理和报警等操作界面。plc控制器安装在机架电控箱内，为控制核心。温度传感器安装于揉捻腔体内壁，实时监测揉捻温度。转速传感器安装于中心转轴旁侧，实时监测转轴转速。各传感器及计时器均与plc控制器电性连接。plc控制器内置有多个茶叶品种的揉捻参数配方（包括绿茶、红茶、乌龙茶等配方），可通过触控显示屏一键调用；同时plc控制器可对压力传感器反馈的压力信号进行pid闭环运算，自动调节升降气缸的输出压力，实现揉捻压力的动态自适应控制。

8、驱动组件包括变频驱动电机和传动齿轮组。变频驱动电机安装于机架底部，与变频器电性连接，由plc控制器通过变频器调节电机转速，实现中心转轴转速在10rpm～120rpm范围内无级调节。传动齿轮组包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮固定安装于变频驱动电机的输出轴上，从动齿轮通过轴承座可转动地安装于机架上且轴向位置固定，具体为：从动齿轮上端和下端各套设有一个滚动轴承，轴承外圈安装于轴承座内，轴承座通过螺栓与机架固定连接，轴承座内设有定位台阶，从动齿轮的轴向位置由轴承及定位台阶共同限位固定，从动齿轮仅可绕其轴线自由旋转而不能轴向移动。从动齿轮中心孔设有内花键，中心转轴下端设有与内花键配合的外花键，中心转轴通过花键滑动配合穿设于从动齿轮中心孔内。工作时，从动齿轮通过花键带动中心转轴同步旋转，同时中心转轴可在从动齿轮内沿轴向自由滑动。变频驱动电机经传动齿轮组减速后驱动中心转轴旋转，中心转轴带动仿生揉捻臂做圆周运动进行揉捻。

9、出料组件设置于出料口处，包括挡板本体、微型电动推杆和导轨。挡板本体滑动安装于导轨上，微型电动推杆的推杆端部与挡板本体固定连接，微型电动推杆与plc控制器电性连接，由plc控制器控制电动推杆的伸出和缩回动作，实现出料口的自动开闭。出料口下方连接有出料溜槽。

10、工作原理： 将茶叶通过进料口投入揉捻腔体，通过触控显示屏预设对应茶类的揉捻参数（转速、压力、时间等）。启动设备后，变频驱动电机经传动齿轮组带动中心转轴旋转，仿生揉捻臂随之做圆周运动，柔性揉捻头对茶叶进行仿生揉捻（弧形曲面提供推压、揉捻凸点提供揉搓）。同时升降气缸根据预设参数施加轴向压力，压力经压力传感器传递至中心转轴，再经仿生揉捻臂传递至柔性揉捻头作用于茶叶。压力传感器实时反馈压力数据，plc控制器通过pid运算自动调节升降气缸输出压力，实现动态自适应加压。揉捻过程中，腔体内壁的弧形导流凸棱引导茶叶沿螺旋轨迹循环翻动，避免局部堆积。计时达到预设时间后，plc控制器自动停止电机、升起气缸、打开出料口完成出料。

11、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

12、1.仿生柔性揉捻结构设计，显著提升茶叶品质。本发明采用食品级硅胶材质的柔性揉捻头，其底面为弧形曲面并设有弧形揉捻凸点，模拟人工揉捻时手掌的推压和手指的揉搓复合动作；配合可伸缩的仿生揉捻臂，可根据茶叶层厚度自适应调节长度，使揉捻头始终与茶叶保持适宜接触压力。相较于传统刚性揉捻方式，大幅降低了碎茶率，提升了茶叶条索紧结度与细胞破碎均匀度，茶叶成条率提升20%以上，有效改善了茶汤口感与香气品质。

13、2.动态自适应加压系统，解决传统压力生硬问题。本发明通过压力传感器实时反馈揉捻压力数据至plc控制器，plc控制器经pid闭环运算后自动调节精密减压阀的开度，实现对升降气缸输出压力的实时动态调节，使揉捻压力随茶叶软化程度自动变化，适配嫩叶、老叶不同受力需求。配合弹性缓冲组件的柔性缓冲作用，避免压力突变造成的茶叶损伤，从根本上解决了传统设备压力生硬、嫩叶揉碎老叶揉不透的问题，进一步降低了碎茶率。

14、3.智能化精准调控系统，实现一机多用、标准化作业。本发明集成压力传感器、温度传感器、转速传感器等多传感器实时监测，结合plc自动控制与pid闭环调节技术，实现揉捻转速、压力、时间、温度的全参数精准控制。触控显示屏内置多茶类参数配方库（绿茶、红茶、乌龙茶等），一键切换适配不同茶类加工，无需人工经验调控，实现揉捻工序的标准化作业，同时一机多用，大幅降低设备投入成本。自动化作业无需人工实时值守，揉捻、出料一体化，加工效率相比传统设备提升30%。

15、4.均匀分散揉捻腔体结构，确保批量加工一致性。腔体内壁设置螺旋状弧形导流凸棱，配合旋转的仿生揉捻臂，强制茶叶在腔体内沿螺旋轨迹循环翻动，形成立体循环流动路径，有效避免茶叶局部堆积，确保每一片茶叶均能均匀受力，显著提升批量加工时各批次茶叶的品质一致性。整机采用食品级不锈钢与硅胶材质，配合可拆卸腔体结构，便于清洁维护，符合食品加工卫生标准。