炒茶机及其控制系统设计

1、 本科毕业设计(论文 题目：炒茶机及其控制系统设计 院 （系） ： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2011 年 6 月 西安工业大学毕业设计(论文 I 摘要 在各方面日益现代化的今天， ，炒茶机也应该在技术上不断改进，向自动化、 机电一体化方向发展。既能满足茶叶制成的一系列过程，包括对茶叶的杀青、理 条、压扁、成型等作业，而且结构简单、操作简单，容易维修和维护。 此炒茶机以电动机为动力源来获得一个速度， 然后通过一个二级减速装置获 得合理的速度，再通过偏心轮、连杆使料仓可以来回远动。所以电动机的选取和 二级减速装置的选取都是该设计的主

2、要任务。 最终经过计算分析分别选择步进电 动机 JY7134 型和带传动形式。再设计一调速轮使其可以改变使料仓的速度并且 可以在一定的幅度内调节。经过分析，确定调速轮安装在电动机输出端可以改变 中心距来调速，料仓采用槽锅式。总的来说就是通过各控制系统可以使其在机体 上进行可调速的来回，再加上料仓的功能来实现其对茶叶的杀青、理条、压扁、 成型等作业。 本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广 泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅 温度的控制结合在一起，实现了自动化生产。 根据热电偶测温再经过放大器放大后把模拟量经 A/D 转换器转换成数

3、字信 号传送给单片机， 数字量经单片机内部存储数据的比较再经过光电隔离再控制可 控硅进行对温度的控制。 本设计以单片机为主体的控制系统构成一个能进行较复 杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器，使其既可与微机配合构成控制系 统，又可作为一个独立的单片机控制系统，具有较高的灵活性和可靠性。单片机 根据输入的各种命令，进行智能算法得到控制值，输出脉冲触发信号，通过过零 触发电路驱动双向可控硅，从而加热电炉。 关键词：炒茶机，温度控制，单片机 西安工业大学毕业设计(论文 II Abstract In all aspects of the modernization of today, and tea

4、 also should make continuous improvement in technology, automation, electromechanical integration development direction.functional fry tea tea made a series of functional meet process, including for tea, wrap, crushed, molding, and simple structure, simple operation, easy maintenance and maintenance

5、. The function fry with moto r power for tea machine to obtain a speed, then through a reasonable level of speed reducer device, again through the eccentric, connecting to move back and forth far bunker. So the motor and reducer level is the selection of equipment, the main task of the design. Final

6、ly through calculation and analysis to choose JY7134 stepper motor respectively and belt forms. To design a speed which can change the wheel speed and can make the machine in certain range. Through analysis, speed wheels motor output can be installed in the center, to change speed by slot machine po

7、t.Overall function machine is through the Fried tea can make its control system in the body to and fro on the adjustable, plus the function to realize its bunker shot for tea, squash, molding, etc. This machinery the monolithic integrated circuit volume small, thepower loss low, the price is low, th

8、e variety specification seriation,the hardware has the widespread versatility, has merit and so onspecial development system unifies, fries the system method to thesystem tea machine with to the wok temperature control to unify intogether, has realized the automated production. This article accordin

9、g to the thermo-element to measure warm enlargesagain after the amplifier, the simulation quantity transforms thedigital signal after the A/D switch to transmit gives the monolithicintegrated circuit, the digital quantity after the monolithicintegrated circuit interior stored datum comparison, again

10、 passesthrough the photoelectricity isolation, thus controls thesilicon-controlled rectifier to carry on the temperature the control.This design constitutes take monolithic integrated circuits asthe main body control system to be able to carry on the more complexdata processing and the plurality of

11、controls function intelligentcontroller, causes its both 西安工业大学毕业设计(论文 III to be possible with the microcomputercoordination constitution control system, and may take an independentmonolithic integrated circuit control system, has a higher flexibilityand the reliability. The monolithic integrated ci

12、rcuit basis inputseach kind of order, carries on the intelligent algorithm to obtain thecontrol value, the output pulse trigger pip, has triggered theelectric circuit through zero to actuate the bidirectionalsilicon-controlled rectifier, thus heats up the electric stove. Keywords: Stir-fry tea machi

13、ne ,Temperature control, monolithic integrated circuit. 西安工业大学毕业设计(论文 IV 目录 摘要.I Abstract .II 1 绪 论 .1 1.1 前言.1 1.2 国内外茶叶机 械的发展状况以及控制技术的发展.1 1.2.1 国内茶叶加工机械发展现状 .1 1.2.2 国外茶叶加工机械发展现状 .3 1.3 主要工作内容 .5 2 机械结构设计 .6 2.1 机械结构方案设计 .6 2.2 部分零件设计计算：.9 2.2.1 确定电动机的型号及安装尺寸.9 2.2.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比.11 2.2.3 确定

14、 V 带型号和带轮直径及中心距.12 2.2.4 轴的设计计算.15 2.3 主要的局部结构设计.24 2.3.1 传动装置中的主要传动轮.24 2.3.3 料仓的设计.24 3 硬件控制设计 .26 3.1 单片机对炒茶温度控制系统框图.26 3.2 单片机对温度传感器的控制过程.26 3.2.1 温度传感器选择.26 3.2.2 集成运算放大器 .27 3.2.3 A/D 转换器 .28 4 单片机系统硬件的扩展 .32 4.1 系统硬件扩展概述.32 4.1.1 常用扩展器件简介 .32 4.2 存储器的扩展.33 4.2.1 程序存储器的扩展 .33 4.2.2 数据存储器的扩展.34

15、 4.3 单片机 I/O 口的扩展（8155 扩展芯片）.35 4.3.1 8155 的结构和引脚 .35 4.4 看门狗、报警、复位和时钟电路的设计 .37 4.4.1 看门狗电路的设计.37 西安工业大学毕业设计(论文 V 4.4.2 报警电路设计.37 4.4.3 复位电路的设计 .38 4.4.4 时钟电路的设计.39 4.5 人机界面设计 .39 4.6 DAC7521 数模转换接口.40 4.7 隔离放大器的设计 .41 6.8 单片机开关稳压电源设计 .42 5 软件控制程序设计 .43 6 结论. .44 参考文献 .45 致谢.47 毕业设计（论文）知识产权声明.48 毕业设

16、计（论文）独创性声明 .49 附录.50 1 绪论 1 1 绪 论 1.1 前言 随着现代科学的不断发展，近年来茶叶的加工技术日趋先进，特别是机电 一体化、计算机与自动化控制、酶膜工程和现代保鲜等高新技术在茶叶加工中的 普遍应用，使各种新型茶产品不断涌现，各类茶叶加工升值创造了更为良好的条 件。品质良好的鲜叶，通过先进的科学技术加工而使香气成分逐步优化，成为有 良好色、香、味、形的成品茶，既能满足市场需求，也为茶业企业带来良好的经 济效益。 自动化茶制机的研究意义是将茶叶加工机械和微型计算机的控制相结合， 使 其具有“安全、智能、多功能、节能和环保”的优势，给人们的工作带来了许多 便利。本设计

17、希望将目前用于工业化生产的炒茶机改型，提供技术设备支持 1.2 国内外茶叶机械的发展状况以及控制技术的发展 1.2.1 国内茶叶加工机械发展现状 20 世纪 90 年代，国内名优茶生产发展迅速，同时我国从日本引进数十条蒸 青绿茶生产线.用以生产蒸青绿茶返销日本与中国绿茶相比，日本蒸青绿茶具有 色绿、汤绿、叶绿、新鲜感强的特点，不足之处是它不像中国绿茶那样以炒干或 烘干方式干燥，故不及中国绿茶香高味醇。为此，国内有关科研部门开始尝试使 用日本蒸青机进行绿茶杀青，后接炒青绿茶十燥方式干燥.试图获得色泽鲜绿、 香高味醇的新型绿茶产品但由于用日本蒸青机蒸青后的蒸青叶表面水分含量高 a、杀青机 20 世

18、纪 50 年代前，我国茶叶加工中的杀青作业均是在斜锅杀青灶上用手工 进行的在 1958 年的群众技术革新运动中.我国绿茶产区根据斜锅杀青原理， 研制 成功锅式杀青机、并在成套的长炒青绿茶设备中被命名为“58 型锅式杀青机”， 后又不断改进，正式定型为 6CS84 型锅式杀青机，在全国茶区广泛应用。6CS84 型锅式杀青机曾是 20 世纪 70 年代以前我国绿茶加工中使用最普遍的杀青机， 并 且作为成套绿茶加工设备中的杀青机种，60 年代还出口到非洲几内亚等国家但 锅式杀青机存在因出叶不净而产生焦叶，不能连续作业和作业效率低等缺点。 20 世纪 60 年代，为克服锅式杀青机存在的不足，并有利于连

19、续化作业，我 国研制成功滚筒式茶叶杀青机，几经改进，于 70 年代普遍在 国内绿茶产区推广， 并被广泛用作其他需要杀青茶类的杀青作业， 后义被小型化设计用于名优茶的杀 青。直至目前，滚筒杀青机仍然是我国茶叶加工中应用最普遍的杀青机类型。 西安工业大学毕业设计(论文 2 很难顺利进人下一步揉捻工序， 难以实现与中国炒青绿茶一干燥工艺的结合为了 克服上述不足， 有关科研部门专门研制了一种实验型的网带式蒸青机用于鲜叶蒸 青，然后进行脱水、揉捻、炒干或烘干实验表明，所制绿茶产品，色泽绿、香气 较独特 90 年代后期，浙江省有关茶机生产厂吸取国内网带式蒸青机和配套工艺 试验研究经验，研制开发出网带式茶叶

20、蒸汽杀青机，并在生产中使用。 进人 21 世纪，我国微波式杀青机的研究提上日程，江苏先后研制成功系列 微波式杀青设备，在茶产区使用，尤其在四川等茶区，应用效果较好。同时，四 川省也研制了微波式茶叶杀青机，附加热风包，在鲜叶杀青过程中，不断补充热 风.杀青质量明显提高，并且机器的制造工艺水平也高，在一些茶厂中应用，获 得好评为了保证杀青质量，浙江省有关茶机生产企业，近两年又研制开发成功一 种热风式杀青机，由于杀青原理新颖，杀青叶香气良好，普及速度较快，是目前 生产上应用的最新型的杀青机。按杀青原理和主要结构类型分，目前茶加工中常 见的杀青机主要有锅式杀青机、滚筒式杀青机、网带式蒸汽杀青机、微波式

21、杀青 机和热风式杀青机等。各类杀青机由于它们的工作原理、机械结构的不同，杀青 性能和效果等差异较大。 b、揉捻机 20 世纪 40 年代以前及 50 年代初,茶叶加工均系手工劳作。手揉脚踩的揉捻 方式,不仅劳动强度大,而且工效低,很难满足茶业的发展需要。1952 年,临安上东 乡石桥村张福林,组织能工巧匠,就地取材研制成功本地第 1 台全木质双人手推揉 捻机。与原先的手揉脚踩劳作方式相比较,主要有二方面优点：(1工效高 (2茶叶 质量好。 1957 年临安青云木业社理事蔡顺德在水碓水轮驱动磨盘原理的启示下,产生 了利用水力实现揉捻机自动揉捻的想法并制作了水力自动揉捻机， 水力自动揉捻 机的优点

22、是：工效高,力节约;揉捻程度容易掌握,能适应不同老嫩程度茶叶的揉制 需要;机揉制成的成品茶,条索紧结、 均匀,色泽也好,茶叶品质比手揉可提高二个等 级。 进入 70 年代后,茶叶生产得到了快速发展。 与此同时,森林资源却在大幅度减 少。随着钢材供求矛盾的逐渐缓解,当时的临安茶叶机械实验厂(后改为临安茶叶 机械厂担负起了成套新茶机的研制任务,以取代原有的木制茶叶机械。1973 年临 安茶 机厂便已试制成功 73-55 型揉捻机,除揉盘外其余均为金属结构,每台消耗木 材仅为 0.2m3。然而揉盘采用的是整块木头制作,木材浪费较多。再者,木揉盘容 易变形开裂,茶叶嵌入裂缝会发霉变质,对揉制茶叶的品质

23、有一定的影响。到了 1975 年,揉盘也改成了钢结构,型号也相应改为 6CR-55 型。正式定型后,投入了批 量生产。该机采用弹簧丝杆加压,使用方便,操作轻便,很受用户欢迎。 到了 80 年代后期,大宗茶产销量开始大幅度下滑,名优茶则开始走俏市场。 1989 年,临安茶机厂把名优茶机的研制工作摆到了重要的议事日程上。经过二年 左右时间的研制、试验与改进,于 1991 年推出了 6CR-25 型揉捻机。该微型机每 桶可揉杀青叶 3kg,揉捻时间只需 56min。由于该机体积小、重量轻、搬移方便、 西安工业大学毕业设计(论文 3 使用灵便,很快就得到了推广应用。直至目前,该机仍是临安市茶机企业的一

24、种较 为俏销的产品。 C、 炒干机 我国是茶叶的故乡，具有悠久的茶叶种植、加工历史，形成了各具特色的 六大茶类加工艺。茶叶性味甘，苦，微寒，是我国传统的天然保健饮料。人们已 经发现茶叶中所含的化学成分达 500 多种，其中主要成分有咖啡碱、茶多酚、蛋 白质、氨基酸、糖类、维生素、脂质、有机酸等有机化合物，还含有钾、钠、镁、 铜等 28 种无机营养元素，各种化学成分之间的组合比例十分协调。茶叶加工机 械经过长期的探索、发展，机械化程度大大提高，红(碎茶加工已基本实现机械 化;炒青绿茶加工机械较完整、配套;珠茶加工，由于 60 年代珠茶炒干机的出现， 极大地降低了劳动强度和提高了生产能力， 茶机有

25、力地促进了茶叶生产的迅速发 展。近年来，我国茶叶产品有了较大变化，特别是茶叶产品结构的大幅调整，已 从以大宗茶生产为主转向以名优茶的生产为主，名优茶产品成为主导产品，带动 了名优茶机械的大发展，先后出现了名优茶整形机、理条机、扁形茶多功能机等 一系列适合各种名优茶外形的名茶加工机械。 但制茶机械的自动化和连续化程度 仍然较低。近年来在制茶机械自动控制方面也有所突破，如以继电器为基础控制 元件的自动控制技术在匀堆拼配设备中应用;机电控制系统在揉捻机上的应 用;1987 年通过部级鉴定的“计算机控制茶叶烘干机”及在乌龙茶做青工艺中的 应用;电脑控制型龙井茶炒制机的研制成功等，这些研究成果对我国茶叶

26、机械的 自动化和连续化必将起到推动作用。 茶叶机械存在问题是经过几十年的发展，我国制茶基本实现了机械化，自 动控制也在某些机型上得到应用。主要反映 在茶叶机械技术含量不高，虽然从茶 机发展之初起，我国茶业界与茶机界人士一直在思考、探索茶叶加工自动化、连 续化，经过多年的发展一些机型也基本实现自动化，但仅局限单机作业，离机电 一体化程度差距较大。近几年各种名茶加工机械如雨后春笋不断出现，这从历年 浙江省茶机公司举办的茶叶机械展销会就能得到印证。 单片机在炒茶控制中的应用 单片微型计算机简称为单片机， 是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需 的 CPU、存储器、输入/输出部件和时钟电路等。自问世以

27、来，性能不断提高和 完善，加之具有集成度高，功能强，体积小，供耗低，性能可靠，价格低廉等特 点，因此，在工业控制、智能仪器仪表、数据采集和处理、通信系统、高级计算 机、家用电器等领域的应用日益广泛，并且正在逐步取代现有的多片微机应用系 统，数字单片机的位数越来越多，精度也越来越高。另外，在需要极高响应速度 的控制场合，还出现了模糊单片机，它是专门执行模糊逻辑信号的器件，具有极 高的模糊推理速度。 1.2.2 国外茶叶加工机械发展现状 a、杀青机 1830 年，爪哇茶叶工业创始人.J.JLL 雅各布森就发明了一台杀青机，这台机 西安工业大学毕业设计(论文 4 器有一个装满鲜叶的六面箱体，在该机转

28、动时热空气就打入机内，由于温度过高 及茶叶受到损伤，这种机器和其后制造的同类型机械都失败了。1895 年 S.C.戴 维逊设计了杀青滚筒，应用 32 一 38的气流进行杀青。1908 年，爪哇人博卡设 计了一种软型机器，为一长型六面网笼，在笼内 35的热气流中只需 hl 就可完 成杀青，1951 年，在斯里兰卡对这种滚筒进行实验，结果表明效果不是很理想， 破坏了部分优质茶叶的品质，却使较差的茶叶产生了一些优良的品质。1955 年 前后，麦克蒂尔在托克莱伊茶叶实验站设计了杀青洞道，以运载鲜叶进入密闭热 风室在热气流中进行杀青，实践证明这种装置是实用的，但工作效率不高，以后 又出现了多种杀青机械，

29、如托克莱伊连续杀青机、俄罗斯杀青机等。20 世纪 80 年代，在日本出现了利用蒸青机进行杀青，使用 100的蒸气对鲜叶进行蒸青， 采用蒸气杀青工艺改变了原固体接触的杀青方式， 采用高温蒸气和茶叶叶片接触 的方式达到杀青目的，气体有较好的渗透能力，比传统的杀青效果好。近年来， 日本、新加坡、印尼、俄罗斯等国家，将微波加热技术应用于茶叶杀青、烘干工 序中，在微波加热过程中，微波直接作用于茶叶。使茶叶中的极性分子(如水分 子的极性取向随外电磁场的变化而变化， 使分子间产生急剧碰撞、摩擦，茶叶 的温度升高而达到杀青目的，由于微波能穿透茶叶内部，茶叶内外同时升温，因 而微波加热具有快速、加热均匀的特点。

30、 b、揉捻机 1930 年，麦克尔彻在阿萨姆创制了 CTC(Curshing/Tearing/Curling机，能对 杀青后的茶叶进行充分破碎，该机有两个刻有花纹的金属辊，两个辊在一起紧密 转动像一个碾压机，一个辊转速大约 70/rmin，另一个辊转速大约 700/rmin，杀 青后的茶叶输送到表面带有锯齿形的小间隙内进行切断、撕碎和卷紧，TCT 机 是制茶工艺的一个重要改革。1958 年，麦克蒂尔在托克莱伊发明了麦克蒂尔洛 托凡连续揉茶机，该机是比较完善的揉捻机，投入市场后被迅速采用，以后相继 发明了多种揉捻机，如锡兰连续茶叶加工机、托克莱伊连续揉捻机 T(CR 机、巴 博拉茶叶转子机 B(

31、Lc 机、苏联连续揉捻机、托勒斯揉捻机等。这些机械都是在 前人工作的基础上进行特别设计的，能很好的控制揉捻，并被大量应用于茶叶加 工工厂。近年出现了一批揉捻茶叶的新技术，在前苏联格鲁吉亚利用超声波发生 器有效的破坏茶叶细胞壁已经实验成功，改变了原固体接触的揉捻方式，但这种 技术能否应用于生产上以制造优质茶叶尚有待进一步研究。 c、烘干机 烘干机整体设计没有大的变化，现有的主要烘干机有热喂入式烘干机，温度 为 93的热风分别供应给喂料器，可迅速制止发酵，优点是增大了总的页板烘 干面积和增大风量而大大提高了产量。双层烘干机，其页板系统有更为有效的布 局，而且降低了高度，较低的风速大大减少了茶叶的搅

32、动，在前一部分有定向气 流进行快速烘干，到第二层显著减少，其结果是优质茶可保持其优良品质。托克 莱伊连续茶叶烘干机，一连串装有宽轮的页板来回行驶，进出烘干室，茶叶则留 在同一个叶板上，可以伴随着尽可能低容量的空气以进行均匀烘干，不产生经常 西安工业大学毕业设计(论文 5 出现的由于出口温度低而造成的闷熟现象。近年设计了一些新型烘干机，如双座 烘干机和自动或半自动循环式增压烘干机，所有设计都采用加热空气进行干燥， 属于间接加热法， 即先加热一种介质， 再利用这种被加热的介质去加热烘干茶叶。 在有些烘干机上，采用了直接加热法，如采用低硫石油直接进行加热，还有些采 用高频处理来停止酶的活性能使烘干在

33、低温下进行。 1.3 主要工作内容 设计出炒茶机的基本构造和利用控制系统来实现基本功能。 运用 AUTOCAD 绘 制出装配图。借鉴目前常用的控制系统设计出相关电子线路图，并使用 MCS-51 编制 相关控制程序，实现相关控制功能。绘制炒茶机装配图，撰写设计说明书。 （1） 查阅国内外相关茶炒制机的资料，提出多种方案设计并选定方案。 （2） 设计出机械总体结构并对部分零件设计计算。 （3） 硬件结构设计并选择元器件。 （4） 设计软件控制程序实现炒茶机的基本控制。 2 机械结构设计 6 2 机械结构设计 2.1 机械结构方案设计 1、旋转长板式茶炒制机构 这种茶炒制机，由长形半圆炒叶锅、长形炒

34、叶板、传动机构、热源装置、控 温仪表和机架等组成。半圆形炒茶锅用薄钢板卷制，直径约 60cm，安装在机架 上，锅的上口后半部装有挡叶罩板，中部装有主轴，主轴两端分别装有 4 根放射 形的撑杆，每两根撑杆间沿轴向装置一块长形炒叶板，形成 4 块长板形炒手，炒 板上敷有弹性层，弹性层用无毒纤维材料上覆棉布而制成。锅的下方装有热源装 置，热源形式有电、炭、煤和柴等，在用电时，使用温控仪调控锅温。由传动机 构带动主轴和炒手机构作 360。旋转，由于主轴两端系弹性悬挂在机架上，并由 两根吊杆与机器下方的踏板相连，当操作者用脚踩压踏板时，长形炒叶板即会对 加工叶加压。该机作业时，将炒手与锅体的间隙调整到合

35、适位置，以保证对加工 叶的正常翻动和理条。如图所示： 图 2.1 旋转长板式茶炒制机构 1）炒锅 2）抄手 3）主轴 4）压板 5）出茶门手柄 6）停电备用摇手柄 7）茶盘 8）炒锅升降手柄 9）控制面板 10）电热板 2、往复长板式茶炒制结构 这种形式的茶炒制机， 系上述旋转形式茶炒制机的改进型， 机器的总体结构、 主要作业部件和作业形式与前者相同。不同处在于炒板的运动方式为往复式，并 且在传动机构中增加了一组机构，使炒板在对加工叶加压时，增加了一个或两个 前进和后退的磨捺动作，这样就对茶叶增加一次或两次磨光，目的在于强化炒制 中的磨光功能。该机作业时有三种动作方式可以使用，其过程如下:热源

36、对炒叶 锅加热，将炒手板与锅壁间的间隙调整到适当位置，向炒叶锅内投人鲜叶，开动 机器并操作换挡按钮使炒叶板作第一步动作的运转和炒制， 这时炒叶板即往复运 西安工业大学毕业设计(论文 7 转，首先对鲜叶进行翻炒杀青和理条，待杀青理条结束加工叶已失去一定水分变 软时，用脚踩压踏板，带动炒板对加工叶进行适当加压，使茶条初步形成扁形; 然后将作业状态用换挡按钮换至第二步动作，即炒板每加压一次，跟着就往返磨 一下，茶叶失水到一定程度，再更换动作至第三步，即每压一下磨两 次，直到炒 至含水率为 25%左右，再次操作换挡按钮，使炒板回到第一步动作位置，即完成 青锅的炒制，出锅摊凉。辉锅作业与青锅的炒制方法基

37、本一样，只是温度要适当 低些，第一步动作时间要短，只要叶温上升即马上转向第二步和第三步的交替作 业，直至茶叶含水率达到 7%以下并被磨光成型，完成茶的全部炒制过程。 3、压头式茶炒制结构 这种茶炒制机型的主要结构由炒叶锅、压头装置、炉灶和传动机构组成。炒 叶锅和炉灶与一般炒制茶用的电炒锅相似，在其上部装置机架，用以装置传动机 构和悬挂、吊装压头装置，传动机构带动压头旋转。压头直径约 15cm，压头表 面敷有弹性层，弹性层同样用无毒纤维材料上覆白色棉布制成，整个压头和传动 机构可由操作者用手自由拉动，以改变其在锅内外的位置。使用该机，鲜叶最好 先行杀青和理条，然后投人该机炒制。作业时炉灶对炒锅加

38、热，用手操作压头机 构使其对锅内的加工叶进行炒制，由于压头轴末端有一定弯曲，故压头的旋转可 使加工叶在锅中一定区域内作圆周运动，从而达到理条目的。同时每隔适当时间 用手操纵压头对茶叶加压，则茶条一边被压扁，一边被磨光，交替进行，直至完 成茶的炒制。 4、扁形茶炒制结构 由锅体、炒板机构、调压机构、温控系统、传动系统及机架等组成。 三心微凸炒制锅由锅面和侧板组成,锅面分切入段、加压段、减压段,每段均 为圆弧面,每段圆弧面的圆弧半径各不相同,在减压段有一条向内凸筋,侧板固定 在锅面两端并嵌入锅面内,工作时,由加热机构对炒制锅进行加热,同时炒板机构 作逆时针旋转,锅体到预定温度时,鲜茶叶进入锅体,在

39、旋转的炒板作用下,经过 锅面的切入段、加压段、减压段进行反复炒制,由于每段圆弧面的圆弧半径各不 相同,而炒板的回转中心固定不动,从而满足“轻重轻”的扁形茶炒制工艺, 减压段的凸筋设计,使茶叶在炒制过程中翻转充分,提高炒制茶叶质量的稳定性。 如下图所示： 图 2.2 三心微凸炒制锅 1. 锅底； 2.侧板； 3.炒板机构； 4.机架； 5.加热机构； R1、R2、R3、R4切入段、加压段、减压段及凸筋圆弧半径 无级调压机构 压力是扁形茶炒制的关键工作参数之一,茶叶炒制过程中需 通过不断调整炒板与炒锅底面之间的间隙而进行控制。目前,单锅炒制机压力调 整为杠杆档位式,并均分为数档。这种机构简单,调整

40、精度受限。无级调压机构的 功能由螺母在丝杆轴上移动完成,机构工作时,启动电机,电机轴通过键和连接套 西安工业大学毕业设计(论文 8 带动丝杆轴转 动,丝杆轴转动使螺母在丝杆轴上移动,螺母的移动带动杠杆机构 运动使炒锅绕铰链转动,炒锅的转动改变锅体底部与炒板之间的间隙,从而改变 炒板对茶叶的压力。通过控制电机运行时间,扁形茶单锅炒制机具有了无级调压 机构的功能,在茶叶炒制过程中,根据实际情况准确调整茶叶炒制所需要的压力, 以达到提高茶叶炒制质量的目的。如下图所示： 图 2.3 无级调压机构 1.杠杆机构; 2.顶杆导套; 3.机架; 4.炒锅;5.电机; 6.键；7.轴承座; 8.丝杆; 9.螺

41、母 机构、杠杆机构、翻盘机构和杠杆限位机构等。该装置工作时,动力输入,齿轮滚 筒向内旋转,料斗内茶叶经两滚筒间隙落入托盘中,当托盘中茶叶重量达到设定 值时,杠杆尾部抬起,红外线接通时,动力输入被切断,加料停止,电机启动,电机 轴带动拨杆拨动托盘,托盘翻转时,托盘中茶叶落下。 增设鲜茶叶的称量投加机构 后,鲜叶投加时的投加量可以定量控制,使鲜叶投加均匀,提高茶叶的炒制质量。 如下图所示： 图 2.4 称量式茶叶投加装置 1.支撑侧壁; 2.料斗; 3.滚筒机构; 4.翻盘机构; 5.杠杆机构; 6.机架; 7.托盘机构 机械方案的确定: 设计茶炒制机要结构轻型，价格便宜，深受用户和消费者的喜爱。

42、 炒茶机要求具有杀青、理条、压扁、成型等功能，且料仓的速度可以在一定 幅度内调节。由于料仓在热源上能往返运动，料仓的槽锅底部放置一木棒，在来 回运动的过程中，茶叶便被炒杀后压扁成型。茶叶多用机在结构设计上要求料仓 能够在机架上来回运动， 并且在茶叶进行炒杀的不同阶段， 料仓具有不同的速度， 以利于茶叶被均匀杀透。 在实现料仓的往返运动上，茶炒制机采用偏心轮传动机构。所谓偏心轮就是称量式茶叶投加装置 称量式茶叶投加装置包括料斗、双滚筒机构、托盘装在轴上的轮形零件,轴孔偏向一边.轴旋转时,轮的外缘推动另一机件,产生往复运动。多用来带动机械的开关、活门等。偏心轮机构是由凸轮演化而成的。凸轮是指一个具

43、有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。 在改变料仓移动速度上，茶炒制机的电动机输出轴上安装一调速轮，用于调节偏心轮的转速大小。 茶炒制机传动机构采用带传动形式， 具有二级减速的作用。 在组成 茶叶机械的机构上，经常使用的有齿轮传动机构、链传动机构、带传动机构、连杆机构、螺旋机构等常用机构。 由于一般茶叶机械

44、的转速很低，每分钟只有几十转，而且常用的电动机每分钟约一千四百多转，因此茶叶机械中常用的变速机构的减速机构。常用的变速传动机构有：摩擦轮传动、带传动、齿轮传动及蜗杆传动机构等。其中摩擦传动、带传动是靠摩擦力来传动的，属于摩擦传动，而齿轮、蜗杆、链传动是靠轮齿啮合来传动的，属于啮合传动。 炒茶机采用带传动形式，因为： （1）.炒茶机要求结构轻型简便，带传动结构简单。 （2）.炒茶机要求料仓能够在机架上来回运动，偏心轮可以实现这一要求。 （3）.炒茶机要求料仓速度可以在一定范围内进行调节， 调速轮可满足这一要求。 （4）.带传动运转平稳，缓冲吸震性能较好，传动中心距可以较大。 2.2 部分零件设计

45、计算： 2.2.1 确定电动机的型号及安装尺寸 多功能炒茶机要求料仓的速度可以在一定范围内进行调节， 则在选择电动机 容量时应以料仓最大速度来确定。 在设计多功能炒茶机时要求偏心轮的转速为 110160 转/分。 2.2.1.1 求料仓的速度 偏心轮转动一周，料仓移动的距离为 S S=2 R = 64 . 552 88 14 . 3 2 = × × mm (2-1 偏心轮移动一周所需要的时间T ( 110 60 160 60 1 S n T = = (2-2 由(4-1 (4-2两式得料仓的速度V 60 160 64 . 552 60 110 64 . 552 ×

46、 × = =T S V 1.01 / 1.47 / m s m s = 西安工业大学毕业设计(论文 10 2.2.1.2 求连杆的拉力 估计料仓的重量 料仓四周用角钢 （ 4 40× ） 组成， 查表知 （ 4 40× ） 的角钢理论重量为 2.422kg/m 经估算角钢的总长度为（ 2 650 2 850 × + × ）mm 则角钢的质量 1 m kg m 75 . 7 422 . 2 2 650 850 ( 1 = × × + = (2-3 料仓的槽锅由五片组成，每片约 1 kg，则槽锅的总质量为 5 2= m kg 在

47、槽锅中每个槽锅放有一木棒，每个木棒的质量为 1 kg，则木棒的总质量为 5 3= m kg 当茶叶放入料仓时,茶叶的湿度很大，当茶叶放入时，初始质量估计有 2kg， 即 2 4= m kg 所以料仓的总质量 M M= 4 3 2 1 m m m m + + + =7.75+5+5+2 =19.75 kg 则压力 N=G=Mg=197.5 N (2-4 料仓与机架的接触为滚动接触，且是钢与钢的接触，查表得： 15 . 0 = µ 得摩擦力 f µ N f = =197.5×0.15 =29.63 N (2-5 由于是偏心轮传动，则连接杆的拉力是一变量。当偏心轮的传

48、动力 变成推力时，可估计最大推力为 90N 2.2.1.3 初选电动机 按工作条件和要求，选用单相电容异步电动机的电压为 220V，JY 型。 2.2.1.4 选择电动机的容量 a n d P P = 则 1000 FV P P a d w = = KW 得 a d FV P 1000 = KW (2-6 其中F 为料仓的最大工作阻力 取 120 max= F N 其中V 为最大线速度，由于料仓的平均速度为 1.01m/s1.47m/s. 可估计料仓的最大线速度V =2 m/s。 由电动机至料仓的转动效率为 a 西安工业大学毕业设计(论文 11 3 2 2 1 = a (2-7 因为传动效率

49、a 为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积。 同类型的几对传动副，轴承或联轴器要分别考虑效率。 轴承效率均指一对轴承而言。 本设计中 2 1, 分别为带传动，滚子轴承的传动效率 取 96 . 0 1= 、 98 . 0 2= 则 3 2 2 1 = a 3 2 98 . 0 96 . 0 × = 87 . 0 = (2-8 所以 a d FV P 1000 = 87 . 0 1000 2 90 × × = 207 w (2-9 取 V 带传动比为 i=24,则总传动比为 416，故电动机的转速可选范围 d N (4 16 160 = × 640 2560

50、 = m/s (2-10 最后确定电动机为下表： 表 2.1 电动机型号及其参数 满载时 电动机 型号 额定 功率（W） 转速（r/min） 电流（3800 时 A） JY7134 370 1400 4.3 由于料仓的速度较慢，所以电动机的转速较慢，为 1400r/min，故选用单相 电容异步电动机。 2.2.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比 由选定的电动机满载转速 m n 和工作机主动轴转速n， 可得转动装置的总转动 比为 ai m a n i n = = 1400 110 160=8.7512.7 (2-11 总传动又为1i ，2i 的乘积 西安工业大学毕业设计(论文 12 即 1

51、2 ai i i = (2-12 分配传动比，即各级传动比如何取值是该设计中的重要问题。传动比分配的 合理，可以使传动装置得到较小的外廓尺寸或较轻质量，以实现降低成本和结构 紧凑的目的。 考虑到1i 是在一定范围内可以变化，又知 V 带传动时传动比为 24 之间，且 V 带传动的外廓尺寸不致过大。 故取 2i =3.57 1i =2.453.56 2.2.3 确定 V 带型号和带轮直径及中心距 炒茶机的转动装置为带转动，带转动主要靠带与带轮之间的摩 擦力传动动 力，因此，带传动的参数选取、工作能力和设计依据都与接触表面的摩擦有关。 本机构的传动带为三角胶带 B 型带。 三角胶带传动的主要参数

52、小带轮包角 1 小带轮包角 1 愈大，带和带轮接触弧愈长，其接触面间产生的摩擦力愈大， 因此，带传动的承载能力也愈大。 1 过小时，带容易在带轮上打滑。为了保证 一定的工作能力，一般要求 2 1 D iD = 1 120 o，包角 1 的近似计算公式为 2 1 1 180 57.5 D D a = × o o (2-13 带的速度 V 和传动比 i 带的速度一般控制在 V=(525m/s 的范围内，最高不超过 30m/s。当传递功 率一定时，若速度过低，圆周力就增大，带的断截面尺寸和根数就要增加。 带传动的传动比 1 2 2 1 n D i n D = ,为使带传动的结构尺寸不致过大

53、，包角不致过 小，对三角胶带传动，一般取 7 i 。本设计1 2.45 3.56 i = ，2 3.57 i = 。 带轮直径 1 D 2 D 若主动带轮直径为 1 D ，则从动带轮直径为 2 1 D iD = 。显然，减小直径 1 D ，就 可以减小直径 2 D ， 从而减小传动的外廓尺寸。 虽然对于 B 型带要求 1 125 D mm ， 但考虑到炒茶机的机体大小，不应允许传动轮的外廓尺寸过大，所以出现 60 95 mm mm 1 125 D mm < 。当 1 D 偏小后，带轮的包角增大，传动效率增强， 这样由于摩擦力的增大，带的寿命减弱，所以多功能炒茶机应有专门的传送带， 使其既

54、符合过小的带轮的直径，又能有较高寿命。 中心距 包角的大小与中心距有关，为了保证得到较大的包角，中心距不能过小。此 外，中心距过小，皮带长度就短。但由于 1 D 偏小，所以中心距也会相应的缩短， 不至于使包角过大。皮带长度愈短，在速度一定小呆绕过带轮次数就越多。从而 西安工业大学毕业设计(论文 13 降低皮带寿命。但是带轮传动的中心距也不宜过大，否则，带太长易引起颤动。 在设计中，考虑到机体结构尺寸的大小，中心距偏小，则带的寿命会减弱， 所以炒茶机要求专业用带。 2.2.3.1 第 I 级传动系统 由于调速轮的带轮直径可以在一定范围内进行调节， 可取其带轮直径最大时 计算，然后再确定最小带轮直径。本机构的传动带为三角胶带 B 型带。计算如 下表 2.2： 表 2.2 第 I 级中带轮的参数计算及结果 计算