静电拣梗机静电场的优化

杨永发+张荧+陈帅

摘要：为了解决目前茶叶静电拣梗机拣梗率不高的问题，对静电拣梗机拣梗原理进行分析，选取产生静电场的重要部件摩擦滚筒进行优化研究，运用正交试验对摩擦滚筒的静电电位进行测试，得出最优组合，并实际验证最优组合的可行性。

关键词：静电拣梗；静电场强度；优化

中图分类号：TS272.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4445-02

静电拣梗机是茶叶生产中提高茶叶加工质量的一种重要设备，其主要是通过静电场实现茶叶和茶梗的分离。摩擦滚筒是静电拣梗机产生静电场并实现拣梗工作的重要组成部分，其摩擦产生的静电场强度越大且电场越不均匀，拣梗率则越高。因此，为了提高茶叶生产中的拣梗率，从提高静电场强度的措施出发，以摩擦滚筒产生的静电场电位值为考察指标，采用L9（34）正交试验法，研究了滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量对静电场强度的影响，得出最优组合方案以提高静电场强度，最终提高拣梗率。

1 静电拣梗简介

1.1 静电拣梗原理

静电拣梗工作时有3个特点[2]；①要有不均匀的电场。如果电场是均匀的，则茶叶不产生曲线运动，所以也就不可能分离出茶叶和茶梗。②合力极化程度与电场不均匀性有关，而与电场的方向无关。电场的不均匀性越大，合力就越大，质点即有朝电场强度较大方向运动的趋向。③合力作用时间越长或合力越大，则质点运动的水平位移就越大。综上所述，不均匀电场、极化程度与合力作用这3个因素与静电拣梗机的工作性能关系甚大。

1.2 电场强度与拣梗率的关系

安徽省农业科学院祁门茶叶研究所得出的茶叶拣梗率与电压的关系图见图1[3]。由图1可知，电压与拣梗率呈线性递增关系，即电压越大，拣梗率越高。而电压与电场强度为正比关系，因此增大电场强度可得到较高的拣梗率。

不均匀电场、极化程度、合力作用、静电场强度均是影响拣梗率的重要因素。极化程度、合力作用与茶叶茶梗自身因素和电场不均匀程度有关，而电场的不均匀程度主要由拣梗机摩擦件与滚筒接触程度的不同来改变，属于制造安装方面的问题[4-6]。本研究主要从影响静电拣梗机静电场强度的4个主要因素——滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量出发，设计正交试验找出最优因素组合方案以提高静电场强度。

2 电场强度的正交试验设计

2.1 实验平台的搭建

图2所示首先搭建单滚筒式静电拣梗机的实验平台进行电位测试。该实验平台主要由2个部分组成：①传动机构——以电机为动力，通过链条直接连接电机与滚筒，使摩擦滚筒旋转。②茶梗分离机构——由摩擦滚筒、摩擦件及紧压机构组成，靠摩擦件紧压在旋转摩擦滚筒的毛毡上产生静电，从而将待拣茶中的茶梗、筋、毛发等杂质吸起，通过接梗槽送至出口处。

摩擦滚筒和毛毡由于配重块的作用存在着挤压作用，当滚筒转动时，由于毛毡比PVC材料更容易脱离电子，因此向滚筒转移了大量电荷，形成静电场。为方便后续静电场电位的测试，做出如下假定：①从毛毡转移到PVC滚筒的电子只依附于滚筒表面；②转移到滚筒的电子忽略其扩散运动，平均分布于滚筒表面；③滚筒旋转一周后即达到稳定；④不考虑其他影响电场的因素如湿度、温度、外界电场等。

2.2 正交试验设计

以摩擦滚筒产生的静电场电位值为考察指标，采用L9（34）正交试验法，研究了滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量对静电场强度的影响，正交试验因素与水平见表1，其中滚筒的转速由SAJ-G通用型变频器按1∶1进行调控；滚筒和摩擦件的材料根据lahmicke摩擦序列表选定；静电场电位的测试采用SV-001型静电测试仪，在滚筒正下方母线中点25 mm处进行测试。

摩擦件材料对静电场强度影响最大，滚筒转速次之，滚筒材料对静电场强度影响最小，即影响静电场强度因素的大小关系为B>C>D>A（表2）。最优组合为A3B3C3D3，即滚筒材料选用合成橡胶，摩擦件材料选用丝绸，滚筒转速为38 r/min，配重块重量为10.5 kg。

3 结论

目前，滚筒摩擦式静电拣梗机仍然是茶叶生产加工中普遍使用的一种茶叶精制机械，从静电拣梗机拣梗原理出发，旨在通过提高因摩擦而产生的静电场强度来达到提高拣梗率的目的，选取产生静电场的重要部件摩擦滚筒进行研究优化，通过搭建单滚筒的实验平台，运用L9（34）正交试验法对摩擦滚筒的静电场电位值进行测试，得出了提高摩擦滚筒静电场强度的最优组合为A3B3C3D3。最后通过应用最优组合重新搭建实验平台进行试验，测得最大静电电位值为-14.6 kV，相比表2中的最大静电电位值提高了1.6 kV，最小电位值提高了11.3 kV。

参考文献：

[1] 郭丰庚. 茶叶静电拣梗时出现昙花现象的研究[J]. 农业机械学报，1989（2）：73-77.

[2] 包德修， 罗耀煌. 静电场的分析与解法[M]. 昆明： 云南人民出版社，1984.

[3] 赵和涛. 静电拣梗机工作原理及影响性能主要因素[J]. 茶机设计与研究， 1990（1）：15-17.

[4] 杨永发. CTC红碎茶静电拣梗筛分机的研制[J]. 茶叶机械杂志，1999（4）：17-18.

[5] 谢 鹏， 陶栋材， 任述光. 茶叶拣梗机发展现状及趋势[J]. 农机化研究，2004（1）： 44-45.

[6] 郭丰赓. 电拣机的性能测试[J]. 茶机设计与研究，1989（1）： 18-21.endprint

摘要：为了解决目前茶叶静电拣梗机拣梗率不高的问题，对静电拣梗机拣梗原理进行分析，选取产生静电场的重要部件摩擦滚筒进行优化研究，运用正交试验对摩擦滚筒的静电电位进行测试，得出最优组合，并实际验证最优组合的可行性。

关键词：静电拣梗；静电场强度；优化

中图分类号：TS272.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4445-02

静电拣梗机是茶叶生产中提高茶叶加工质量的一种重要设备，其主要是通过静电场实现茶叶和茶梗的分离。摩擦滚筒是静电拣梗机产生静电场并实现拣梗工作的重要组成部分，其摩擦产生的静电场强度越大且电场越不均匀，拣梗率则越高。因此，为了提高茶叶生产中的拣梗率，从提高静电场强度的措施出发，以摩擦滚筒产生的静电场电位值为考察指标，采用L9（34）正交试验法，研究了滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量对静电场强度的影响，得出最优组合方案以提高静电场强度，最终提高拣梗率。

1 静电拣梗简介

1.1 静电拣梗原理

静电拣梗工作时有3个特点[2]；①要有不均匀的电场。如果电场是均匀的，则茶叶不产生曲线运动，所以也就不可能分离出茶叶和茶梗。②合力极化程度与电场不均匀性有关，而与电场的方向无关。电场的不均匀性越大，合力就越大，质点即有朝电场强度较大方向运动的趋向。③合力作用时间越长或合力越大，则质点运动的水平位移就越大。综上所述，不均匀电场、极化程度与合力作用这3个因素与静电拣梗机的工作性能关系甚大。

1.2 电场强度与拣梗率的关系

安徽省农业科学院祁门茶叶研究所得出的茶叶拣梗率与电压的关系图见图1[3]。由图1可知，电压与拣梗率呈线性递增关系，即电压越大，拣梗率越高。而电压与电场强度为正比关系，因此增大电场强度可得到较高的拣梗率。

不均匀电场、极化程度、合力作用、静电场强度均是影响拣梗率的重要因素。极化程度、合力作用与茶叶茶梗自身因素和电场不均匀程度有关，而电场的不均匀程度主要由拣梗机摩擦件与滚筒接触程度的不同来改变，属于制造安装方面的问题[4-6]。本研究主要从影响静电拣梗机静电场强度的4个主要因素——滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量出发，设计正交试验找出最优因素组合方案以提高静电场强度。

2 电场强度的正交试验设计

2.1 实验平台的搭建

图2所示首先搭建单滚筒式静电拣梗机的实验平台进行电位测试。该实验平台主要由2个部分组成：①传动机构——以电机为动力，通过链条直接连接电机与滚筒，使摩擦滚筒旋转。②茶梗分离机构——由摩擦滚筒、摩擦件及紧压机构组成，靠摩擦件紧压在旋转摩擦滚筒的毛毡上产生静电，从而将待拣茶中的茶梗、筋、毛发等杂质吸起，通过接梗槽送至出口处。

摩擦滚筒和毛毡由于配重块的作用存在着挤压作用，当滚筒转动时，由于毛毡比PVC材料更容易脱离电子，因此向滚筒转移了大量电荷，形成静电场。为方便后续静电场电位的测试，做出如下假定：①从毛毡转移到PVC滚筒的电子只依附于滚筒表面；②转移到滚筒的电子忽略其扩散运动，平均分布于滚筒表面；③滚筒旋转一周后即达到稳定；④不考虑其他影响电场的因素如湿度、温度、外界电场等。

2.2 正交试验设计

以摩擦滚筒产生的静电场电位值为考察指标，采用L9（34）正交试验法，研究了滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量对静电场强度的影响，正交试验因素与水平见表1，其中滚筒的转速由SAJ-G通用型变频器按1∶1进行调控；滚筒和摩擦件的材料根据lahmicke摩擦序列表选定；静电场电位的测试采用SV-001型静电测试仪，在滚筒正下方母线中点25 mm处进行测试。

摩擦件材料对静电场强度影响最大，滚筒转速次之，滚筒材料对静电场强度影响最小，即影响静电场强度因素的大小关系为B>C>D>A（表2）。最优组合为A3B3C3D3，即滚筒材料选用合成橡胶，摩擦件材料选用丝绸，滚筒转速为38 r/min，配重块重量为10.5 kg。

3 结论

目前，滚筒摩擦式静电拣梗机仍然是茶叶生产加工中普遍使用的一种茶叶精制机械，从静电拣梗机拣梗原理出发，旨在通过提高因摩擦而产生的静电场强度来达到提高拣梗率的目的，选取产生静电场的重要部件摩擦滚筒进行研究优化，通过搭建单滚筒的实验平台，运用L9（34）正交试验法对摩擦滚筒的静电场电位值进行测试，得出了提高摩擦滚筒静电场强度的最优组合为A3B3C3D3。最后通过应用最优组合重新搭建实验平台进行试验，测得最大静电电位值为-14.6 kV，相比表2中的最大静电电位值提高了1.6 kV，最小电位值提高了11.3 kV。

参考文献：

[1] 郭丰庚. 茶叶静电拣梗时出现昙花现象的研究[J]. 农业机械学报，1989（2）：73-77.

[2] 包德修， 罗耀煌. 静电场的分析与解法[M]. 昆明： 云南人民出版社，1984.

[3] 赵和涛. 静电拣梗机工作原理及影响性能主要因素[J]. 茶机设计与研究， 1990（1）：15-17.

[4] 杨永发. CTC红碎茶静电拣梗筛分机的研制[J]. 茶叶机械杂志，1999（4）：17-18.

[5] 谢 鹏， 陶栋材， 任述光. 茶叶拣梗机发展现状及趋势[J]. 农机化研究，2004（1）： 44-45.

[6] 郭丰赓. 电拣机的性能测试[J]. 茶机设计与研究，1989（1）： 18-21.endprint

摘要：为了解决目前茶叶静电拣梗机拣梗率不高的问题，对静电拣梗机拣梗原理进行分析，选取产生静电场的重要部件摩擦滚筒进行优化研究，运用正交试验对摩擦滚筒的静电电位进行测试，得出最优组合，并实际验证最优组合的可行性。

关键词：静电拣梗；静电场强度；优化

中图分类号：TS272.3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4445-02

静电拣梗机是茶叶生产中提高茶叶加工质量的一种重要设备，其主要是通过静电场实现茶叶和茶梗的分离。摩擦滚筒是静电拣梗机产生静电场并实现拣梗工作的重要组成部分，其摩擦产生的静电场强度越大且电场越不均匀，拣梗率则越高。因此，为了提高茶叶生产中的拣梗率，从提高静电场强度的措施出发，以摩擦滚筒产生的静电场电位值为考察指标，采用L9（34）正交试验法，研究了滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量对静电场强度的影响，得出最优组合方案以提高静电场强度，最终提高拣梗率。

1 静电拣梗简介

1.1 静电拣梗原理

静电拣梗工作时有3个特点[2]；①要有不均匀的电场。如果电场是均匀的，则茶叶不产生曲线运动，所以也就不可能分离出茶叶和茶梗。②合力极化程度与电场不均匀性有关，而与电场的方向无关。电场的不均匀性越大，合力就越大，质点即有朝电场强度较大方向运动的趋向。③合力作用时间越长或合力越大，则质点运动的水平位移就越大。综上所述，不均匀电场、极化程度与合力作用这3个因素与静电拣梗机的工作性能关系甚大。

1.2 电场强度与拣梗率的关系

安徽省农业科学院祁门茶叶研究所得出的茶叶拣梗率与电压的关系图见图1[3]。由图1可知，电压与拣梗率呈线性递增关系，即电压越大，拣梗率越高。而电压与电场强度为正比关系，因此增大电场强度可得到较高的拣梗率。

不均匀电场、极化程度、合力作用、静电场强度均是影响拣梗率的重要因素。极化程度、合力作用与茶叶茶梗自身因素和电场不均匀程度有关，而电场的不均匀程度主要由拣梗机摩擦件与滚筒接触程度的不同来改变，属于制造安装方面的问题[4-6]。本研究主要从影响静电拣梗机静电场强度的4个主要因素——滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量出发，设计正交试验找出最优因素组合方案以提高静电场强度。

2 电场强度的正交试验设计

2.1 实验平台的搭建

图2所示首先搭建单滚筒式静电拣梗机的实验平台进行电位测试。该实验平台主要由2个部分组成：①传动机构——以电机为动力，通过链条直接连接电机与滚筒，使摩擦滚筒旋转。②茶梗分离机构——由摩擦滚筒、摩擦件及紧压机构组成，靠摩擦件紧压在旋转摩擦滚筒的毛毡上产生静电，从而将待拣茶中的茶梗、筋、毛发等杂质吸起，通过接梗槽送至出口处。

摩擦滚筒和毛毡由于配重块的作用存在着挤压作用，当滚筒转动时，由于毛毡比PVC材料更容易脱离电子，因此向滚筒转移了大量电荷，形成静电场。为方便后续静电场电位的测试，做出如下假定：①从毛毡转移到PVC滚筒的电子只依附于滚筒表面；②转移到滚筒的电子忽略其扩散运动，平均分布于滚筒表面；③滚筒旋转一周后即达到稳定；④不考虑其他影响电场的因素如湿度、温度、外界电场等。

2.2 正交试验设计

以摩擦滚筒产生的静电场电位值为考察指标，采用L9（34）正交试验法，研究了滚筒转速、滚筒材料、摩擦件材料以及配重块重量对静电场强度的影响，正交试验因素与水平见表1，其中滚筒的转速由SAJ-G通用型变频器按1∶1进行调控；滚筒和摩擦件的材料根据lahmicke摩擦序列表选定；静电场电位的测试采用SV-001型静电测试仪，在滚筒正下方母线中点25 mm处进行测试。

摩擦件材料对静电场强度影响最大，滚筒转速次之，滚筒材料对静电场强度影响最小，即影响静电场强度因素的大小关系为B>C>D>A（表2）。最优组合为A3B3C3D3，即滚筒材料选用合成橡胶，摩擦件材料选用丝绸，滚筒转速为38 r/min，配重块重量为10.5 kg。

3 结论

目前，滚筒摩擦式静电拣梗机仍然是茶叶生产加工中普遍使用的一种茶叶精制机械，从静电拣梗机拣梗原理出发，旨在通过提高因摩擦而产生的静电场强度来达到提高拣梗率的目的，选取产生静电场的重要部件摩擦滚筒进行研究优化，通过搭建单滚筒的实验平台，运用L9（34）正交试验法对摩擦滚筒的静电场电位值进行测试，得出了提高摩擦滚筒静电场强度的最优组合为A3B3C3D3。最后通过应用最优组合重新搭建实验平台进行试验，测得最大静电电位值为-14.6 kV，相比表2中的最大静电电位值提高了1.6 kV，最小电位值提高了11.3 kV。

参考文献：

[1] 郭丰庚. 茶叶静电拣梗时出现昙花现象的研究[J]. 农业机械学报，1989（2）：73-77.

[2] 包德修， 罗耀煌. 静电场的分析与解法[M]. 昆明： 云南人民出版社，1984.

[3] 赵和涛. 静电拣梗机工作原理及影响性能主要因素[J]. 茶机设计与研究， 1990（1）：15-17.

[4] 杨永发. CTC红碎茶静电拣梗筛分机的研制[J]. 茶叶机械杂志，1999（4）：17-18.

[5] 谢 鹏， 陶栋材， 任述光. 茶叶拣梗机发展现状及趋势[J]. 农机化研究，2004（1）： 44-45.

[6] 郭丰赓. 电拣机的性能测试[J]. 茶机设计与研究，1989（1）： 18-21.endprint