茶叶精制筛分自动化生产线技术与应用

黄剑虹，程斌，姜晓亮，戴惠亮，李志杰

（1.浙江上洋机械股份有限公司，浙江衢州 324000；2.衢州学院，浙江衢州 324000）

茶叶精制筛分自动化生产线技术与应用

黄剑虹1，程斌1，姜晓亮1，戴惠亮1，李志杰2

（1.浙江上洋机械股份有限公司，浙江衢州 324000；2.衢州学院，浙江衢州 324000）

茶叶精制加工是将毛茶加工成商品茶的过程。通过分析茶叶精制筛分设备现状与存在的问题，介绍了一般茶叶精制筛分自动化生产线设备的构成，并详细介绍了上洋机械的绿茶、红茶、普洱茶和黑茶精制筛分生产线的应用，阐述了上洋精制筛分生产线的技术特点，主要是创新了圆筛机及抖筛机的自动刮筛机构，部分精制生产线采用了集中控制和分散控制双结合的控制方式，将立体输送机和风力式输送机相结合并采用双极除尘装置等。

茶叶；精制；筛分；圆筛机；抖筛机；风选机

茶叶精制加工是将毛茶加工成商品茶的过程。茶叶通过精制加工，可以使外形复杂，长短、粗细不一，螺旋弯曲的毛茶，按长、短、粗、细、老、嫩等不同形状和品质加工成各种花色和等级的商品茶[1]。茶叶的精制加工，可以去除杂质和次茶，提高净度，纯净品质，保证卫生；同时通过对茶叶的进一步干燥处理，有助于发展茶叶的香味，提高品质，并延长保存时间；拼配过程可以调剂茶叶的品质，使得各时期加工的商品茶规格一致，在保证质量稳定性的同时充分挖掘茶叶的经济价值。

不同茶类的精制加工有不同的要求和对应的工艺及工艺参数。绝大多数茶类的精制加工工序包括筛分、风选、拣剔、干燥和拼配。其中筛分的主要功能是确定茶叶的外形，按照物理特性，根据茶叶不同的长短和粗细分成不同的筛号茶；风选按照茶叶的空气动力学特性，将同一筛号茶叶按身骨的轻重分开，同时去掉一些石子等夹杂物，一般身骨重的茶叶品质优于身骨轻的茶叶；拣剔分离茶叶中的老片、茶梗以及一些杂质；干燥，进一步降低茶叶中的含水率，具有提香和延长茶叶保质期的功能；拼配是将不同嫩度（身骨）、粗细、长短的筛号茶根据国家不同茶叶等级标准按比例进行拼配，使不同规格的筛号茶取长补短，致使整批茶叶质量均匀，同时获得最大的经济效益。

1 茶叶精制筛分设备现状与问题

我国茶叶机械从20世纪40年代就已经开始研制，起初以仿制为主，在80年代中期，国家对茶叶政策进行了调整，由计划经济向市场经济转变，大型精制茶加工国企纷纷改制或转产，农户根据当地的环境和条件，转向生产特色茶叶，茶叶精制加工技术与装备一直未得到足够的关注，相关技术与装备的研究长期处于停滞状态。至1985年以后，新的茶叶精制加工装备发展速度几乎为零，至今茶叶精制加工均采用单机作业模式。茶叶机械的研发资源主要集中于茶叶初制生产装备领域，目前已经研发成功了以PLC为核心控制单元的，具有模块化特征的大宗绿茶毛茶加工流水线，基本可实现连续化、清洁化加工，而茶叶精制加工装备技术从80年代开始，一直停滞不前，其生产方式仍然以单机生产模式为主。设备的落后和加工过程中的人为因素导致原料利用率低下、自动化程度低，劳动强度大，生产环境恶劣，茶尘污染严重、清洁化程度低。

为促进茶叶加工由传统手工、单机作业向运用高新技术转变，实现茶叶精制筛分生产线自动化、清洁化，浙江上洋机械股份有限公司联合了浙江工业大学、浙江机电职业技术学院等科研院校，研发了符合出口要求的眉茶、普洱茶、祁门红茶、黑茶等全自动茶叶精制生产线，先后完成安装调试并投产。

2 茶叶精制筛分自动化生产线设备构成

2.1 生产线特点

上洋茶叶精制筛分自动化生产线中与茶叶接触部位均采用符合食品卫生要求的材料制作，美观、节能、环保，所有设备根据不同茶类筛分工艺、产能要求设计，并采用平输、立输、风送等输送设备连接，生产过程全封闭作业，避免茶叶落地及与工人接触。主要设备包括：平面圆筛机、抖筛机、切茶机、风选机、匀堆装箱机、输送设备、茶尘处理设备等，本文着重介绍平面圆筛机、抖筛机、风选机。

2.2 平面圆筛机

平面圆筛机是适用于筛分精制毛茶长短作业的设备[2]，平面圆筛机由机架、传动机构和筛床组成。筛床作水平旋转运动，根据工艺需要筛床配有n（2~4）片筛网，可分出n+1个筛号茶。传统的平面圆筛机在精制筛分过程中茶叶极易勾在筛网上，要经常停机清理筛网才能继续有效生产，给连续化生产带来很大的障碍。如果精制茶加工要连续化生产，必须克服筛网挂茶且影响加工品质的弊端。上洋茶机平面圆筛机能够在茶叶加工过程中不停机且能自动刮去勾在筛网的茶叶，并能适应长期在精制茶加工过程粉尘极大的恶劣环境，如图1所示。其特点为：（1）采用自动刮筛装置；在筛网的底部设置一对平行的无杆气缸，当无杆气缸一头进气时另一头放气，活塞作往复直线运动，刮刀固定在活塞上，当活塞运动时，带动塑料刮刀一起运动，从而实现刮除挂在筛网上的茶叶；（2）采用弹性万向接头+摆杆来支撑筛床，中间主动轴通过轴套与筛床套接，主动轴不承受筛床重力，有效解决了因采用自动刮筛机构而导致筛床部件过重引起的驱动轴断裂的缺陷；另一方面也大大降低机器运转时引起的噪音；（3）整机密封，降低茶尘外泄，对生产车间的工作环境有较大改善。

2.3 抖筛机

抖筛机是分离精制毛茶粗细的设备，其筛床是作纵向往复抖动，茶叶随筛面纵向前进，并在抖动过程中与筛面产生相对运动[3]，使细小个体穿过筛孔下落，粗大的从筛面继续抖到出口流出，起俗称的“抖头抽筋”作用。目前已有的抖筛机利用偏心机构带动由弹簧片支撑的筛床作平面往复抖动的传统弹簧片式振动装置，这种传统的抖筛机由筛床、传动机构、弹片式支架等组成，这种抖筛机结构稳定性差，弹片易坏，更换部件不方便，存在筛网挂茶的问题。上洋研制出了全封闭式符合集中除尘功能的新型抛振式抖筛机，如图2所示。其特点为：（1）采用摇杆式的驱动机构，当电机带动偏心轴转动时，与偏心轴相连的连杆推动下机架作前后移动，从而使摇杆通过橡胶棒变形达到绕着中间支点摆动；筛床部件是通过摇杆与固定座及下机架相连的，摇杆摆动驱动筛床部件作摇摆运动；由于采用的是橡胶衔接，因而运动时噪音小，运转平稳；（2）筛网由上层筛网+弹球+下层筛网组成，上层筛网孔径的大小为根据筛分作业需要而定，下层筛网孔径大小为2目，中间的弹球在筛网作摇摆运动时，击打上筛网，从而使挂在上筛网上茶叶掉落在下筛网上，而下筛网孔径大，这样茶叶就从下筛网上穿出，从而起到弹球自动刮筛的作用；（3）整机密闭，有效阻止茶尘外泄。

图1 带刮筛装置圆筛机结构示意图Fig.1 Mechanical structure schematic of a round screening machine with screen scraping device

图2 抛振式抖筛机的结构示意图Fig.2 Structure diagram of shaking sieve machine with throwing and vibration

2.4 风选机

风选机是利用茶叶的容重、体积、形状的差异，借助风力分清不同容重（俗称身骨）的茶料及分离砂石、草茎叶等杂质[4]。工作原理是通过水平方向、风量适当均匀的风力使茶叶吹散，容重基本一致的茶料落在一起，有正口、正子口、子口等之分，能起到茶叶分级、定级及去片除杂的作用[5]。上洋研制出的风选机，如图3所示。其特点为：（1）送风口风速分布采用上小下大方案，增大茶叶颗粒群有效漂移间距；（2）设置扰流板有效降低各口茶叶混入其他口茶叶的比例，提高茶叶风选质量；（3）采用变频空调风机；（4）在操作面方向开观察窗口，便于观察风箱中茶叶运动落料情况；便于调风板的角度调节；（5）在风箱的尾部设置可接除尘管道的灰箱，便于除尘。

图3 风选机的结构示意图Fig.3 Structure diagram of winnower structure

3 上洋精制筛分线应用

3.1 绿茶精制筛分线

精制绿毛茶经上料立输机及平输机，将原料输送到精制加工车间，如果毛茶的相对湿度较大，一般含水率大于10%时，需要经过烘干机烘毛火后再进入后续的精制加工作业，俗称“熟做”；如果毛茶含水率小于10%时，不需要通过烘干机，直接进入后续的精制加工作业，俗称“生做”，通过四级筛分，如图4所示。

图4 上洋绿茶精制筛分自动化生产线设备布置图Fig.4 The equipment layout of the green tea refined screening automated production line of SHANGYANG Ltd.

一级筛分（圆筛）：绿毛茶通过输送机输送到第一台平面圆筛机，进行初步的筛分作业，该机为四筛五口，上面两层有自动刮筛机构。（1）筛面茶经过风送管道输送到切茶机，经切茶机将“长、大”的筛面茶切短、切小后重新回到平面圆筛机进行筛分作业；（2）筛底茶再通过四筛五口的平面圆筛机撩筛，除底茶直接入袋以外，其他四口茶经过风选再入袋；（3）二三四口茶分别通过立输机输送到抖筛机进行进一步的精制加工作业，主要是进行细分“粗细”。二级筛分（抖筛）：经过一级筛分线筛分出来的三口正茶，因目数不同分别通过立输机输送到二级筛分线进行作业。该组抖筛机为二筛三口，其面茶分别通过风送管道输送到储茶斗进行储存和入袋；三组正茶分别通过立输机输送到三级筛分线（拣梗）；抖筋归并通过平输机输送到储茶斗，再进撩筛机进行筛分作业，除筛面茶需经过切扎后并回到撩筛机后，其余四口茶直接入袋。三级筛分（拣梗）：二级筛分线的三组正茶分别通过立输机输送到三级筛分线上进行拣梗作业，其正茶又分别通过立输机输送到四级筛分线上进行风选作业；其三组拣梗机的梗茶归并通过平输机输送到切茶机上，经切短后直径入袋。四级筛分（风选）：该风选机为五口、吹风式风选机，利用风力大小及茶叶身骨的轻重将经过一、二、三级筛分出来的茶叶进行再分级，以达到茶叶精制目的。

3.2 红茶精制筛分线

红茶精制联装筛分生产线由3台烘干机、2台圆筒滚筛机、4台切茶机、2台单层抖筛机、2台双层抖筛机、3台平面圆筛机、4台风选机等组成[6]。烘干机组烘干毛茶，使茶叶便于切碎，提高制率；圆筒滚筛机对毛茶进行粗分，头子茶滚切待加工，筛下茶进入单层抖筛机初抖，抖脚经过圆筛机初步分出上、下段号头茶，其中上段号头茶经过单层抖筛机套抖，套抖出的抖脚经过双层抖筛机进行紧门抖，下段茶不经过套抖直接进入双层抖筛机紧门抖，上、下段茶分别输送进入两台平面圆筛机，分出5、7、8、10孔号头茶，输送入风选机，联装筛分生产线工序完成，如图5所示。

红茶精制联装生产线减少了茶叶加工中的二次污染，降低了劳动强度，筛分工序生产效率提高了33.3%，用工人数减少33.3%[3]；联装生产线中增加了脉冲式、布袋式除尘装置，有效去除茶叶精制过程中产生的茶灰、毛衣，除尘效率大于60%，生产线的红茶与传统红茶在感官评定方面差异不明显，制率比传统红茶提高1.16%[6]，基本实现了精制加工的清洁化。

3.3 普洱茶精制筛分线

普洱茶精制筛分线是以机械化联装为主、人工为辅的半自动筛分工艺，在机械联装中，机器之间互相连成一个整体，主要设备有喂料器、落料管、圆筛机、抖筛机、风选机及相配合的除尘设备，如图6所示。普洱茶精制筛分线经勐海茶业有限责任公司使用，主要技术性能：（1）分级处理产量：1.52吨/小时；（2）加工制率：97%，与原生产方式相比，提高4%；（3）生产线漏茶率：小于1%；（4）生产线具有在线监控、自动故障报警、自动报表生成、工艺参数自动储存、工艺参数实时可调等功能，并安全可靠；（5）与原来生产方式相比较，车间粉尘污染大大下降，极大地改善了加工车间的环境[7]。

图5 上洋红茶精制筛分自动化生产线设备布置图Fig.5 The layout of the refined red tea screening automated production line equipment of SHANGYANG Ltd.

图6 上洋普洱茶生茶精制筛分自动化生产线设备布置图Fig.6 The layout of the refined Pu'er tea screening automated production line equipment of SHANGYANG Co.Ltd.

3.4 黑茶精制筛分线

黑茶筛分的基本工艺为：毛茶→匀料输送（除铁）→振动输送（除末）→风力输送→圆滚筛（筛外茶）→平圆筛→风选→拣梗（或色选）；黑茶筛分采用机械输送与风力输送相结合，一般班产量（8小时）为6吨（120担），如图7所示。匀料输送机从源头上有效控制流入下道工序的茶叶量，能有效去除茶叶中的铁等含磁性的物质；振动输送机的槽体上冲直径为0.8mm的网孔，有效去除一部分茶末，为除尘打下良好的基础；风力输送采用负压式，一方面能充分利用空间，减少输送环节，另一方面大大降低茶尘外泄；圆滚筛直径为1.4m，有效长度为3.5m，分三段筛网，网孔从进料端到出料端依次由小到大，筒体转速可调；平面圆筛采用自动刮筛机构，有效解决筛网堵塞的问题，同时筛床四角采用万向接头+摆杆支撑，无噪音；风选机采用变频空调风机，风量可调，无噪音；切茶机采用滚刀式，底部有出料网孔，四个刀片固定在高速旋转的刀架上，同时，机架上设有固定二个刀片，形成锋口，能将粗大径梗切断切碎。

4 上洋精制筛分线技术特点

创新了圆筛机及抖筛机的自动刮筛机构，该机构首次在茶叶加工过程中采用 “无杆气缸”装置，使刮刀在轨道上平稳、往复、快速运行，并与筛网接触达到刮筛的目的。该机目前已经获得国家发明专利。

图7 上洋黑茶精制筛分自动化生产线设备布置图Fig.7 The layout of the refined black tea screening automated production line equipment of SHANGYANG Co.Ltd.

部分精制生产线采用了集中控制和分散控制双结合的控制方式，实现了生产线的连续化流水作业。在总控机上可以启停所有设备，并对圆筛机、抖筛机的运行速度、振幅进行调整，使整条生产线可以适应不同茶叶的柔性生产。控制系统在控制中心的作用下，将对生产线实现统一决策、协调控制。同时，各单元控制器具备分散控制功能，即使在控制中心失效的情况下，也可以继续生产，提高了整条生产线的可靠性及维护性能。在控制系统中，不仅能适用多生产工艺，还能实现不同生产工艺的工艺参数存储、下载与管理功能，方便生产与管理。

采用立式输送机和风力式输送机相结合，大大缩小了精制设备的占地面积，提高了成品制率，降低了损耗。采用了双极除尘装置，对精制过程中产生的茶尘进行集中处理。在所有主机上都开有除尘接口，通过除尘管道将茶尘集中收集到车间外，经过“旋风除尘器”和“脉冲布袋除尘器”进行“颗粒、粉尘”两级除尘，达到净化加工车间的环境，且在吸风机处装有“消音装置”，降低风机运行过程中的噪音，提高了操作工人的舒适度。生产线所有与茶叶接触部位全部采用食品级不锈钢或橡胶材料，以达到茶叶安全生产标准。

[1] 龚琦，潘克霓，胡景川.茶叶加工机械[M].上海:上海科学技术出版社，1990.

[2] 汪晓华，李文昊，何磊，等.平面圆筛机筛分参数对筛分效率的影响[J].轻工机械，2013，31（3）:15-19.

[3] 李兵，夏涛，宛晓春，等.基于蚁群算法的茶叶抖筛机参数优化[J].农业工程学报，2009，25（3）:84-87.

[4] 丁勇，徐奕鼎，雷攀登，等.茶叶精制主体设备的技术特性与应用[J].中国茶叶加工，2012（1）:31-35.

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[7] 吴远之，何谦，杨智，等.一种普洱茶生产的筛分方法: 102553828A[P].2012-07-11.

Automated Production Line Technology Applied on Refined Tea Screening

HUANG Jian-hong1，CHENG Bin1，JIANG Xiao-liang1，DAI Hui-liang1，LI Zhi-jie2
（1.Zhejiang SHANGYANG Machinery Co.Ltd.，Quzhou 324000，China；2.Quzhou College，Quzhou 324000，China）

Tea refining refers to the process of producing fresh leaves into commodity tea.By analyzing the current situation and problems of refined tea screening equipment，it introduced the composition of general screening automated production line equipment and elaborated the application of screening equipment for green tea，black tea，Pu-er tea and dark tea by Shangyang Machinary.This paper also described the technical features on the refined screening line by Shangyang Machinery.The main innovations included the automatic screen scraping mechanism of circular sieve machine and shaking sieve machine，combination of centralized and decentralized control in some refined production equipment and the three-dimensional conveyor and the wind turbine being combined by adopting a bipolar dust removing device，etc.

Tea；Refining；Screening；Round screen machine；Shaking sifter machine；Winnowing machine

TS272.5+2；TP23

A

2095-0306（2016）06-0056-06

中国茶叶加工 2016（6）:56-61

2016-12-09

国家“十二五”科技支撑计划项目（2014BAD06B00）；浙江省重大科技重大专项农业项目（2013C02024-2）

黄剑虹（1971-），男，浙江龙游人，工程师，从事茶叶加工装备研制、推广工作。