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0、引言
    茶是世界三大飲料之一，含有多種營養(yǎng)成分，是一種理想的保健飲料。中國是產(chǎn)茶大國，但存在市場開發(fā)不夠和加工落后等問題。茶葉加工是影響茶葉質(zhì)量的重要因素，干燥是茶葉加工過程中最關(guān)鍵的一道工序，其目的除了使茶葉含水率降至5%以下便于運輸以外，還具有進一步形成茶葉特有的色、香、味的作用。茶葉干燥包括熱風(fēng)干燥和輻射干燥兩種形式．目前，傳統(tǒng)的茶葉脫水形式以熱風(fēng)干燥為主，所用設(shè)備多為干燥箱。脫水過程不僅手工操作環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)效率低、能耗高，而且產(chǎn)品色澤差、檔次低，已不能滿足人們對茶葉的質(zhì)量要求。由于轉(zhuǎn)筒式干燥烘干機具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉和制造簡單等特點，中小型茶葉加工廠多采用該機進行干燥。茶葉的干燥質(zhì)量與轉(zhuǎn)筒式干燥烘干機的轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系，因此研究該機的最佳轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速很有必要。該文結(jié)合茶葉在轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機中工作的動力學(xué)與運動軌跡的分析，建立數(shù)學(xué)模型求解轉(zhuǎn)筒最佳轉(zhuǎn)速，采用步進電機較精確控制轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用試驗結(jié)果驗證理論分析的合理性，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機、木屑氣流式烘干機等生物質(zhì)燃料成型、烘干機械設(shè)備。
1、轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機的工作原理
1.1干燥烘干機運動簡圖
    轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機由步進電機、皮帶、電氣控制系統(tǒng)和內(nèi)螺旋轉(zhuǎn)筒等組成。轉(zhuǎn)筒式干燥烘干機運動簡圖如圖l所示：步進電機1通過皮帶驅(qū)動皮帶輪4轉(zhuǎn)動，皮帶輪和摩擦傳動輪3通過摩擦力使轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)筒下端加熱，使轉(zhuǎn)筒均勻受熱，對轉(zhuǎn)筒中的茶葉進行干燥。步進電機由電氣系統(tǒng)控制，有助于提高轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速的精度．
1.2工作原理
     預(yù)處理后的茶葉，經(jīng)送料裝置進入轉(zhuǎn)筒內(nèi)。轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動后，筒內(nèi)的茶葉隨轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動而上下翻動。茶葉運動到最高點落下時，由于茶葉與轉(zhuǎn)筒壁接觸時傳熱，茶葉內(nèi)的水分蒸發(fā)通過茶葉的毛細管排出，使水分脫離茶葉，達到茶葉脫水干燥的目的。茶葉干燥過程中要求傳熱快，溫度均勻，但茶葉溫度有一個短時急速升高的過程，單位時間脫水量逐漸增加，直至達到熱動平衡。達到熱動平衡后，茶葉所吸熱量主要用于自由水的脫水，干燥速率達到恒定值，茶葉溫度趨于相對平衡。等茶葉干燥達到含水率要求后，將茶葉通過出料裝置取出。
2、茶葉在轉(zhuǎn)筒中的動力學(xué)分析及最佳轉(zhuǎn)速確定
    茶葉在轉(zhuǎn)筒中運動時，受到摩擦力和重力的作用，茶葉被帶到一定的高度后自由下落，均勻受熱的筒體把熱量傳給茶葉散發(fā)水分，達到干燥的目的。如果筒體轉(zhuǎn)速太快，茶葉由于離心力的作用始終隨筒壁做圓周運動，茶葉不易拋撒，這樣不利于茶葉水蒸汽散發(fā)，使茶葉帶有一定的水悶氣而影響茶葉的質(zhì)量和干燥效果；轉(zhuǎn)速太慢，由于茶葉重力的作用，茶葉未能運動到一定的高度就沿筒壁自動下滑，雖然能起到一定的搓條作用，但茶葉仍不能拋撒到空中，水分不能盡快排除，同樣影響茶葉的品質(zhì)和干燥的速度。經(jīng)分析可知，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速太快或太慢都會影響到茶葉的品質(zhì)和干燥效果，并且熱量有效利用率均很低。因此，對轉(zhuǎn)筒的最佳轉(zhuǎn)速進行探討和研究很有必要。
茶葉在轉(zhuǎn)筒中的動力學(xué)分析
    由于摩擦力、重力、離心力和筒壁對于茶葉法向反作用力的關(guān)系，使得茶葉與筒壁一起作勻速圓周運動。同時，茶葉不斷地在筒壁處轉(zhuǎn)動。當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速適度時，茶葉隨筒壁到了一定高度，由于其重力的作用，茶葉便開始脫離筒壁作斜拋運動，茶葉自身攜帶的水蒸汽便在拋射的過程中散發(fā)在簡體空間，而不會產(chǎn)生水悶氣。同時茶葉與筒壁的接觸過程中，由于自身的轉(zhuǎn)動，而形成條索的緊結(jié)。由于筒體做圓周運動，使茶葉的這種拋射和轉(zhuǎn)動周而復(fù)始地進行，達到了干燥和緊條的目的。
3、轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速對茶葉品質(zhì)的影響試驗
3.1試驗材料及設(shè)備
    試驗材料為綠茶茶坯。試驗設(shè)備為浙江富陽茶機廠生產(chǎn)的50型轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機(R 0.5 m)；水分檢測儀為杭州大吉光電儀器有限公司生產(chǎn)的SH10A型茶葉水分快速測定儀。
3.2試驗茶評價指標
    茶葉科學(xué)研究離不開試驗茶的感官審評，該試驗中將試驗茶的審評結(jié)果作為該實驗的評價指標。試驗采用綠茶為試驗茶，取外形、香氣、滋味、湯色、葉底五因子為評價指標，其權(quán)數(shù)分別為20%，30%，30%，10%，10%。
3.3試驗方法
    試驗中采用感官評分法對茶葉的干燥效果進行評價，感官評分法是審評人員用感官來鑒別茶葉品質(zhì)的過程。即按GB/ T23776-2009標準規(guī)定的方法，審評人員運用正常的視覺、嗅覺、味覺和觸覺的辨別能力，對茶葉產(chǎn)品的外形、湯色、香氣、滋味與葉底等品質(zhì)因子進行審評，從而達到鑒定茶葉品質(zhì)的目的。試驗中由10位己獲得國家職業(yè)資格的評茶員組成品質(zhì)評定小組，采用密碼審評方式，按照GB/ T23776-2009茶葉感官審評方法規(guī)定進行評分后計算加權(quán)平均值。將含水率為25%～30%的綠茶茶坯，在轉(zhuǎn)筒熱風(fēng)溫度為220～245℃，投葉量為10 kg，干燥時間均為25 min條件下，根據(jù)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動的不同轉(zhuǎn)速對茶葉進行干燥，當(dāng)茶葉含水率達到5%以下時進行取樣，采用感官評分法對茶葉的五項指標進行評分并與干燥前的茶葉比較質(zhì)量的差異。
3.4結(jié)果與分析
     試驗結(jié)果如表1所示。
    由表1可得到，當(dāng)轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速為40 r/min時，茶葉干燥的效果最佳，驗證了理論分析是合理準確的�？紤]到實際生產(chǎn)中的控制精度問題，確定轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速為35～40 r/min為宜。當(dāng)干燥烘干機轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速在35～40r/min時干燥得到的茶葉與干燥前比較，質(zhì)量有較大提高，茶葉干燥前后的比較結(jié)果見表2。
    審評結(jié)果表明：干燥后綠茶的湯色與葉底色澤略加深，但香氣與滋味比干燥前均得到較大的改善，表現(xiàn)為青草氣消失，出現(xiàn)良好的板栗香氣；滋味更加柔和協(xié)調(diào)，并出現(xiàn)回甘的滋味特點。同時，茶葉的緊條效果也得到較大改善，可見茶葉在轉(zhuǎn)筒的最佳轉(zhuǎn)速時干燥，茶葉的品質(zhì)有明顯提高。
4、結(jié)論
    1)該文對轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機的茶葉進行動力學(xué)和運動軌跡進行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)茶葉在轉(zhuǎn)筒中有效干燥最大時間和最長軌跡建立了數(shù)學(xué)模型，求得轉(zhuǎn)筒的最佳轉(zhuǎn)速分別為32 r/min和40 r/min。綜合考慮實際情況，當(dāng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速在35—40 r/min時，茶葉的干燥效果最好．且熱能的有效利用率最高。
    2)試驗證明：當(dāng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速在40 r/min時，茶葉的干燥效果最佳�？紤]到實際控制精度，轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速在35～40 r/min時茶葉的干燥質(zhì)量較好。干燥后的茶葉與干燥前相比，色、香、味均有較大提高。試驗結(jié)果與理論相符，驗證了理論分析是合理的。
    3)該文轉(zhuǎn)筒的最佳轉(zhuǎn)速研究是針對茶葉穩(wěn)定加熱階段的轉(zhuǎn)速，而在茶葉在預(yù)熱和后處理階段，轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)按實際進行調(diào)整。按各干燥階段的要求，精確控制各階段的轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速，茶葉品質(zhì)會進一步改善。