一种节能型智能化滚筒式茶叶杀青及炒干装置的制作方法

本发明属于茶叶加工设备技术领域，特别涉及一种节能型智能化滚筒式茶叶杀青及炒干装置。

背景技术：

杀青是绿茶加工工艺的第一道工序，也是影响茶叶品质最为关键的一道工序。市场上普遍使用的杀青机是滚筒式杀青机，鲜茶叶在滚筒内做轴向前进及翻滚运动，利用加热装置对鲜茶叶加热，完成杀青过程。杀青机械必须在短时间内迅速使鲜叶温度升高，钝化酶的活性，在整个杀青过程中，要求温度调节方便、温度变化幅度不能太大，否则难以保证茶叶品质。而多酚氧化酶的最适宜温度是52 ⁰C，钝化临界温度为85 ⁰C。因此，要求杀青机械能迅速使鲜叶温度升到85 ⁰C以上，并将叶温保持一定时间，彻底破坏氧化酶的活性。另外，在杀青过程中，鲜茶叶因失水导致滚筒内湿度过大，若滚筒内湿度超过60～65 ⁰C时，会使杀青叶闷黄，影响茶叶品质。

目前市场上茶叶杀青机是利用滚筒外部的高温加热滚筒外壁，再通过热传导实现滚筒内的鲜茶叶杀青工艺，热转换效率不高，能源损耗大。杀青机滚筒内的温湿度控制不稳定，整个杀青过程自动化程度低，操作差异性大，主要依赖制茶师经验，不能满足茶叶加工机械智能化、节能化、自动化的需求。

茶叶炒干机的加热系统也是茶叶炒干机装置的一个关键核心部件，加热系统直接决定了炒干工艺是否高效、节能、环保。滚筒式茶叶炒干机加热部分也是采用在滚筒下方的位置放置加热炉，存在与滚筒杀青机类似的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种高效、节能环保，价格低廉，茶叶杀青均匀且质量有保障的节能型智能化滚筒式茶叶杀青及炒干装置。

本发明专利解决的技术问题所采用的技术方案是：一种节能型智能化滚筒式茶叶杀青及炒干装置，包括机架、滚筒、红外加热系统、传感系统、进料口、出料口、从动托轮、主动托轮、驱动系统以及控制系统，其中：所述控制系统固定于机架的左侧，机架的右侧端面上固定有所述进料口和出料口，所述机架上还固定有一组从动托轮和一组主动托轮；

所述滚筒横向布置于机架上，通过所述从动托轮和主动托轮支撑，同时可被主动托轮通过摩擦力带动并绕中心轴线自转，其左右两端为开口面，开口面的截面积要小于所述滚筒的最大横截面，左端开口上设置有排气挡罩，所述排气挡罩与所述风扇罩紧邻，滚筒右端开口上焊接有导板，所述筒体的外侧套有一层保温筒，所述筒体内表面上焊接有若干数量的长条形导叶板和螺旋导叶片；

所述红外加热系统悬挂于所述滚筒的中心轴线位置，包括通过法兰与所述风扇支撑轴固定连接的红外管支撑管，所述红外管支撑管两端固定有支撑座，支撑座为椭圆形，其上设置有通孔结构，两端支撑座之间的通孔一一对应，通孔之间安装有红外辐射管，支撑座与红外辐射管之间通过陶瓷绝缘端子进行绝缘处理，所述红外管支撑管上还安装有红外金属罩；

所述驱动系统包括有大电机和小电机，所述大电机轴伸端安装有链轮，所述链轮通过链条与主动托轮传动连接，所述小电机通过皮带与所述带轮传动连接；

所述滚筒内还设置有传感系统，所述传感系统包括测量滚筒内温度的温度传感器、测量红外辐射管的红外测温传感器以及测量滚筒内湿度的湿度传感器，所述传感系统包括温度传感器、红外测温传感器以及湿度传感器均通过导线悬挂于滚筒内；

所述红外辐射管、温度传感器、红外测温传感器、湿度传感器、大电机以及小电机均与所述控制系统电性连接。

所述机架的左侧还设置有抽湿排叶系统，所述抽湿排叶系统包括风扇支撑轴，所述风扇支撑轴通过轴片与机架固定连接，风扇支撑轴上套装有带轮，所述带轮通过其内部左右两端的两个轴承与风扇支撑轴形成转动连接，所述左端轴承通过风扇支撑轴上的阶梯结构和卡簧进行轴向固定，其右端轴承通过卡簧以及法兰进行轴向固定，所述左右两端轴承之间装有轴套，所述带轮的右侧面固定连接有风扇，所述风扇外设置有风扇罩。

所述从动托轮共有2个，所述主动托轮共有2个，所述4个托轮位于同一水平面且大小相同。

所述风扇支撑轴、滚筒以及红外管支撑管中心轴线共线。

所述风扇支撑轴、滚筒以及红外管支撑管均为SUS304不锈钢材质。

所述风扇支撑轴和红外管支撑管为中空心结构，所述导线可从风扇支撑轴和红外管支撑管内部穿过与所述控制系统连接。

所述螺旋导叶片共有3条，其螺旋升角为30°，厚度2mm，高度为33mm，并垂直于所述滚筒的内表面；所述导板共有6片，其螺旋升角为15°，厚度为2mm，高度为72mm。

所述大电机1 1和小电机15均采用变频电机。

所述控制系统采用STM32F103ZET6控制器，湿度传感器的DAT引脚与控制器的PA0引脚连接，湿度传感器的GND引脚与电源地相连接，湿度传感器的VCC引脚与VCC_3.3连接。红外测温传感器的SDA引脚与控制器的PA1引脚连接，红外测温传感器的SCL引脚与控制器的PA2相连接，红外测温传感器的VCC引脚与VCC_3.3相连接，红外测温传感器的GND引脚与电源地相连接。温度传感器的SCK引脚与控制器的PA3引脚连接，温度传感器的CS引脚与控制器的PA4相连接，温度传感器的SO引脚与控制器的PA5相连接，温度传感器的VCC引脚与VCC_3.3相连接，温度传感器的GND引脚与电源地相连接。串口屏的TXD引脚接控制器的PA10引脚，串口屏的RXD引脚接控制器的PA9引脚，串口屏的VCC引脚接VCC_5，串口屏的GND引脚接电源地，AMS1117引脚1接电源地，引脚2接电源地，引脚3接VCC_5，引脚4接VCC_3.3。滚筒正转继电器1脚接滚筒正转交流接触器4脚，滚筒正转继电器3脚接滚筒正转交流接触器5脚，滚筒正转继电器4脚接控制器PE0脚，滚筒正转继电器5脚接电源地，滚筒反转继电器1脚接滚筒反转交流接触器4脚，滚筒反转继电器3脚接滚筒反转交流接触器5脚，滚筒反转继电器4脚接控制器PE1脚，滚筒反转继电器5脚接电源地，风扇正转继电器1脚接风扇正转交流接触器4脚，风扇正转继电器3脚接风扇正转交流接触器5脚，风扇正转继电器4脚接控制器PE2脚，风扇正转继电器5脚接电源地，风扇反转继电器1脚接风扇反转交流接触器4脚，风扇反转继电器3脚接风扇反转交流接触器5脚，风扇反转继电器4脚接控制器PE3脚，风扇反转继电器5脚接电源地，红外加热管一继电器1脚接红外加热管一交流接触器4脚，红外加热管一继电器3脚接红外加热管一交流接触器5脚，红外加热管一继电器4脚接控制器PE4脚，红外加热管一继电器5脚接电源地，红外加热管二继电器1脚接红外加热管二交流接触器4脚，红外加热管二继电器3脚接红外加热管二交流接触器5脚，红外加热管二继电器4脚接控制器PE5脚，红外加热管二继电器5脚接电源地。

本发明采用上述技术方案后，其有益效果是：

1、相对于传统的杀青机械以煤、柴火为热源，以红外辐射为热源，具有节能、环保等优点。

2、将热源置于滚筒中心，能将能量从红外管直接辐射到茶叶表面，热能利用率高，能耗少。

3、滚筒由304不锈钢制成，不锈钢板材表面会反射红外辐射热量，同时其外层外套有保温层，减少热量的散失，大大提高能量的利用率。

4、红外支撑管与风扇支撑轴由法兰盘连接，便于装拆。

5、本杀青装置上装有抽湿排叶系统，当杀青过程中，滚筒内水蒸气含量超过设定值时，排气扇会立即反转，排除湿气。当杀青结束时，排气扇立即正转，控制系统同时增大风扇转速，给杀青叶一个向前的推力，缩短杀青叶排出滚筒的时间，防止杀青叶在滚筒内停留时间过长而烧焦。

6、本杀青机滚筒内装有螺旋升角为30°的螺旋形导叶片，在滚筒右端部装有螺旋升角为15°的导板，该结构设计大大增强了杀青机对茶叶的翻抛作用，以及良好的进、出叶功能。

7、本杀青机械红外加热系统的红外辐射管由两对半椭圆形支撑座固定于支撑管上，使红外辐射管置于滚筒中下部，将热源直接加热到滚筒底部茶叶，提高热源利用率。红外辐射管与支撑座之间装有陶瓷绝缘端子，以防止导电；椭圆形上开有多个通孔，可根据不同类别、不同季节的茶叶杀青需求而调整红外管数；支撑管上还安装有半圆弧形红外金属罩，防止茶叶随滚筒转动上升时，掉落在红外辐射管上，导致烧焦。

8、本装置采用机械与控制部分相结合，由变频电机控制传动系统，在滚筒内部安装有温度传感器、红外测温传感器以及湿度传感器，可以实时监测滚筒内的杀青情况，并且把信息传递给控制系统 ，控制系统根据传回来的数据与初设参数相比较，自动控制杀青滚筒和排气扇的正反转及滚筒转速，实现了茶叶杀青的自动化、智能化。杀青后所得的茶叶色泽嫩绿、口感醇厚、香气宜人。

9、本装置除杀青功能以外，还可以通过控制系统调节大电机转速，以及红外辐射管的加热温度，从而实现茶叶的炒干功能，实现装置的多功能化。

附图说明

图1为本发明的杀青装置结构示意图；

图2为本发明的滚筒结构示意图；

图3为本发明的红外加热系统结构示意图；

图4为本发明的抽湿排叶系统结构示意图；

图5为本发明的传感系统安装示意图；

图6为本发明的滚筒内螺旋片局部结构放大图；

图7为本发明的控制系统引脚连接的局部放大图I；

图8为本发明的控制系统引脚连接的局部放大图II；

其中：1、机架，2、轴片，3、风扇罩，4、抽湿排叶系统，4-1、风扇支撑轴，4-2、带轮，4-3、风扇，4-4、卡簧，4-5、轴承，4-6、轴套，4-7、法兰，5、滚筒，5-1、排气挡罩，5-2、保温筒，5-3、长条形导叶板，5-4、螺旋导叶片，5-5、导板，6、红外加热系统，6-1、红外管支撑管，6-2、红外金属罩，6-3、支撑座，6-4、陶瓷绝缘端子，6-5、红外辐射管，7、传感系统，7-1、温度传感器，7-2、红外测温传感器，7-3、湿度传感器，8、进料口，9、出料口，10、从动托轮，11、大电机，12、链轮，13、链条，14、主动托轮，15、小电机，16、皮带，17、控制柜，18、导线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅仅局限于下述实施例。

实施例1，一种节能型智能化滚筒式茶叶杀青及炒干装置，包括机架1、滚筒5、红外加热系统6、进料口8、出料口9、从动托轮10、主动托轮14、驱动系统，其中：所述机架1的右侧端面上固定有所述进料口8和出料口9，所述机架1上还固定有一组从动托轮10和一组主动托轮14，所述滚筒5由从动托轮10和主动托轮14支撑，所述红外加热系统6位于所述滚筒5内。

实施例2，一种节能型智能化滚筒式茶叶杀青及炒干装置，包括机架1、滚筒5、红外加热系统6、传感系统7、进料口8、出料口9、从动托轮10、主动托轮14、驱动系统以及控制系统17，其中：所述控制系统17固定于机架1的左侧，机架1的右侧端面上固定有所述进料口8和出料口9，所述机架1上还固定有一组从动托轮10和一组主动托轮14，所述滚筒5由从动托轮10和主动托轮14支撑，所述红外加热系统6和传感系统7位于所述滚筒5内，所述驱动系统包括大电机11，所述大电机11与主动托轮14传动连接，所述红外加热系统6、传感系统7和大电机11均与控制系统17电性连接。

实施例3，如图1、2、3、5、6所示，一种节能型智能化滚筒式茶叶杀青装置，包括机架1、滚筒5、红外加热系统6、传感系统7、进料口8、出料口9、从动托轮10、主动托轮14、驱动系统以及控制系统17，其中：控制系统17固定于机架1的左侧，机架1的右侧端面上固定有进料口8和出料口9，机架1上还固定有一组从动托轮10和一组主动托轮14；

滚筒5横向布置于机架上，通过从动托轮10和主动托轮14支撑，同时可被主动托轮14通过摩擦力带动并绕中心轴线自转，其左右两端为开口面，开口面的截面积要小于滚筒5的最大横截面，左端开口上设置有排气挡罩5-1，排气挡罩5-1与风扇罩3紧邻，滚筒5右端开口上焊接有导板5-5，筒体5的外侧套有一层保温桶5-2，筒体5内表面上焊接有若干数量的长条形导叶板5-3和螺旋导叶片5-4；

红外加热系统6悬挂于滚筒5的中心轴线位置，包括通过法兰4-7与风扇支撑轴4-1固定连接的红外管支撑管6-1，红外管支撑管6-1两端固定有支撑座6-3，两端的支撑座6-3之间安装有红外辐射管6-5，支撑座6-3与红外辐射管6-5之间通过陶瓷绝缘端子6-4进行绝缘处理，红外管支撑管6-1上还安装有红外金属罩6-2；

驱动系统包括有大电机11和小电机15，大电机11轴伸端安装有链轮12，链轮12通过链条13与主动托轮14传动连接，小电机15通过皮带16与带轮4-2传动连接；

滚筒5内还设置有传感系统7，传感系统7包括测量滚筒5内温度的温度传感器7-1、测量红外辐射管6-5的红外测温传感器7-2以及测量滚筒5内湿度的湿度传感器7-3，温度传感器7-1、红外测温传感器7-2以及湿度传感器7-3均通过导线18悬挂于滚筒5内；

所述红外辐射管6-5、温度传感器7-1、红外测温传感器7-2、湿度传感器7-3、大电机11以及小电机15均与所述控制系统17电性连接。

实施例4，如图1、4所示，机架1的左侧还设置有抽湿排叶系统4，抽湿排叶系统4包括风扇支撑轴4-1，风扇支撑轴4-1通过轴片2与机架1固定连接，风扇支撑轴4-1上套装有带轮4-2，带轮4-2通过其内部左右两端的两个轴承4-5与风扇支撑轴4-1形成转动连接，左端轴承4-5通过风扇支撑轴4-1上的阶梯结构和卡簧4-4进行轴向固定，其右端轴承4-5通过卡簧4-4以及法兰4-7进行轴向固定，左右两端轴承4-5之间装有轴套4-6，带轮4-2的右侧面安装有风扇4-3，风扇4-3外设置有风扇罩3，其余同实施例3。

实施例5，优选的，从动托轮10共有2个，主动托轮14共有2个，4个托轮位于同一水平面且大小相同，其余同实施例3。

实施例6，优选的，风扇支撑轴4-1、滚筒5以及红外管支撑管6-1中心轴线共线，其余同实施例4。

实施例7，优选的，风扇支撑轴4-1、滚筒5以及红外管支撑管6-1均为SUS304不锈钢材质，其余同实施例4。

实施例8，优选的，风扇支撑轴4-1和红外管支撑管6-1为中空心结构，导线18可从风扇支撑轴4-1和红外管支撑管6-1内部穿处与控制系统17连接，其余同实施例4。

实施例9，优选的，螺旋导叶片5-4共有3条，其螺旋升角为30°，厚度2mm，高度为33mm，并垂直于滚筒5的内表面；导板5-5共有6片，其螺旋升角为15°，厚度为2mm，高度为72mm，其余同实施例3。

实施例10，优选的，控制系统17采用STM32F103ZET6控制器，湿度传感器的DAT引脚与控制器的PA0引脚连接，湿度传感器的GND引脚与电源地相连接，湿度传感器的VCC引脚与VCC_3.3连接。红外测温传感器的SDA引脚与控制器的PA1引脚连接，红外测温传感器的SCL引脚与控制器的PA2相连接，红外测温传感器的VCC引脚与VCC_3.3相连接，红外测温传感器的GND引脚与电源地相连接。温度传感器的SCK引脚与控制器的PA3引脚连接，温度传感器的CS引脚与控制器的PA4相连接，温度传感器的SO引脚与控制器的PA5相连接，温度传感器的VCC引脚与VCC_3.3相连接，温度传感器的GND引脚与电源地相连接。串口屏的TXD引脚接控制器的PA10引脚，串口屏的RXD引脚接控制器的PA9引脚，串口屏的VCC引脚接VCC_5，串口屏的GND引脚接电源地，AMS1117引脚1接电源地，引脚2接电源地，引脚3接VCC_5，引脚4接VCC_3.3。滚筒正转继电器1脚接滚筒正转交流接触器4脚，滚筒正转继电器3脚接滚筒正转交流接触器5脚，滚筒正转继电器4脚接控制器PE0脚，滚筒正转继电器5脚接电源地，滚筒反转继电器1脚接滚筒反转交流接触器4脚，滚筒反转继电器3脚接滚筒反转交流接触器5脚，滚筒反转继电器4脚接控制器PE1脚，滚筒反转继电器5脚接电源地，风扇正转继电器1脚接风扇正转交流接触器4脚，风扇正转继电器3脚接风扇正转交流接触器5脚，风扇正转继电器4脚接控制器PE2脚，风扇正转继电器5脚接电源地，风扇反转继电器1脚接风扇反转交流接触器4脚，风扇反转继电器3脚接风扇反转交流接触器5脚，风扇反转继电器4脚接控制器PE3脚，风扇反转继电器5脚接电源地，红外加热管一继电器1脚接红外加热管一交流接触器4脚，红外加热管一继电器3脚接红外加热管一交流接触器5脚，红外加热管一继电器4脚接控制器PE4脚，红外加热管一继电器5脚接电源地，红外加热管二继电器1脚接红外加热管二交流接触器4脚，红外加热管二继电器3脚接红外加热管二交流接触器5脚，红外加热管二继电器4脚接控制器PE5脚，红外加热管二继电器5脚接电源地，其余同实施例4。

实施例11，优选的，控制系统17可调节滚筒5转速为30～45r/min，红外辐射管6-5加热温度为70～300℃，在该工况条件下，本装置可实现茶叶炒干功能，其余同实施例4。实验例：不同类型杀青机的性能对比

本装置的滚筒采用直径为60mm与滚筒直径都为60mm的电加热滚筒式杀青机及微波式滚筒杀青机装置性能进行比较，在相同茶鲜叶及相同杀青鲜叶重量等条件下，本装置在提高生产效率、节约能耗和劳工方面都得到了很大提高。电加热型杀青机功率为16KW，预热时间120s，杀青时间300s，能耗13.6KW/h，节约劳工30%；微波式杀青机功率为10.5KW，预热时间70s，杀青时间180s，能耗8.5KW/h，节约劳工30%。而本装置功率为8KW，预热时间60s，为电加热型的50%，微波式的86%；本装置生产效率最高，杀青10Kg鲜茶叶仅需142s，较微波式提高了2.8%，但比电加热型提高了一倍多；在能耗方面，本装置能耗3.2KW/h，较电加热型和微波式分别节约能耗76.5%和62.4%。且本装置是全自动化操作，能节约劳工90%左右，而电加热型和微波式是半自动化操作，只能节约劳工30%左右。

本装置的工作原理是：

首先，在控制系统17上设定滚筒内鲜茶叶的杀青温度、滚筒内杀青叶规定的湿度以及杀青时间的初始参数，控制系统17发出指令，开启红外辐射管6-5开始加热，同时启动大电机11，通过链轮12及链条13的传动，带动主动托轮14顺时针旋转，因主动托轮14的摩擦力作用，滚筒5逆时针旋转。温度传感器7-1检测到滚筒5内温度到达设定值时，向控制系统17反馈信号，茶叶开始从进料口8进入滚筒5内进行杀青，茶叶在滚筒5内随着长条形导叶板5-3和螺旋导叶片5-4的转动进行移动和翻抛，当超过30s后，茶叶移动到滚筒5尾部，此时，控制系统17发出指令，大电机11反转，从而驱动滚筒5顺时针旋转，当超过30s后，滚筒5再反转，以此往复。在杀青过程中设置在滚筒5内部的温度传感器7-1、红外测温传感器7-2以及湿度传感器7-3实时采集滚筒5内杀青数据并传给控制系统17，当杀青进行到一定时间时，湿度传感器7-3检测到滚筒5内湿度高于初始设定值，给控制系统17反馈一个电信号，控制系统17接收信号后发出指令，小电机15启动，通过皮带16驱动带轮4-2开始旋转，从而使得风扇4-3顺时针旋转，抽出滚筒5内多余水蒸气，当检测到滚筒5内湿度低于设定值时，风扇4-3停止转动。当杀青进行到预设时间时，控制系统17发出指令，大电机11反转，从而驱动滚筒5顺时针旋转，小电机15也反转，带动风扇4-3逆时针旋转，同时控制系统增大风扇转速，向筒内茶叶提供助推气流，使茶叶沿导板5-5，从出料口9快速排出，完成一次杀青全过程。

茶叶的炒干工艺操作，同样在控制系统17上设定滚筒内的炒干温度为75 ⁰C、滚筒转速为42r/min、滚筒内的湿度规定值以及炒干时间的初始参数，控制系统17发出指令，开启红外辐射管6-5开始加热，同时启动大电机11，通过链轮12及链条13的传动，带动主动托轮14顺时针旋转，因主动托轮14的摩擦力作用，滚筒5逆时针旋转。温度传感器7-1检测到滚筒5内温度到达设定值时，向控制系统17反馈信号，茶叶开始从进料口8进入滚筒5内进行炒干，茶叶在滚筒5内随着长条形导叶板5-3和螺旋导叶片5-4的转动进行移动和翻抛，当超过30s后，茶叶移动到滚筒5尾部，此时，控制系统17发出指令，大电机11反转，从而驱动滚筒5顺时针旋转，当超过30s后，滚筒5再反转，以此往复。在炒干过程中设置在滚筒5内部的温度传感器7-1、红外测温传感器7-2以及湿度传感器7-3实时采集滚筒5内数据并传给控制系统17，当炒干进行到一定时间时，湿度传感器7-3检测到滚筒5内湿度高于初始设定值，给控制系统17反馈一个电信号，控制系统17接收信号后发出指令，小电机15启动，通过皮带16驱动带轮4-2开始旋转，从而使得风扇4-3顺时针旋转，抽出滚筒5内多余水蒸气，当检测到滚筒5内湿度低于设定值时，风扇4-3停止转动。当炒干进行到预设时间时，控制系统17发出指令，大电机11反转，从而驱动滚筒5顺时针旋转，小电机15也反转，带动风扇4-3逆时针旋转，同时控制系统增大风扇转速，向筒内茶叶提供助推气流，使茶叶沿导板5-5，从出料口9快速排出，完成一次炒干操作。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。