一种自动化滚筒式茶叶炒干机.pdf

1、10申请公布号CN102318688A43申请公布日20120118CN102318688ACN102318688A21申请号201110162293X22申请日20110616A23F3/06200601G05B19/0520060171申请人长沙湘丰茶叶机械制造有限公司地址410158湖南省长沙市金井镇脱甲街长沙湘丰茶叶机械制造有限公司72发明人汤哲张立周建勇朱克军谢新苗54发明名称一种自动化滚筒式茶叶炒干机57摘要一种自动化滚筒式茶叶炒干机，涉及制茶机械领域，包括机架（1）、滚筒（2）、保温罩壳（3）、进料斗（4）、除尘排湿装置（5）、热源装置（6）、自动控制系统（7）、传动系统（8），

2、其特征在于所述自动控制系统（7）中采用基于PID的温度控制方法，根据系统的误差，利用比例、积分微分计算出控制量进行线性控制，节约了成本，提高热效益。所述的除尘排湿装置（5），可以抽取滚筒内的小茶末和灰尘，大大减轻了车间的污染，炒干过程中产生湿气也被及时抽出，避免了茶叶闷黄等质量问题。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图3页CN102318690A1/2页21一种自动化滚筒式茶叶炒干机，包括机架（1）、滚筒（2）、保温罩壳（3）、进料斗（4）、除尘排湿装置（5）、热源装置（6）、自动控制系统（7）、传动系统（8），滚筒（2）置于机架（1）上，

3、通过传动系统（8）转动，保温罩壳（3）包覆滚筒（2），进料斗（4）位于滚筒的一侧，热源装置（6）嵌入式安装在保温罩壳（3）的下半部分，其特征在于所述自动控制系统（7）中采用基于PID的温度控制方法，根据系统的误差，利用比例、积分微分计算出控制量进行线性控制，其数学表达式为其中为UT控制量，ET为系统偏差量；KP为比例系数，是输出控制量与系统输出偏差的比例关系，该参数决定控制的灵敏度；TI为积分时间常数，积分的目的是消除系统偏差；TD为微分时间常数，该参数决定了系统的反应速度；温度控制系统的PID模块要设定以上三个参数和温度值，温度传感器和电磁阀组成的闭环控制系统；其中，以温度传感器信号作为反馈

4、信号，通过PLC模拟量输出控制燃烧系统燃气电磁阀，控制量UT通过010V电压输出控制电磁阀开闭从而实现火力大小的控制，电磁阀的开闭程度与电压成比例关系。2根据权利要求1所述的滚筒式茶叶炒干机，其特征在于滚筒（2）为双锥形，通过设置在机架（1）上的主轴（9）、拖轮（10）传动，在滚筒端部设置了与拖轮（10），配合运转的小口径滚圈（14），小口径滚圈（14）同时作为进茶口。3根据权利要求1或2所述的炒干机，其特征在于所述滚筒（2）进茶口端设有端板（11），端板（11）上开有出料口（12）和设有进气筛网（13）。4根据权利要求1或者2所述的炒干机，其特征在于所述滚筒（2）进茶口端设有出料导叶片（15

5、），出料导叶片（15）数量为2片，平行设置于滚筒（2）内,所述出料导叶片（15）与端板（11）上出料口（12）衔接，滚筒（2）正转时茶叶在滚筒（2）内翻转炒干，滚筒（2）反转时出料导叶片使茶叶通过与端板上出料口离开滚筒（2）。5根据权利要求1或者2所述的炒干机，其特征在于所述的进料斗（4）活动连接在机架上,与小口径滚圈（14）保持510毫米间隙。6根据权利要求1或2所述的炒干机，其特征在于所述的除尘排湿装置（5）安装离心风机（17）、圆锥型吸尘罩（18）、旋风式除尘器（16）、减速传动装置（19）、变频电机（20），其中，变频电机（20）通过减速传动装置（19）带动离心风机（17）旋转，抽取滚

6、筒（2）内的小茶末和灰尘，将小茶末和灰尘送往旋风式除尘器（16）。7根据权利要求6所述的炒干机，其特征在于所述的圆锥形吸尘罩（18）大口径端通过螺栓密闭安装在滚筒（2）的筛网（21）后端，小口径端伸入离心风机（17）的进风口处，与离心风机罩壳为510毫米的旋转间隙。8根据权利要求1所述的炒干机，其特征在于所述的自动控制系统（7）包括控制柜体（22）、变频器（23）、可编程控制器（24）、低压电器（25）、红外线非接触式温度传感器（26）、触摸控制屏（27），红外线非接触式温度传感器（26）安装在机架（1）上，透过所述保温罩壳（3）的检测孔（28），非接触式地测量滚筒（1）外壁的实时温度，变频器

7、（23）调节滚筒（2）的速度及正反转、控制除尘排湿装置（5）离心风机（17）风量的大小，可编程控制器（24）通过红外线非接触式温度传感器（26）控制反馈滚筒（2）的温度。权利要求书CN102318688ACN102318690A2/2页39根据权利要求1所述的炒干机，其特征在于所述的热源装置（6）包括红外线金属燃烧器（29）、伺服风机（30）、电磁阀组（31）、燃气管道（32），其中，电磁阀组（31）控制燃烧器（29）所需燃气量的大小，伺服风机（30）控制红外线金属燃烧器（29）所需的空气量，红外线燃烧器（29）采用金属纤维作为燃烧炉头。权利要求书CN102318688ACN102318690

8、A1/4页4一种自动化滚筒式茶叶炒干机0001技术领域本发明涉及一种炒干机，特别涉及滚筒式茶叶炒干机。0002技术背景炒青是我国绿茶中的主要大宗茶，在制作过程中，炒干是重要工序。它主要起去水、紧条、定型和提香等作用。目前，传统炒干机已经有很多公开相关专利。实用新型专利筒式茶叶整形炒干机（中国专利申请号88212422，公开日1988年11月23日）公开了一种改进炒干机，改进的关键就是利用整形板，配合筒体稜骨和离心力将茶叶带到水平位置，使茶叶均匀的呈抛物线下落，避免了茶叶与筒壁撞击、挤压和结块，从而使毛茶外形圆、紧、直。实用新型专利制茶用连续炒干机（中国专利申请号2005201028034，公开

9、日2006年7月26日）公开的炒干机采用热风作为热源，通过调节滚筒轴心与地面之间倾角角度实现调节茶叶在滚筒内的滞留时间，这种炒干机的茶叶进出可以连续进行。实用新型专利炒干机（中国专利申请号2009201930549，公开日2009年8月27日）公开的炒干机利用热源体传输管路给炒干机加热，热源体传输管路沿筒体外壁或内壁圆周方向S型缠绕，这种导热结构升温快、温度易控、热能利用率高。发明专利新型炒干机（中国专利申请号2009100638308，公开日2010年4月7日）公开的炒干机采用转轴通过连接件和支撑杆与加热筒连接的方式，加热筒做成中部凸起、两边收紧的凌锥形，其截面为八边形，这种结构有利于物料在

10、加热筒内充分翻炒、加热，炒干机的导叶板也经过特殊设计，有利于物料的进出，也有利于提高炒茶质量。发明专利茶叶成形炒干机（中国专利申请号2008100602509，公开日2008年9月3日）公开一种茶叶成型炒干机，该机通过对现有适合流水线生产的炒干机结构的改进，能使被炒茶叶在炒干过程中逐渐被造形而生产出球形茶叶。0003以上这些公开的炒干机归纳起来主要存在以下方面的缺陷，1、炒茶过程的温度、时间控制没有实现自动化，制茶靠人为掌握，即看茶做茶，还对工人的技术水平依赖较高，所以制茶质量稳定性差、工人劳动强度大，综合经济效益不高。2、普遍采用金属瓶式炒干机，炒干燃料也主要采用煤、柴，不但热效率低而且炒干

11、所需温度较难掌握控制，而且煤炭、木柴燃烧所产生的灰尘容易污染茶叶；3、滚筒的前后都是敞开的，炒干过程中所产生的小茶末和灰尘也会因为滚筒旋转和尾部的排湿风扇散发的制茶车间，形成双重污染。4、滚筒出口较大，对工艺要求非常高，而且滚筒运转时负载较大，不平稳所产生的噪音很大；发明内容本发明针对背景技术中所提到的三个缺陷，提供一种设有除尘排湿装置的低噪音高效节能的自动化滚筒式茶叶炒干机。0004本发明解决上述问题所采用的基本技术方案是一种自动化滚筒式茶叶炒干机，包括机架1、滚筒2、保温罩壳3、进料斗4、除尘排湿装置5、热源装置6、自动控制系统7、传动系统8，滚筒2置于机架1上，通过传动系统8转动，保温罩

12、壳3包覆滚筒2，进料斗4位于滚筒的一侧，热源装置6嵌入式安装在保温罩壳3的下半部分，其特征在于自动控制系统7中采用基于PID的温度控制方法。现在工业上对于温度的控制大多数采用经典PID控制调节。PID控制器是一种线性控制器，根据系统的误差，利用比例、积分微分计算出控制量说明书CN102318688ACN102318690A2/4页5进行控制，其数学表达式为其中UT为控制量，ET为系统偏差量；KP为比例系数，是输出控制量与系统输出偏差的比例关系，该参数决定控制的灵敏度；TI为积分时间常数，积分的目的是消除系统偏差；TD为微分时间常数，该参数决定了系统的反应速度；温度控制系统的PID模块只要设定以

13、上三个参数和温度值，控制以PLC温度传感器和电磁阀组成的闭环控制系统；其中，以温度传感器信号作为反馈信号，通过PLC模拟量输出控制燃烧系统燃气电磁阀，控制量UT通过010V电压输出控制电磁阀开闭从而实现火力大小的控制，电磁阀的开闭程度与电压成比例关系。0005作为本发明的基本方案的改进方案之一所述滚筒2为双锥形，通过设置在机架1上的主轴9、拖轮10传动，在滚筒端部设置了与拖轮10，配合运转的小口径滚圈14，小口径滚圈14同时作为进茶口。0006所述的传动系统包括变频电机、主轴、减速链轮副、拖轮。0007所述滚筒2进茶口端设有端板11，端板11上开有出料口12和设有进气筛网13。进气筛网13的设

14、置保证了滚筒的透气性，端板回转中心上还安装了与拖轮配合运转的小口径滚圈14，小口径滚14圈同时也是进茶口，该结构使用小口径滚圈14与拖轮10配合旋转，大大降低了滚圈的加工难度，精度更加容易保证，既节约了成本又降低了滚筒运转额外负载，大大降低了滚筒运转时的噪音。0008作为本发明的基本方案的改进方案之二所述滚筒2进茶口端设有出料导叶片15，出料导叶片15数量为2片，平行设置于滚筒2内,所述出料导叶片15与端板11上出料口12衔接，滚筒2正转时茶叶在滚筒2内翻转炒干，滚筒2反转时出料导叶片使茶叶通过与端板上出料口离开滚筒2。0009所述的进料斗4活动连接在机架上,与小口径滚圈14保持510毫米间隙

15、。0010所述的保温罩壳上开有温度检测孔。0011作为本发明的基本方案的改进方案之三所述的除尘排湿装置5安装离心风机17、圆锥型吸尘罩18、旋风式除尘器16、减速传动装置19、变频电机20，其中，变频电机20通过减速传动装置19带动离心风机17旋转，抽取滚筒2内的小茶末和灰尘，将小茶末和灰尘送往旋风式除尘器16，经过旋风式除尘器的处理后，大部分小茶末和灰尘被吸收处理，大大减轻了车间的污染，炒干过程中产生湿气也被及时抽出，避免了茶叶闷黄等不良。0012所述的圆锥形吸尘罩18大口径端通过螺栓密闭安装在滚筒2的筛网21后端，小口径端伸入离心风机17的进风口处与离心风机罩壳为510毫米的旋转间隙。这种

16、间隙的设置，能隔绝外面的空气同时又能自如的旋转。0013作为本发明的基本方案的改进方案之四所述的自动控制系统7包括控制柜体22、变频器23、可编程控制器24、低压电器25、红外线非接触式温度传感器26、触摸控制屏27，红外线非接触式温度传感器26安装在机架1上，透过所述保温罩壳3的检测孔28，非接触式地测量滚筒1外壁的实时温度，变频器23调节滚筒2的速度及正反转、控制除尘排湿装置5离心风机17风量的大小，可编程控制器24通过红外线非接触式温度传感器26控制说明书CN102318688ACN102318690A3/4页6反馈滚筒2的温度，所述的自动控制系统7在可编程控制器24上设置自动运行程序，

17、让炒干机按照设定的转速、除尘排湿风量、滚筒温度自动运行。0014所述的红外线非接触式温度传感器安装在机架上，透过保温罩壳的检测孔可以非接触式地测量滚筒外壁的实时温度，并反馈给自动控制系统。通过变频器可以大范围的调节滚筒的速度及正反转、可以控制除尘排湿装置离心风机风量的大小，可编程控制器通过红外线非接触式温度传感器的温度反馈可以滚筒的温度进行控制，所述的自动控制系统还可以设置在可编程控制器上设置自动运行程序，让炒干机按照设定的转速、除尘排湿风量、滚筒温度自动运行，自动化程度很高、适应性非常强，尤其适合在自动化茶叶生产线中的应用推广。0015作为本发明的基本方案的改进方案之五所述的热源装置6包括红

18、外线金属燃烧器29、伺服风机30、电磁阀组31、燃气管道32，其中，电磁阀组31控制燃烧器29所需燃气量的大小，伺服风机30控制红外线金属燃烧器29所需的空气量，红外线燃烧器29采用金属纤维作为燃烧炉头，在燃烧时与空气完全预混，确保燃烧完全，从而降低污染物的排放、提高了燃烧效率，燃烧时通过辐射方式传递约70能量转变成红外线，此种红外线波（24M）最易被物质分子、高分子吸收，并具有较强的穿透力，能激发水分子发生共振、可将热量均匀的渗透到被加热物的核心深处，保证加热效果均匀，提高加热质量和烘干效率。红外线金属燃烧器29安装在滚筒2的下方，即嵌入式安装在保温罩壳的下半部分，红外线金属燃烧器29是长方

19、形的，所需燃料可以是液化石油气和液化天然气，此外，所述热源装置设有红外线非接触式温度传感器，热源装置发热量由自动控制系统控制，装置在机架上红外线非接触式温度传感器，可以通过检测滚筒外壁的实时温度，再反馈给自动控制系统，自动控制系统通过控制电磁阀组和伺服风机的开度来控制燃烧器火焰大小，调节滚筒温度。0016附图说明下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。0017附图1是本发明实施例的结构示意图；附图2本发明实施例进茶口端正面示意图；附图3采用PID温度控制系统控制线性图；具体实施方法参见图1、2。设有除尘排湿装置的低噪音高效节能的自动化滚筒式茶叶炒干机，主要结构由机架1、滚筒2、保温罩壳3、进

20、料斗4、除尘排湿装置5、热源装置6、自动控制系统7、传动系统8组成，所述的传动系统包括变频电机33、主轴9、减速链轮副34、拖轮10。0018滚筒2为双锥形，通过设置在机架2上的主轴9、拖轮10传动，滚筒进茶口端设有端板11，端板11上开有出料口12，并设有进气筛网13，端板11回转中心上还安装了与拖轮10配合运转的小口径滚圈14，小口径滚圈14同时也是进茶口，该结构使用小口径滚圈14与拖轮10配合旋转。滚筒2进茶口端设有出料导叶片15，该出料导叶片15与端板11上出料口12衔接，滚筒2正转时茶叶在滚筒2内翻转炒干，滚筒2反转时出料导叶片15使茶叶通过与端板11上出料口离开滚筒2。0019进料

21、斗4通过3毫米间隙设置活动安装在机架1上，位于滚筒2的进茶端，茶叶可说明书CN102318688ACN102318690A4/4页7以通过斜输的上料装置往进料斗4运送，经滚圈14进入滚筒2进行炒干作业。0020除尘排湿装置5安装在机架1上，位于滚筒1的与进茶口端相对的一端，包括旋风式除尘器16、离心风机17、圆锥型吸尘罩18、减速传动装置19、变频电机20。圆锥形吸尘罩18大口径端通过螺栓密闭安装在滚筒2的筛网21后端，圆锥形吸尘罩18小口径端伸入离心风机17的进风口处与离心风机罩壳有5毫米旋转间隙，变频电机20通过减速传动装置19带动离心风机17旋转，抽取滚筒2内的小茶末和灰尘，将小茶末和灰

22、尘送往旋风式除尘器16，经过旋风式除尘器16的处理后，大部分小茶末和灰尘被吸收处理，大大减轻了车间的污染。炒干过程中可以根据需要通过变频电机20调节离心风机17的除尘排湿量，驱动离心风机17的减速传动装置19、驱动滚筒2运转的传动系统8是单独的两套不同的系统，除尘排湿装置5的减速传动装置19采用空心轴设计，通过滚动轴承支撑在滚筒主轴9上，与滚筒主轴同心运转，但是各自的转速互不干涉，通过改变滚筒变频电机33、除尘排湿装置5变频电机20可以得到两者的不同转速。0021自动控制系统7包括控制柜体22、变频器23、可编程控制器24、低压电器25、红外线非接触式温度传感器26、触摸控制屏27。可编程控制

23、器24采用西门子S7200系列，变频器采用三菱FRE700系列变频器，红外线非接触式温度传感器26安装在机架1上，红外温度传感器的型号为KZ09A，透过保温罩壳3的检测孔28，可以非接触式地测量滚筒1外壁的实时温度，并反馈给自动控制系统7。通过变频器23可以调节滚筒2的速度及正反转、可以控制除尘排湿装置5离心风机17风量的大小，可编程控制器24通过红外线非接触式温度传感器26的温度反馈对滚筒2的温度进行控制，所述的自动控制系统7还可以设置在可编程控制器24上设置自动运行程序，让炒干机按照设定的转速、除尘排湿风量、滚筒温度自动运行，自动化程度很高、适应性非常强，尤其适合在自动化茶叶生产线中的应用

24、推广。0022热源装置6，包括红外线金属燃烧器29、伺服风机30、电磁阀组31、燃气管道32，红外线金属燃烧器29安装在滚筒1的下方，即嵌入式安装在保温罩壳3的下半部分，红外线金属燃烧器29是长方形的，所需燃料可以是液化石油气和液化天然气，通过电磁阀组31可以控制燃烧器29所需燃气量的大小，伺服风机30可以控制燃烧所需的空气量；红外线燃烧器29采用金属纤维作为燃烧炉头，在燃烧时与空气完全预混，确保燃烧完全，从而降低污染物的排放、提高燃烧效率；热源装置6燃烧发热量由自动控制系统7控制，装置在机架1上红外线非接触式温度传感器26，可以检测滚筒1外壁的实时温度，再反馈给自动控制系统7，自动控制系统7通过控制电磁阀组31和伺服风机30的开度来控制燃烧器29火焰大小，调节滚筒温度。0023温度调节方式采用PID方式，如公式所示，在单片机实现时，需要将该公式用离散化后实现。系统温度设定值为170度，KP10，TI100，TD20，系统响应如图（3）所示，从图中可以看出利用PID控制方式，该系统能在10S左右时间处于稳定状态。说明书CN102318688ACN102318690A1/3页8图1说明书附图CN102318688ACN102318690A2/3页9图2说明书附图CN102318688ACN102318690A3/3页10图3说明书附图CN102318688A