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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(yùn)輸以外，還具有進(jìn)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(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉和制造簡單等特點(diǎn)，中小型茶葉加工廠多采用該機(jī)進(jìn)行干燥。茶葉的干燥質(zhì)量與轉(zhuǎn)筒式干燥烘干機(jī)的轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系，因此研究該機(jī)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(jī)中工作的動力學(xué)與運(yùn)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(jìn)電機(jī)較精確控制轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速，應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論分析的合理性，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機(jī)、木屑?xì)饬魇胶娓蓹C(jī)等生物質(zhì)燃料成型、烘干機(jī)械設(shè)備。
1、轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機(jī)的工作原理
1.1干燥烘干機(jī)運(yùn)動簡圖
    轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機(jī)由步進(jìn)電機(jī)、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(jī)運(yùn)動簡圖如圖l所示：步進(jìn)電機(jī)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(jìn)行干燥。步進(jìn)電機(jī)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(jìn)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(yùn)動到最高點(diǎn)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(xì)管排出，使水分脫離茶葉，達(dá)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(dá)到熱動平衡。達(dá)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(dá)到恒定值，茶葉溫度趨于相對平衡。等茶葉干燥達(dá)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(yùn)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(dá)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(yùn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動，使茶葉的這種拋射和轉(zhuǎn)動周而復(fù)始地進(jìn)行，達(dá)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(yàn)
3.1試驗(yàn)材料及設(shè)備
    試驗(yàn)材料為綠茶茶坯。試驗(yàn)設(shè)備為浙江富陽茶機(jī)廠生產(chǎn)的50型轉(zhuǎn)筒式茶葉干燥烘干機(jī)(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(yàn)茶評價指標(biāo)
    茶葉科學(xué)研究離不開試驗(yàn)茶的感官審評，該試驗(yàn)中將試驗(yàn)茶的審評結(jié)果作為該實(shí)驗(yàn)的評價指標(biāo)。試驗(yàn)采用綠茶為試驗(yàn)茶，取外形、香氣、滋味、湯色、葉底五因子為評價指標(biāo)，其權(quán)數(shù)分別為20%，30%，30%，10%，10%。
3.3試驗(yàn)方法
    試驗(yàn)中采用感官評分法對茶葉的干燥效果進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，審評人員運(yùn)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(jìn)行審評，從而達(dá)到鑒定茶葉品質(zhì)的目的。試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)行干燥，當(dāng)茶葉含水率達(dá)到5%以下時進(jìn)行取樣，采用感官評分法對茶葉的五項指標(biāo)進(jìn)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(yàn)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(yàn)證了理論分析是合理準(zhǔn)確的。考慮到實(shí)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(jī)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(diǎn)。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(jī)的茶葉進(jìn)行動力學(xué)和運(yùn)動軌跡進(jìn)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(shí)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(yàn)證明：當(dāng)轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速在40 r/min時，茶葉的干燥效果最佳。考慮到實(shí)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(yàn)結(jié)果與理論相符，驗(yàn)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(shí)際進(jìn)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(jìn)一步改善。