猴魁茶叶定位排列和捏尖技术研究

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安徽以生产绿茶为主,作为安徽四大名茶之一的太平猴魁茶,凭其硕大健壮,外表苍翠,茶汤甘洌,芬芳清爽,独具“猴韵”的特色与品质深受消费者们的欢迎与喜爱。但是目前猴魁茶叶生产依然处于半机械化、半自动化水平,尤其是整型捏尖工艺机械化水平最低,导致了整个茶叶产线生产效率低、产品质量参差不齐以及难以实现生产清洁与标准化等问题。针对上述问题,基于传统猴魁茶叶捏尖工艺的分析,提出定位排列与捏尖工艺方案,并对系统中关键执行机构进行设计与分析。本论文完成的工作与得出的结论概括如下:(1)课题的研究背景、目的及意义。该章首先介绍我国茶叶行业的发展情况,以及太平猴魁茶叶的市场需求与生产现状;然后阐述了提高猴魁茶叶生产效率、自动化水平以及实现生产清洁化与标准化对于加快推进黄山区茶叶产业的发展与发扬太平猴魁饮茶文化具有重要的促进作用,并以此确定本课题的研究目的及意义。此外,对国内外茶叶设备的研究现状进行分析,探讨了目前猴魁茶叶自动化生产技术问题与难点所在,为后面的研究与设计提供依据。(2)猴魁茶叶定位排列与捏尖工艺方案研究。首先结合目前猴魁茶叶市场需求与工艺设计目标,对猴魁茶叶传统捏尖工艺进行分析与研究后,确定了本文的工艺方案。其次,对太平猴魁茶叶基本物理属性与捏尖工艺参数进行了实验与分析,得出长为50mm、60mm、70mm的茶样含水率分别为61.96%、62.55%、65.37%,工艺压力不得超过7.19N,工艺捏尖角度位分别为720°、810°、855°;上述参数为后面系统研究与结构设计提供了依据。最后根据主要装置的运动规律与配合,对此方案工作循环图进行合理安排与编制,同时对产能进行了计算,达到工艺设计要求。(3)定位排列与捏尖关键技术设计与研究。根据前面工艺方案的确定与相关实验,对猴魁茶叶定位排列与捏尖关键机构进行了选型与参数设计,主要包括定位系统、排列机构、输送机构、捏尖机构与间歇传动机构;对其中主要执行机构进行了运动学分析,并借助三维软件Solid Works中Motion插件的仿真分析与Matlab数值计算进行对比,验证运动学数学模型的正确性。对间歇传动机构的设计分析可知,内啮合行星齿轮—槽轮机构的最大类角加速度相比于普通槽轮机构与外啮合行星齿轮—槽轮结构分别降低了87.2%、173%,故采用前者传动机构可以有效降低因角加速度引起的惯性冲击。(4)定位排列与捏尖装置总体布设计。根据前文工艺路线与主要装置的设计,对定位排列与捏尖装置总体布局进行安排与设计,确保各个执行机构在工作时空间上与时间上相互配合以及正常工作,同时要满足结构的紧凑、合理。此外,对机械传动系统进行了动力学分析,讨论传动系统的受力与功率问题的计算,进而确定电机功率为68.55W。(5)虚拟样机设计与结构参数优化。利用Solid Works的三维建模与虚拟装配技术,对猴魁茶叶定位排列与捏尖装置进行了结构设计与建模,并对虚拟样机进行装配干涉分析以确保装置结构设计的合理性。此外,为了提高机构运动性能,基于ANSYS Workbench的响应面技术,对定位排列装置进行结构参数优化设计;通过设计表明,优化后的曲柄与连杆最大角加速度相比于优化前分别降低了18.46%、14.61%。
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