0 　引言
　　理条是把杀青过的茶叶整理成条状，是加工扁形(或针形)茶的重要工艺，多槽锅理条机是应用最广泛的一种机型［1-2］。工作时，曲柄滑块机构带动槽锅做往复直线运动，茶叶在锅内加热的同时，沿着锅内壁运动，被摩擦塑造紧、细、直的外形［3］。目前，多槽锅的锅形有两种:即 U 形和斜形锅。但是，对这两种锅形的理论研究很少，为此，本文在对 U 形和斜形锅体曲线建模的基础上，对茶叶在锅内的受力、运动轨迹进行分析，研究不同锅形对茶叶整理成条的效果。
1 　锅体曲线模型的建立
　　茶叶理条机工作原理如图 1 所示。

图 1　茶叶理条机工作原理示意图

　　1—多槽锅; 2—锅上架; 3—加热炉; 4—滑道; 5—托槽架; 6—盖板; 7—支脚; 8—机架; 9—电机; 10—带轮减速机构; 11—曲柄滑块机构
　　在茶叶加工中，广泛使用的 U 形和斜形两种多槽锅是人们在长期的实践中总结出来的。本文取自生产中最常用的两种典型锅形(U 形锅和斜形锅)，分析它们的锅体曲线。锅形图如图 2 所示。

图 2 锅形图

　　图2(a) 的U型锅体是由3 段曲线构成，ab 和cd 两段是直线，bc 为圆弧，且直线 ab 和 cd 与圆弧 bc 相切，其锅体曲线的模型为:

　　2(b) 的斜形锅锅形主要考虑到槽锅做往复直线运动时，对茶叶具有一定的翻动作用的同时，加强对茶叶成条的摩擦挤压、滚动成条的作用，该锅体的曲线较复杂，不是一般的函数所能表达。根据对该锅体曲线采集到的数据分析，应用 Matlab 中的 CFTOOL 工具对斜形锅体曲线进行拟合［4 －5］，得到锅体曲线的模型为:

2　茶叶在锅内的受力分析
　　茶叶是非弹性体，在多槽锅的加热和作用下，茶叶与锅内壁之间的摩擦系数在不断地变化，同时，茶叶的形状从片状逐渐变化成针条状，其受力非常复杂。由于单个茶叶在锅内的运动受到其他茶叶运动的干涉较大，以及茶条不是完整的圆柱形，其滚动的速度比其在锅壁上的滑动速度小得多，分析问题时不计茶叶的滚动。以单个茶叶为研究对象，机架为绝对坐标系，锅在曲柄滑块机构带动下运动的速度 Ve 和加速度 ae 如图3所示。

图 4 茶条受力分析图

3  茶叶在锅内的运动分析

3.1  茶叶接触锅壁运动的加速度分析
 

3. 2  茶叶抛离锅壁运动的加速度分析
 

3.3  茶叶在锅内的运动分析
 

4  基于 Matlab 的槽锅上茶叶的运动轨迹仿真
　　茶叶在槽锅内的运动非常复杂，既有滑动，又有滚动和翻动。为了简化问题，抓住问题的实质，本文在分析该问题时又作了以下假设:
　　(1)由于鲜茶叶较柔软、运动速度不高，当其被抛起与锅内壁碰撞时，在锅内壁上的法向分速度为零;
　　(2)茶叶沿锅面运动的滚动速度为零。
　　根据式(21)，应用数值积分的原理，求解茶叶的运动轨迹流程图［6］。计算中把茶叶运动的初始位置选在其位能最低的锅底位置，且初速度定为零，曲柄转动一圈的时间为一个周期。
　　本研究对所建立的茶叶在槽锅内运动的模型，借助 Matlab 软件进行运动过程的仿真模拟计算，得到的
茶叶在锅内运动轨迹图如图 6 所示。
　　从轨迹图可以看到:茶叶在两种锅形内的运动轨迹的变化规律基本相同，即茶叶沿锅面运动到一定高度后被抛起，又落回到锅的另一面，然后，重新开始上一次的运动。茶叶沿锅面底部运动的过程中，在摩擦、挤压和滚动的作用下逐渐变成条状;在被抛起的过程中，茶叶之间的相互位置发生变化、产生较大的翻动和混合作用，使茶叶加热和受到成条的作用力均匀。

　　茶叶在槽锅内运动的一个周期中，与锅底接触运动的轨迹越长，说明茶叶受到加热越多、受到的摩擦、挤压和滚动的作用越强。取不同槽锅的传动机构参数时，茶叶接触 U 型锅和斜型锅面底部运动轨迹的长度如表 1 所示。

　　表 1 中，序号 1 的锅形函数如式(1)，序号 2、3 的锅形函数如式(2)。序号 1、2 分别是生产中的一种 U形锅五槽理条机和斜形锅五槽理条机［7］。从对茶叶在两种锅型中的运动轨迹仿真结果看出:茶叶接触锅面底部运动的长度是斜形锅大于 U 形锅。但是，目前生产中使用的斜形锅比 U 形锅只长 6． 23% ，两者相差不明显。所以，两种锅形都在实践中采用。如果改变斜形锅偏心距，使其从 0 增大到 90 mm，则两者相差43． 05% ，效果将非常明显。
5　结束语
　　(1)在生产中使用的 U 形锅和斜形锅的锅体由 3
段曲线构成，既锅两边的直线与中间的曲线光滑连接，
 

斜形锅的一边曲线变化较平缓，利于茶叶运动中沿锅面的爬升，增加茶叶与锅面运动时的接触时间;
　　(2)在 U 形锅和斜形锅中茶叶运动轨迹的变化规律基本相同，既茶叶的运动轨迹分为接触锅面的运动和被锅面抛起运动两种方式;
　　(3)茶叶在槽锅中受到摩擦、挤压和滚动的作用而变成条状主要是发生在茶叶与锅面接触的运动中。茶叶在锅内运动的一周期中，这种接触运动的时间占总运动的时间越长，理条效率越高。从模拟茶叶在槽锅中运动的轨迹分析看出:茶叶在锅中的一个运动周期中，与斜形锅底面接触运动的长度较 U 形锅长，所以，其对茶叶的理条作用较强。要想获得较好的理条效果和理条效率，需要对现有的多槽锅参数进行进一步的研究和优化。
参考文献( Ｒeferences) :
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［3］ 钟映富，周正科，胡 翔，等． 振动理条对针形名茶品质的影响［J］． 中国茶叶，2002，24(1):32-33．
［4］ 伦冠德． Matlab 曲线拟合工具箱在试验数据处理上的应用［J］． 拖拉机与农用运输车，2006，33(4):90-91．
［5］ LEE M T，LEE E K，YANG M Y． Precise bi-arc curve fit-ting algorithm for machining an aspheric surface［J］． TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology，2007，31(11):1191-1197．
［6］ 邓德祥． 结构化控制流程图(N-S 图)的改进与模块化程序设计图的设想［J］． 计算机研究与发展，1995，32(12):21-26．
［7］ 李尚庆． 日本茶叶加工机械［J］． 中国茶叶，2005(6):29-30． 
 

收稿日期: 2018 － 12 － 19
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFD0700500)
作者简介: 李青绵(1972 － )，女，河北晋州人，硕士，高级工程师，主要从事农业机械方面的研究。E-mail:qingmianli@163． com
 

本文引用格式:
李青绵，李 革，苏 鸿． 多槽锅式茶叶理条机锅体曲线的研究［J］． 机电工程，
2019，36(3):307 － 310，315．
LI Qing-mian，LI Ge，SU Hong． Ｒesearch of hollowware-shaped curve for triangle grooves holloware tea cardingmachine［J］． Journal of Mechanical ＆ ElectricalEngineering，2019，36(3):307 － 310，315．
《机电工程》杂志:http: / /www． meem． com． cn
 

［编辑: 周昱晨］