炒茶机及其系统设计.docx
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炒茶机及其系统设计
本科毕业设计(论文)
题目:
炒茶机及其控制系统设计
院(系):
机电工程学院
专
班
学
学
业:
机械设计制造及其自动化
级:
生:
号:
指导教师:
2011年6月
西安工业大学毕业设计(论文)
摘要
在各方面日益现代化的今天,,炒茶机也应该在技术上不断改进,向自动化、
机电一体化方向发展。
既能满足茶叶制成的一系列过程,包括对茶叶的杀青、理
条、压扁、成型等作业,而且结构简单、操作简单,容易维修和维护。
此炒茶机以电动机为动力源来获得一个速度,然后通过一个二级减速装置获
得合理的速度,再通过偏心轮、连杆使料仓可以来回远动。
所以电动机的选取和
二级减速装置的选取都是该设计的主要任务。
最终经过计算分析分别选择步进电
动机JY7134型和带传动形式。
再设计一调速轮使其可以改变使料仓的速度并且
可以在一定的幅度内调节。
经过分析,确定调速轮安装在电动机输出端可以改变
中心距来调速,料仓采用槽锅式。
总的来说就是通过各控制系统可以使其在机体
上进行可调速的来回,再加上料仓的功能来实现其对茶叶的杀青、理条、压扁、
成型等作业。
本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广
泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来,对制茶机的炒制方法跟对炒锅
温度的控制结合在一起,实现了自动化生产。
根据热电偶测温再经过放大器放大后把模拟量经A/D转换器转换成数字信
号传送给单片机,数字量经单片机内部存储数据的比较再经过光电隔离再控制可
控硅进行对温度的控制。
本设计以单片机为主体的控制系统构成一个能进行较复
杂的数据处理和复杂控制功能的智能控制器,使其既可与微机配合构成控制系
统,又可作为一个独立的单片机控制系统,具有较高的灵活性和可靠性。
单片机
根据输入的各种命令,进行智能算法得到控制值,输出脉冲触发信号,通过过零
触发电路驱动双向可控硅,从而加热电炉。
关键词:
炒茶机,温度控制,单片机
I
西安工业大学毕业设计(论文)
Abstract
Inallaspectsofthemodernizationoftoday,andteaalsoshouldmakecontinuous
improvementintechnology,automation,electromechanicalintegrationdevelopment
direction.functionalfryteateamadeaseriesoffunctionalmeetprocess,includingfor
tea,wrap,crushed,molding,andsimplestructure,simpleoperation,easymaintenance
andmaintenance.
Thefunctionfrywithmotorpowerforteamachinetoobtainaspeed,then
throughareasonablelevelofspeedreducerdevice,againthroughtheeccentric,
connectingtomovebackandforthfarbunker.Sothemotorandreducerlevelisthe
selectionofequipment,themaintaskofthedesign.Finallythroughcalculationand
analysistochooseJY7134steppermotorrespectivelyandbeltforms.Todesigna
speedwhichcanchangethewheelspeedandcanmakethemachineincertainrange.
Throughanalysis,speedwheelsmotoroutputcanbeinstalledinthecenter,tochange
speedbyslotmachinepot.OverallfunctionmachineisthroughtheFriedteacanmake
itscontrolsysteminthebodytoandfroontheadjustable,plusthefunctiontorealize
itsbunkershotfortea,squash,molding,etc.
Thismachinerythemonolithicintegratedcircuitvolumesmall,thepowerlosslow,
thepriceislow,thevarietyspecificationseriation,thehardwarehasthewidespread
versatility,hasmeritandsoonspecialdevelopmentsystemunifies,friesthesystem
methodtothesystemteamachinewithtothewoktemperaturecontroltounify
intogether,hasrealizedtheautomatedproduction.
Thisarticleaccordingtothethermo-elementtomeasurewarmenlargesagainafter
theamplifier,thesimulationquantitytransformsthedigitalsignalaftertheA/Dswitch
totransmitgivesthemonolithicintegratedcircuit,thedigitalquantityafterthe
monolithicintegratedcircuitinteriorstoreddatumcomparison,againpassesthrough
thephotoelectricityisolation,thuscontrolsthesilicon-controlledrectifiertocarryon
thetemperaturethecontrol.Thisdesignconstitutestake
monolithicintegrated
circuitsasthemainbodycontrolsystemtobeabletocarryonthemorecomplexdata
processingandthepluralityofcontrolsfunctionintelligentcontroller,causesitsboth
II
西安工业大学毕业设计(论文)
tobepossiblewiththemicrocomputercoordinationconstitutioncontrolsystem,and
maytakeanindependentmonolithicintegratedcircuitcontrolsystem,hasahigher
flexibilityandthereliability.Themonolithicintegratedcircuitbasisinputseachkindof
order,carriesontheintelligentalgorithmtoobtainthecontrolvalue,theoutputpulse
triggerpip,hastriggeredtheelectriccircuitthroughzerotoactuatethe
bidirectionalsilicon-controlledrectifier,thusheatsuptheelectricstove.
Keywords:
Stir-fryteamachine,Temperaturecontrol,monolithicintegratedcircuit.
III
西安工业大学毕业设计(论文)
摘要...............................................................I
Abstract.........................................................II
1绪论..........................................................1
1.1前言.........................................................1
1.2国内外茶叶机械的发展状况以及控制技术的发展...................1
1.2.1国内茶叶加工机械发展现状...............................1
1.2.2国外茶叶加工机械发展现状...............................3
1.3主要工作内容.............................................5
2机械结构设计..................................................6
2.1机械结构方案设计............................................6
2.2部分零件设计计算:
...........................................9
2.2.1确定电动机的型号及安装尺寸.............................9
2.2.2确定传动装置的总传动比和分配传动比....................11
2.2.3确定V带型号和带轮直径及中心距........................12
2.2.4轴的设计计算..........................................15
2.3主要的局部结构设计..........................................24
2.3.1传动装置中的主要传动轮................................24
2.3.3料仓的设计............................................24
3
硬件控制设计.................................................26
3.1单片机对炒茶温度控制系统框图................................26
3.2单片机对温度传感器的控制过程................................26
3.2.1温度传感器选择........................................26
3.2.2集成运算放大器........................................27
3.2.3A/D转换器............................................28
4单片机系统硬件的扩展.........................................32
4.1系统硬件扩展概述............................................32
4.1.1常用扩展器件简介......................................32
4.2存储器的扩展................................................33
4.2.1程序存储器的扩展......................................33
4.2.2数据存储器的扩展......................................34
4.3单片机I/O口的扩展(8155扩展芯片).........................35
4.3.18155的结构和引脚.....................................35
4.4看门狗、报警、复位和时钟电路的设计........................37
4.4.1看门狗电路的设计......................................37
IV
西安工业大学毕业设计(论文)
4.4.2报警电路设计..........................................37
4.4.3复位电路的设计........................................38
4.4.4时钟电路的设计........................................39
4.5人机界面设计...............................................39
4.6DAC7521数模转换接口........................................40
4.7隔离放大器的设计...........................................41
6.8单片机开关稳压电源设计.....................................42
5软件控制程序设计............................................43
6结论............................................................44
参考文献.........................................................45
致谢..............................................................47
毕业设计(论文)知识产权声明..................................48
毕业设计(论文)独创性声明....................................49
附录..............................................................50
V
1绪论
1
绪论
1.1前言
随着现代科学的不断发展,近年来茶叶的加工技术日趋先进,特别是机电
一体化、计算机与自动化控制、酶膜工程和现代保鲜等高新技术在茶叶加工中的
普遍应用,使各种新型茶产品不断涌现,各类茶叶加工升值创造了更为良好的条
件。
品质良好的鲜叶,通过先进的科学技术加工而使香气成分逐步优化,成为有
良好色、香、味、形的成品茶,既能满足市场需求,也为茶业企业带来良好的经
济效益。
自动化茶制机的研究意义是将茶叶加工机械和微型计算机的控制相结合,使
其具有“安全、智能、多功能、节能和环保”的优势,给人们的工作带来了许多
便利。
本设计希望将目前用于工业化生产的炒茶机改型,提供技术设备支持
1.2国内外茶叶机械的发展状况以及控制技术的发展
1.2.1国内茶叶加工机械发展现状
a、杀青机
20世纪50年代前,我国茶叶加工中的杀青作业均是在斜锅杀青灶上用手工
进行的在1958年的群众技术革新运动中.我国绿茶产区根据斜锅杀青原理,研制
成功锅式杀青机、并在成套的长炒青绿茶设备中被命名为“58型锅式杀青机”,
后又不断改进,正式定型为6CS84型锅式杀青机,在全国茶区广泛应用。
6CS84
型锅式杀青机曾是20世纪70年代以前我国绿茶加工中使用最普遍的杀青机,并
且作为成套绿茶加工设备中的杀青机种,60年代还出口到非洲几内亚等国家但
锅式杀青机存在因出叶不净而产生焦叶,不能连续作业和作业效率低等缺点。
20世纪60年代,为克服锅式杀青机存在的不足,并有利于连续化作业,我
国研制成功滚筒式茶叶杀青机,几经改进,于70年代普遍在国内绿茶产区推广,
并被广泛用作其他需要杀青茶类的杀青作业,后义被小型化设计用于名优茶的杀
青。
直至目前,滚筒杀青机仍然是我国茶叶加工中应用最普遍的杀青机类型。
20世纪90年代,国内名优茶生产发展迅速,同时我国从日本引进数十条蒸
青绿茶生产线.用以生产蒸青绿茶返销日本与中国绿茶相比,日本蒸青绿茶具有
色绿、汤绿、叶绿、新鲜感强的特点,不足之处是它不像中国绿茶那样以炒干或
烘干方式干燥,故不及中国绿茶香高味醇。
为此,国内有关科研部门开始尝试使
用日本蒸青机进行绿茶杀青,后接炒青绿茶十燥方式干燥.试图获得色泽鲜绿、
香高味醇的新型绿茶产品但由于用日本蒸青机蒸青后的蒸青叶表面水分含量高
1
西安工业大学毕业设计(论文)
很难顺利进人下一步揉捻工序,难以实现与中国炒青绿茶一干燥工艺的结合为了
克服上述不足,有关科研部门专门研制了一种实验型的网带式蒸青机用于鲜叶蒸
青,然后进行脱水、揉捻、炒干或烘干实验表明,所制绿茶产品,色泽绿、香气
较独特90年代后期,浙江省有关茶机生产厂吸取国内网带式蒸青机和配套工艺
试验研究经验,研制开发出网带式茶叶蒸汽杀青机,并在生产中使用。
进人21世纪,我国微波式杀青机的研究提上日程,江苏先后研制成功系列
微波式杀青设备,在茶产区使用,尤其在四川等茶区,应用效果较好。
同时,四
川省也研制了微波式茶叶杀青机,附加热风包,在鲜叶杀青过程中,不断补充热
风.杀青质量明显提高,并且机器的制造工艺水平也高,在一些茶厂中应用,获
得好评为了保证杀青质量,浙江省有关茶机生产企业,近两年又研制开发成功一
种热风式杀青机,由于杀青原理新颖,杀青叶香气良好,普及速度较快,是目前
生产上应用的最新型的杀青机。
按杀青原理和主要结构类型分,目前茶加工中常
见的杀青机主要有锅式杀青机、滚筒式杀青机、网带式蒸汽杀青机、微波式杀青
机和热风式杀青机等。
各类杀青机由于它们的工作原理、机械结构的不同,杀青
性能和效果等差异较大。
b、揉捻机
20世纪40年代以前及50年代初,茶叶加工均系手工劳作。
手揉脚踩的揉捻
方式,不仅劳动强度大,而且工效低,很难满足茶业的发展需要。
1952年,临安上东
乡石桥村张福林,组织能工巧匠,就地取材研制成功本地第1台全木质双人手推揉
捻机。
与原先的手揉脚踩劳作方式相比较,主要有二方面优点:
(1)工效高
(2)茶叶
质量好。
1957年临安青云木业社理事蔡顺德在水碓水轮驱动磨盘原理的启示下,产生
了利用水力实现揉捻机自动揉捻的想法并制作了水力自动揉捻机,水力自动揉捻
机的优点是:
工效高,力节约;揉捻程度容易掌握,能适应不同老嫩程度茶叶的揉制
需要;机揉制成的成品茶,条索紧结、均匀,色泽也好,茶叶品质比手揉可提高二个等
级。
进入70年代后,茶叶生产得到了快速发展。
与此同时,森林资源却在大幅度减
少。
随着钢材供求矛盾的逐渐缓解,当时的临安茶叶机械实验厂(后改为临安茶叶
机械厂)担负起了成套新茶机的研制任务,以取代原有的木制茶叶机械。
1973年临
安茶机厂便已试制成功73-55型揉捻机,除揉盘外其余均为金属结构,每台消耗木
材仅为0.2m3。
然而揉盘采用的是整块木头制作,木材浪费较多。
再者,木揉盘容
易变形开裂,茶叶嵌入裂缝会发霉变质,对揉制茶叶的品质有一定的影响。
到了
1975年,揉盘也改成了钢结构,型号也相应改为6CR-55型。
正式定型后,投入了批
量生产。
该机采用弹簧丝杆加压,使用方便,操作轻便,很受用户欢迎。
到了80年代后期,大宗茶产销量开始大幅度下滑,名优茶则开始走俏市场。
1989年,临安茶机厂把名优茶机的研制工作摆到了重要的议事日程上。
经过二年
左右时间的研制、试验与改进,于1991年推出了6CR-25型揉捻机。
该微型机每
桶可揉杀青叶3kg,揉捻时间只需5~6min。
由于该机体积小、重量轻、搬移方便、
2
西安工业大学毕业设计(论文)
使用灵便,很快就得到了推广应用。
直至目前,该机仍是临安市茶机企业的一种较
为俏销的产品。
C、炒干机
我国是茶叶的故乡,具有悠久的茶叶种植、加工历史,形成了各具特色的
六大茶类加工艺。
茶叶性味甘,苦,微寒,是我国传统的天然保健饮料。
人们已
经发现茶叶中所含的化学成分达500多种,其中主要成分有咖啡碱、茶多酚、蛋
白质、氨基酸、糖类、维生素、脂质、有机酸等有机化合物,还含有钾、钠、镁、
铜等28种无机营养元素,各种化学成分之间的组合比例十分协调。
茶叶加工机
械经过长期的探索、发展,机械化程度大大提高,红(碎)茶加工已基本实现机械
化;炒青绿茶加工机械较完整、配套;珠茶加工,由于60年代珠茶炒干机的出现,
极大地降低了劳动强度和提高了生产能力,茶机有力地促进了茶叶生产的迅速发
展。
近年来,我国茶叶产品有了较大变化,特别是茶叶产品结构的大幅调整,已
从以大宗茶生产为主转向以名优茶的生产为主,名优茶产品成为主导产品,带动
了名优茶机械的大发展,先后出现了名优茶整形机、理条机、扁形茶多功能机等
一系列适合各种名优茶外形的名茶加工机械。
但制茶机械的自动化和连续化程度
仍然较低。
近年来在制茶机械自动控制方面也有所突破,如以继电器为基础控制
元件的自动控制技术在匀堆拼配设备中应用;机电控制系统在揉捻机上的应
用;1987年通过部级鉴定的“计算机控制茶叶烘干机”及在乌龙茶做青工艺中的
应用;电脑控制型龙井茶炒制机的研制成功等,这些研究成果对我国茶叶机械的
自动化和连续化必将起到推动作用。
茶叶机械存在问题是经过几十年的发展,我国制茶基本实现了机械化,自
动控制也在某些机型上得到应用。
主要反映在茶叶机械技术含量不高,虽然从茶
机发展之初起,我国茶业界与茶机界人士一直在思考、探索茶叶加工自动化、连
续化,经过多年的发展一些机型也基本实现自动化,但仅局限单机作业,离机电
一体化程度差距较大。
近几年各种名茶加工机械如雨后春笋不断出现,这从历年
浙江省茶机公司举办的茶叶机械展销会就能得到印证。
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- 炒茶机 及其 系统 设计