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《茶叶加工机械与设备》全套教学课件pdf

添加时间:2021-09-29

  茶叶加工机械与设备 1 第0章 绪论 一、中国茶叶历史 “茶”字的起源于,最早见于我国的 《神农本草》一书, 该书是我国战国时代的著作。 我国是世界产茶古国,饮茶和制茶均起源于我国。据考 证,大约在五千多年前,居住在云南、四川一带的少数民族, 就已知道饮茶。 秦统一后,饮茶之风逐渐遍及全国。 2 到唐代,茶叶已成为我国人民的普遍饮料。唐代号称 “茶仙”的陆羽写了世界上第一部有关茶叶的专著 《茶经》, 全书约七千多字,它不仅是一部茶叶的百科全书,而且也是 世界上第一部商品学专著,对我国乃至东亚诸国饮茶风气起 了很大的推动作用。 茶发乎神农,闻于鲁周公,兴于唐朝,如今已成 为风靡世界的三大无酒精饮料(茶、咖啡和可可) 之 一,将成为21世纪的饮料大王。 3 中国茶文化 中国是茶的故乡,制茶、饮茶已有几千年历史,名品 荟萃,主要品种有绿茶、红茶、乌龙茶、花茶、白茶、黄 茶、黑茶。茶有健身、治疾之药物疗效,又富欣赏情趣, 可陶冶情操。品茶、待客是中国个人高雅的娱乐和社交活 动,坐茶馆、茶话会则是中国人社会性群体茶艺活动。中 国茶艺在世界享有盛誉,在唐代就传入日本2018开码结果开奖记录,形成日本茶 道。 4 饮茶始于中国。茶叶冲以煮沸的清水,顺乎自然,清饮雅 尝,寻求茶的固有之味,重在意境,这是茶的中式品茶的 特点。 中国人饮茶,注重一个 “品”字。 “品茶”不但是鉴别茶 的优劣,也带有神思遐想和领略饮茶情趣之意。 中国是文明古国,礼仪之邦,很重礼节。凡来了客人,沏 茶、敬茶的礼仪是必不可少的。 中国是茶的发祥地,被誉为 “茶的祖国”。 茶乃中国的骄傲! 5 二、我国茶叶加工、生产现状 (一)茶叶生产特点 1.绿茶生产规模由小到大,已占茶叶生产的主导地位 据资料统计,目前,我国茶叶生产总量中的72.9%为 绿茶,出口总量中,绿茶占84%,名优茶中,绿茶的总产 值占茶叶总产值的62.2%。 由此可见,我国绿茶生产的盛衰与否,直接影响着我 国的茶叶生产。 6 2.茶叶结构向名、特、优方向发展 茶叶消费出现了多样化的格局,具体表现在产品结构上, 传统的炒青绿茶在减少,而各类名优茶在增加;花茶、红茶 在减少,以名牌、品牌进入市场的绿茶在增加,快速、方便、 卫生的红茶、绿茶、香花袋泡茶在增加,并由单纯的茶叶产 品向果味茶、香花茶、草药茶、保健茶等方向发展。 3.茶叶生产在农业生产中的地位,随着农业产业结构的 优化与调整,而得到进一步的加强 茶叶作为经济作物,在我国山区、半山区、丘陵地区的 国民经济发展、财政税收以及出后创汇中占重要地位。 7 4.传统茶业向现代化茶业迈进 (1)运用先进的生产方法,如无性繁殖、条行栽培、 机采、机剪和茶叶加工全程机械化,采用诊断施肥,微机 自控制茶; (2)研究采用了先进的生产因素,包括选育与推广良 种、增施化肥、采用化学农药繁殖病虫、应用多种茶机、 改善排水和灌溉等; 8 (3)增加了茶业的投入,包括资金、物质、人才和科技 投入等; (4)茶叶科学技术得到发展。在研究方面突出收效快的 应用研究和开发研究;研究内容上围绕以提高产量为中心 向逐步转向以提高品质为中心;研究方法也有明显的改进。 9 (二)茶叶机械化加工技术现状 1.茶叶机械化加工技术发展过程 60年代以前,重点研究和总结传统制茶工艺技术以及 研制开发制茶机具和机械化作业技术; 60年代到80年代,研究制茶工艺技术改进,优化及实 现机械化、连续化作业; 80年代,强化研究制茶机械化作业的初步自动化控制 技术; 90年代,主要以实用化技术研究,如名优茶的开发和 机械化生产。90年代以来,全国主产区推广各种名优茶机 械近10万台套。 10 2.绿茶品质存在问题与机械化生产设备的性能关系 由于我国绿茶加工均采用炒青方式,很难保证杀青均透, 加之机械结构等原因,造成茶叶色泽不够绿翠,尤其是机制 名优茶外形毛糙,色泽偏暗,滋味较淡薄,汤色偏黄,并且 烟焦味严重,储藏过程中容易变色,同时碎茶过多。 杀青设备是影响绿茶品质不高的主要设备之一。现有的 杀青设备在加工过程中控制适度杀青条件尤其困难。 茶叶干燥设备也是影响茶叶品质的重要设备。干燥后期, 要求干燥温度低,干燥时间长。 11 3.茶叶生产存在的问题 据不完全统计,我国现有茶叶加工厂6.7万家,目前, 影响我国茶叶生产的主要问题有一下几点: (1)厂房陈旧,加工条件差; (2)茶叶加工机械设备简陋,机械化、自动化程度低; (3)质量管理体系不健全。 12 三、茶叶安全加工技术及装备技术发展趋势 1.茶叶加工技术向安全、清洁化生产技术发展 安全、清洁化生产技术应从种植、采收、加工、设备和 管理手段等方面着手解决。 目前,国际上HACCP安全质量管理体系被认为是控制食品 安全卫生的最有效的方法。 Hazard Analysis and Critical Control Point HACCP:食品安全卫生预防控制体系。 13 2.茶叶加工技术呈现的发展特点 (1)单机不连续作业被成套流水线连续化作业装备技术 所代替,包含两大内容:一是针、扁形名优茶,二是炒青 类大宗茶。 (2)茶叶加工装备的性能向满足增值加工、安全加工方 向发展 茶叶加工设备必须能够满足茶叶的加工温度、湿度在 线自动检测、自动控制,确保茶叶加工品质和加工质量, 从而满足茶农通过茶叶加工获得更高的经济效益。 14 (3)茶叶加工装备广泛应用新材料、新技术 凡茶叶加工过程中直接接触的金属和非金属材料都应用 不锈钢、食品输送带制造。对于一些不接触的茶叶的部件, 将采用有机材料代替。 茶叶加工装备将广泛应用密封装置;应用远红外测温技 术、变频调速技术、计算机控制技术等,实现加工过程实时 检测。 15 四、本课程讲授的内容 掌握茶叶生产机械设备的基本类型、基本组成、结构、 性能参数、影响因素、工作原理及选用方法。 五、考试要求 课程论文+平时成绩+结业闭卷考试 1.写课程论文的目的 2.论文要求: 字数2500-3000字;结构:标题 (副标题)、摘要、关 键词、正文、参考文献;注意参考华农学报的论文格式;上 述要求在论文分数中占50%。 16 题目 专业、班级、学号 姓名 17 … 文 标 … 献 标 注 题 … … 18 19 第一章 动 力 20 第一节 内燃机 系统地讲解各种类型的内燃机的工作原理以及必须 的一些基础知识 能量既不能消灭,也不能创生,只能从一种形 式变为另一种形式。 21 将一种能量转变为机械能的机器,称为发动机。 而利用燃料燃烧过程所产生的热能转化为机械能的发 动机称为热机,如柴油机、汽油机、蒸气机等。 茶叶生产上应用的热机主要是柴油机,其次是汽 油机。 柴油机 汽油机 22 一、概述 (一)内燃机的分类 1.按结构特点可分为:筒形活塞柴油机和十字头活 塞柴油机 2.控气缸数和气缸布置可分为:单缸机和多缸机 3.按所使用的燃料不同,可将内燃机分为柴油机, 汽油机和煤气机等。 4.按照工作循环实现的方法,可分为四冲程和二冲 程内燃机 5.按冷却方式分:水冷、风冷; 23 6.按照进气方式分为非增压内燃机和增压内燃机 7.按照点火力式可分为:点燃式内燃机和)压燃式内燃机 8.按照用途可分为固定式内燃机和栘动式内燃机 9.按照标定转速可分为: (1)高速机: n

  1000r/min; (2)中速机: 300≤n≤1000r/min; (3)低速机: n≤300r/min。 10.按气缸排列形式分:直列式、卧式、v型。 24 25 26 27 28 29 30 (二)内燃机系列和型号 1.系列:按气缸直径不同将内燃机分成几个 系列,在同一系列中包括缸数不同的多种机型。 如:95系列柴油机,195 295 395 495 695 等。 例如:495柴油机,表示四缸、四行程、缸 径95mm、水冷柴油机; 1E40F汽油机,表示单缸、二行程、缸径 40 mm、风冷汽油机。 31 2.型号: 变型符号:用数字顺序表示 机器特征符号:用字母表示 Q —— 汽车用 T —— 拖拉机用 C —— 船用 Z —— 增压 F—— 风冷.无F为水冷 缸径 :用mm数表示气缸直径 行程:E表示二行程.不用符号表 示四行程 气缸数:用数字表示 32 (三)内燃机的基本工作原理和工作过程 基本工作原理是利用高温、高压的气体或蒸汽膨胀作功。 气 气体 膨胀 缸 膨胀 作功 工作过程:1.进气 2.压缩 3.燃烧 4.排气 33 基本术语 上止点 下止点 活塞行程(S) 曲柄半径(R) 气缸工作容积(V h ) 发动机排量(V ) L 燃烧室容积(V ) c 气缸总容积(V ) a 工作循环 2 -6 V = πD ·S ×10 /4 (L ) V = V ×i h L h D——气缸直径mm S——活塞行程mm 34 35 内燃机的几个主要名词: 1)上止点:活塞距曲轴中心最远的位置 2)下止点:活塞距曲轴中心最近的位置。 3)活塞冲程(S):上、下止点间的距离。 4)压缩室容积 (Vc): 活塞位于上止点时,活塞顶部与缸盖间的 容积,又称燃烧室容积。 5)气缸工作容积(Vh): 活塞上、下止点之间的容积称为一个汽缸的工作容积,它 可以用气缸直径D(cm)由下式表示: Vh=[(π×D ×D)/4] ×S ×0.001 36 6)气缸的最大容积(Va): 活塞在下止点时,气缸的容积,即气缸工作容积与压缩容 积的之和: V =V +V a h c 7)气缸的总容积V,总排量: 内燃机所有汽缸工作容积的总和。即: V=V ×i (L) h 式中 i--气缸数。 8)压缩比:气缸最大容积与压缩室容积的比直称为压缩比。 37 1.进气 将新鲜空气送入气缸,提供燃料燃烧时所需要的充足 的氧气。烧一公斤柴油,理论上需要14.3公斤空气。一般 情况下,一公斤柴油提供20斤左右的空气为宜。 2.压缩 将进入气缸内的空气进行压缩,使空气温度升高,一 般情柴油机气缸内的空气被压缩后,温度必须超过柴油的 自燃温度(350-450℃)。 38 3.燃烧 将燃料送入气缸,燃料在气缸内与高温空气中的氧 气发生急剧氧化作用 (即燃烧),放出大量的热,使高温 空气的温度在短时间内迅速上升,压力迅速增大,推动 活塞运动作功。 4.排气 燃烧后的气体 (废气),要及时排出气缸外,以便再 次吸入新鲜空气于气缸中。 39 (四)四冲程汽油机工作原理 四冲程汽油机是由进气、压缩、作功和排气完成一个 工作循环的。图为单缸四冲程汽油机工作原理示意图。 进气 压缩 作功 排气 行程 行程 行程 行程 单缸四冲程汽油机工作原理示意图 40 41 (四)四冲程汽油机的工作原理 1、进气行程 2、压缩行程 3、作功行程 4、排气行程 单缸四冲程汽油机的工作过程 42 1.进气行程 (1)活塞由曲轴带动从上止点向下止点 运动。 (2)进气门开启,排气门关闭。 (3)由于活塞下移,活塞上腔容积增大, 形成一定真空度,在真空吸力的作用下, 空气与汽油形成的混合气,经进气门被吸 入气缸,至活塞运动到下止点时,进气门 关闭,停止进气,进气行程结束。 43 进气行程 排气门关闭 温度370~440 K, 压力75~90 kPa 示功图 上 下 止 止 P 点 点 活 塞 进气门开启 示功图:表示活塞在不同位置时 大气压力线 r a 气缸内气体压力的变化情况。 V 44 2.压缩行程 (1)活塞在曲轴的带动下,从下止点向上止点 运动。 (2)进、排气门均关闭。 (3)随着活塞上移、活塞上腔容积不断减小, 混合气被压缩,至活塞到达上止点时,压缩行程 结束。 在压缩过程中,气体压力和温度同时升高。 压缩终了时,气缸内的压力约为600~1500kPa, 温度约为600K~800K,远高于汽油的点燃温度 (约263K) 。 45 压缩比: 压缩行程 ε=Va/Vc 排气门关闭 进气门关闭 上 下 止 止 P 点 点 温度600~800K, 活 压力600~1500 塞 c kPa 大气压力线 r a V 示功图 46 3.作功行程 (1)压缩行程末,火花塞产生电火花,点燃气缸 内的可燃混合气,并迅速着火燃烧,气体产生高温、 高压,在气体压力的作用下,活塞由上止点向下止 点运动,再通过连杆驱动曲轴旋转向外输出作功, 至活塞运动到下止点时,作功行程结束。 (2)作功行程,进、排气门均关闭。 在作功过程中,开始阶段气缸内气体压力、温 度急剧上升,瞬时压力可达3MPa~5MPa ,瞬时温 度可达2200K~2800K。随着活塞的下移,压力、 温度下降,作功行程终了时,压力约为300kPa ~ 500kPa ,温度约为1500K~1700K。 47 作功行程 排气门关闭 进气门关闭 上 Z 下 止 止 P 点 点 瞬时最高:温度 作功终了:温度 2200~2800 K, 压 1500~1700 K, 力3~5MPa 活 压力300~500 c 塞 kPa b 大气压力线 r a 示功图 V 48 4.排气行程 (1)在作功行程终了时,排气门被打开, 活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动。 (2)废气在自身的剩余压力和活塞的驱赶 作用下,自排气门排出气缸,至活塞运动到 上止点时,排气门关闭,排气行程结束。 排气行程结束后,进气门再次开启,又开 始了下一个工作循环,如此周而复始,发动 机就自行运转。 49 排气行程 上 Z 下 止 止 进气门关闭 排气门打开 P 点 点 c b 大气压力线 r 残余废气 活 V 塞 示功图 温度900~1200 K 压力105~125 kPa 50 单缸四行程内燃机的工作过程 行程 行程 活塞 气门位置 曲轴 曲轴 运动 进气 排气 旋转 旋转 序号 名称 0° 飞轮 方向 门 门 角度 动力 进 向下 ~ 1 开 关 180 惯性 气 止点 180 飞轮 2 压 向上 关 关 °~ 力 360 惯性 ° 缩 止点 360 膨胀 作 向下 °~ 力 3 关 关 ° 540 气体 功 止点 540 飞轮 排 向上 °~ 压力 4 关 开 ° 惯性 气 止点 720 ° 力 51 (五)四冲程柴油机工作原理 四冲程柴油机和四冲程汽油机工作原理一样,每个工作循 环也是由进气、压缩、作功和排气四个行程所组成。但柴油和 汽油性质不同,柴油机在可燃混合气的形成、着火方式等与汽 油机有较大区别。 进气 压缩 作功 排气 单缸四冲程汽油机工作原理示意图 行程 行程 行程 行程 52 1.进气行程 进气行程,不同于汽油机的是进入气 缸的不是混合气,而是纯空气。 2.压缩行程 (1)压缩行程压缩的是纯空气。 (2)由于柴油机压缩比大,压缩终了的 温度和压力都比汽油机高,压力可达 3MPa~5MPa,温度可达800K~1000K。 53 注:点燃温度是指燃料在空气中移近火焰时, 其表面上的燃料蒸气能够被点着的最低环境温度。 汽油的点燃温度很低,约为263K,柴油的点燃温 度高,约为313K~359K。 自燃温度是指燃料不与火焰接近,能够自行 燃烧的最低环境温度;柴油的自燃温度低,约为 473K~573K,汽油的自燃温度高,约为653K。 54 3.作功行程 压缩行程末,喷油泵将高压柴油经喷油 器呈雾状喷入气缸内的高温空气中,迅速汽 化并与空气形成可燃混合气。因为此时气缸 内的温度远高于柴油的自燃温度(约500K左 右),柴油自行着火燃烧,且以后的一段时 间内边喷边燃烧,气缸内的温度、压力急剧 升高,推动活塞下行作功。 4.排气行程 排气行程与汽油机排气行程基本相同。 55 四冲程柴油机的工作原理 温度800~1000K 压力105~400 300~370K 800~900 温度800~1000K压 终了:温度 kPa 力3~5 MPa 800~1000K压力 105~400 kPa 进气门 纯空气 喷油器 排气门 吸气行程 压缩行程 作功行程 排气行程 瞬时:温度 1800~2200K压力 喷油泵 56 5~10 MPa 上述四冲程汽油机和柴油机的工作原理可知: 1.两种发动机工作循环的基本内容相似,其共同特点是: (1)每个工作循环曲轴转两转 (720°)每一行程曲轴转半转 (180°),进气行程是进气门开启,排气行程是排气门开启,其 余两个行程进、排气门均关闭。 (2)四个行程中,只有作功行程产生动力,其它三个行程是 为作功行程做准备工作的辅助行程,虽然作功行程是主要行程, 但其它三个行程也不可缺少。 (3)发动机运转的第一个循环,必须有外力使曲轴旋转完成 进气、压缩行程,着火后,完成作功行程,依靠曲轴和飞轮贮 存的能量便可自行完成以后的行程,以后的工作循环发动机无 需外力就可自行完成。 57 2.两种发动机工作循环的主要不同之处是: (1)汽油机的汽油和空气在气缸外混合,进气行程 进入气缸的是可燃混合气。而柴油机进气行程进入气缸 的是纯空气,柴油是在作功行程开始阶段喷入气缸,在 气缸内与空气混合,即混合形成方式不同。 (2)汽油机用电火花点燃混合气,而柴油机是用高 压将柴油喷入气缸内,靠高温气体加热自行着火燃烧, 即着火方式不同。所以汽油机有点火系,而柴油机则无 点火系。 58 (六)二冲程汽油机工作原理 二冲程汽油机完成一个工作循环也需向缸内引入 可燃混合气,然后将其压缩,着火作功后再将燃烧后 的废气排到大气中去,但它完成上述工作是在活塞往 复运动两个行程完成的。 1.结构特点 在气缸上开三个口,排气口位于作功时活塞全行 程的三分之二处,它稍高于换气口,进气口在气缸的 下部。 59 60 2.工作原理 第一行程 活塞在曲轴的带动下由下止点向上止点运动。 (1)压缩 当活塞上行到将换气 1.进气口 口、排气口关闭时,已进 2.排气口 入气缸的混合气被压缩, 3.换气口 直到活塞运动到上止点、 压缩行程便结束。 61 (2)换气 随着活塞上行, 曲 轴箱容积增大 ,形成一 定的真空度,当活塞上 行到进气口露出时 ,化 油器供应的新鲜混合气 在真空吸力的作用下被 吸入曲轴箱内。 1.进气口 2.排气口 3.换气口 62 第二行程 活塞由上止点向下止点运动 (1)作功 当活塞上行到接近上止点时, 火花塞产生电火花,点燃缸内的可 燃混合气,混合气着火燃烧产生高 温、高压,在气压的作用下,活塞 由上止点向下止点运动,带动曲轴 旋转向外输出作功。 63 (2)曲轴箱内混合气预压 当活塞下移到将进 气口堵死时 ,随着活塞 继续下移,曲轴箱内的 新鲜混合气被预压。 64 (3)排废气与换气 当活塞下行到排气口露出 时,燃烧后的废气在自身压力 下经排气口排出气缸,紧接着 换气口开启,曲轴箱内被预压 的混合气经换气口进入气缸。 这一过程称为: “换气过程”, 它一直延续到下一个行程活塞 上行到将换气口、排气口关闭 为止。

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