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1、茶叶揉捻机的发明及我国茶叶揉捻机研制与发展 权启爱 中国农业科学院茶叶研究所 揉捻几乎是所有茶类加工不可或缺的工序, 目的是使茶叶紧结成条, 体积缩小, 外形美观, 同时使茶汁部分溢出, 利于干茶冲泡。茶叶揉捻使用的设备是茶叶揉捻机, 它的发明及在我国的研制推广, 经历了极为漫长和艰辛的岁月。一、从我国茶叶的人工揉捻谈起中国的茶叶加工, 千百年来一直停留在手工作业状态。揉捻作业是用竹编篾片铺在桌面或置于宽凳上, 用手工在篾片上揉搓使茶叶成形。一些无法用手工揉捻成形的粗老茶叶, 则将杀青叶或萎凋叶灌入布袋中, 趁热用脚在地面上反复揉搓, 使其成形。特别是因为做砖茶使用的鲜叶原料过于粗老, 不易揉
2、捻成条, 四川茶区经过长期实践, 创造了一种叫做“遛 (揉) 板”的原始揉捻工具, 一般用长 6m、宽 1m 的木板, 作 30的斜坡安装而成, 两侧用竹竿做成扶手。作业时, 将 1525kg 的杀青叶灌入布袋, 工人手扶扶手, 脚踏布袋, 沿遛 (揉) 板从上至下, 踩滚布袋, 经反复数次遛茶揉捻, 在强有力的脚踏揉搓下, 使粗老杀青叶成型。茶叶的人工揉捻, 极为费力, 但是劳动人民就是主要用这种方式, 创造了我国茶叶在世界历史上的辉煌, 为人类文明和进步作出了杰出贡献, 其原始性揉捻原理, 也为茶叶揉捻机的出现提供了依据和参考。人工揉捻工具及方式二、茶叶揉捻机的发明18 世纪, 中国茶叶的
3、种植和加工技术传入印度等国, 直至 20 世纪初期, 在印度等国的茶叶种植、加工和经营者大多为西方人, 主要生产的茶类为红茶, 并使用从中国传过去的揉捻方式, 即在木制长台上铺上竹编篾垫用手工揉捻。当时在印度一个叫卡察 (Cachai) 的茶区, 有一位英国的茶园经理纳里生 (J.Nelson) , 在认真观察后发现制茶工人手工揉捻工作非常繁重, 由此得到启发, 遂思索研究机械揉捻方法。开始时, 将一只桌子翻转置于另一只铺放篾片的桌面之上, 将待揉捻茶叶置于两桌面之间, 让工人手握上面桌子的四腿往返推动, 欲达到手工揉捻之效果。但发现揉搓叶一是易于在两只桌面间散开, 二是压力不够, 茶叶难以成
4、条。于是纳氏便命令一名工人脱下白布长裤, 剪除部分裤管, 将待揉叶装入, 缚其裤口, 置于两桌台间揉捻, 命两个体重较小的工人, 坐于上台之上, 其余工人握四桌腿继续揉捻, 效果大为改善。但存在的问题是布袋仍易从两台间滑出, 于是纳氏将布裤换成布袋, 并在两只桌面之间放上一只无盖无底的浅木箱, 在上面桌上放置数块石头, 以增加揉捻的压力, 再次推揉, 揉捻质量显著提高, 工效也为原手工总揉捻量的 4 倍。这就是纳里生最初发明的袋式茶叶揉捻机。受此启发, 1867 年印度阿萨姆公司英国的土木工程师肯蒙特 (J.C.Kinmond) 设计出一种揉捻机, 它由上下两个圆形木盘所组成, 中置无底无盖木
5、箱, 下盘静止, 上盘在下盘面上作偏心旋转运动, 两盘相对面上刻上凹凸浅沟, 浅沟由中心扩散至边缘, 在此粗糙面上再钉上帆布。该设计将茶叶直接投入箱中, 使其在箱内夹在上下盘中揉捻, 并为机器设计了传动机构, 偏心转动的动力则依赖人力、畜力或蒸汽机带动。其后, 另外一位英国工程师杰克生 (W.Jackson) 再次改良, 使上盘直径略小于木箱, 并给上盘加上一个弹簧连动结构, 可使上盘在箱内上下移动, 以调节揉捻之压力。这就是与现今应用机型相似、第一台所谓的直交“速动”式茶叶揉捻机, 被全球茶业界认为是目前使用的盘式茶叶揉捻机的雏形。1886 民国中央试验茶场木质揉捻机和张天福 918 木质揉
6、捻机1886 年以后, 杰克生将注意力集中在机器结构的改进和简化上, 在揉盘的垂直处装置曲柄, 从倾斜位置布置传动机构, 由动力驱动曲柄作简单回转运动, 并将揉盘架于 3 只曲柄之上。1907 年又将机器改为全金属型, 机器寿命大大增加。1927 年一种更新式的西罗柯 O.C.B 揉捻机在印度出现, 其特点是将曲柄安装在3 根立轴的上部, 机器运转变得更为灵活与迅速, 并可减少磨损和破裂, 其结构与目前各国所使用的盘式茶叶揉捻机已十分接近, 至此, 茶叶揉捻机的发明正式完成。此后, 德国又研制出大型双动式克虏伯揉捻机, 18971909 年日本高林谦三也研制成功盘式茶叶揉捻机。在此后 100
7、多年, 盘式茶叶揉捻机的工作原理和结构再未发生重大变化。三、我国茶叶揉捻机的研制和推广应用清末和民国时期, 由于政府的腐败和世界列强特别是日本的入侵, 中国茶叶生产遭受重创, 茶叶生产机械化的发展更无从谈起。然而, 业界人士在极为困难的形势下, 仍坚持着对茶叶加工机械化的推进。1915 年, 北洋政府农商部在安徽省祁门县南乡平里村创建祁门模范种茶场, 就自行制造了小型揉捻机, 用于红茶加工。1925 年, 浙江省余杭林牧公司引进日本茶叶揉捻机, 用于绿茶的加工。1932 年, 湖南省安化茶场场长冯绍裘设计出木质揉捻机。1935 年, 国内一些茶场和茶叶改良场开始引进德国、日本等国揉捻机, 并根
8、据中国茶叶加工特点进行仿制, 用于红、绿茶加工。1942 年, 时任福安茶业改良场场长的张天福, 自行设计制造出 918 木质揉捻机, 为当地茶农所采用。抗日战争爆发后, 以茶界知名人士范和钧先生为首的一批技术人员, 经我国香港和印度、缅甸进入云南省勐海, 在佛海 (今勐海) 筹建勐海实验茶厂, 引进克虏伯式揉捻机等设备, 加工滇红工夫茶。抗日战争爆发, 民国政府在湄潭筹建的中央实验茶场, 更是自制木质揉捻机, 用于制作“湄红”和“湄绿”, 从而形成可出口换回枪炮子弹用于支持抗日的“商品茶产品”。新中国成立后, 由于政府的重视, 揉捻机的研制加快。1949 年 11 月, 时任实业部副部长、中
9、国茶业公司总经理的吴觉农先生就利用“压资订机”, 组织专门技术人员, 以仿制为主, 测绘和设计出图纸, 委托上海、杭州等私营机械工厂于 1951 年 6 月制造出各类制茶机械 2577 台, 其中就包括仿制出的克虏伯茶叶揉捻机。在华东和中南等重点茶区筹备兴建了一批机械茶厂, 虽然杯水车薪, 但为我国制茶机械化事业发展作出示范。在 20 世纪 50 年代群众性的茶叶机械技术革新运动中, 茶叶界大批科技人员和能工巧匠, 克服原材料极度缺乏等重重困难, 创制出大量以人力、畜力、水力、机电为动力, 诸如铁木结构, 甚至部分采用水泥、石头等结构的茶叶揉捻机。特别是在 1960 年正式定型的“浙江 58
10、型绿茶初制机械”中, 就包括了 58 型铁木结构双动揉捻机, 仅浙江省 1960 年就组织生产 2869 台, 并且其图纸被各产茶省引进, 加速了全国的茶叶揉捻机械化进程。20 世纪 50 年代茶区使用的揉盘和木质茶叶揉捻机在我国 20 世纪 60 年代援助非洲几内亚的成套红、绿茶加工设备中就包括了正规设计的全金属结构的 6CR-55 型、65 型茶叶揉捻机和 90 型双动茶叶揉捻机, 以及相同型号的盘式红碎茶揉切机。此类揉捻机至今仍然是国内设计和原材料应用最高水平的产品, 并在普遍生产和应用。笔者曾访问斯里兰卡、印度、越南、尼泊尔等产茶国, 从他们引进的中国和其他国家与地区的茶叶揉捻机使用状
11、况看, 中国机型与其他国家的相比, 产品质量和性能毫不逊色。1973 年生产、现尚在广东等地使用的 265 型茶叶揉捻机此后, 为满足全国茶叶生产快速发展的需要, 揉捻机生产厂家迅速增多, 使我国的茶叶加工揉捻工序全部实现了机械化。其中最著名的产品就是当时富阳茶机厂 (现浙江春江茶叶机械有限公司) 和临安茶机厂 (现浙江临安市茶叶机械有限公司) 研制的 7355 型茶叶揉捻机, 该机获得了 1989 年举办的全国科学大会奖, 其型式与性能延续了出口机型, 但其加压机构参照当时的日本机型, 采用了单柱丝杆式加压。目前生产与援外 (上) 和 7355 型结构相同的茶叶揉捻机四、自控和连续化作业茶叶
12、揉捻机的研制历经几十年的努力, 中国茶叶揉捻机, 特别是 6CR-65 型以下的中小型揉捻机产品设计与制造已达到国际先进水平, 大部分企业生产的产品质量良好、性能稳定, 完全可满足各茶类的揉捻工艺要求。但是, 目前世界上茶叶揉捻机共同存在的问题是作业不连续, 加工叶一筒一筒投入, 一筒揉好出叶后再行投叶进行下一筒的揉捻, 断续性作业。为了改善揉捻机的作业性能并实现连续作业, 20 世纪 90 年代, 浙江省机电研究设计院夏狄刚等人研发出一种程控式揉捻机。即在单柱式加压丝杆装置的下部装上 1 只微型电动机和少齿差减速器, 在程控系统控制下用以对揉捻机的“加压”和“减压”实时控制。作业时, 设定“
13、启动”“终止”“加压”和“松压”程序, 然后按动操作按钮, 揉捻机即可按设定程序对加工叶进行揉捻, 并且可控制揉桶盖的开启和关闭。虽然在生产中推广应用不多, 但为以后的揉捻机组的开发提供了参考。20 世纪 80 年代, 浙江曾研制出一种子母桶式连续揉捻机。这种揉捻机由子母揉盘、揉桶、加压装置、传动机构和机架组成。母子揉盘由 1 个母揉盘和 8 个子揉盘组成, 并且置于机架上。8 只子揉盘装在子母揉盘上, 每只子揉盘装置1 只揉桶, 桶上使用锥形揉桶盖并装有加压丝杆和弹簧等组成投叶和加压机构, 便于揉捻过程中的连续投叶和加压。传动机构由电动机带动, 通过减速装置等使 8 只揉桶实现均匀自转, 并
14、同时公转。作业时, 上叶输送装置将加工叶连续均匀地送到锥形揉桶盖上, 加工叶滑入揉桶, 由于揉桶的自转而实施揉捻, 并且因为同时的公转, 各揉桶便顺序依次经过子母揉盘的出茶口而均匀出叶, 实现揉捻过程的连续化。但这种连续揉捻机因结构和制造简陋, 未能在生产中推广使用。与此同时, 浙江还曾研制出一种履带式平板连续揉捻机。这种揉捻机由揉捻输送带、揉搓板、传动机构和机架等组成。揉捻输送带系 60 块木板由螺栓固定在两条橡胶皮带上, 全长 4m, 形成无端履带输送形式, 装置在机架上。木质履带板中部下凹, 并钉有棱骨, 与装在其上部的揉搓板构成揉叶腔。作业时, 揉捻输送带由传动机构带动运行, 加工叶由
15、上叶装置揉捻履带的一端送入, 并连续不断地进入揉叶腔, 被不断揉搓成条, 并不断前进, 直到从揉捻履带后端排出机外, 完成连续揉捻。浙江农业大学的薛运凤等则将 3 台揉捻机交叉 120上下 3 层固定在立式机架上, 形成层叠式连续揉捻机, 同样使用锥形揉桶盖, 上层机器揉捻一定时间后, 从出茶口出茶排入下一台机器, 直至第 3 台最后完成揉捻。这些机型由于揉捻效果不理想, 未能在生产中普及推广。近几年, 随着茶叶连续化加工生产线的开发, 连续式茶叶揉捻机组获得普遍应用。一般是将数台揉捻机单行或双行排列在机架上, 所有机器的茶叶称量、投叶、揉捻、加压和松压、出茶等均由单片机通过控制系统进行程序控制。实现了加工叶自动称量, 并自动送入送叶小车或往返运行的茶叶分配输送带, 根据指令向需要上叶的揉捻机揉桶定时、定量自动投入加工叶, 然后揉捻机自动关闭揉桶盖, 按照规定程序开机运转, 进行自动加压、揉捻和出叶。该机组虽存在结构复杂、投资较大等不足, 但是实现了间歇式连续揉捻作业, 被广泛应用到茶叶加工连续化生产线上。茶叶揉捻间歇连续机组随着茶叶生产向规模化、清洁化、自动化方向的发展, 对茶叶加工连续化、自动化生产线需求愈来愈迫切, 这就要求研发出一种结构简单、本身具有连续作业功能、造价低廉的连续式揉捻机。这一技术目前在世界上均未解决, 是中国茶业界和茶机界今后需重点攻克的难题。
