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Friday, May 04, 2007

茶業改良場茶葉機械研發成果

茶業改良場茶葉機械研發成果

•茶業改良場 黃謄鋒•

一、 前言

茶業改良場創設於日據時期1903年,前身為安平鎮製茶試驗場,經過日據時期至二次大戰結束,始由我國中央政府接收後,至民國五十七年正式將本場定名為「台灣省茶業改場」,而自該年起始設立茶機械課,以謀本省茶園耕作機械化,至七十八年起製茶機械亦歸為茶機課之工作項目之一。茶業改良場在茶業機械研究發展與推廣工作上,主要為茶園機械與製茶機械。

茶園機械作業在於改善耕作型態,節省作業成本,減輕勞力負擔,降低生產成本。試驗研究工作始於民國五十年初,以茶樹剪枝及茶園中耕除草之機械利用研究為主,接著為配合衰老茶園的更新計畫,而進行茶樹拔根與茶園翻犁、開溝、定植孔挖掘等機械之應用研究。七十年代重點為施肥、施藥及坡地多用途作業機械之開發及深層鬆土施肥之茶園利用。八十年代重點則以效率較高,能搭載不同作業機具進入茶園行間作業的高架式田間作業機及軌道作業系統之研究為重點工作。

採茶機械為茶園機械最具成效之推廣成果,自民國五十九年從日本引進單人採茶機與剪枝機並輔導農民使用,至民國六十五年引進雙人式採茶與剪枝機後至今仍被各機採區茶農使用。本場各項管理機械及作業的研究結果,亦都透過示範觀摩與講習方式,傳輸給茶農參考及採用。

製茶機械的研究在配合時代的朝流,民國五十年代曾進行紅茶萎凋方面的研究與製造試驗,民國六十年代外銷綠茶盛行,以綠茶機械製造的研究為主。部份發酵茶是台灣的特產,機械製造試驗研究一直持續進行,民國六十七年並完成一貫製造機械之開發,八十年代則以部份發酵茶之萎凋靜置攪拌、乾燥、烘焙等機械之研究為重點,試驗成果對台灣部份發酵茶的產製均有良好應用價值。

以下茲提供近年來有關本場茶園機械與製茶機械之主要試驗研究與改良成果圖片說明,提供各界參考,並請不吝賜教。

二、成果

(一)茶園管理機械:
1.茶葉機械採摘研究推廣(圖一)
由於採工難僱與工資高漲,茶葉採摘成本日漸昇高,為降低生產成本,提高採茶效率,本場自日本引進採茶機試驗並推廣,目前台灣已有一半以上茶園實施機採,主要為雙人式採茶機。



2.中耕機附裝二行噴藥機構(圖二)
中耕機在茶園中使用甚為普遍,但僅止於中耕及施肥,經研製雙行式噴藥桿架並將耕耘部以貯藥桶及高壓動力噴霧機取代後,便能有一次噴施兩行茶樹之功能。




3.氣壓式深層鬆土及爪式深耕機(圖三)
茶樹深耕可促進根系生長並改良根系土壤物性,改善土壤保水保肥能力,本場與中興大學合作研發之氣壓式深層鬆土機因對表土破壞小,可應用於坡地茶園深耕,而氣動爪式深耕機則適用於較平坦之茶園。



4.茶樹剪枝機之引進推廣(圖四)
茶園實施機採前,必須適當修剪,而剪枝機為配合機採之必要機械,淺剪枝機為每年必用之機械,另有中剪枝機,3~5年用一次。




5.圓盤鋸式深剪枝機(圖五)
茶樹深剪枝週期約十年,剪枝枝條直徑多為0.8㎝以上,經研究以軟管式圓盤割草機換裝每吋5~7正鋸齒直徑20~25吋之鋸片,可有良好的剪枝效果。



6.茶樹枝條打碎機(圖六)
中、深剪枝後之枝條滿佈茶行中,待其腐爛曠日費時,且影響後續進入茶園執行各項管理作業,研製之茶樹枝條打碎機可進入茶行中行走並進行枝條打碎作業,除解決廢棄枝條處理問題,亦可使打碎後之枝條快速腐化,回歸土壤中成為有機質。


7.茶園高架式中耕施肥機(圖七)
為提高茶園中耕施肥效率,本場與台大農機系(現更名為生物產業機電工程學系)合作研發茶園專用之高架式中耕施肥機,利用高架作業機附掛施肥桶及中耕部,可一次同時於兩茶行中施肥。



8.茶園高架式噴藥機(圖八)
以高架作業機為主機,研製三行桿式噴藥機構,作業機上可運載貯藥桶,噴藥桿架以油壓控制,一次可噴施三行茶樹,不但噴施效果理想,效率亦高,每公頃作業時間約四小時。




9.茶園軌道作業系統研究
本系統引進自日本,而將其國產化,估計國產化之田間施設成本約為進口之三分之一。軌道作業系統之各項研究成果如下:

(1)軌道支撐組合(圖九)
本支撐組合由五個零件組合而成,已完成模具製作,為硬PVC質材,支撐組合之功能為釘入土中,供圓形鍍錏鋼管架設其上,設於茶行,供作台車行進用。





(2)手推式軌道作業台車(圖十)
台車上可附掛採茶機或剪枝機,由於機械行走於軌道上,而採茶與剪枝機可準確調整作業高度,故作業精度高,剪採效果極佳,而原須二人抬著行進作業之機械經掛裝於作業台車上,不但省力,且可有效降低作業勞累度。



(3)自走式作業台車(圖十一)
將人力拉動之作業台車,經安裝發電機及驅動馬達與控制器後,作業台車可自動行走於軌道上,使用上更方便與省力。


(4)軌道自走作業台車樹冠與樹裙修整作業(圖十二)
以往茶樹剪枝之樹冠及樹裙必須分開作業,經研究於自走作業台車上同時掛裝淺剪枝及樹裙修整機後,即可同時完成兩項剪枝作業,不但精度高,且省工、省時。




(5)可載運式橫移台車(圖十三)
橫移台車的功能為供作業台車換行作業之用,其原始功能僅能在茶行前端移動,為方便作業台車的搬運,研發之可載運式橫移台車,具備搬運車的特性,可將作業台車跨置其上,經拖拉至作業茶園。在茶園中由於其台架高低可調整,故也可作為茶行前端橫移台車之用。




(6)軌道自走噴藥機(圖十四)
軌道式作業系統由於作業台車可自走於茶園軌道上,經研發一套噴藥桿架按裝於作業台車上,可一次噴施三行茶樹,噴管與動力噴霧機及貯藥桶均置於茶園旁,作業時,僅作業台車附掛噴藥桿架先拉噴藥管至茶園末端,當噴藥作業開始,作業台車再往回走,而作業人員僅在茶行兩端按壓台車啟動與關閉開關來控制噴霧機,噴藥管則須隨著作業台車在往返噴藥作業時,由人力同時捲收。



(7)軌道資材搬運台車(圖十五)
利用軌道作業方便的特性,研製之資材搬運台車可以搬運茶菁或有機肥及敷蓋材料等,不但效益高,減省人力,亦可降低人工作業勞累。




(二)製茶機械
製茶機械由製程可概分為茶葉製造機械之日光萎凋,室內萎凋靜置、攪拌、炒菁、揉捻、乾燥等,及毛茶完成後之精製、併堆,再乾烘焙機械。而包裝機械在茶葉機械亦相當重要,如計量、裝袋、裝罐等。本場各項製茶機械之研究發展成果摘述如下:

1.茶菁表面水份去除兼熱風萎凋機(圖十六)
由於茶樹生長期可供採摘時間僅7~10天,若遇雨季則去除茶菁表面水份費時費工,且陰天無陽光可供茶葉日光萎凋,研發之茶菁表面水份去除兼熱風萎凋機不但可使茶葉採摘不受雨季影響,亦可作為供給熱風萎凋之用。

圖十六 茶菁表面水份去除兼萎凋機


2.自動進出料傾缷茶菁攪拌機(圖十七)
室內萎凋靜置後必須再攪拌茶葉,傳統之茶菁攪拌機,必須先關閉攪拌機滾筒蓋,再以傾入或倒出攪拌後之茶菁。研發之可自動進出料與傾缷之攪拌機之進出料動作可由輸送帶自側邊送入及送出,且攪拌機可藉氣壓頂桿設定傾斜或水平,以符合攪拌時間長短之需求。




3.一貫式室內靜置攪拌機組(圖十八)
室內靜置與攪拌過程須達3~4次,時間超過10小時,造成人力閑置,但又不能節省。研發之一貫式室內萎凋靜置攪拌機組可以電腦設定,控制萎凋靜置次數與時間及攪拌速度與時間,可有效節省勞力。



4.自動傾缷炒菁機(圖十九)
萎凋靜置攪拌完成後,必須即刻炒菁停止茶菁再發酵,以往圓筒式炒菁機於炒菁完成後須賴人力將茶菁倒出,以致操作人員費力且易受燙傷,作業人員亦須隨時專注精神以免過度炒菁。本自動傾缷炒菁機可設定炒菁時間,而後自動倒出完成炒菁之茶菁,使用上不但安全省力,一人即可輕鬆地兼顧數台炒菁機。



5.自動揉球機(圖二十)
揉捻過程為半球形烏龍茶必要製程,須耗一天時間,製程中以人力用布包裹配合束包裹機等機械逐球進行覆炒、包揉、解塊的重複動作,此等作業費工、費力且費時又易造成勞累。本場與中興大學合作研發之自動揉球機可將初乾後茶葉投入本機中,藉控制加壓、解塊、通風及溫度設定等條件,約十小時完成半球形茶之揉捻,效果已幾近人工布球揉捻。





6.茶葉色彩選別精製機(圖二十一)
茶葉於販售之前,須經檢梗精製手續,以提高其商品價格,以往利用人工檢梗不但效率低、成本高,且易造成茶葉長期曝露於空氣中而吸收水份與雜味,極不利茶葉品質,本場於民國八十四年協助南投縣名間鄉農會引進色彩選別機並設立精製示範工廠,目前國內的半球形茶之檢梗精製問題已由於精製工廠之廣設而獲得解決。



7.條形茶精選機(圖二十二)
條形包種茶由於製成之毛茶糾纏,故以往無法以機械檢梗精製,完全須依賴人工,本場利用國產之半球形茶檢梗機,改良其精選滾筒後,已可達到70%之條形茶精選效率,每小時40公斤。



8.滾筒式併推機(圖二十三)
併堆作業為分級包裝之前置作業,以人力進行批次式之併堆費工、費時且均勻度不佳,本場研發之滾筒式併堆機可利用輸送機將待併堆之茶葉送入其中,經滾動混拌後,反轉便可自動出料,雖亦為批次式,但省工且節省勞力,均勻度亦較佳。




9.多功能低溫低濕乾燥機(圖二十四)
茶葉之烘焙溫度超過80℃,易造成香氣揮發散失,影響品質。本場與中興大學合作研發之多功能低濕乾燥機可於乾燥過程中,控制在80℃以下且有較快之乾燥速率,乾燥後之茶葉外觀色澤較傳統熱風乾燥翠綠,且香氣亦較佳。



10.滾筒式烘焙機(圖二十五)
茶葉於包裝前,須經適當火候烘焙以應市場需要,傳統之烘焙方式,多利用箱形烘焙機,以人工將茶葉置於乾燥盤再放在層架上再推入烘焙箱中,烘焙完成後,亦須以人工將層架拉出再將乾燥盤中茶葉倒出,費力費時。且由於乾燥過程中茶葉均無翻動,往往造成烘焙不均勻情形。研發之滾筒烘焙機可將茶葉直接倒入後,內筒可以在定溫下,定時轉動,而轉動速度亦可調整,不但進出料方便,烘焙過程茶葉可定時翻轉,此機已有效解決傳統箱型烘焙之缺點。




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