一种自动化豆腐皮加工装置的设计_杨少阳.pdf

2023 年 5 月下147Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备一种自动化豆腐皮加工装置的设计*杨少阳，杨武，井绪芹，陈群（莆田学院新工科产业学院，福建 莆田 351100）摘要：【目的】解决现有的豆腐皮加工装置人工添加豆浆成本较高、用竹签等工具收集豆腐皮时易出现位置偏差以及存在豆腐皮收集不整齐等问题。【方法】研发一种自动化豆腐皮加工装置，该装置主要包括豆浆研磨筒、豆浆煮沸炉、豆浆储存容器和豆腐皮生成容器，其中，豆浆研磨筒通过驱动电机驱动旋转的研磨砂轮研磨大豆，在豆浆煮沸炉中利用高功率电加热模块煮沸豆浆。通过液位传感器和电控阀的配合，实现豆浆的自动添加，保证豆腐皮生成容器中的豆浆量保持在较佳的位置。采用两根捞杆配合使用，使得豆腐皮自动对半折叠，完成对豆腐皮的收集。【结果】该装置可实现豆浆的自动添加、完成对豆腐皮的自动收集，通过液位传感器监测豆浆液位，通过电控阀门开启进豆浆口，保证豆腐皮生成容器中的豆浆量保持在较佳的位置，提高了豆腐皮的生成质量。【结论】可实现豆腐皮的加工自动化、机械化，降低人力成本和劳动强度，能够保持豆腐皮表皮完整性，从而提高豆腐皮的加工效率，有效实现豆腐皮的自动加工，使豆腐皮的生产形成规模，满足广大市场的需求。关键词：大豆；豆浆；电控阀门；液位传感器；温度传感器中图分类号：TP23 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.044Design of an Automatic Tofu Skin Processing Device*Yang Shaoyang,Yang Wu,Jing Xuqing,Chen Qun(Putian University New Engineering Industry College,Fujian Putian 351100)Abstract:Objective To solve the problems of the existing bean curd processing device,such as the high cost of manually adding soybean milk,the position deviation when collecting bean curd skins with bamboo sticks and other tools,and the irregular collection of bean curd skins.Method An automatic tofu skin processing device was developed,which mainly includes soybean milk grinding cylinder,soybean milk boiling furnace,soybean milk storage container and tofu skin generating container.The soybean milk grinding cylinder grinds soybeans through a grinding wheel driven by a driving motor,and uses a high-power electric heating module in the soybean milk boiling furnace to boil soybean milk.Through the cooperation of the liquid level sensor and the electric control valve,the automatic addition of soybean milk is realized,and the amount of soybean milk in the tofu skin generation container is kept at a better position.Two fishing rods are used together to automatically fold the tofu skin in half,completing the collection of tofu skin.Result The device can realize the automatic addition of soybean milk and the automatic collection of bean curd skin.The liquid level of soybean milk is monitored by the liquid level sensor,and the inlet of soybean milk is opened by the electric control valve,so as to ensure that the amount of soybean milk in the bean curd skin generation container is kept at a better position,and improve the quality of bean curd skin generation.Conclusion It can realize the automation and mechanization of tofu skin processing,reduce labor costs and labor intensity,maintain the integrity of tofu skin,thereby improving the processing efficiency of tofu skin,effectively realizing the automatic processing of tofu skin,forming a large-scale production of tofu skin,meeting the needs of the broad market.Keywords:soyabean;soybean milk;electronic control valve;liquid level sensor;temperature sensor豆腐皮是中国传统豆制品1，其制作方法是：研磨经浸泡后变软的大豆，加水形成生豆浆2；将已煮熟的豆浆倒入可加热容器中，加热时应注意不煮沸豆浆；待锅中豆浆的表层逐渐产生一层皮膜3，用竹签等工具恰当地将其捞出，此膜捞出后锅中会再次产生皮膜，继续捞出，如此反复，豆浆的浓度会逐渐稀薄，要适当地给予补充4。传统的豆腐皮加工往往依靠人工进行豆浆添加5-6，效率低下，豆浆添加量也存在差异性，影响豆腐皮的生成。同时用竹签等工具收集豆腐皮时易出现位置偏差，导致豆腐皮收集不整齐，对折后的厚度不一致，破损严重，成品合格率低，影响豆腐皮外观和口感7。为了实现豆腐皮的加工自动化、机械化，降低人力成本和劳动强度，使豆腐皮的生产形成规模，满足广大市场的需求。课题组提出研发一种自动化豆腐皮加工装置，实现豆浆的自动添加，完成豆腐皮的自动收集，提高豆腐皮的生成质量和口感。基金项目：莆田学院校内科研项目“豆腐皮智能加工控制系统的研究与设计”（2019126）作者简介：杨少阳（1991），男，福建福州人，硕士研究生，助理实验师，研究方向为人工智能及自动化。通信作者：杨武（1973），男，福建莆田人，硕士研究生，高级实验师，研究方向为测试计量技术及仪器。1482023 年 5 月下Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备1 装置整体结构设计自动化豆腐皮加工装置如图1所示，主要由豆浆研磨筒、豆浆煮沸炉、豆浆储存容器和豆腐皮生成容器等组成。豆浆研磨筒1将研磨后的生豆浆输送到豆浆煮沸炉2，豆浆煮沸炉2将煮熟后的豆浆输送至豆浆储存容器3，豆浆储存容器3将其内部存储的豆浆输送至豆腐皮生成容器4，豆腐皮生成容器4中的豆浆经加热一定时间后，会在表面生成一层豆腐皮。12341.豆浆研磨筒；2.豆浆煮沸炉；3.豆浆储存容器；4.豆腐皮生成容器。图1自动化豆腐皮加工装置豆腐皮成膜过程的关键因素如图2所示，豆腐皮成膜过程说明如下。1）大豆：大豆为豆腐皮加工的主要原料，通过清洗、浸泡使其膨胀后，再将湿大豆进行加水研磨变成豆浆液。2）豆浆液：第一次研磨得到的豆浆液还需进行过滤才能将豆浆沥尽，传统的过滤方式是将豆浆液倒入吊袋，通过摇晃进行豆浆的过滤。在本装置中，在豆浆研磨筒和豆浆煮沸炉中间设计有高密度的过滤网。3）豆浆液深度：在实际生产过程中，豆浆液深度对豆腐皮的产率、品质影响颇深。当豆浆液的深度过低时，其成皮速率很低。而当豆浆液的深度超过5 cm时，其成皮时间加长。豆浆液的深度过深时，豆浆液的部分糖分分解为还原性糖后与豆浆中的氨基酸发生反应，导致豆腐皮在风干后显得过黄。因此，在豆腐皮生成容器中的豆浆液深度应控制在5 cm。4）豆浆液浓度：韩智等研究表明8，豆浆液浓度在5.5%时，豆腐皮成膜速率和品质最佳。豆浆液浓度超过11.5%，豆浆液将无法结膜。因此，在豆腐皮生成过程中，需不断添加豆浆液，控制其浓度在5.5%较为合适。5）豆浆液温度：豆腐皮的产率在一定温度范围内，随着温度的增大而增大。豆浆液在温度达到95 时，呈沸腾状态，易将形成的薄豆腐皮破坏。豆浆液的温度在85 时达到最大产率9-10。因此，豆腐皮的形成温度应该控制在85。大豆豆浆液豆浆液温度豆浆液深度豆浆液浓度结皮成膜图2豆腐皮成膜过程2 装置方案设计2.1 豆浆研磨筒设计豆浆研磨筒如图3所示，主要由研磨腔体、研磨砂轮、第一电控阀门、过滤网等组成。具体为：研磨腔体11内设置有驱动电机驱动旋转的研磨砂轮12，研磨腔体11上部设置有进水口，该进水口上设有第一电控阀门13用于控制进水，研磨腔体11下部设置有第一出豆浆口，第一出豆浆口内设有过滤网14，第一出豆浆口通过管道连接至豆浆煮沸炉2。豆浆研磨筒工作流程为：将浸泡冲洗干净的黄豆倒入豆浆研磨筒中，开启电源，装置开始运行；控制器开启进水口上的第一电控阀门13，研磨砂轮12研磨黄豆后，豆浆经过过滤网14后进入豆浆煮沸炉2。2.2 豆浆煮沸炉设计豆浆煮沸炉如图4所示，豆浆煮沸炉由主腔体、第二电控阀门、第一液位传感器、第一温度传感器、第三电控阀门和电加热模块等零部件组成。具体为：豆浆煮沸炉的主腔体21的上部设置有进豆浆口，进豆浆口上设有第二电控阀门 22。主腔体 21 内分别设置有第一液位传感器23和第一温度传感器24，内2023 年 5 月下149Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备侧底部设置有电加热模块26，下端设置有出豆浆口。出豆浆口上设置有第三电控阀门25，出豆浆口通过管道连接至豆浆储存容器 3。豆浆煮沸炉工作流程为：豆浆煮沸炉中的第一液位传感器23检测到豆浆液位达到高位值时，豆浆研磨筒停止工作。关闭豆浆煮沸炉进豆浆口上的第二电控阀门22，不再注入磨好的豆浆。开启豆浆煮沸炉中的电加热模块26加热豆浆。考虑到豆浆易出现第一次沸腾却未熟透的状况，当豆浆煮沸炉中的第一温度传感器24检测到豆浆温度达到80 时，降低电加热模块26的功率为最大功率的一半，继续加热豆浆10 min。10 min后，关闭高功率电加热模块26。考虑到豆浆的研磨和煮沸需要一定过程，为了能及时补充豆浆。在第一液位传感器23检测到豆浆液位低于豆浆液位的低位值时，需开始豆浆研磨筒的生豆浆制作。1111213141.豆浆研磨筒；11.研磨腔体；12.研磨砂轮；13.第一电控阀门；14.过滤网。图3豆浆研磨筒22122242326252.豆浆煮沸炉；21.主腔体；22.第二电控阀门；23.第一液位传感器；24.第一温度传感器；25.第三电控阀门；26.电加热模块。图4豆浆煮沸炉2.3 豆浆储存容器设计豆浆储存容器如图5所示，豆浆储存容器主要包括存储腔体、第二液位传感器、第四电控阀门和第五电控阀门。为了避免豆浆温度的降低，存储腔体31外侧包覆有保温层。为了监测豆浆存储容器中豆浆液位，存储腔体31内部设有第二液位传感器32。存储腔体31上端设置有进豆浆口，进豆浆口上设置有第四电控阀门33，存储腔体31下部设置有出豆浆口，出豆浆口上设置有第五电控阀门34，出豆浆口通过管道连接至豆腐皮生成容器。当豆浆储存容器的第二液位传感器32监测到豆浆液位低于豆浆液位的低位值时，打开进豆浆口上的第四电控阀门，补充豆浆至豆浆储存容器的豆浆液位的高位值；当豆浆储存容器的第二液位传感器32监测到熟豆浆液位高于豆浆液位的高位值时，关闭进豆浆口上的第四电控阀门，停止熟豆浆进入豆浆储存容器。3133233343.豆浆储存容器；31.存储腔体；32.第二液位传感器；33.第四电控阀门；34.第五电控阀门。图5豆浆储存容器2.4 豆腐皮生成容器设计豆腐皮生成容器如图6所示，豆腐皮生成容器由基座、加热锅、第六电控阀门、第三液位传感器、第二温度传感器、电加热管、升降驱动器气缸和捞杆等零部件组成。具体为：基座 41 上设置有加热锅 42，加热锅42的侧壁下部设有进豆浆口，第三进豆浆口上设置有第六电控阀门43用于控制豆浆的进入。为了监测豆浆液位和温度，加热锅42内部设有第三液位传感器44和第二温度传感器45。加热锅42的底部设有电加热管46，通过第二温度传感器45实时监控加热锅42内豆浆的温度，配合电加热管46使得加热锅42内豆浆的温度始终保持在较佳的温度阈值内。1502023 年 5 月下Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备为了完成对豆腐皮的自动收集，在加热锅42的两外侧分别设有沿竖直方向设置的升降驱动器气缸 47，两升降驱动器顶部分别通过连接架固定连接有捞杆48，两个捞杆分别沿水平横向设置，且两捞杆错位设置。捞杆工作时，两根捞杆一上一下，交替完成豆腐皮的捞起工作。降低一根捞杆使其沉至加热锅内底部，在到达生成单位豆腐皮加热时间时升起捞杆，豆腐皮自动对半折叠。为配合豆腐皮的收集工作，加热锅的内部材质在其竖直侧应采用不粘涂层，使豆腐皮不粘在锅内，可轻易被捞杆捞起，降低人力成本和劳动强度11-12。434445464847414244.豆腐皮生成容器；41.基座；42.加热锅；43.第六电控阀门；44.第三液位传感器；45.第二温度传感器；46.电加热管；47.升降驱动器气缸；48.捞杆。图6豆腐皮生成容器3 工作原理豆腐皮加工装置的工作原理：利用豆浆研磨筒研磨大豆后，在豆浆煮沸炉中将豆浆煮熟，并将豆浆输送至豆浆储存容器中。当加热锅内部的第三液位传感器监测到豆浆液位低于豆浆液位低位值时，开启第三进豆浆口上的第六电控阀门，加入豆浆至豆浆液位高位值后停止并开启电加热管。降低一根捞杆使其沉至加热锅内底部，在到达生成单位豆腐皮加热时间时升起捞杆，豆腐皮自动对半折叠。两根捞杆一上一下，交替完成豆腐皮的捞起工作。随着豆腐皮的不断生成，豆浆储存容器的豆浆不断减少，当豆浆储存容器内的第二液位传感器监测到豆浆液位低于豆浆液位的低位值时，豆浆研磨筒需重新研磨黄豆，补充豆浆至豆浆储存容器的豆浆液位的高位值。4 结束语针对当前人工加工豆腐皮存在人工添加豆浆效率低下和手工收集豆腐皮导致豆腐皮外观较差等问题，研发了一种自动化豆腐皮加工装置，可实现对豆浆自动添加，完成对豆腐皮的自动收集13-14。该装置通过液位传感器监测豆浆液位，通过电控阀门开启进豆浆口，保证豆腐皮生成容器中的豆浆量保持在较佳的位置，提高了豆腐皮的生成质量；采用两根捞杆配合使用，使得豆腐皮自动对半折叠，完成对豆腐皮的收集。该装置能够保持豆腐皮表皮完整性，从而提高豆腐皮的加工效率，可有效实现豆腐皮的自动加工。参考文献：1 李韦杭.豆腐皮形成机制及品质调控技术研究D.哈尔滨：哈尔滨商业大学，2021.2 石彦国，刘琳琳.大豆蛋白与豆腐品质相关性研究进展J.食品科学技术学报，2018，36(6)：1-8.3 时玉强，鲁绪强，马军，等.大豆蛋白在传统豆制品中的应用J.中国油脂，2017，42(3)：155-157.4 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