干豆皮自动生产线蹲脑破脑系统设计说明.docx

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干豆皮自动生产线蹲脑破脑系统设计说明

干豆皮自动生产线——蹲脑破脑系统设计

DryYubaAutomaticProductionLine-SquattingBrainBreakCerebralSystemDesign

专业：

机械设计制造及其自动化

姓名：

丁强

指导教师签名：

申请学位级别：

学士

论文提交日期：

2016年6月日

学位授予单位：

天津科技大学

摘要

自古以来，中国就是大豆的盛产地，我国大豆制品的历史非常悠久。

随着现代科学技术的发展，各种豆制品生产设备应用而生。

相对于传统的豆腐皮生产，豆腐皮机机械减少了工人的劳动量，提高了豆腐皮生产产量，但是在这个过程中，这些机械在给人们带来方便的同时，也出现了一些问题，例如在豆腐皮生产过程中，豆皮机的自动化程度不高，人为干涉较多，生产效率高不成，低不就，生产出来的豆腐皮质量也参差不齐，口感差，劲道不足。

针对目前豆腐皮机生产出现的问题，研制了一种自动化程度高、方便的豆腐皮生产线，其结构主要包括蹲脑、破脑两部分，在蹲脑部分，包括间歇式拨叉机构、点脑机构及电动机的传动。

电动机通过减速器将动力传给曲柄，曲柄带动拨叉做往复运动，拨叉继而带动拨盘做间歇式运动，在这个过程中，实现豆浆的注入、点脑、倾倒及简单破脑，在点脑时，首先是凝固剂的自动调配及注入，然后凝固剂通过导管注入豆浆桶的同时时，搅拌杆搅拌豆浆，实现豆浆的点脑。

破脑部分，包括破脑杆、倾倒机构及均质机的均质，当蹲脑完成后，首先破脑杆将其进行破脑，使豆腐脑成为块状，然后通过倾倒机构倒入破脑池，先利用泵将豆腐脑吸入破脑桶，继而用均质机对豆腐均质，使得其中的蛋白质被均匀的破坏，接下来就是沥水环节，整个装置自动化程度高，维护方便。

运用SolidWorks对豆皮机进行实体绘制和建模，检验蹲脑破脑系统设计中可能存在的干涉，对设计中标准件等零件进行校核，并对其中的重要零件通过施加载荷及约束进行有限元分析，对其所受应力和安全性进行分析，确保设计的零件能满足要求，验证方案的合理性和可行性。

关键字：

豆腐皮；蹲脑；破脑；三维建模；有限元分析；

ABSTRACT

Sinceancienttimes,Chinaisrichinsoy,thecountry'ssoyaverylonghistory.Withthedevelopmentofmodernscienceandtechnology,allkindsofrawsoybeanproductionequipmentapplications.Comparedwiththetraditionalproductionoftofuskin,tofuskinmachinemechanicallyreducingtheamountoflaborofworkersandimproveproductionyieldstofuskin,Withthedevelopmentofmodernscienceandtechnology,avarietyofmechanicalequipmentandrawsoyproducts,suchasmechanizedproductionofbeancurdskin.Comparedwiththetraditionalproductionoftofuskin,tofuskinmachinemechanicallyreducingtheamountoflaborofworkersandimproveproductionyieldstofuskin,butintheprocess,thesemachinesbringconveniencetopeopleatthesametime,therehavebeensomeproblems,suchastofuskinintheproductionprocess,thedegreeofautomationYubamachineisnothigh,morehumanintervention,productivityhighfragmentation,lownotto,beancurdskinproducedunevenquality,poortaste,lesschewy.Tofuskinmachineproductionforthecurrentproblems,developedahighdegreeofautomation,easytofuskinproductionline,thestructureconsistsoftwopartssquattingbrain,brokenbrain,squattinginbrainparts,includingintermittentforkmechanism,somebraintransmissionmechanismandmotor.Thepowertothemotorthroughreducercrank,crankdrivenreciprocatingfork,forkandthendointermittentmotiondrivewheel,intheprocess,achievemilkinjectionpointbrain,braindumpandsimplebreak,atthepointwhenthebrainisthefirstcoagulantinjectionandautomaticdeployment,andtheninjectedthroughthecathetermilkcoagulantbarrelssimultaneously,stirringrodstirringmilk,soymilkpointtoachievethebrain.Brokenpartofthebrain,includingthebrainstemhomogeneousbroke,dumpingbodiesandhomogenizer,aftersquattingbrainiscompleted,thefirstbreakofthebrainstemtobebrokenbrain,makingbeancurdbecomemassive,thenpouredthroughthebrokenbraindumpbodiespool,thefirstuseofasuctionpumpcurdbrokenbrainbucket,andthenonthroughthehomogenizerarehomogenizedcurd,whichmakestheproteinisevenlydestroyed,thenextstepisdrainingaspectoftheentireapparatussimpleoperation,highdegreeofautomation,maintenanceConvenience.

ApplicationofSolidWorksYubamachineforthree-dimensionalmodeling,testingmaybreaksquattingbrainbraindesignsysteminterference,thedesignofstandardpartsandotherpartstobechecked,andoneoftheimportantpartsbyapplyingloadsandconstraintsforfiniteelementanalysisitssafetyandthestressanalyzedtoensurethatthepartscanbedesignedtomeettherequirements,reasonableandfeasibleverificationscheme.

Keywords:

beancurdskin;uattingbrain;brokenbrain;three-dimensionalmodeling;finiteelementanalysis;

第一章绪论

第一节引言

泱泱大国，上下五千年，从最开始中国就栽培大豆，豆制品是以大豆、小豆、绿豆、豌豆、蚕豆等豆类为主要原料，经加工而成的食品。

相传我国炼丹家淮南王刘安创造了做豆腐制作之法。

中国是大豆的故乡，，同时也是最早研发生产豆制品的国家。

我国大豆制品的生产、经营和消费历史非常悠久，豆腐的制作可追溯到汉朝。

相传是由我国炼丹家淮南王刘安所创。

明代著名医药学家李时珍在《本草纲目》中就有豆腐及豆腐皮的制作记载[1]：

“做豆腐的原料，可以用黑豆、黄豆等豆类”。

做法为“用水浸泡，然后把豆子粉碎，粉碎之后将豆渣滤去，再熬一下，然后用盐卤或者醋浆倒入搅拌，有的人会用将石膏倒入搅拌，可能是咸的、苦的或者酸的，然后都可以收敛，最后等它们上边凝固了，去掉布之后晒干，这就是豆腐皮，吃起来特别好，有种特殊的味道。

豆腐皮的加工，因制作时需要盐卤，从而增加了钙、镁等无机盐的含量，之和与缺钙患者用，豆腐皮的营养价值主要体现在其丰富的蛋白质含量上，还有人体所必须的18种微量元素，豆腐皮具有清热解毒、降血压、降低胆固醇、减轻动脉粥样硬化、增强免疫功能、抗癌、抗恶性细胞增殖的作用，是一种老少皆宜的食用佳品。

在豆腐的制作工程中，需要添很多元素，这些元素对人体特别有益，豆腐皮具有清热解毒、降血压、降低胆固醇、减轻动脉样硬化、增强免疫功能、抗癌、抗恶性细胞增殖的作用，是一种老少皆宜的食用佳品。

以前制作豆腐皮，都是工人在小工厂里，用的是最原始的方法，认为是人工点卤，人工调节等，所以加工出来的豆腐口感不好、质量不行，易破碎，而且工人师傅们劳动强度大，一天下来制作出来的豆腐的量还少，可以说是事倍功半。

这几年，由于人们生活水平质量的提高，对豆制品的要求也越来越高，豆腐的市场也在扩大，手工生产已经很闹保证生产量。

因此急需要设计一套豆腐皮的加工设备，从而使其加工过程实现自动化，降低工人劳动强度，提高豆腐皮生产产量，改善其质量，以满足市场需求。

第二节研究背景

一、传统豆腐皮制作工艺流程

在设计之初，查阅相关资料，了解传统豆腐皮的工艺流程，传统豆腐皮的工艺流程为：

原料处理—泡豆—磨浆—过滤—煮浆—点脑—破脑—泼脑—沥水—剥布—煨制—成品。

（一）原料处理

黄豆，在中国是主要的粮食作物，古代称之为菽、是平常所说的“五谷”之一，它是生产豆腐的主要原料。

（二）泡豆

选豆过程完毕以后，将豆字放入桶中，浸泡一定的时间后放出，此时豆子是软的，然后去除其中杂质，在这个过程中必须掌握好浸泡的时间及水温，浸泡时间太短，豆子吸水不充分，还是干瘪的，时间太长，豆子中水分含量太多，不利于下一步工作的进行。

（三）磨浆

磨浆的目的是破坏打斗的细胞结构，一般通过砂轮磨将大豆磨碎，，在此过程中加入一定量的水，加水过多，豆浆浓度变低，不易凝固；加水过少，产出质地粗糙，磨不出多少豆浆；而且计划设计磨浆的次数为两次，第一轮磨浆是将大豆直接磨碎，此时出浆量最大。

第二轮磨浆是将第一轮磨浆产生的豆渣进行研磨，此次的出浆量会减小很多，经过两轮的研磨，残余豆渣中的豆浆含量极低，保证了豆子的充分利用。

（四）过滤

过滤方式有很多种，一般采用尼龙滤网进行过滤，磨好后的豆浆加温水，注意：

水温60℃左右，不宜太高或者太低，过滤网孔的大小选用方法是：

将磨出的豆浆与豆渣混合物搅拌后倒入分离机或过滤袋进行除渣过滤，以手捏豆渣松散，无浆水为标准。

图1-1常见的一种滤网

（五）煮浆

用磨浆机磨出来的豆浆还是生豆浆，所以下一步就是将生豆浆煮成熟豆浆，此过程对豆腐的质量有重要影响，一般煮浆方式为蒸汽煮浆或者电煮，目前又有一种新的方式是用热交换器煮浆，热交换器煮浆一般用于产量大的大工厂中，煮浆的目的是使蛋白质得到充分变性，提高蛋白质的消化率。

（六）点脑

豆腐皮做的好不好，全在于点脑怎么样，这是制品制作过程中的关键工序，在点脑时，豆浆的浓度必须稳定。

点脑时凝固剂的用量为豆重的2%-3%，凝固剂的加入方式是点浆式加搅拌，在实际生产中，常用点脑设备为点卤桶。

（七）蹲脑

蹲脑俗称为养花，此过程是目的是使蛋白质充分凝固，且宜静不宜动，蹲脑时间应该适当，一般情况，点脑后要静止10——15min，在蹲脑完成后，就要开始破脑了。

（八）破脑

破脑过程是在蹲脑之后，在沥水前，一般要将豆腐适当的破碎，使破坏后的豆腐脑中的组织结构得到一定程度的破坏，释放出包在蛋白质周围的黄浆水，然后对破坏了的豆腐脑进行沥水。

（九）沥水

已经被破坏的豆腐脑放在破脑桶中，破脑桶下边是滚带，此时将纱布下边放一层，然后将破脑桶下边的阀门打开，豆腐脑会流到滚带上的纱布中，然后再在上边铺一层纱布，使得破坏了的豆腐脑夹在两层纱布之间，然后用滚轮进行压制，将其中的水分压干，在压制过程中，注意的问题是防止快要成型的豆腐皮被滚轮压向两边，以至于挤出来，影响豆腐皮成型质量。

图1-2沥水装置

（十）剥皮

经过上一步骤的实施，豆腐皮已经成型，现在只需要将豆腐皮和纱布分离即可，但是将已经压好的豆腐皮及纱布放到剥皮机上，使豆腐皮与纱布分离。

二、豆腐皮生产线发展现状

豆腐有很高的营养价值，包括所含的人体微量元素等，现在由于人们日益改变的养生观念，豆腐也被赋予了不同的营养价值，所以现在我们会看到很多豆腐的衍生品，例如豆皮饮品，传统豆腐皮制作方式已经远远不能满足市场需求，亟需一条效率高，产量大的豆腐皮生产线。

德国、日本和美国的机械目前是世界上最发达的，虽然豆腐的制作是中国发明的，但是这这些年来，由于美国和日本技术的发展，在豆腐皮机械设备方面，他们已经远远超过中国，而且他们的机器自动化程度高，人工成本低，生产效率也是数一数二的。

我国的豆腐虽然有很多种类，但是生产出来的豆腐皮质量不是特别好，口感也是一般，相比于美国和日本，还差一大截。

美国和日本利用自身的技术特点，将已经生产好的的豆腐皮机械设备卖给中国，但是关键技术还是掌握在他们手里，中国的很多生产厂家都是被牵着鼻子走的。

图1-3豆腐皮

近几年，由于消费者对豆制品质量的要求提高，很多企业几个人购买韩国家庭作坊式豆腐皮制作设备，其设备的价格虽然高点儿，但是买的放心，用的舒心，而且生产出来的豆腐质量相对与中国某些大型工程生产出来的豆腐皮还是挺不错的。

由于中国是一个庞大的消费群里，人民生活质量也在提高，韩国个体作坊式豆腐皮制作设备显然不能满足整个中国市场的需求，所以还需要相关人员对豆腐皮生产线相关设备进行设计，研究更好的的工艺技术，提高设备质量，继而提高豆皮的质量，减小我们与美日国家的差距，毕竟豆腐起源于中国。

第三节研究内容

本课题来源于学校食品加工中心豆皮机自动生产项目，本课题的研究目标是围绕豆皮生产过程中遇到的问题进行分析，致力于设计出一套点脑、蹲脑、破脑于一体的自动机械系统设备,替代现有的豆腐皮生产设备，并且使得生产出来的豆腐皮筋道好、口感佳。

本课题的研究内容是：

生产能力为：

每小时生产50公斤干豆,可以自动连续生产的干豆皮自动生产线；破脑、凝固蹲脑在同一设备内完成；可以实时测定相关参数并控制相关参数如点浆温度、浓度、搅拌强度、凝固时间、配料的组成或配比；设计一新型破脑机构，可以控制破脑程度，破脑后设计一装置自动进入下一工序；点浆浓度、温度、搅拌时间速度、凝固时间等参数均应符合干豆皮的生产加工工艺。

本课题研究的意义在于，目前市场上有干豆皮自动生产机器，自动化程度低低，费时又费力，而且生产效率低，传统的豆腐皮机在点脑、蹲脑、破脑这三道工序，传统方式还是人工点脑，费时费力；一些自动点脑机械设备自动化程度不高，制成的干豆皮，厚薄不均匀，无劲道，口味欠佳。

在实际中，本自动蹲脑破脑机一方面能够解决工厂目前浪费人力的情况，尤其是在目前人力成本较高的大环境下；另一方面可以节省燃料。

工厂使用此装置，可以使整个豆皮的生产更加具体化、精准化，生产出的成品口感好、劲道足。

本蹲脑破脑系统设计将能启发其他类似机械在实现功能时的设计思路，其功能结构可以应用于很多场合。

其所通过检测设备得到的测量数据可以为生物专业提供帮助，通过测量值，他们能更好的对豆腐皮进行研究，。

其次本蹲脑破脑系统将进行独立的机械机构设计，数学模型建立，最重要的部分是豆浆pH值、豆浆浓度等检测，测量完成以后，测量值反馈到电脑中，然后点脑再根据检测的结果精准点脑、精准蹲脑，外加均质机，对豆腐进行均匀破脑，综合性地涵盖了机械设计制造及其自动化本科阶段所学的大多数知识，是对大学四年知识储备和对实际设计能力的一次考验。

在驱动和控制方面，这个蹲脑破脑装置机要与工厂现有机械实现对接并速度匹配，过程中运用到的检测计、传感器及其控制方式，也将能够对食品机械的监控和控制提供一个不错的思路。

小作坊中用的豆皮机械可谓简陋且没有安全保障，而工厂的大型豆皮机械也仅仅是对于小型豆皮机械一种产量扩展，没有从本身设计和创新角度综合考虑来分别占据市场。

本课题希望通过上述提到的改进方案，将豆腐皮的生产交给机器，让豆皮机械能够更加自动化更加具有优势。

技术路线图：

否

是

第四节小结

豆腐皮的制作看似简单，但是在这个制作过程中，细节很重要，比如点卤，养花、破脑等，这些具体参数需要工人师傅多年的经验或者通过科学数据测量才能找到一个最合适的量，现在通过对国内外豆腐皮生产线现状的研究以及对现有豆皮机的了解，认为设计一种高效率的、自动化程度高的豆皮机生产线具有一定的实际价值和意义，因此提出了本课题，并明确了具体研究内容。

制定研究计划，进行课题设计。

第二章蹲脑破脑设计方案

豆腐好不好，得要看蹲脑怎么样，蹲脑和破脑是豆腐制作过程中的关键步骤，传统的豆腐制作时人工点脑，点脑的好坏全凭师傅的手艺，一方面这会使得每次制作出来的豆腐皮厚薄不均匀，色泽不一致，筋度、口感等都会出现或多或少的变化；另一方面，会加大工人的劳动强度，提高企业的生产成本，而且效率不高，产量少。

第一节点脑设计方案

一、点脑装置

在本设计中，要想制出高质量的豆腐皮，点脑是关键的一道工序，而在点脑时，首先需要调配凝固剂用量，将盐卤稀释到20——22°Be（用波美比计测定），再依据点脑温度、豆浆浓度等测量值，然后进行点脑，可以实现点脑的精确性。

经过查阅资料发现，在点脑时，需要事先在热浆中加四分之一左右的水，以控制豆浆浓度，豆浆的浓度要求大致如下：

北豆腐：

7.5—8.0°Be，南豆腐：

8—9°Be，豆腐干：

7—8°Be，点脑温度：

80——85℃，豆浆的PH值设置在7左右，豆浆的搅拌速度及时间直接影响凝固效果，而且在搅拌方式上也需要缸面的豆浆和缸底的豆浆循环翻转[2]。

小型豆腐皮生产过程中常用点卤打花桶，采用不锈钢材质，将煮好的豆浆倒入桶中，然后进行人工点卤，自动搅拌，当豆浆凝固到最佳时刻，停止点卤，这样能够在较短时间内对豆花均匀搅拌处理，保证豆腐花的产量和质量。

但是此种方法只适合小型生产，人力有限且人工成本高。

大型豆腐皮生产线采用智能自动点卤机，自动化程度一般，需要人员和机器相互配合，例如在卤水浓度调节时，需要人工调配好卤水；在点卤之前有简单的自动恒温定量供浆装置，并没有豆浆浓度检测、PH值检测、卤水浓度自动检测调配等装置，且在搅拌时候也没有检测装置，搅拌的好坏及凝固效果就不得而知了。

所以，为了在工艺上使得点脑自动化程度提高，因此提出点卤一体化设计方案（如图2-1所示）。

1.豆浆桶支架2.豆浆桶3.搅拌杆4.点脑管5.连杆6.凝固剂调节桶7.搅拌片

图2-1点脑装置

凝固剂调节桶根据之前测量的各种数据自动调节凝固剂所需要的凝固剂用量，通过点脑管将凝固剂注入豆浆桶中，点脑的量通过之前测量设备负反馈到电脑，然后点脑再将信息传给自动点脑装置，点脑时，通过连杆、拨杆、拨片，对豆浆进行凝固。

第二节蹲脑设计方案

蹲脑的目的是使已经形成的凝胶网络结构联接更有力。

在蹲脑的过程中，宜静不宜动，而且蹲脑时间太长凝固体温度下降太多，不利于豆腐脑热结合，太短凝固不充分，直接影响成品质量。

蹲脑蹲到什么程度最合适，一般自动蹲脑设备通过电脑控制的时间来定，并无检测装置来测量浓度，蹲脑时间的长短，归根到底还是看养花养的程度，不如直接检测养花程度，这样会更精确一些。

在本蹲脑设计中，通过控制转盘的速度调整时间，使得已经点脑的豆腐桶中的豆腐脑，在破脑之前完成蹲脑。

蹲脑设计如图2-2所示.

1.豆浆桶2.豆浆管道输送控制器3.点脑装置4.破脑装置

图2-2蹲脑装置

通过豆浆管道以后，豆浆注入到豆浆桶豆浆桶中，再经过点脑装置进行点脑。

此时，进行到蹲脑环节，蹲脑时间约为10min，豆浆桶顺时针旋转，旋转时间控制在10min，即豆浆桶旋转至破脑装置破脑装置处，进行破脑，整个过程为间歇式旋转。

第三节破脑设计方案

近几年，豆腐皮机的破脑方式有了很大的发展，查阅相关资料，各种机械人员设计的的破脑方式方法，大约有以下几种：

图2-3搅拌式破脑设备

（一）手搅式

这个方法是最原法制豆腐的皮肤是最常见的，最传统的手工处理方法。

处理器豆腐好大缸的小盆地，先插入的扫把买豆腐小粒子的头发，头发乱水贴，意大利面小勺子，这方法。

皮肤的最大优点是炸豆腐脑豆腐。

太多的碎片，水分离，豆腐皮的味道很好，水或生产，这样做的豆腐皮速度还比较高。

但最大的缺点是劳动强度大，长时间地工作，如果温度下降，怎么这么快就干豆腐弹性下降、白色、彩色，所以玩家最好的头部皮肤上产生的。

（二）搅拌式

豆脑是破碎和搅拌可破，一种豆腐机系统。

纯手工破碎的大脑，而不是单一的缸洗衣机从一开始，疲劳断裂的人谁觉得他们的优势，越来越多的生产。

大量的浴霸制造商采用这种破碎的大脑，在大脑斗杆底部焊接棒焦虑搅拌棒搅拌棒开裂的叶片驱动旋转电凝成型的豆腐脑的“打”。

这种方法的优点是快速和方便，抛的大脑，但在实际生产中使用这种方法有很多，例如脑快速和豆腐脑，过多的水产品，硬纹理豆腐脑太长时间从粘性形式在稀疏，谢，通常被称为“水”，揭示了它的弹性产品，以提高弹性不仅增加了压力，并上市率。

（三）泵吸式

泵头细则，第一次泵吸细到豆脑脑内，一般是豆腐的机器而更多便利性的泵头，水箱的管道泵，脑中的新平台需要性的脑的高速旋转连接，泵共同的离心泵坏的车轮启动后，所有的党的速度，然后他的现象千切8九十九髪，产品的味道几乎是相同的，因此，弹性现象。

近年，在离心泵的多数厂家降低齿轮泵、泵、知事的速度。

效果明显地变化。

但是，地域环境，知事非常高。

（四）气压式

气动损坏豆脑不动，压力罐内随压力增大，豆腐，气体喷射的优越性脑损伤脑瞬间挤压而不过分很厚，大大提高了弹性。

太多的过水。

在南、北豆腐豆腐在中国基本石膏（硫酸钙）作为凝固剂对豆腐脑块终点站在整个缸及北豆