一种基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统及方法与流程

本申请涉及食品及化工混合机械领域，具体提供一种基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统及方法。本申请涉及动态扭矩反馈、伺服变桨距搅拌器、自适应剪切、桨叶形态重构、嵌套输液管、内部流道喷射等技术的综合应用。

背景技术：

1、在豆制品加工工艺中，点卤工艺是将凝固剂与大豆蛋白溶液进行混合以发生凝固反应的关键过程。在混合的初期阶段，大豆蛋白溶液及凝固剂主要表现为低粘度的牛顿流体，此阶段需要提供强烈的径向机械剪切力，以实现凝固剂分子在溶液中的快速、均匀分散。随着化学反应的进行，蛋白分子发生交联并逐渐形成空间网状结构，即产生凝胶化现象。此时，流体的流变态发生急剧转变，由低粘度牛顿流体转变为高粘度、且对剪切力极度敏感的假塑性流体。在该相变阶段，任何过大的机械剪切应力都会不可逆地切断已经初步形成的凝胶网络，从而导致蛋白质内部的水分析出，降低最终豆制品的保水性和得率。

2、目前，传统豆制品点卤混合装置多采用固定形态的搅拌桨。这类设备通常依靠经验分段控制电机转速，存在控制迟滞现象。常规的恒转速或简单变频混合设备，无法在流体相变的毫秒级窗口期内彻底消除宽大桨叶结构本身带来的机械剪切力。即便是降低了电机的转速，宽大的固定桨叶在划过凝胶体时，依然会产生强烈的局部剪切，从而破坏凝胶网络。现有的混合系统缺乏机械结构形态与流体流变状态的物理协同，难以解决混合均匀度与凝胶网络保护之间的固有矛盾。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统及方法，用以解决现有固定桨叶混合设备在豆制品点卤相变期无法消除机械剪切、容易破坏凝胶网络的技术缺陷。

2、为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，包括动力总成，具有伺服驱动电机，所述伺服驱动电机的输出端串联有高频动态扭矩传感器；还包括：

3、自适应主轴组件，包括外部空心旋转轴、同轴套接在所述外部空心旋转轴内的推拉输液管和连接于所述推拉输液管顶部的直线伺服电缸，所述外部空心旋转轴的底部设有轮毂和铰接在所述轮毂上的多个中空叶片，所述推拉输液管的底部通过滑套和连杆与所述中空叶片连接；

4、凝固剂供给回路，包括设于所述推拉输液管内的主管流道口、设于所述中空叶片内的分支流道以及设于叶尖端部的微孔喷嘴，所述分支流道通过柔性波纹管与所述主管流道口连通；

5、中央控制单元，与所述高频动态扭矩传感器、所述伺服驱动电机和所述直线伺服电缸电性连接，被配置为根据所述高频动态扭矩传感器采集的信号获取流体表观粘度对时间的一阶导数，并在所述一阶导数大于相变临界阈值时，控制所述直线伺服电缸下压所述推拉输液管以使所述中空叶片折叠至锐角状态，并同步降低所述伺服驱动电机的转速。

6、进一步地，所述自适应主轴组件配置有防自转结构，所述外部空心旋转轴的内壁沿轴向开设有导向键槽，所述推拉输液管的外壁固定有与所述导向键槽滑动配合的防转键；所述外部空心旋转轴的底部端面与所述轮毂固定连接，所述轮毂的外圆周面上沿径向均匀开设有多个用于容纳所述中空叶片的导向槽。

7、进一步地，所述滑套同轴套装在所述推拉输液管的底部外壁上并通过紧定螺钉固定；所述连杆的第一端通过第一销轴铰接于所述滑套的侧壁，所述连杆的第二端通过第二销轴铰接于所述中空叶片的上翼面；所述滑套沿所述导向键槽向下移动至下极限位置时，所述连杆推动所述中空叶片向下翻转，使所述中空叶片的下翼面与所述外部空心旋转轴的轴线之间形成小于四十五度的锐角夹角。

8、进一步地，所述轮毂的内部开设有连通腔，所述连通腔的顶部与所述外部空心旋转轴的内部空腔相通；所述柔性波纹管收容于所述连通腔内，所述柔性波纹管的进液端与所述主管流道口密封连接，所述柔性波纹管的出液端贯穿所述轮毂的侧壁并与所述中空叶片的所述分支流道密封对接。

9、进一步地，所述微孔喷嘴包括呈矩阵排列的多个毛细喷孔，所述毛细喷孔的中心轴线与所述中空叶片的弦线相垂直；当所述中空叶片处于水平展开状态时，所述毛细喷孔的喷射方向沿所述轮毂的径向向外延伸；当所述中央控制单元控制所述中空叶片折叠至所述锐角状态时，所述中空叶片带动所述微孔喷嘴向下偏转，使所述毛细喷孔的喷射方向重定向为平行于所述外部空心旋转轴的纵向区域。

10、进一步地，所述中央控制单元内部设置有流变计算模块，所述流变计算模块被配置为获取当前时刻所述伺服驱动电机的运行角速度以及所述高频动态扭矩传感器输出的实时扭矩值，并提取所述实时扭矩值与所述运行角速度的比值作为等效表观粘度参数，进而对所述等效表观粘度参数进行差分运算以提取出所述流体表观粘度对时间的一阶导数。

11、进一步地，所述中央控制单元内部还设置有协同动作模块，所述协同动作模块被配置为在连续设定的判定时间窗内监测到所述一阶导数持续大于所述相变临界阈值时，在0.5秒的时间周期内同步输出第一路控制信号和第二路控制信号；所述第一路控制信号驱动所述直线伺服电缸全行程伸出，所述第二路控制信号将所述伺服驱动电机的运行频率降低至额定工作频率的百分之二十以下。

12、进一步地，所述动力总成还包括平行轴减速机和传动箱，所述伺服驱动电机的动力输出轴通过所述平行轴减速机与所述外部空心旋转轴的顶部传动连接；所述直线伺服电缸固定安装于所述传动箱的顶部外壳上；所述推拉输液管的顶部端面通过旋转接头与外部的供液设备连通。

13、本申请第二方面提供了一种基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统的方法，包括：

14、控制伺服驱动电机按照初始转速驱动外部空心旋转轴和中空叶片旋转；

15、通过高频动态扭矩传感器采集实时扭矩信号，并计算流体表观粘度对时间的一阶导数；

16、比较所述一阶导数与相变临界阈值的大小；

17、在所述一阶导数大于所述相变临界阈值时，向直线伺服电缸发送伸出指令以下压推拉输液管，使所述中空叶片向下折叠；

18、在所述中空叶片折叠的过程中，同步向所述伺服驱动电机发送降速指令，降低所述初始转速。

19、进一步地，所述在所述中空叶片折叠的过程中，同步向所述伺服驱动电机发送降速指令的步骤之后，还包括：

20、维持所述直线伺服电缸的伸出状态以保持所述中空叶片的锐角状态；

21、通过凝固剂供给回路向所述推拉输液管内泵入流体介质，使所述流体介质经由柔性波纹管流入所述中空叶片，并沿着朝向下方的偏转方向经由微孔喷嘴向外释放。

22、本申请通过上述技术方案，能够根据高频动态扭矩传感器反馈的阻力矩数据识别流体的凝胶相变点，并通过执行机构驱动内嵌推拉管动作，同步实现中空叶片的机械折叠以及加药喷射方向的重定向。由此，实现了混合器物理形态与流体流变状态的物理互锁与协同，在相变期消除了叶片的切割破坏效应，保护了脆弱的凝胶网络，从而提升了豆制品的保水率和结构强度。

1.一种基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，包括动力总成，所述动力总成具有伺服驱动电机，所述伺服驱动电机的输出端串联有高频动态扭矩传感器；其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，其特征在于，所述自适应主轴组件配置有防自转结构，所述外部空心旋转轴的内壁沿轴向开设有导向键槽，所述推拉输液管的外壁固定有与所述导向键槽滑动配合的防转键；所述外部空心旋转轴的底部端面与所述轮毂固定连接，所述轮毂的外圆周面上沿径向均匀开设有多个用于容纳所述中空叶片的导向槽。

3.根据权利要求2所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，其特征在于，所述滑套同轴套装在所述推拉输液管的底部外壁上并通过紧定螺钉固定；所述连杆的第一端通过第一销轴铰接于所述滑套的侧壁，所述连杆的第二端通过第二销轴铰接于所述中空叶片的上翼面；所述滑套沿所述导向键槽向下移动至下极限位置时，所述连杆推动所述中空叶片向下翻转，使所述中空叶片的下翼面与所述外部空心旋转轴的轴线之间形成小于四十五度的锐角夹角。

4.根据权利要求1所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，其特征在于，所述轮毂的内部开设有连通腔，所述连通腔的顶部与所述外部空心旋转轴的内部空腔相通；所述柔性波纹管收容于所述连通腔内，所述柔性波纹管的进液端与所述主管流道口密封连接，所述柔性波纹管的出液端贯穿所述轮毂的侧壁并与所述中空叶片的所述分支流道密封对接。

5.根据权利要求4所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，其特征在于，所述微孔喷嘴包括呈矩阵排列的多个毛细喷孔，所述毛细喷孔的中心轴线与所述中空叶片的弦线相垂直；当所述中空叶片处于水平展开状态时，所述毛细喷孔的喷射方向沿所述轮毂的径向向外延伸；当所述中央控制单元控制所述中空叶片折叠至所述锐角状态时，所述中空叶片带动所述微孔喷嘴向下偏转，使所述毛细喷孔的喷射方向重定向为平行于所述外部空心旋转轴的纵向区域。

6.根据权利要求1所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，其特征在于，所述中央控制单元内部设置有流变计算模块，所述流变计算模块被配置为获取当前时刻所述伺服驱动电机的运行角速度以及所述高频动态扭矩传感器输出的实时扭矩值，并提取所述实时扭矩值与所述运行角速度的比值作为等效表观粘度参数，进而对所述等效表观粘度参数进行差分运算以提取出所述流体表观粘度对时间的一阶导数。

7.根据权利要求6所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，其特征在于，所述中央控制单元内部还设置有协同动作模块，所述协同动作模块被配置为在连续设定的判定时间窗内监测到所述一阶导数持续大于所述相变临界阈值时，在0.5秒的时间周期内同步输出第一路控制信号和第二路控制信号；所述第一路控制信号驱动所述直线伺服电缸全行程伸出，所述第二路控制信号将所述伺服驱动电机的运行频率降低至额定工作频率的百分之二十以下。

8.根据权利要求1所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统，其特征在于，所述动力总成还包括平行轴减速机和传动箱，所述伺服驱动电机的动力输出轴通过所述平行轴减速机与所述外部空心旋转轴的顶部传动连接；所述直线伺服电缸固定安装于所述传动箱的顶部外壳上；所述推拉输液管的顶部端面通过旋转接头与外部的供液设备连通。

9.一种混合方法，基于权利要求1至8中任一项所述的基于流变特性反馈的豆制品点卤自适应变截面混合系统基于流变特性反馈的豆制品点卤变截面系统实现，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的混合方法，其特征在于，所述在所述中空叶片折叠的过程中，同步向所述伺服驱动电机发送降速指令的步骤之后，还包括：