阅读说明：本技术 一种粘稠固液混合调味剂的精准下料系统及方法 (Accurate discharging system and method for viscous solid-liquid mixed flavoring agent ) 是由 张文廷 张伟达 于 2020-07-02 设计创作，主要内容包括：本发明属于食品加工机械领域,提供了一种粘稠固液混合调味剂的精准下料系统及方法。首先基于搅拌推进及蠕动下料,搭建粘稠固液混合调味剂的精准下料系统；然后考虑因调味剂自重、粘稠、搅拌、阀内部压强等因素,求解调料桶出料口压强平衡关系；最终,基于调料桶出料口压强随需求下料量、调味剂余量的自调节,实现粘稠固液混合调味剂的精准下料过程；该系统及方法可极大简化下料过程、易操作,适用于多种固液混合的流体下料,具有广泛的应用前景。(The invention belongs to the field of food processing machinery, and provides a precise blanking system and a precise blanking method for a viscous solid-liquid mixed flavoring agent. Firstly, building an accurate blanking system of a viscous solid-liquid mixed flavoring agent based on stirring propulsion and peristaltic blanking; then, the pressure balance relation of a discharge port of the seasoning barrel is solved by considering factors such as the self weight, the viscosity, the stirring, the internal pressure of the valve and the like of the seasoning agent; finally, the accurate blanking process of the viscous solid-liquid mixed flavoring agent is realized based on the self-adjustment of the pressure of the discharge port of the flavoring barrel along with the blanking amount and the flavoring agent allowance; the system and the method can greatly simplify the blanking process, are easy to operate, are suitable for blanking of various solid-liquid mixed fluids, and have wide application prospects.)

一种粘稠固液混合调味剂的精准下料系统及方法

技术领域

本发明属于食品加工机械领域，涉及一种粘稠固液混合调味剂的精准下料系统及方法。

背景技术

随着食品行业的飞速发展，食品的多元化、多样化是满足人们众多口味需求的必然趋势，对食品加工的安全性、效率、口味把控等要求也越来越高。调味剂作为食品中必不可少的元素，其高效高精下料对于保证食品的快速加工、口味把控至关重要，直接影响食品的生产效率及生产质量。在目前的生产过程中，为保证食品卫生、高效加工及精准下料，调味剂的加工及下料逐渐由人工转为机械化、自动化，以此实现大批量高效生产及口味严格把控与统一。然而，对于一些油性固液混合调味剂，如辣椒油、麻油，或者多种调味剂混合产品等等，其同时具备液体流动性及固液混合体粘性的特质，这就对高精下料带来严重困难，极易出现流速不稳、下料不准、堆积、断层、混合不均匀等问题，导致口感、口味下降。

发明内容

本发明要解决的技术难题是粘稠固液混合调味剂精准下料过程，为克服现有技术的缺陷，发明了一种粘稠固液混合调味剂的精准下料系统及方法。该方法包括三个步骤：粘稠固液混合调味剂精准下料系统搭建、调料桶出料口平衡关系求解、基于压强与流速匹配的精准调控，最终实现粘稠固液混合调味剂精准下料过程。该系统及方法可极大简化下料过程、易操作，适用于多种固液混合的流体下料，具有广泛的应用前景。

本发明的技术方案：

一种粘稠固液混合调味剂的精准下料系统及方法，首先基于搅拌推进及蠕动下料，搭建粘稠固液混合调味剂的精准下料系统；然后考虑因调味剂自重、粘稠、搅拌、阀内部压强等因素，求解调料桶出料口压强平衡关系；最终，基于调料桶出料口压强随需求下料量、调味剂余量的自调节，实现粘稠固液混合调味剂的精准下料过程；

具体步骤如下：

第一步、粘稠固液混合调味剂精准下料系统搭建

粘稠固液混合调味剂精准下料系统主要包括：进料口、调料桶、搅拌器、重力传感器、蠕动阀、止流电机等构成。所述的调料桶上方连接进料口以及盖板，所述的盖板上方设有传动齿轮并通过电机带动所述的搅拌器进行搅拌，所述的调料桶下方布置重力传感器对调味剂重力进行实时监控，为精准下料提供数据参数，通过调料桶出料口(以下简述为出料口)与所述的蠕动阀连接，通过所述的蠕动阀内部压强将调味剂挤压至最终的下料口，同时在下料口处设置所述的止流电机，防止粘稠固液混合调味剂在下料口处残留溢出。

进一步地，所述的搅拌器的搅拌叶片为随形结构，根据所述的调料桶的内壁曲率进行加工制造，可在出料口处为调味剂的出料过程提供离心挤压力，便于快速出料。

进一步地，所述的出料口设计为硬质波纹管结构，防止折弯。

进一步地，所述的蠕动阀的内部压强由蠕动电机控制，通过调味剂自重、粘稠、搅拌等因素综合计算得到所需的阀内部压强，并通过蠕动电机控制滚子，产生相应的内部压强，以便于快速、稳定、精准出料。

进一步地，所述的下料口由软管构成，便于折弯，当下料完成后，由止流电机控制止流弯头，对下料口进行折弯，防止调味剂残留溢出。

进一步地，所述的进料口、盖板、调料桶的底板、搅拌器、出料口、下料口等均为可拆卸设计，便于清洗、方便卫生。

第二步、出料口平衡关系求解

出料口处压强主要由四部分组成：调味剂自重压强P_G，搅拌动能引起的离心压强P_J，出料口阻力压强P_Z，阀内部压强P_F。首先计算调味剂自重压强P_G，由于搅拌器的不断搅动，使得固液混合调味剂时刻处于近似均匀状态，因此自重压强P_G可表示为：

其中，G为调料中剩余调味剂重量，由重力传感器测得；

为调料桶截面积，D为调料桶直径。调味剂余量G为变量，则自重压强P_G可表示为G的函数：

P_G＝f(G) (2)

对于搅拌动能引起的离心压强P_J，由于大部分离心力由调料桶筒壁承担，对出料口的压强可考虑为由一定体积的调味剂离心所产生，所述的一定体积，是指底面积为出料口截面积，高为调料桶半径，即：

其中，为所述一定体积的调味剂质量，ρ为调味剂密度，d为出料口直径；ω＝πn/30，n为搅拌器转速；为出料口截面积，则(3)可整理为：

对于出料口阻力压强P_Z，可考虑为出料口堆积的调味剂在下料过程中所产生的阻力，则有

P_Z＝μm′g/s (5)

其中，μ为阻力系数；

为出料口中调味剂质量，g为重力加速度，l为出料口长度，则(5)可整理为：

P_Z＝μρlg (6)

对于阀内部压强P_F，为实时自动可调，以满足精准下料需求。则在出料口处平衡关系，即合压强可表示为：

Δp＝P_G+P_J-P_Z-P_F＝f(G)-P_F+C (7)

其中，G、P_F为可调节变量；对于同一种混合调味剂，C＝P_J-P_Z为常量。

第三步、基于压强与流速匹配的粘稠固液混合调味剂精准下料

由哈根-泊肃叶定律，出料口流量Q可表述为：

其中，α为调味剂粘度。

则在t时间内，下料量为：

A＝Qt (9)

结合公式(8)、(9)，有：

根据需求下料量A、调料桶中调味剂余量G，实时调节P_F，即可最终实现对粘稠固液混合调味剂的精准下料过程。

本发明的有益效果是该方法设计了一种粘稠固液混合调味剂的精准下料系统及方法，首先基于搅拌推进及蠕动下料，搭建粘稠固液混合调味剂的精准下料系统；然后考虑因调味剂自重、粘稠、搅拌、阀内部压强等因素，求解出料口压强平衡关系；最终，基于出料口压强随需求下料量、调味剂余量的自调节，实现粘稠固液混合调味剂的精准下料过程；该系统及方法可极大简化下料过程、易操作，适用于多种固液混合的流体下料，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为粘稠固液混合调味剂的精准下料系统结构示意图。

图2为粘稠固液混合调味剂的精准下料计算原理示意图。

图中：1进料口；2搅拌器的传动齿轮；3盖板；4调料桶；5搅拌器；6重力传感器；7调料桶的出料口(以下简述为出料口)；8蠕动阀；9止流电机；10蠕动电机；11蠕动阀滚子；12下料口；13止流弯头；14粘稠固液混合调味剂；D调料桶内壁直径；d出料口内壁直径；l出料口长度；P_G因调味剂自重在出料口处产生压强；P_J因搅拌动能在出料口处引起的离心压强；P_Z因粘稠固液混合调味剂粘度在出料口处产生的阻力压强；P_F阀内部压强。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

图1为粘稠固液混合调味剂的精准下料系统结构示意图。系统主要由进料口1、调料桶4、搅拌器5、重力传感器6、蠕动阀8、止流电机9等构成。

图2为粘稠固液混合调味剂的精准下料计算原理示意图。求解出料口处因调味剂自重、粘稠、搅拌、阀内部压强等因素引起的压强的平衡关系，确定出随需求下料量、调味剂余量自调节的阀内部压强，最终实现粘稠固液混合调味剂的精准下料过程。

方法的具体步骤如下：

第一步、粘稠固液混合调味剂精准下料系统搭建

粘稠固液混合调味剂精准下料系统主要包括：进料口1、调料桶4、搅拌器5、重力传感器6、蠕动阀8、止流电机9等构成。所述的调料桶4上方连接进料口1以及盖板3，所述的盖板3上方设有传动齿轮2并通过电机带动所述的搅拌器5进行搅拌，所述的调料桶4下方布置重力传感器6对调味剂重力进行实时监控，为精准下料提供数据参数，通过出料口7与所述的蠕动阀8连接，通过所述的蠕动阀8内部压强将调味剂挤压至最终的下料口12，同时在下料口12处设置所述的止流电机9防止粘稠固液混合调味剂在下料口12处残留溢出。

进一步地，所述的搅拌器5的搅拌叶片为随形结构，根据所述的调料桶4的内壁曲率进行加工制造，可在出料口7处为调味剂的出料过程提供离心挤压力，便于快速出料。

进一步地，所述的出料口7设计为硬质波纹管结构，防止折弯。

进一步地，所述的蠕动阀8的内部压强由蠕动电机10控制，通过调味剂自重、粘稠、搅拌等因素综合计算得到所需的阀内部压强，并通过蠕动电机10控制滚子11，产生相应的内部压强，以便于快速、稳定、精准出料。

进一步地，所述的下料口12由软管构成，便于折弯，当下料完成后，由止流电机控制止流弯头13，对下料口12进行折弯，防止调味剂残留溢出。

进一步地，所述的进料口1、盖板3、调料桶4的底板、搅拌器5、出料口7、下料口12等均为可拆卸设计，便于清洗、方便卫生。

第二步、出料口平衡关系求解

出料口处压强主要由四部分组成：调味剂自重压强P_G，搅拌动能引起的离心压强P_J，出料口阻力压强P_Z，阀内部压强P_F。首先计算调味剂自重压强P_G，由于搅拌器的不断搅动，使得固液混合调味剂时刻处于近似均匀状态，因此自重压强P_G可表示为：

其中，G为调料桶中剩余调味剂重量，由重力传感器测得；为调料桶截面积，D＝0.190m为调料桶直径。调味剂余量G为变量，则自重压强P_G可表示为G的函数：

P_G＝35.27G(Pa) (12)

对于搅拌动能引起的离心压强P_J，由于大部分离心力由调料桶筒壁承担，对出料口的压强可考虑为由一定体积的调味剂离心所产生，所述的一定体积，是指底面积为出料口截面积，高为调料桶半径，即：

其中，

为所述一定体积的调味剂质量，ρ为调味剂密度，以辣椒油(酱)为例，取ρ＝0.93×10³kg/m³，d＝0.010m为出料口直径；ω＝πn/30，n＝20r/min为搅拌器转速；

为出料口截面积，则(3)可整理为：

对于出料口阻力压强P_Z，可考虑为出料口堆积的调味剂在下料过程中所产生的阻力，则有

P_Z＝μm′g/s (15)

其中，μ＝0.15～0.3为阻力系数，这里取μ＝0.2；为出料口中调味剂质量，g＝9.8N/kg为重力加速度，l＝0.300m为出料口长度，则(5)可整理为：

P_Z＝μρlg＝0.2×0.93×10³×0.3×9.8＝546.84Pa (16)

对于阀内部压强P_F，为实时自动可调，以满足精准下料需求。则在出料口处平衡关系，即合压强可表示为：

Δp＝P_G+P_J-P_Z-P_F＝35.27G-P_F-159.29(Pa) (17)

其中，G、P_F为可调节变量。

第三步、基于压强与流速匹配的粘稠固液混合调味剂精准下料

由哈根-泊肃叶定律，出料口流量Q可表述为：

其中，α为调味剂粘度，对于辣椒油，一般取α＝0.95Pa·s。则公式(18)可整理为：

则在t时间内，下料量为：

A＝(3.04G-0.086P_F-13.72)×10^-2t(cm³) (20)

结合公式(19)、(20)，有：

根据需求下料量A、调料桶中调味剂余量G，实时调节P_F，即可最终实现对粘稠固液混合调味剂的精准下料过程。本专利中，假设设定每1s下料量长度为1cm，即：

则根据(21)，有：

当重力测得的重力G改变时，自动调节的压强值P_F，即可实现对粘稠固液混合调味剂的精准下料过程。根据(23)，下表所示为出料口压强P_F随调味剂余量(以质量M＝G/g表示)变化的部分调控关系，以及对应的实际下料量(以质量m_实际＝ρA_实际表示)与下料误差(以质量Δm＝m_实际-m_标准表示)，其中标准下料量为m_标准＝ρA_标准＝0.93×0.785＝0.730g。

表1出料口压强P_F随调味剂余量G(以质量M表示)的自调节关系及实际下料量与误差

表1中，出料口压强P_F为负值时，表明调料桶内压强不足，出料口压强由方向向内的压强转为方向向外的压强。