专利名称：一种软冰淇淋机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种冷冻食品加工设备，尤其是一种软冰淇淋机。
背景技术：
冰淇淋机是用于制造冰淇淋的一种机电设备，主要包括制冷装置，搅拌装置，出料装置，传动装置；通过单片机控制系统对整机进行调节控制。传统冰淇淋机由于结构复杂，以至造成机器体积大、重量重、噪音大、震动较强等缺陷，而且控制系统也不完善。并且制成的冰淇淋膨化率不稳定，易产生冰晶。
传统冰淇淋机一般包括三套制冷系统，包括两个主制冷系统一个预冷制冷系统，对应着包括三个压缩机、三个冷凝器、三个散热风扇等，如图5所示，三个压缩机分别为23’、27’、29’；三个冷凝器分别33’、34’、35’；32’、36’分别为左右冷冻室；39’、40’为存料盆。左存料盆40’、左缸体32’、冷凝器I33’和主压缩机II29’组成一套制冷系统，右存料盆39’、右缸体36’、冷凝器II34’和主压缩机I27’组成一套制冷系统，左存料盆40’、右存料盆39’、预冷毛细管37’、预冷冷凝器35’和预冷压缩机23’组成一套制冷系统，三套制冷系统相互独立；这种结构造成冰淇淋机体积大、重量大，结构复杂；而且预冷压缩机单独工作时需要一台风机工作，产生不必要的噪声。
传统冰淇淋机散热方式为吹风式散热，吹风式散热是一种传统制冷散热方式，这种散热方式有一个缺陷风扇旋转产生的气流会在一定距离内发生“空洞”现象，该“空洞”内空气不发生流动。具体表现为冷凝器中间有一部分无法与受迫运动的冷空气接触，从而浪费空间，造成有效散热面积的降低。如图8所示风机28’和冷凝器33’固定在的底板21’上，它们之间的间隔大约为30-50mm，风扇在工作时，会在表面产生一环形的散热区。当机器开始工作时，由于风扇的扇叶距冷凝器的散热片比较近，风扇转动起来后在电机的部位和风扇直径以外产生的风量很少，甚至为零。这对于整个冷凝器的热交换十分不利，造成冷凝器的温度分布很不均匀，没有风量或风量很小的地方囤积着大量的热不能排出，造成大约30％的热量不能迅速散出，冷凝器的散热面积不能充分地利用，降低了热交换率。如图9所示，和风扇相对着的V区散热较好，但是风扇以外的U区散热效率很低，远离V区的地方几乎没有风通过，所以整体的散热效率区，W区为上述“空洞”，空气不发生流动。这种散热方式不仅散热效率低，而且由于风扇距离冷凝器很近，风扇在工作时会产生很大的噪音。
冰淇淋机的震动与噪音是一个比较重要的指标，目前市场上的冰淇淋机普遍存在着噪音大震动大的缺点，冰淇淋机的震动和噪音主要来自于传动机构。传统冰淇淋机传动方式一般采用传统的窄V带、窄V带轮和减速机传动。如图12所示，窄V带具有当量摩擦系数大、工作面与轮槽粘附着好、包角小、传动比大、预紧力小等优点，且绳芯结构带组织较柔软，曲绕疲劳性好；但是，窄V带本身比较厚，小皮带轮直径不能太小。在固定减速比的条件下，大皮带轮的直径较大。在480转的转速下，直径为300mm的大批带轮的轴向跳动与径向跳动比较大，这样就会给机器带来较大的震动与噪音。
冰淇淋机的出料动作与电路采集指令需要一个连接装置，传统的连接装置为欧姆龙接近开关，其结构如图14所示；当出料动作发生时，导杆49’被顶起，导杆49’向上运动时与欧姆龙接近开关48’的感应点慢慢接近，当接近到临界点时欧姆龙接近开关48’闭合，电路获得动作信号。当出料动作结束时，导杆49’向下运动，当导杆49’与欧姆龙接近开关48’的距离大于临界距离时欧姆龙接近开关48’断开，电路获得动作信号。这种连接装置可靠度不是很好，而且成本较高。
冰淇淋机在工作过程中由于震动会产生较大的噪音，因此需要进行减震，传统冰淇淋机解决震动和噪音的主要措施是在传动机构与机架连接处加减震垫。如图17所示，电机19’通过一个螺栓与电机板55’连接起来，在电机板55’与电机19’之间加了橡胶减震垫54’。电机板55’和机架56’直接用螺栓57’连接，如图18所示。这种连接方式直接将电机底板55’的震动传到机架56’，整个机器震动比较大，一般整机噪音在68分贝以上，如果要降低噪音，只能提高电机与减速机的性能，这样就提高了整机的制造成本，而且效果也不是很明显。
冰淇淋的膨化率一直是客户和制造商很关注的一个指标，传统冰淇淋机制成的冰淇淋总是存在着平均膨化率低、不稳定等缺陷，冰淇淋膨化率是由冰淇淋在混合制冷的过程中包裹空气的量决定的。传统冰淇淋机缸体36’和进料管15’的连接情况如图22’及23’所示，进料管15’与缸体36’在竖直平面内正交连接。冰淇淋的制作过程是一个动态过程，缸体36’中有多少空气量在动态过程有较大的离散性。当机器运行一段时间，如果这段时间机器很少出冰淇淋，就会出现如图23’所示的情况，缸体36’内充满了液态的冰淇淋浆料，不含空气，这样打出的冰淇淋膨化率很低，并且冰渣多。
冰淇淋机的阀体的正下方有一个接水盒。每次打完冰淇淋后，总有残余的冰淇淋从阀体内漏出，漏出的冰淇淋刚好掉在接水盒里。传统的冰淇淋机的接水盒一般是平放在冰淇淋机的一个台面上，并且有定位装置。接水盒与定位装置比较复杂，不方便清洗。
冰淇淋机是一种典型的机电一体化产品，电器控制在整机的技术中占有很重要的地位。传统冰淇淋机一般采用模拟控制电路，模拟控制电路是一种比较成熟的技术，但是这种技术应用于冰淇淋机有其不可克服的缺点，例如逻辑关系差、电路控制板制作难度大、元器件参数不好确定、外扩功能差、体积大。这些缺点影响了模拟控制电路在恶劣环境下的功能，有的时候会出现指令偏差的情况。当技术发生更新时，比如控制系统的某些参数需要改变时，模拟控制电路就没有办法做到。因此传统冰淇淋机的控制系统还存在一些缺陷。
综上所述，传统冰淇淋机结构复杂、重量大、体积大；而且噪音大，散热效率低，工作中震动较强，控制系统不完善；而且制成的冰淇淋膨化率不稳定，冰晶多；目前市场上需要一种体积小，重量轻、效率高、震动噪音小、控制更加人性，而且制成的冰淇淋膨化率高的冰淇淋机来取代这种产品。
发明内容
本实用新型公开了一种软冰淇淋机，它对传统冰淇淋机制冷装置、搅拌装置、出料装置、传动装置及控制系统均进行了改进，三套制冷系统共用一个冷凝器，节约了成本，也使机器的重量和体积大大减小；冷凝器铜管采用的是内螺旋莱复线铜管，散热方式为吸风式散热，这种散热方式能够使得在冷凝器上的热量很快的排出，散热效率高，从而提高了制冷效率。传动系统采用多楔带，在相同的减速比下皮带轮的直径减小，皮带轮的轴向和径向跳动减小，传动系统产生的震动和噪音大大减小。控制系统采用单片机进行控制；这种冰淇淋机体积小，重量轻、效率高、震动噪音小、控制更加人性化，而且制成的冰淇淋膨化率高。
本实用新型的冰淇淋机主要包括外壳机架，制冷装置，传统搅拌装置及控制系统，它的外型为长方体，呈直立状，底面装有四个滑轮，外壳机架为冰淇淋机的支撑机构，主要包括一个机架，三个前面板，一个左面板，一个右面板，一顶板和一底板，左右面板下部设有通风网板，各面板通过内六角螺栓和机架的相应角钢条连接起来，面板和钢条之间夹有一层减震胶条。
本实用新型冰淇淋机制冷系统主要由压缩机、冷凝器和左右冷冻室组成。其中包括一些常用的制冷零部件储液灌、干燥器、膨胀阀和铜管等，它也采用三套制冷系统，包括三个压缩机，一个冷凝器，左右冷冻室和存料盆及围绕在其上的预冷毛细管道。存料盆位于机器顶部，下面为左右冷冻室，与传统的冰淇淋机制冷系统的区别在于三个系统共用一个冷凝器，机器体积大大减小。三个冷凝器管道集成在一个冷凝器上，分别与三个压缩机相连，三个压缩机，一个冷凝器分别与左右冷冻室及预冷毛细管道组成三套制冷系统，各系统相互独立。本实用新型的制冷系统相对传统制冷系统减少了两个冷凝器，机器的整体体积变小。
本实用新型冰淇淋机的冷凝器铜管采用的是内螺旋莱复线铜管，这种铜管增大了冷媒与散热铜管的接触面积，增加了散热效率。在高温试验中(38±2℃)没采用这种内壁为螺旋莱复线的冷凝器进口温度为80℃时，出口温度为45℃，而采用这种内壁为螺旋莱复线的冷凝器同样进口温度为80℃，出口温度为40℃。这样，前者在炎热的夏季压缩机不能正常工作，压缩机不停机不能生产出合格的冰淇淋产品，而后者，压缩机能正常工作，首缸工作时间为12～13分钟，并生产出合格的冰淇淋产品。
为了解决吹风式散热方式效率低、噪音大的缺陷，本实用新型冰淇淋机的散热方式为吸风式散热。风扇离冷凝器较远，约400-500mm，在冷凝器和风扇当中的风场比较均匀，冷凝器的每个最小单位的进风量基本上都是相等的，所以不存在散热的死区问题。这种吸风式的散热方式能够使得在冷凝器上的热量很快的排出，散热效率高，从而提高了制冷效率。本实用新型风扇距离冷凝器相对较远，能自动根据环境温度改变风量，它的工作原理是根据采用集成测温电路对进风温度进行检测，通过风机自动调节工作状态，可以节约能源，避免不必要的噪音。所以风扇在工作时产生的噪音较小。冷凝器将两个“制糕”和一个预冷冷凝器集成在一起，在结构上巧妙安排。它的创新点在制糕压缩机停止工作、只有预冷压缩机工作时，由于三个冷凝管道紧贴在一起，可以利用冷凝器自身散热面积大的特点进行自然散热，而不需启动风机进行强制制冷。另外，预冷冷凝器安装在整台冷凝器的最外侧，由于采用吸风式散热方式，风机工作时该部分首先遇到冷风而被强行散热。吸风式散热彻底解决了传统制冷系统的散热方式的弊端，冷风可以均匀地与冷凝器接触，最大限度的增大有效面积。当制冷系统要求的散热量一定时，冷凝器就可以缩小体积、节省机器内部空间、节约成本以及降低噪音。
本实用新型冰淇淋机的传动系统主要包括两个电机，两个大皮带轮，两个小皮带轮，两条皮带，减速机及搅拌轴，这个系统将电机的动力传输到搅拌轴，通过机器底部小皮带轮的转动带动大皮带轮，通过减速机将转速进一步减小，驱动左右冷冻室内的搅拌叶片对冷冻混合物进行搅拌。皮带采用的是多楔带，多楔带具有柔软、摩擦力大、传动平稳，外廓尺寸小等优点。多楔带的柔软性，使得小皮带轮直径可以很小，小皮带轮减小，大批带轮也相应减小。在减速比相同的情况下，大小皮带轮的直径分别为V带轮的三分之一。皮带轮直径变小后，在相同的转速下，由皮带轮产生的震动和噪音变小。
本实用新型冰淇淋机采用微动开关将出料动作与电路连接起来，当出料动作发生时，导杆沿着垂直方向运动，导杆的运动带动微动开关的滑轮，当导杆上升到临界位置时，微动开关接通，电路获得动作信号。当出料动作结束时，导杆向下运动，当导杆运动到临界位置时，微动开关断开，电路获得动作信号。与传统装置相比，这种装置可靠度高，成本低。
冰淇淋在制冷缸内混合制冷的过程中，一边和冷媒进行热交换，一边被搅拌轴搅拌混合，在这个过程中，冰淇淋内包裹了大量的空气，形成微小的空气囊，这种空气囊越多，膨化率越高。因此要提高冰淇淋的膨化率，缸体内一定要有足够的空气。为了克服传统冰淇淋机制造的冰淇淋膨化率低、冰晶大的缺陷，本实用新型冰淇淋机膨化装置中，进料管与缸体的连接点设计在缸体的底面，进料管与缸体连接点设计在缸体轴心附近。冰淇淋通过进料管进入缸体时，会在缸体内积压一部分气体，这部分气体的存在就保证冰淇淋的膨化率。
为克服传统冰淇淋机接水盒与定位装置比较复杂，不方便清洗的缺陷，本实用新型冰淇淋机的接水盒采用常见的磁铁来解决定位问题。接水盒与放接水盒的台面各固定一块磁铁，两块磁铁相吸来固定接水盒。这种装置结构非常简单，而且方便清洗。
为克服模拟电路控制的相关缺陷，本实用新型冰淇淋机采用的控制方式是单片机控制。选用美国Microchip Technology公司生产的PIC16F877单片机，其功耗低、速度快、功能强。整个控制系统包括单片机、液晶显示、温度检测、电流检测部分、料位检测、液晶显示、驱动、按键控制电路等。其中单片机采用了“双狗”看门电路，既利用了PIC单片机内部的“看门狗(WDT)”，又在外围增加了利用MAX1232组建的外围“看门狗”电路，集成电路MAX1232的两个管脚接地，一个管脚与单片机引脚连接提供电平使单片机复位，一个管脚与单片机的模拟信号输入引脚连接给单片机提供信号，管脚连接端电势为+5V，为MAX1232提供电源，电路中并联两个电容C18，C19起滤波作用。这种控制方式保证该单片机的可靠工作，即使在死机状态下也能够做到可靠复位，确保冰淇淋机智能控制核心的工作更加稳定、可靠。
液晶模块为带汉字字库的LCM12864ZK，具有从-10℃～60℃较宽的的工作温度范围，采用SPI总线串行通信控制方式，只需控制三个引脚即可(串行数据输出SDO、串行数据输出SDI、串行时钟SCK)，可以同时同步发送和接受8位数据，速度快，可靠性高。同时，该液晶模块带有背光LED，使得显示窗口看上去更加漂亮、清晰。液晶显示屏的一个引脚与单片机一个引脚连接，为液晶屏提供时钟；液晶显示屏的两个引脚分别与单片机的两个引脚连接，负责单片机与液晶屏进行数据通信。
温度传感器选用AD公司的TMP36，该传感器精度高，工作温度范围较宽，为-40℃～60℃，该电压输出型温度传感器，其输出的温度与输出的电压具有良好的线性度，而且有良好的一致性，其输出端与运算放大器LM324相连，调整线性度区域。这样，环境温度的检验十分精确，有利于对打糕间断时间、料盆保温时间、风机风扇出风大小做出合理的判断。传感器有三个插线，一个插线提供+5V工作电压，并连接一个电容C11，起滤波作用，另一插线提供传感器采样信号，经过一个运算放大器和一个跟随器将模拟信号放大后向单片机输入，还有一个插线接地。
电流互感器选用北京创四方电子有限公司生产的TA1420-02立式穿芯小型精密交流电流互感器，该互感器全封闭，机械和耐环境性能好，电压隔离能力强，外形美观、精度高，采样范围宽，工作环境温度范围为20HZ～20KHz，线性度好，非线性度≤0.1％。共分两条设计相同的电路，在设计中IC采用两个运算放大器LM358，每个放大器一个管脚接后续二级管的正极、后续二级管经一个电阻、两个电容(与电阻并联)整流滤波、稳压后进入单片机的输入引脚，另外一管脚接一电阻与后续二极管的正极，此电阻并联一电容。
冰淇淋机显示用的发光二极管共有6个，它们分别是冰淇淋机工作指示发光二极管(蓝色1只)、左右选择指示发光二极管(绿色2只)和自动、手动、清洗功能选择指示发光二极管(红色3只)，目的是让操作人员更直观均选用直射式发光二极管，这六个二极管并联，分别通过电阻接地，另一端分别与锁存器7474LS595相连，锁存器通过两个管脚与单片机相连，另外两个管脚与液晶显示屏相连，利用串行锁存器74LS595对这6个发光二极管实施控制，共只占用单片机2个引脚，节省了单片机的资源。
本实用新型冰淇淋机控制电路中，220V交流电要经过交流滤波器才能进入控制电路，这样可以消除电网对控制电路的械波影响。在PCB板的设计中，加宽PCB板上的地线，每个集成电路芯片电源引脚均加有10uF和0.1uF两个滤波电容，防止电磁干扰进入集成芯片而影响起正常工作。在集成芯片MAX1232中有两个并联的滤波电容，单片机PIC16F877也有两个并联的滤波电容，锁存器74L5595也加了两个滤波电容。同时，模拟器件和数字器件在PCB板位置尽量分离，高压电路和低压电路尽量分离，避免电路内部的电磁干扰问题。在冰淇淋机中，高低压电气盒分离，它们之间的通讯要用屏蔽线。在接触器线圈中加吸收回路，防止接触器触点吸合时产生的尖峰脉冲通过线圈对弱电电路形成冲击。
在整个系统上，普遍采用优质的通用器件，而且所用元器件均已经过老化试验。PCB板设计上采用了强弱电分离的设计，采用了抗干扰设计，整个系统工作稳定可靠。同时，为了适应不同地区电网状况，采用适用于宽电压变化的设计，工作电压AC180V~245V。它符合电磁兼容设计原则GB/T4365，电气制图符合GB6988.2-6，标记和线号颜色符合GB4884，在电气安全方面符合家用和类似用途电器安全规范GB4706.1。
综上所述，本实用新型冰淇淋机整体电气控制部分设计新颖，各个电气控制部分之间的兼容性良好，资源浪费少，控制效率高，整体对外抗干扰能力强，整机工作稳定，可靠性高，是一种智能电气控制电路。
本实用新型的冰淇淋机对传统冰淇淋机的制冷装置、搅拌装置、出料装置、传动装置及控制系统均进行了改进，缩小了机器的重量和体积，大大减少了机器工作时产生的噪音，而且控制也更加人性化，很好的克服了传统冰淇淋机的各种缺陷。
图1为本实用新型冰淇淋机立体示意图一图2为本实用新型冰淇淋机立体示意图二图3为本实用新型冰淇淋机内部结构后视图图4为本实用新型冰淇淋机内部结构侧视图图5为传统冰淇淋机制冷装置示意图图6为本实用新型冰淇淋机制冷装置示意图图7为本实用新型冰淇淋机散热铜管剖视图图8为传统冰淇淋机冷凝散热装置侧视图图9为传统冰淇淋机冷凝散热装置正视图图10为本实用新型冰淇淋机冷凝散热装置示意图图11为本实用新型冰淇淋机冷凝风扇立体示意图图12为传统冰淇淋机传动机构示意图图13为本实用新型冰淇淋机传动装置示意图图14为传统冰淇淋机开关控制机构示意图图15为本实用新型冰淇淋机开关控制示意图(关闭时)图16为本实用新型冰淇淋机开关控制示意图(开启时)图17为传统冰淇淋机减震机构示意图图18为传统冰淇淋机减震机构局部示意图图19为本实用新型冰淇淋机电机挑板立体示意图图20为本实用新型冰淇淋机减震机构示意图图21为本实用新型冰淇淋机减震机构局部示意图图22为传统冰淇淋机缸体膨化装置立体示意图图23为传统冰淇淋机缸体膨化装置正视图图24为本实用新型冰淇淋机缸体膨化装置半剖视图图25为本实用新型冰淇淋机缸体膨化装置立体示意图(第二方案)图26为本实用新型冰淇淋机缸体膨化装置正视图(第二方案)图27为本实用新型冰淇淋机控制系统电路图图28为本实用新型冰淇淋机电流检测电路图图29为本实用新型接水盒结构示意图图中1.顶盖 2.前面板I 3.前面板II 4.出料阀体 5.接料盒 6.磁铁 7.前面板III 8.前脚轮 9.左面板 10.通风网板 11.接水盒 12.右面板 13.后面板 14.后脚轮 15.进料连接管 16.大皮带轮 17.皮带 18.减震器 19.电机 20.隔板 21.底板 22.电器盒I 23.预冷压缩机 24.冷凝器 25.电器盒II 26.储液罐I 27.主压缩机I 28.风机 29.主压缩机II 30.储液罐II 31.电机挑板 32.左缸体 33.冷凝器I 34.冷凝器II35.预冷冷凝器 36.右缸体 37.预冷毛细管 38.料位检测器 39.右存料盆40.左存料盆 41.冷凝器 42.预冷冷凝管道 43.左缸冷凝管道 44.右缸冷凝管道 45.变压器 46.风机支架 47.V带 48.欧姆龙接近开关 49.导杆50.开关固定架 51.微动开关 52.滑轮 53.弹簧 54.减震垫I 55.电机底板 56.机架 57.固定螺栓 58.金属套I 59.小皮带轮 60.连接螺栓61.减震器螺栓 62.减震垫II 63.金属套II(附图中所有传统装置上的零件均用相应的X’来表示)。
a.单片机 b.温度检测电路 c.“加密狗”电路 d.缺料检测报警电路 e.按键控制电路 f.液晶显示电路 g.发光二极管电路 h.驱动电路 JP1-JP9.连接器 A、D跟随器 B、C、E、F运算放大器 R.电阻 C.电容 Q1-Q9.三极管具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步说明本实用新型冰淇淋机外型如图1、2所示，这部分主要由钣金面板、角铁焊接结构以及钣金弯折件组成。钣金面板主要有前面板I2、前面板II3、前面板III7、左面板9、右面板12、后面板13和底板21组成。左右面板的下部均有通风网板10，钣金面板和角钢机架用内六角螺栓连接起来，在钣金面板和角钢机架之间加上一层减震胶条。
图3，图4为冰淇淋机内部结构示意图，其底部主要有储液罐I26、储液罐II30、主压缩机I27、主压缩机II29、风机28和冷凝器24，风机28位于右侧，冷凝器24位于左侧，主压缩机I27和储液罐I26位于前端，主压缩机II29和储液罐II30位于后端；中部主要为传动系统，两侧为两个电机19，带动两个小皮带轮，其中间为一个预冷压缩机23，三者位于隔板20的上方，电机上部有一电机底板，电机底板上部两边装有减震器18，用来减小工作时的震动；两侧紧贴着左右面板处分别装有电器盒I和电器盒II；上部主要为搅拌装置，主要包括两个搅拌缸，缸内有两搅拌叶片，叶片后端为大皮带轮16，通过皮带17和电机的小皮带轮连接起来，搅拌缸前端为出料阀体4；搅拌缸上部为两个存料盆，分别通过两个进料连接管15同搅拌缸连接起来存料盆的上部为一顶盖1。
本实用新型冰淇淋机制冷系统如图6所示三个压缩机分别为预冷压缩机23、右缸压缩机29和左缸压缩机27，冷凝器41和风机28位分别位于左右两侧，之间为右缸压缩机29和左缸压缩机27，预冷冷凝管道42、右缸冷凝管道43和左缸冷凝管道44集成在一个冷凝器41上，顶部分别为左右存料盆39、40，其周围缠绕有预冷毛细管道37，存料盆下部分别为左右冷冻室32、36。左存料盆40、左缸体32、右缸冷凝管道44和主压缩机I27组成一套制冷系统，右存料盆39、右缸体36、右缸冷凝管道43和右缸压缩机29组成一套制冷系统，预冷毛细管道37、预冷冷凝管道42和预冷压缩机23组成一套制冷系统。三套制冷系统相互独立。
本实用新型冰淇淋机的冷凝器铜管采用的是内螺旋莱复线铜管，铜管内部结构如图7所示，这种铜管增大了冷媒与散热铜管的接触面积，增加了散热效率。
本实用新型冰淇淋机接水盒装置如图29所示，接水盒5与放接水盒的台面各固定一块磁铁6，利用两块磁铁的磁力来固定接水盒5。
本实用新型冰淇淋机采用风冷，散热方式为吸风式散热。散热装置如图10所示，冷凝器41与风机28平行的固定在底板21上。本实用新型的风扇28能自动根据环境温度改变风量。冷凝系统采用检测环境温度和排风温度自动控制的方式变速，它的工作原理是根据采用集成测温的集成电路对环境进风温度进行检测，从而调整所需的风量的大小。风机结构图如11所示，风机支架46上固定了一个自偶变压器45，自偶变压器提供160V、200V的电源。
本实用新型冰淇淋机传动装置如图13所示，大皮带轮16和小皮带轮59通过楔带17连接起来。
本实用新型冰淇淋机中将出料动作与电路连接起来的装置为微动开关。微动开关是比较常用的一种位移控制开关，在数控机床等设备中用得最多。但是在冰淇淋机中用微动开关的很少，主要是因为微动开关的位移采样比较困难。本实用新型解决了位移采样的问题，具体结构如图15所示，微动开关51和导杆49固定在开关固定板68上，当出料动作发生时，导杆49沿着垂直方向运动，导杆49的运动带动微动开关的滑轮52，当导杆49上升到临界位置时，微动开关51接通，电路获得动作信号。当出料动作结束时，导杆49向下运动，当导杆运动49到临界位置时，微动开关51断开，电路获得动作信号。图16为微动开关接通状态示意图。
本实用新型冰淇淋机的减震方案如图21所示，电机19与电机底板55之间加了减震垫54，但是减震垫54中间加了一个金属套58。连接螺栓60、61的预紧力全部加载在金属套58、63上，这样更有利于减震垫54、62的减震。在电机板55和机架33的连接方式上采用了一块电机挑板31，这块中间板有一定的弹性，当传动系统震动时，电机挑板31跟着一起震动，在电机挑板31和机架连接的地方，高频震动减少80％。电机挑板外型如图19所示，呈90度角，电机挑板板的材料为45#钢调质处理。冰淇淋机采用本实用新型的减震方式后，噪音为58～60分贝。
本实用新型冰淇淋机的膨化装置如图24所示，进料管15与缸体36的连接处在缸体36的底面，进料管15与缸体36连接点在缸体轴心附近。当缸体36内的液态冰淇淋浆料液面到达位置Y时，在缸体内就密封着一部分气体X，这部分气体的存在就保证了冰淇淋的膨化率。还有一种结构也能实现增大与稳定膨化率的作用，具体结构如图25和26所示，进料连接管15呈一角度，连接在缸体36的圆柱面上，进料口竖直向上，当缸体36内的液态冰淇淋浆料液面到达位置Y时，在缸体内也能密封着一部分气体X。
本实用新型冰淇淋机控制系统电路如图27所示，该电路主要包括单片机a、温度检测电路b、电流检测电路c(图28)、缺料检测报警电路d、按键控制电路e、液晶显示电路f、发光显示电路g和驱动电路h，其中单片机选用美国Microchip Technology公司生产的PIC16F877单片机，为整个电路的信号处理元件，所有的电路均通过一个或几个信号线连接到单片机上。i部分为“看门狗”电路，集成电路MAX1232的管脚3、4接地，管脚6与单片机引脚8连接提供的电平使单片机复位，管脚7与单片机的模拟信号输入引脚1连接给单片机提供信号，管脚8连接+5V电压，为MAX1232提供供电电源，电路中并联两个电容C18、C19起滤波作用。
液晶显示电路f中，液晶模块采用LCM12864ZK，液晶显示屏的引脚8与单片机的管脚18连接，单片机通过此电路为液晶屏提供时钟；液晶显示屏的引脚6、7分别与单片机的15、24连接，单片机通过此电路与液晶屏进行数据通信。
温度检测电路b中，温度传感器选JP8、JP9选用AD公司的TMP36温度传感器，运算放大器B、C采用运算放大器LM324，传感器JP9的插线3提供+5V工作电压，插线3连接一个电容C11，起滤波作用，插线1接地，插线2通过电阻R17连接到运算放大器B和跟随器A，运算放大器B和电阻R18、R37构成同相放大电路，连通到单片机的管脚2，采样信号经过端口2、电阻R17、运算放大器B、跟随器A向单片机输入。JP8的电路连接同JP9类似。
电流检测电路c如图28所示，电流互感器选用北京创四方电子有限公司生产的TA1420-02立式穿芯小型精密交流电流互感器，电路中运算放大器E，F采用LM358，传感器SENSOR-A的管脚S1连接放大器E的反向输入端，放大器输出端通过一二极管D8和由电阻R18、电容C14、C13构成的滤波器相连，R18与连接器JP6的管脚4相连，传感器管脚S2和放大器的正向输入端接地。传感器SENSOR-B的连接和SENSOR-A类似。连接器JP6和图27中的连接器JP7相连，接脚4的信号通过电阻R31和R30分压、输入到单片机的引脚4，接脚5的信号通过电阻R32和R33分压，输入到单片机的引脚5。
缺料检测和报警电路d中，连接器JP5的引脚1同电阻R16相连，R15是引脚1的上拉电阻，R16和R13构成滤波器，信号通过电阻R15、R16和电容C13连接到单片机引脚17，连接器引脚3的信号传输方式同引脚1类似。
发光二极管电路g中，采用了六个发光二极管LED1-LED6、六个电阻R4-R9，串行锁存器采用74LS595，对这六个二极管进行控制，R4和LED1并联接锁存器管脚2，R5同LED2串联接锁存器管脚3，R6同LED3串联接管脚4，R7同LED4串联接管脚5，R8同LED5串联接管脚6，R9同LED6串联接管脚7；R4-R9的另一端连在一起接地。锁存器的管脚14连接单片机管脚24，管脚11连接单片机管脚8，锁存器管脚12、13分别连接单片机管脚25、26。
按键控制电路e包括三个电阻R10、R26、R12，四个按键S1、S2、S3、S4，连接器JP3的引脚1依次通过按键S1、S3连接到单片机，S1和S2的一端也分别连接到单片机，R12为引脚1的上拉电阻，JP3的引脚3直接连接到单片机，连接器JP4的连接方式同JP3类似，连接器JP2的引脚1、3分别连接到单片机。
驱动电路如图h包括Q3-Q9共7个三极管，连接器JP1的管脚1连接三极管Q7的集电极，三极管Q7的发射极接地，基极通过一电阻R27连接到单片机。其他的三极管Q3、Q4、Q5、Q6、Q8、Q9连接关系同Q7类似。
设计中，220V交流电要经过交流滤波器才能进入控制电路，这样可以消除电网对控制电路的机械波影响。在PCB板的设计中，加宽PCB板上的地线，每个集成电路芯片电源引脚均加有10uF和0.1uF两个滤波电容，防止电磁干扰进入集成芯片而影响起正常工作。如图27所示，加密狗电路i部分中，电容C19、C18并联接地构成滤波电路，连接集成芯片MAX1232的管脚8；电容C16、C17并联构成单片机PIC16F877的滤波电容；发光二极管电路g中，电容C9、C10并联接地构成滤波电容，连接到锁存器74L5595的管脚16上。
权利要求1.一种冰淇淋机，主要包括外壳机架，制冷装置，传动搅拌装置，出料装置，膨化装置及控制系统；其特征在于采用三套制冷系统，包括三个压缩机，一个冷凝器，左右冷冻室和存料盆及围绕在其上的预冷毛细管道，三个系统共用一个冷凝器，三套制冷系统相互独立；冷凝器的散热方式为吸风式散热，冷凝器(41)与风机(28)平行的固定在底板(21)上；传动装置采用大小皮带轮，多楔带连接；出料动作与电路连接起来的装置为微动开关，微动开关(51)和导杆(49)固定在开关固定板(68)上；接水盒(5)与放接水盒的台面各固定一块磁铁(6)，利用两块磁铁的磁力来固定接水盒(5)；减震装置中，电机(19)与电机底板(55)之间加了减震垫(54)，但是减震垫(54)中间加了一个金属套(58)，在电机板(55)和机架(33)的连接方式上采用了一块电机挑板(31)；膨化装置中，进料管(15)与缸体(36)的连接处在缸体(36)的底面，进料管(15)与缸体(36)连接点在缸体轴心附近；控制系统采用单片机控制，整个控制系统电路包括单片机(a)、温度检测电路(b)、电流检测电路(c)、缺料检测报警电路(d)、按键控制电路(e)、液晶显示电路(f)、发光显示电路(g)、驱动电路h及“看门狗”电路(i)。
2.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于制冷系统中，三个压缩机分别为预冷压缩机(23)、右缸压缩机(29)和左缸压缩机(27)，冷凝器(41)和风机(28)位分别位于左右两侧，之间为右缸压缩机(29)和左缸压缩机(27)，预冷冷凝管道(42)、右缸冷凝管道(43)和左缸冷凝管道(44)集成在一个冷凝器(41)上，顶部分别为左右存料盆(39)、(40)，其周围缠绕有预冷毛细管道(37)，存料盆下部分别为左右冷冻室(32)、(36)；左存料盆(40)、左缸体(32)、右缸冷凝管道(44)和主压缩机I(27)组成一套制冷系统，右存料盆(39)、右缸体(36)、右缸冷凝管道(43)和右缸压缩机(29)组成一套制冷系统，预冷毛细管道(37)、预冷冷凝管道(42)和预冷压缩机(23)组成一套制冷系统。
3.如权利要求1所述冰淇淋机，其特征在于冷凝器铜管采用的是内螺旋莱复线铜管。
4.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于风机(28)下部的支架(46)上固定了一个自偶变压器(45)，自偶变压器提供两种不同电压的电源。
5.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于电机挑板(31)材料为钢板调质处理。
6.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于膨化装置第二方案为，进料连接管(15)呈一角度，连接在缸体(36)的圆柱面上，进料口竖直向上。
7.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于“看门狗”电路(i)中，电容(C16)、(C17)并联构成单片机(PIC16F877)的滤波电容，集成电路(MAX1232)的管脚(3)、(4)接地，管脚(6)与单片机引脚(8)连接提供的电平使单片机复位，管脚(7)与单片机的模拟信号输入引脚(1)连接给单片机提供信号，管脚(8)连接+5V电压，为MAX1232提供供电电源，电路中并联两个电容(C18)、(C19)起滤波作用，连接集成芯片(MAX1232)的管脚(8)。
8，如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于液晶显示电路(f)中，液晶显示屏的引脚(8)与单片机的管脚(18)连接，单片机通过此电路为液晶屏提供时钟；液晶显示屏的引脚(6)、(7)分别与单片机的管脚(15)、(24)连接。
9.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于温度检测电路(b)中，传感器(JP9)的插线(3)提供+5V工作电压，插线(3)连接一个电容(C11)，起滤波作用，插线(1)接地，插线(2)通过电阻(R17)连接到运算放大器(B)和跟随器(A)，运算放大器(B)和电阻(R18)、(R37)构成同相放大电路，连通到单片机的管脚(2)，采样信号经过端口(2)、电阻(R17)、运算放大器(B)、跟随器(A)向单片机输入，(JP8)的电路连接同(JP9)相同。
10.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于电流检测电路(c)中，传感器(SENSOR-A)的管脚(S1)连接放大器(E)的反向输入端，放大器输出端通过一二极管(D8)和由电阻(R18)、电容(C14)、(C13)构成的滤波器相连，(R18)与连接器(JP6)的管脚(4)相连，传感器管脚(S2)和放大器的正向输入端接地，传感器(SENSOR-B)的连接和(SENSOR-A)相同；连接器(JP6)和连接器(JP7)相连，接脚(4)的信号通过电阻(R31)和(R30)分压、输入到单片机的引脚(4)，接脚(5)的信号通过电阻(R32)和(R33)分压，输入到单片机的引脚(5)。
11.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于缺料检测和报警电路(d)中，连接器(JP5)的引脚(1)同电阻(R16)相连，(R15)是引脚(1)的上拉电阻，(R16)和(R13)构成滤波器，信号通过电阻(R15)、(R16)和电容(C13)连接到单片机引脚(17)，连接器引脚(3)的信号传输方式同引脚(1)相同。
12.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于发光二极管电路(g)中，串行锁存器(74LS595)对二极管进行控制，(R4)和(LED1)并联接锁存器管脚(2)，(R5)同(LED2)串联接锁存器管脚(3)，(R6)同(LED3)串联接管脚(4)，(R7)同(LED4)串联接管脚(5)，(R8)同(LED5)串联接管脚(6)，(R9)同(LED6)串联接管脚(7)；(R4)-(R9)的另一端连在一起接地，锁存器的管脚(14)连接单片机管脚(24)，管脚(11)连接单片机管脚(8)，锁存器管脚(12)、(13)分别连接单片机管脚(25)、(26)，电容(C9)、(C10)并联接地构成滤波电容，连接到锁存器74L5595的管脚(16)上。
13.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于按键控制电路(e)中，连接器(JP3)的引脚(1)依次通过按键(S1)、(S3)连接到单片机，(S1)和(S2)的一端也分别连接到单片机，(R12)为引脚(1)的上拉电阻，(JP3)的引脚(3)直接连接到单片机，连接器(JP4)的连接方式同(JP3)相同，连接器(JP2)的引脚(1)、(3)分别连接到单片机。
14.如权利要求1所述的冰淇淋机，其特征在于驱动电路(h)中，连接器(JP1)的管脚(1)连接三极管(Q7)的集电极，三极管(Q7)的发射极接地，基极通过一电阻(R27)连接到单片机；其他的三极管连接关系同(Q7)相同。
专利摘要本实用新型公开了一种软冰淇淋机，它对传统冰淇淋机制冷装置、搅拌装置、出料装置、传动装置及控制系统均进行了改进，三套制冷系统共用一个冷凝器，节约了成本，也使机器的重量和体积大大减小；冷凝器铜管采用的是内螺旋莱复线铜管，散热方式为吸风式散热，从而提高了制冷效率；传动系统采用多楔带，使系统产生的震动和噪音大大减小；控制系统采用单片机进行控制。这种冰淇淋机体积小，重量轻、效率高、震动噪音小、控制更加人性化，而且制成的冰淇淋膨化率高。很好的克服了传统冰淇淋机结构复杂、重量大、体积大、噪音大、散热效率低、工作中震动较强以及控制系统不完善等缺陷。
文档编号A23G9/04GK2669617SQ03265018
公开日2005年1月12日 申请日期2003年6月4日 优先权日2003年6月4日
发明者吴卫星, 何唯平 申请人:深圳市海川实业股份有限公司