一种饮料酿造单元的限位装置的制作方法

1.本发明涉及饮料制备领域，尤其涉及到一种饮料制备单元的限位装置


背景技术：

2.现代饮料生产设备包括茶饮料萃取设备和咖啡萃取设备等，以咖啡萃取设备为例，现有一些咖啡萃取装置即酿造装置上采用安装于其框架上的限位装置和安装于下活塞内腔中的阻挡件匹配实现冲泡下活塞运动的暂时阻挡，使得下活塞与冲泡缸发生相对运动，完成下活塞将咖啡残渣从冲泡室顶出即顶渣、排渣及将下活塞与冲泡缸复位至加咖啡粉的位置即复位，以完成整个冲泡咖啡的过程。其中限位装置通常包括限位件和限位件基座。咖啡酿造装置框架上的限位件在与下活塞内腔中的阻挡件在运动过程中都会产生摩擦，摩擦的过程中无一例外地会产生磨损，限位件的耐磨性影响使用可靠性。且又因为限位件一般都是固定于限位件基座上，这就导致每次都是在磨损限位件同一位置(如图5所示)，会导致限位件的加剧磨损，这些磨损无疑会大大降低限位件的使用寿命，除非这些材料是高耐磨的材料，但是高耐磨的材料价格往往是昂贵的。
3.基于以上问题，有必要研发出一种限位装置与下活塞上的阻挡件的全新组合方式，以在不增加成本和零件数量的情况下，就能大大提高限位件的使用寿命。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提供一种优化的限位装置的组合方式，改变限位装置中的限位件与下活塞内腔中的阻挡件的运行状态，提高限位件的使用寿命。
5.为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
6.一种饮料酿造单元的限位装置，包括限位件和和用于安装限位件的基座，其特征在于，所述限位件为刚性凸轮，安装刚性凸轮的基座为凸轮基座，所述凸轮基座设有限位柱，刚性凸轮同轴地安装到所述凸轮基座的限位柱上。刚性凸轮用于与所述饮料酿造单元下活塞上的阻挡件配合实现下活塞阻挡和/或下活塞与饮料酿造单元的冲泡缸发生相对运动。这里的限位件为刚性凸轮的形式，且刚性凸轮为不发生弹性或柔性压缩的元件，耐磨性和工作可靠性高；优选的，所述刚性凸轮为不锈钢材料制成。
7.所述刚性凸轮包括位于其两端的上表面和下表面，及位于上表面和下表面之间的凸轮本体，凸轮本体外表面为柱面。
8.所述的刚性凸轮根据高度的不同存在两种形式，第一种刚性凸轮形式是刚性凸轮的高度足够高即冲泡缸、下活塞携带阻挡件运动到最低点仍未到达刚性凸轮的下表面，即这里的下表面不发挥阻挡的作用即不发挥止动面的作用；第二种刚性凸轮形式是刚性凸轮高度较小，冲泡缸、下活塞携带阻挡件先到达刚性凸轮的下表面后继续运动才到达最低点，即刚性凸轮的上下表面都发挥止动面的作用，此时刚性凸轮可以认为具有两个止动面即刚性凸轮的上表面为上止动面，下表面为下止动面。止动面的最大外径即为刚性凸轮的最大
外径。
9.下面结合饮料机顶渣复位工艺过程具体描述一下工作过程，当萃取完饮料后，冲泡缸携带下活塞一起向下发生第一运动过程中，下活塞一起携带阻挡件往下运动，此时，冲泡缸、下活塞、阻挡件运动速度相等。当阻挡件抵触所述限位件即刚性凸轮的上表面即上止动面时开始发生第二运动，此时下活塞和阻挡件运动由于受到刚性凸轮阻挡运动速度降低或者完全停止，但冲泡缸仍继续往下运动，下活塞与冲泡缸产生相对运动。当冲泡缸相对下活塞运动至两者相对位置的上极限位置即下活塞上端面与冲泡缸上端面基本齐平时，在饮料酿造驱动单元持续驱动下，冲泡缸与下活塞一起向下推动使得阻挡件径向向靠近下活塞内壁的一端被压缩，实现冲泡缸与下活塞突破刚性凸轮的阻碍能够发生第三运动一起继续往下运动。当然，由于在第三运动过程中阻拦件会与刚性凸轮发生摩擦，此时受到的阻力要大于第一运动过程受到的阻力。在冲泡缸与下活塞一起发生的第三运动过程中，由排渣部件完成对位于下活塞上表面的饮料残渣的排除。
10.对于第一种刚性凸轮形式，在冲泡缸与下活塞一起发生的第三运动过程中一直持续到最低点后，阻挡件径向向靠近下活塞内壁的一端被压缩，此时，冲泡缸、下活塞与阻挡件已达到最低点处于静止状态，阻挡件与刚性凸轮之间存在摩擦力。当冲泡缸在驱动单元驱动下开始向上运动时发生第四运动，此时下活塞运动由于受到刚性凸轮阻挡速度增加较慢或者仍完全停止，但冲泡缸仍比较快速的继续往上运动，下活塞与冲泡缸产生相对运动。对于第二种刚性凸轮形式，冲泡缸与下活塞一起发生第三运动通过刚性凸轮直至到达刚性凸轮的下表面即下止动面下方，此时阻拦件由于脱离了刚性凸轮的阻挡恢复至原始状态，冲泡缸、下活塞与阻挡件一直以这种状态运动到最低点，处于静止状态。当冲泡缸开始向上运动，阻挡件接触限位件即刚性凸轮的下表面即下止动面时开始发生第四运动，此时下活塞运动由于受到刚性凸轮阻挡运动速度降低或者完全停止，但冲泡缸仍继续往上运动，下活塞与冲泡缸产生相对运动。不管是上述的哪一种刚性凸轮形式，当冲泡缸相对下活塞运动至两者相对位置的下极限位置即冲泡缸容积最大时，一般此时为填充粉的位置。对于第一种刚性凸轮形式，填充完成后，之后在饮料酿造驱动单元驱动下，冲泡缸带动下活塞、阻挡件克服刚性凸轮的阻碍能够发生第五运动一起继续向上运动。对于第二种刚性凸轮形式，填充完成后，之后在饮料酿造驱动单元驱动下，冲泡缸与下活塞一起向上推动使得阻挡件径向向靠近下活塞内壁的一端被压缩，实现冲泡缸与下活塞突破刚性凸轮的阻碍能够发生第五运动一起继续往上运动。在冲泡缸带动下活塞、阻挡件的第五运动过程中，三者通过刚性凸轮直至脱离刚性凸轮。当阻挡件脱离刚性凸轮时，阻挡件恢复至原始位置，冲泡缸带动下活塞、阻挡件一起向上运动与上活塞一起形成冲泡室完成咖啡萃取；萃取饮料完成后，进行下一循环，冲泡缸携带下活塞一起向下发生第一运动。
11.优选的，所述刚性凸轮上下表面分别为上止动面和下止动面。实现阻挡件随下活塞在往下运动和往上运动时，在设定的位置来回切换，结构可靠可控性强，用于全自动饮料机的冲泡器上时，可以实现下活塞的顶渣、复位功能。
12.为了提高刚性凸轮耐磨性，进一步的所述刚性凸轮可旋转的固定安装于凸轮基座上，当饮料酿造单元的下活塞接触刚性凸轮时，刚性凸轮相对凸轮基座可发生旋转。刚性凸轮与凸轮基座组装时，在x轴、y轴和z轴均具有一定自由度，使得刚性凸轮既可以轴向位移一定的距离，同时稍微有外力施加的扭矩便能自由旋转。这样当刚性凸轮与下活塞上的阻
挡件接触时，刚性凸轮会在一定切向力的作用下小范围旋转，旋转角度虽然很小，但这会改变摩擦的位置，相当于每次摩擦的都和上次摩擦的位置不一样，从而在不增加成本或零件数量的情况下明显提高限位件的使用寿命。
13.优选的，所述刚性凸轮为上述第二种形式的限位凸轮，所述刚性凸轮上所述上表面即上止动面和下表面即下止动面之间为凸轮本体，凸轮本体外表面为柱面，优选的部分柱面为凹形的光滑曲面。凸轮本体的曲面部分使得阻挡件通过凸轮本体时摩擦降低，降低了阻挡件通过凸轮本体时的能量消耗和部件磨损。
14.优选的，所述上止动面和下止动面为锥形面；这样设置的优点是锥形面与阻挡件过渡配合，能够减低磨损，且可通过改变锥形面角度改变下活塞通过止动面的驱动力。
15.进一步的，包括固定元件，刚性凸轮通过固定元件安装于凸轮基座上。
16.优选的，所述限位柱上设有限位件定位台阶面和固定元件安装孔、固定元件定位面；刚性凸轮的下端面与限位柱上的刚性凸轮定位台阶面重合，固定元件从固定元件安装孔插入式装配到凸轮基座上，固定元件的盘头端面与所述限位柱上端的固定元件定位面重合地装配到一起；固定元件的盘头端面与限位柱的刚性凸轮定位台阶面之间有一个空间，刚性凸轮安装在该空间内。
17.优选的，所述刚性凸轮的内孔表面与凸轮基座的限位柱外周面之间设有径向间隙，所述刚性凸轮的上端面与固定元件盘头端面间设有轴向间隙；径向间隙和轴向间隙使得刚性凸轮在与阻挡件接触时会发生旋转。
18.优选的，固定元件为螺栓和螺母。固定螺栓从固定元件安装孔插入式装配到限位柱上，固定螺母以螺纹装配的方式固定到固定螺栓的螺纹端。固定元件也可选择为螺钉，螺钉与限位柱螺纹连接。
19.有益效果
20.(1)将刚性凸轮与凸轮基座的限位柱在组合时，设计一些合适的间隙以保证刚性凸轮有一定的自由度，这样刚性凸轮与阻挡件在运行过程中，能自适应改变每次摩擦的位置，由于每次运行都不是摩擦同一位置，这样便不会在刚性凸轮上留下如图5所示的磨损痕迹22e，从而在不增加成本或零件数量的情况下明显提高刚性凸轮的使用寿命。
21.(2)限位件为刚性凸轮的形式，凸轮本体部分为凹形的光滑曲面。曲面部分使得阻挡件通过凸轮本体时摩擦降低，降低了阻挡件通过凸轮本体时的能量消耗和部件磨损。
附图说明
22.图1是本发明限位装置的轴测图；
23.图2是限位装置的局部放大剖视图；
24.图3是与限位装置配套使用的止动弹性组件的组立图和分解图；
25.图4是冲泡缸与下活塞的装配示意图；
26.图5是市面现有产品存在的问题示意图；
27.图6是止动弹性组件钢珠对刚性凸轮径向位移的示意图；
28.图7是咖啡机酿造装置的组立轴测示意图；
29.图8是咖啡机酿造装置的填充位置剖面图；
30.图9是冲泡缸上行与上活塞组成咖啡冲泡腔的剖面图；
31.图10是下活塞处于顶渣位置的剖面图；
32.图11是下活塞通过上止动面的剖面图；
33.图12是冲泡缸运行到酿造装置的最下端剖面图；
34.图13是多个钢珠不是与刚性凸轮同时接触的酿造装置剖面示意图；
35.图14是图13中a处的放大图。
具体实施方式
36.为让本发明的上述目的、特点和优点更明显易懂，以下通过优选实施例并结合附图对本发明作详细说明。
37.以下实施方式中限位装置采用刚性凸轮的形式并且刚性凸轮为发明内容中提到的第二种形式的刚性凸轮；阻挡件为止动弹性组件进行描述。但阻挡件不限于该实施方式的形式，也可为现有饮料酿造设备中为可压缩凸起的阻挡件。
38.从附图中可以看出，如图1、2所示，限位装置2包含凸轮基座21、刚性凸轮22、固定螺栓23与固定螺母24、和限位柱25，其中，刚性凸轮22同轴的安装于凸轮基座21的限位柱25上，该实施例中的限位柱25与凸轮基座21为一体式结构，两者也可组装获得。刚性凸轮22上设有锥形的上止动面22a和下止动面22b，以及内孔ah。上止动面22a和下止动面22b之间为凸轮本体22c，凸轮本体22c外表面为柱面，部分柱面为凹形的曲面，曲面部分使得阻挡件通过凸轮本体时摩擦降低，降低了阻挡件通过凸轮本体时的能量消耗和部件磨损。凸轮基座21上设有限位柱25，限位柱25上设有圆柱ac、凸轮定位面df、螺栓定位面cf和螺母定位面ef以及螺栓安装孔21h；刚性凸轮22沿轴线r同轴地安装到限位柱25的圆柱ac上，刚性凸轮22的下端面bf与限位柱25上的端面df重合，固定螺栓23从螺栓安装孔21h插入式装配到限位柱25上，固定螺栓23的盘头端面ff与限位柱25的螺栓定位面cf重合地装配到一起，固定螺母24以螺纹装配的方式固定到固定螺栓23的螺纹端，固定螺母24与限位柱25的螺母定位面ef重合的安装，将固定螺栓23固定到限位柱25上，固定螺栓23的盘头面ff与限位柱25的凸轮定位面df之间有一个空间，刚性凸轮22就安装在该空间内，固定螺栓23的盘头端面ff与刚性凸轮22的上端面af设有间隙61，刚性凸轮22的内孔与限位柱25的圆柱ac之间设有间隙62，刚性凸轮22依靠其重力安装于所述空间内，借着这些设定的间隙，最大程度的减少了刚性凸轮22与限位柱25、固定螺栓23之间的摩擦力，使得刚性凸轮22在受到切向力时能够绕轴线r旋转。当然这里为了使刚性凸轮22能够绕轴线r旋转，也可以在刚性凸轮22与限位柱25之间安装轴承以减少摩擦力使得刚性凸轮22在受到切向力时能够绕轴线r旋转。而本发明采用部件本身之间间隙实现减少刚性凸轮与限位柱之间的摩擦力，结构简单，减少成本。
39.如图7到图12所示，咖啡机的酿造装置4包括保持于框架45中的上活塞44，冲泡缸43与上活塞44同轴的安装，其可相对于上活塞44轴向往复运动，下活塞41安装于冲泡缸43的圆柱形孔内，其与冲泡缸43同样可以轴向往复运动，下活塞41与冲泡缸43的相对运动设置有上下极限位置；冲泡缸43上设置有螺纹43a，驱动螺杆47可以旋转的固定于框架45中，驱动螺杆47上设有螺纹47a，该螺纹47a与冲泡缸43上的螺纹43a相互啮合；驱动螺杆47两端设有轴套46，轴套46刚性地保持在框架45中，驱动螺杆47可以通过加载的驱动顺时针和逆时针旋转，驱动螺杆47在顺时针或逆时针旋转的过程中，带动冲泡缸43轴向的向上或向下移动；限位装置2刚性的保持在框架45的下端，刚性凸轮22与冲泡缸43处于同一轴线上，止
动弹性组件1被基座42同轴的固定于下活塞41上，如图3所示，止动弹性组件1由弹性基座11、弹性卡箍12和钢珠13组成，其中三个钢珠13可径向移动的安装于弹性基座11的孔内，弹性卡箍12从外面将钢珠13固定在孔内，弹性卡箍具有弹性，钢珠13在受到推力时可以向外弹性的位移；弹性卡箍从外侧使3个钢珠抵触在容纳其的径向孔内端并部分突出所述弹性基座的内圆柱孔；如图8所示，酿造装置4位于装填位置(装填咖啡粉的细节未示出)，此时下活塞41位于冲泡缸43的下端，止动弹性组件1位于刚性凸轮22的下止动面22b的下端，钢珠13与下止动面22b相切的接触在一起。
40.如图9所示，驱动螺杆47顺时针旋转，带动冲泡缸43向上移动，下活塞41位于冲泡缸43的下端，被冲泡缸43带动一起向上移动即发生发明内容中所述的第五运动，此时，位于下活塞41下端的止动弹性组件1将会穿过刚性凸轮22，在此过程中，首先止动弹性组件1上的钢珠13在弹性卡簧12的弹性作用下，会径向的向外位移，随后与刚性凸轮22的外表面相互摩擦的移动，冲泡缸带动下活塞继续轴向的向上移动，止动弹性组件1脱离刚性凸轮22继续向上移动，上活塞44插入到冲泡缸43内形成冲泡腔48，此时冲泡缸停止运动，酿造装置处于冲泡咖啡的位置(制作咖啡的过程未示出)。
41.如图10所示，驱动螺杆47逆时针旋转，带动冲泡缸43轴向的向下移动，此时下活塞41与冲泡缸43一起向下移动，如前所述下活塞41与冲泡缸43可以轴向的往复运动并设有相对上下极限位置，此时下活塞41正处于冲泡缸43的下端即下活塞位于与冲泡缸相对运动位置的下极限位置，此时发生发明内容中所述的第一运动，当止动弹性组件1上的钢珠13与刚性凸轮22的上止动面22a接触时，由于卡箍对三个钢珠作用力的不均匀，导致钢珠与刚性凸轮上止动面接触时间上不同步(如图13、14所示)，使得多个钢珠与刚性凸轮止动面接触或即将与刚性凸轮上止动面接触的点形成的圆的圆心与刚性凸轮的垂直轴心不一致，带来了钢珠对刚性凸轮有切向的力，由于刚性凸轮与限位柱在组装时设置了间隙使得刚性凸轮与限位柱之间的摩擦力较小，刚性凸轮能够沿轴线r小范围旋转，紧接着下活塞41被挡住停止向下移动，冲泡缸43继续向下移动即发生发明内容中所述的第二运动，结合图4所示，直到下活塞41的上极限面41b与冲泡缸43的底部端面43c重合，此时下活塞41位于冲泡缸43的最上端极限位置即上极限位置，完成顶渣功能。
42.如图11、图6所示，冲泡缸继续向下移动，此时下活塞41与冲泡缸43同时移动即发生发明内容中所述的第三运动，止动弹性组件1上的钢珠13径向沿装配孔向外推动弹性卡箍12，与刚性凸轮22做相切的摩擦运动，直到止动弹性组件1的钢珠13移动到刚性凸轮22的下止动面22b下端，如前所述，因为刚性凸轮22与钢珠13接触时发生了小范围的旋转，这次的摩擦运动与上一次运行不是同一个位置。
43.如图12所示，冲泡缸43已运行到酿造装置4的最下端，钢珠13在弹性卡箍12的弹性作用下回到初始位置，驱动螺杆47再次顺时针旋转，带动冲泡缸43轴向的向上移动，钢珠13也跟着一起向上移动，此时钢珠13与刚性凸轮22的下止动面22b接触而给刚性凸轮22一个推力f，刚性凸轮22在该推力f的作用下又沿轴线r做旋转运动，再一次改变了之后刚性凸轮22与阻挡件做相切摩擦运动时的摩擦位置下止动面22b将钢珠13挡住而限制下活塞41跟着冲泡缸43一起向上移动，下活塞41处于冲泡缸43的上端，与冲泡缸43存在一段距离的位移空间，冲泡缸43轴向上移时，下活塞41保持静止，冲泡缸43继续上移此时发生发明内容中所述的第四运动，结合图4、图8所示，直到下活塞的下极限面41a与冲泡缸内部的台阶面43b重
合时，此时下活塞41位于冲泡缸43的最下端极限位置即下极限位置，冲泡缸停止运行，此时，酿造装置完成一次冲泡咖啡的过程，回到装填位置即复位。之后循环进行上述第五运动、第一、第二、第三、第四运动；由于刚性凸轮与凸轮基座的限位柱在组合时，设计了一些合适的间隙保证了刚性凸轮有一定的自由度，这样刚性凸轮与阻挡件在运行过程中，能自适应改变每次摩擦的位置，从而在不增加成本或零件数量的情况下明显提高刚性凸轮的使用寿命。
44.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换、变形或组合，这些替换、变形或组合均在本发明的保护范围内。