Trong những năm gần đây ngành Cơ Điện tử có những bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng các sản phẩm cơ điện tử vào sản xuất ngày càng phổ biến giúp nâng cao năng suất lao động và hạ giá thành sản phẩm. Song song với quá trình phát triển đó là yêu cầu ngày càng cao về độ chính xác, tin cậy, khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt với thời gian dài của các hệ thống cơ điện tử. Vì vậy việc nghiên cứu và thiết kế các hệ thống cơ điện tử để đáp ứng được yêu cầu trên là việc làm cần thiết. Sự phát triển của hệ thống cơ điện tử là sự phát triển của các ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hoá đã và đang đạt được nhiều tiến bộ mới. Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử được đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức và tư duy trong việc lập kế hoạch công việctheo trình tự hợp lý để có thể thiết kế được một hệ thống cơ điện tử hoạt động ổn định, tối ưu và hiệu quả. Học phần cũng rèn luyện cho sinh viên khả năng tư duy hệ thống, kỹ năng làm việc nhóm và kiến thức về nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập và công việc sau này. Sau quá trình học tập và tự tìm hiểu về học phần, nhóm sinh viên đã lựa chọn và hoàn thành báo cáo bài tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Nồi chiên không dầu”. Đây là một đề tài hay và có tính ứng dụng cao trong đời sống đồng thời cũng là cơ sở cho những nghiên cứu và sản phẩm sau này của sinh viên. Báo cáo còn nhiều hạn chế rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý thầy cô và các bạn. Em xin chân thành cảm ơn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI ﻣKHOA CƠ KHÍﻣ - - BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế sản phẩm nồi chiên không dầu Giáo viên: Sinh viên thực hiện: ThS Nhữ Quý Thơ Nhóm: Hà Nội – 2023 Mục lục Lời nói đầu CHƯƠNG Phân tích nhiệm vụ thiết kế 1.1 Nồi chiên không dầu 1.2 Các thành phần Nồi chiên không dầu 1.3 Thiết lập danh sách yêu cầu 1.4 Xác định vấn đề CHƯƠNG Thiết kế sơ 11 2.1 Các vấn đề 11 2.2 Cấu trúc chức 12 2.2.1 Chức tổng thể 12 2.2.2 Sơ đồ cấu trúc chức .13 2.2.3 Chức 14 2.2.4 Tìm kiếm nguyên tắc làm việc .17 2.2.5 Kết hợp nguyên tắc làm việc 18 2.3 Tổng hợp đánh giá biến thể 19 CHƯƠNG Thiết kế cụ thể 22 3.1 Thiết kế sơ 22 3.1.1 Tạo sơ đồ hệ thống 22 3.1.2 Tạo nhóm chức 23 3.1.3 Bố trí layout 24 3.2 Thiết kế chi tiết 29 3.3 Quy trình thiết kế nồi chiên khơng dầu 30 3.4 Thiết kế chi tiết 32 3.4.1 Thiết kế khung vỏ 32 3.4.2 Thiết kế cửa liền khay đựng 34 3.4.3 Thiết kế tay cầm .36 3.4.4 Thiết kế hình hiển thị .38 3.5 Lựa chọn nguyên vật liệu, linh kiện thiết kế 39 3.5.1 Lựa chọn điều khiển 39 3.5.2 Chọn led hiển thị 42 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần ngành Cơ Điện tử có bước phát triển vượt bậc, việc ứng dụng sản phẩm điện tử vào sản xuất ngày phổ biến giúp nâng cao suất lao động hạ giá thành sản phẩm Song song với q trình phát triển u cầu ngày cao độ xác, tin cậy, khả làm việc môi trường khắc nghiệt với thời gian dài hệ thống điện tử Vì việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điện tử để đáp ứng yêu cầu việc làm cần thiết Sự phát triển hệ thống điện tử phát triển ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển tự động hoá đạt nhiều tiến Học phần Thiết kế hệ thống Cơ Điện tử đưa vào giảng dạy với mục đích giúp sinh viên có kiến thức tư việc lập kế hoạch công việctheo trình tự hợp lý để thiết kế hệ thống điện tử hoạt động ổn định, tối ưu hiệu Học phần rèn luyện cho sinh viên khả tư hệ thống, kỹ làm việc nhóm kiến thức nhiều mảng khác nhau, giúp ích cho học tập cơng việc sau Sau trình học tập tự tìm hiểu học phần, nhóm sinh viên lựa chọn hoàn thành báo cáo tập lớn với đề tài: Thiết kế sản phẩm điện tử “Nồi chiên khơng dầu” Đây đề tài hay có tính ứng dụng cao đời sống đồng thời sở cho nghiên cứu sản phẩm sau sinh viên Báo cáo nhiều hạn chế mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1.1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Nồi chiên không dầu Nồi chiên không dầu (air fryer) thiết bị nhà bếp đại sử dụng để chiên, rán loại thực phẩm cách nhanh chóng khơng cần sử dụng dầu Nó hoạt động cách sử dụng khí nóng quạt để đẩy lưu lượng khơng khí nóng chảy qua thực phẩm, tạo lớp vỏ giòn bên ngồi thực phẩm nấu chín bên Thiết bị giúp giảm lượng dầu calo tiêu thụ chiên, đồng thời cho ăn giữ hương vị độ giòn tuyệt vời 1.2 Các thành phần Nồi chiên khơng dầu Nồi chiên có cấu tạo đơn giản Với thân nồi có phận sinh nhiệt Thơng thường dây may so gắn bên hệ thống quạt gió thổi nóng Thân nồi thường có hình trụ hình chữ nhật giống lị nướng Một bảng điều khiển giúp bạn chọn nhiệt độ thời gian phù hợp với ăn Các thành phần nồi chiên khơng dầu bao gồm: 1:Khay chứa thực phẩm: Là nơi đặt thực phẩm cần chiên, rán 2:Khay lọc dầu: Dùng để lọc bớt dầu thực phẩm 3:Quạt lọc: Sử dụng để tạo lưu lượng khơng khí nóng lọc bụi q trình chiên 4:Máy sưởi: Điều khiển nhiệt độ động quay 5:Màn hình LCD: Hiển thị thơng tin nhiệt độ, thời gian chiên, chức năng, 6:Bộ điều khiển: Sử dụng để chọn chức năng, thời gian nhiệt độ chiên 7:Khung máy: Bảo vệ giữ cho phận hoạt động nồi chiên ổn định an toàn 1.3 Thiết lập danh sách yêu cầu Để thiết kế sản phẩm trước tiên ta cần phải xác minh yêu cầu sản phẩm để bắt đầu lên kế hoạch thiết kế cho sản phẩm Thay đổi D Danh sách yêu cầu cho nồi chiên không dầu W Hình dáng - Kích thước tổng thể D + Chiều dài: 250 – 350 mm D + Chiều rộng: 200 – 250 mm D + Chiều cao: 250 – 350 mm Vật liệu - Vỏ D D D D D W + Chống xước + Chịu va đập + Cách điện + Bo góc, cạnh + Chân đế chống trượt + Bóng đẹp, chống bám bụi - Khay chiên D D D D + Chịu nhiệt cao + Chống dính + Khơng gỉ + An tồn cho sức khoẻ Dung tích D 1,5 – lít Trọng lượng D – kg Năng lượng D - Công suất: 800 – 2000 W D - Nhiệt độ: 80 – 240 °C D - Nguồn cấp: 220 – 235 V D - Thời gian nấu: – 60 phút W - Đạt nhiệt độ cài đặt nhanh Tính D - Có chức chiên nướng, hâm nóng,… D - Có thể nấu nhiều loại thực phẩm D - Điều chỉnh nhiệt độ nấu D - Giữ ấm ăn sau nấu xong D - Toả nhiệt giúp thực phẩm chín D - Cài đặt hẹn W - Hạn chế tiếng ồn làm việc Tín hiệu điều khiển D - Đèn led báo hoạt động D - Màn hình hiển thị nhiệt độ, thời gian nấu D - Nút bấm chọn chế độ nấu D - Nút xoay ấn chỉnh thời gian, nhiệt độ W - Có kết nối wifi điều khiển từ xa An toàn D - An toàn điện D - Tự động ngắt nguồn sau nấu xong Tiết kiệm D - Nấu chín thực phẩm khơng cần dầu D - Tiết kiệm điện tiêu thụ 10 Bảo dưỡng D - Khay chiên khay lọc dầu tháo rời để vệ sinh D - Dễ tháo lắp để sửa chữa, bảo trì 11 Phụ kiện kèm theo D - Quyển hướng dẫn sử dụng W - Hộp đựng thực phẩm, vỉ nướng, kẹp gắp, 12 Chất lượng W - Độ bền 5-7 năm W - Mẫu mã bắt mắt W - Thương hiệu chất lượng hàng đầu - Có bảo hành, dịch vụ hỗ trợ W 13 Tái chế W - Có thể tái chế 30% phận 14 Khả lưu trữ W - Có quai xách, dễ dàng mang W - Không cồng kềnh để cất không sử dụng 1.4 Xác định vấn đề Để bắt đầu có hướng thiết kế cho sản phẩm nồi chiên không dầu, trước tiên ta phải xác định vấn đề, yêu cầu sản phẩm để thiết kế qua sơ nồi chiên khơng dầu, giúp dễ hình dung bước làm tránh bị nhầm lẫn sau Hình học: Kích thước tổng thể : - Chiều dài: 250 – 350mm - Chiều rộng: 200 – 300 mm - Chiều cao: 250 – 350 mm Dung tích khay nấu: - – lít Khả chịu lực: - Trọng lượng - kg – Có thể nấu từ – kg thức ăn Năng lượng: - Điện áp vào : AC 100 – 240V Tần số : 50 - 60 Hz Công suất : 800 – 2000 W Nhiệt độ nấu chín thức ăn: 160 – 220 oC Vật liệu - Thân nồi chiên - Khay nấu - Tủ điện - Vịi nước Tín hiệu Đầu vào - Phím chức - Bộ nhớ - Cảm biến Đầu - Màn hình - Dây nhiệt - Vòi nước - Bộ nhớ - Cảm biến Đầu ra: - Màn hình - Dây nhiệt - Vòi nước - Hệ thống - Vật liệu - Con người - Điều khiển điện Quản lý chất lượng: - Độ bền : trung bình -3 năm Sản xuất - Phương thức sản xuất : dùng máy CNC để gia công Vận hành - Vận hành dễ dàng với người sử dụng - Tiếng ồn tạo < dB - Lấy đồ ăn khỏi nồi cách dễ dàng Bảo trì bảo dưỡng - Dễ tháo lắp - Chính sách bảo hành - Tuổi đời Tái chế: - Tái sử dụng >85% phận máy - Vòng đời sản phẩm: tháng 10 Sứ gốm: Một số nồi chiên khơng dầu sử dụng vật liệu sứ gốm Những vật liệu không tạo chất kháng dính có khả lưu giữ nhiệt tốt truyền nhiệt Quyết định chọn thép không gỉ làm vật liệu làm vỏ thép khơng gỉ vật liệu phổ biến sử dụng nồi chiên khơng dầu Nó có độ bền cao, chịu nhiệt tốt không tác động lên hương vị thực phẩm Thép không gỉ dễ dàng vệ sinh chống dính 3.4.2 Thiết kế cửa liền khay đựng Hình 3.8 Cửa liền khay đựng 34 Cửa khay đựng hai yếu tố quan trọng thiết kế nồi chiên khơng dầu, đóng vai trị quan trọng việc đảm bảo an toàn tiện lợi cho trình nấu Dưới đoạn văn mức cần thiết cửa khay đựng nồi chiên không dầu: "Cửa khay đựng hai yếu tố thiếu thiết kế nồi chiên không dầu, mang lại mức độ cần thiết an toàn, tiện lợi hiệu cho người sử dụng Cửa nồi chiên khơng dầu đóng vai trị quan trọng việc giữ an toàn cho người sử dụng Một cửa thiết kế chắn dễ mở đóng giúp ngăn chặn tiếp xúc trực tiếp với khơng khí nóng bên nồi, từ giảm thiểu nguy bị bỏng Hệ thống khóa an tồn đảm bảo cửa khóa chặt hoạt động, ngăn người dùng tiếp xúc với khơng khí nóng vơ tình làm rơi thực phẩm trình nấu Khay đựng nồi chiên khơng dầu có vai trị chứa thực phẩm thu gom dầu thừa Một khay đựng có kích thước chất liệu phù hợp giữ thực phẩm nằm khơng gian nấu an tồn hiệu Vật liệu chống dính vật liệu chịu nhiệt giúp dễ dàng làm khay sau q trình nấu Ngồi ra, khay đựng thiết kế với tính bổ sung khay lọc dầu hệ thống thoát dầu tự động, giúp loại bỏ dầu thừa từ thực phẩm làm giảm lượng dầu ăn, tạo ăn chiên khơng dầu ngon miệng 35 Tổng quan, mức cần thiết cửa khay đựng nồi chiên không dầu đảm bảo an toàn tiện lợi trình nấu Thiết kế chắn, dễ mở đóng có tính thu gom dầu thừa tạo nồi chiên không dầu hiệu dễ sử dụng cho người dùng." 3.4.3 Thiết kế tay cầm Hình 3.9 Tay cầm Tay cầm nồi chiên khơng dầu đóng vai trò quan trọng thiết kế, mang đến mức độ cần thiết tiện lợi an toàn cho người sử dụng Dưới đoạn văn mức cần thiết tay cầm nồi chiên không dầu: "Tay cầm nồi chiên không dầu yếu tố thiếu thiết kế, đem lại mức độ cần thiết tiện lợi an toàn cho người sử dụng 36 Một tay cầm chắn thuận tiện giúp người dùng dễ dàng di chuyển mang nồi chiên khơng dầu cách an tồn Tay cầm thiết kế phù hợp với kích thước trọng lượng nồi, đảm bảo người sử dụng nắm cầm nồi cách ổn định dễ dàng Ngồi ra, tay cầm thiết kế để tránh truyền nhiệt từ nồi chiên không dầu lên tay người sử dụng Các vật liệu cách nhiệt thiết kế cách nhiệt giúp giảm thiểu nguy bị bỏng tạo cảm giác thoải mái sử dụng nồi chiên Đồng thời, tay cầm nồi chiên không dầu cần gắn chặt ổn định với nồi để đảm bảo tính an tồn Cơ chế gắn kết cần đủ mạnh để chịu trọng lượng lực tác động nồi đầy thực phẩm Hơn nữa, tay cầm cần thiết kế cho dễ dàng tháo lắp vệ sinh, giúp người dùng dễ dàng làm nồi sau sử dụng Tóm lại, mức cần thiết tay cầm nồi chiên không dầu đảm bảo tính tiện lợi an tồn cho người sử dụng Thiết kế chắn, cách nhiệt dễ tháo lắp yếu tố quan trọng cần xem xét để tạo nồi chiên không dầu tốt dễ sử dụng cho người dùng." 37 3.4.4 Thiết kế hình hiển thị Hình 3.10 Màn hình hiển thị Màn hình hiển thị thiết kế nồi chiên không dầu mang lại mức độ cần thiết tiện lợi thông tin cho người sử dụng Dưới đoạn văn mức cần thiết hình hiển thị nồi chiên khơng dầu: "Màn hình hiển thị yếu tố quan trọng thiết kế nồi chiên không dầu, đem lại mức độ cần thiết tiện lợi thông tin cho người sử dụng Một hình hiển thị chất lượng dễ đọc giúp người dùng dễ dàng theo dõi điều chỉnh thơng số nấu Màn hình cung cấp thông tin nhiệt độ, thời gian nấu, chế độ nấu thơng báo hữu ích khác Điều cho phép người dùng kiểm soát trình nấu cách xác linh hoạt 38 Màn hình hiển thị thiết kế với biểu đồ đồ họa tương tác, giúp người dùng dễ dàng hiểu theo dõi trình nấu cách trực quan Các số đo lường thời gian lại nhiệt độ nước dầu hiển thị cách rõ ràng, giúp người dùng có kiểm sốt tồn diện Hơn nữa, hình hiển thị kèm với nút điều khiển hình cảm ứng để người dùng dễ dàng thay đổi thiết lập nấu Chức hẹn lưu trữ chế độ nấu tích hợp, tạo tiện lợi linh hoạt việc sử dụng nồi chiên khơng dầu Tóm lại, mức cần thiết hình hiển thị nồi chiên khơng dầu mang lại tiện lợi thông tin cho người sử dụng Thiết kế chất lượng, dễ đọc tương tác giúp người dùng kiểm soát điều chỉnh q trình nấu cách xác dễ dàng." 3.5 Lựa chọn nguyên vật liệu, linh kiện thiết kế 3.5.1 Lựa chọn điều khiển Hiện thị trường, điều khiển Arduino phù hợp để thiết kế, phổ biến, ưa chuộng dễ tìm, hợp lý yếu tố kinh tế Arduino hỗ trợ thư viện phong phú, đa dạng dễ dàng cho việc lập trình điều khiển Có thể sử dụng không cần xây dựng lại mạch Có sẵn lỗ cắm tích hợp mạch nạp, cổng giao tiếp… Gần không cần phải tự viết thư viện cho arduino, hướng dẫn mạng có nhiều, sử dụng phổ biến Arduino dễ học phù hợp cho người bắt đầu, trình biên dịch cho Arduino hỗ trợ ngôn ngữ C++ 39 Hình 3.11: Bo mạch Arduino Uno R3 Arduino Uno bo mạch vi điều khiển phát triển Arduino.cc, tảng điện tử mã nguồn mở chủ yếu dựa vi điều khiển AVR Atmega328P Với Arduino xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với thông qua phần mềm phần cứng hỗ trợ Dịng mạch Arduino Uno R3 có kích thước nhỏ gọn, đầy đủ tính dễ sử dụng lập trình 36 Một bo mạch có 14 chân đầu vào/đầu digital (trong chân sử dụng làm đầu PWM), đầu vào analog, cho phép kiểm soát điều khiển thiết bị mạch điện tử ngoại vi cách dễ dàng Arduino Uno R3 kết nối trực tiếp với máy tính thơng qua USB để giao tiếp với phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAC Linux Systems 40 Hình 3.12 thơng số arduino 41 3.5.2 Chọn led hiển thị Hình 3.13 led hiển thị TTPScada • Loại led đoạn • Kích thước hiển thị 2.3 inch • Tầm quan sát :>20m góc nhìn 90 độ • Chức chính: hiển thị nhiệt độ, độ ẩm • Chức yêu cầu : lưu chữ giữ liệu vào thẻ nhớ, trích suất file excel để lưu chữ vào máy tính • Nguồn 220V AC 50hz 42 • Kích thước bảng tương ứng 40x35x10 cm Hình 3.14 Tụ cao áp - Tụ cao áp bảo vệ mạch điện chống lại tăng đột ngột điện điện áp cao (trong thời gian ngắn), lắp vào mạch có tác dụng để kéo dài tuổi thọ thiết bị điện Thông số: Giá trị 10nF Điện áp 2KV Kiểu đóng gói Chân cắm 43 Hình 3.15 Biến nồi chiên khơng dầu Biến cao áp có chức chuyển đổi nguồn điện thông thường (220V) thành nguồn điện có điện áp 2000-2800V, kết hợp biến cao áp với tụ cao áp diode cao áp để chuyển đổi thành nguồn điện chiều có điện 4000-5000V cấp nguồn cho dây mayso hoạt động Hình 3.16 dây mayso 44 Các loại máy móc thông thường sử dụng dây mayso với nguyên lý hoạt động đơn giản Dây mayso thường thiết kế dạng lị xo nhằm tăng diện tích tiếp xúc, hạn chế hao phí nhiệt tỏa Chỉ cần truyền điện vào dây điện trở này, điện chuyển thành nhiệt phục vụ mục đích sử dụng khác Các loại thiết bị điện gia đình sử dụng cơng nghệ dây mayso thường bao bọc bên lớp vật liệu chống cháy cách nhiệt Tuy nhiên, sức nóng tỏa từ thiết bị lớn Do đó, nên cẩn thận tuyệt đối sử dụng thiết bị ứng dụng dây mayso, đặc biệt tránh xa tầm tay trẻ em Hình 3.17 miếng nhơm tản nhiệt THƠNG SỐ KĨ THUẬT: - Chất liệu: nhơm - Màu: trắng - Số cánh: 10 cánh - Chiều cao cánh: 0.8cm - Khoảng cách cánh: 2mm 45 - Kích thước: 100 x 35 x 10mm - Khối lượng: 40g Miếng nhôm tản nhiệt linh kiện quan trọng nhiều thiết bị điện tử, đặc biệt hệ thống máy tính, laptop thiết bị điện tử khác có nhiệt độ hoạt động cao Tấm nhơm tản nhiệt có vai trị chuyển đổi phân tán nhiệt độ từ thành phần nóng bên thiết bị mơi trường xung quanh Hình 3.18 Hình dáng mong muốn tiến tới tương lai 46 Tổng kết Nồi chiên khơng dầu có tác động đáng kể đến sống nhiều người Với công nghệ nấu nhiệt không dầu tiên tiến, nồi chiên khơng dầu mang lại lợi ích đáng kể cho việc nấu ăn lối sống lành mạnh Một lợi ích lớn nồi chiên khơng dầu giảm lượng dầu sử dụng trình nấu Thay ngâm thực phẩm dầu nhiều, nồi chiên không dầu cần lượng nhỏ dầu chí khơng cần dầu để tạo ăn giịn ngon Điều giúp giảm lượng calo chất béo tiêu thụ, giúp trì cân nặng sức khỏe tốt Thực phẩm giòn ngon giữ giá trị dinh dưỡng: Nhờ cơng nghệ quạt quay lị nhiệt, nồi chiên không dầu cho phép nấu ăn cách đồng giữ độ ẩm tự nhiên thực phẩm Kết là, thực phẩm nấu nồi chiên khơng dầu thường ngồi giịn rụm hương vị tuyệt vời mà giữ nguyên chất dinh dưỡng quan trọng Tiết kiệm thời gian: Nồi chiên khơng dầu cho phép nấu ăn nhanh chóng dễ dàng Thay truyền thống phải chờ lâu cho dầu nóng lên thực phẩm chín đều, nồi chiên khơng dầu nấu ăn nhanh nhiều lần Điều tiện lợi cho người có lịch trình bận rộn muốn chuẩn bị bữa ăn ngon lành mà không nhiều thời gian Dễ dàng vệ sinh: Nồi chiên khơng dầu thường có phần tháo rời, điều giúp việc vệ sinh trở nên dễ dàng Ngồi ra, lượng dầu sử dụng hơn, khơng gây bám dính nhiều, việc làm nồi chiên không dầu trở nên đơn giản so với phương pháp nấu truyền thống Qua trình thực đề tài với tất cố gắng nhóm với hướng dẫn chu đáo nhiệt tình Th.S Nhữ Q Thơ, tồn thể thầy cô 47 khoa bạn bè, nhóm chúng em trình bày trình bày mơ hình trình tự bước cách hợp lý để vào thiết kế hệ hệ thống điện tử, từ việc phân tích nhiệm vụ thiết xác định vấn đề hệ thống, tìm hiểu xây dựng cấu trúc chức để biểu diễn hoạt động thành phần mối quan hệ thành phần Nhiều nguyên tắc làm việc đưa phù hợp với cấu trúc hệ thống vừa xây dựng tạo biến thể hệ thống khác Báo cáo trình vày phương pháp chọn lọc cân nhắc biến thể để đưa vào thiết kế cụ thể Nhưng có lẽ khơng thể tránh thiếu sót Nhóm chúng em kính mong thầy bảo để nhóm chúng em hồn thiện hơn, vững vàng hơn, để tự tin q trình học tập làm việc sau Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn 48