báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài máy rửa bát. thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài máy rửa bát
Máy rửa bát
Máy rửa bát là một thiết bị gia dụng được sử dụng để rửa sạch các bát đĩa, đũa, muỗng, dao và các đồ dùng bếp khác Máy rửa bát có thể được cài đặt dưới bồn rửa bát hoặc đặt trên mặt bếp Các loại máy rửa bát có thể được chia thành hai loại chính là máy rửa bát đứng và máy rửa bát ngang Sử dụng máy rửa bát không chỉ giúp tiết kiệm thời gian và công sức mà còn giúp tiết kiệm nước và năng lượng so với rửa bát bằng tay.
Nhu cầu thị trường
Sự thay đổi lối sống của người tiêu dùng là một trong những yếu tố chính thúc đẩy sự phát triển của máy rửa bát trên toàn cầu Ngoài ra, sự phổ biến ngày càng tăng của khái niệm bếp mô-đun, việc sử dụng các thiết bị gia dụng kết nối ngày càng tăng, mức thu nhập bình quân đầu người cao hơn và ảnh hưởng ngày càng tăng của lối sống phương Tây là một số yếu tố khác dự kiến sẽ làm tăng nhu cầu về các loại máy rửa bát khác nhau trên toàn cầu. Đại dịch COVID-19 đã ảnh hưởng tích cực đến thị trường máy rửa bát, không giống như nhiều ngành công nghiệp khác Các thương hiệu như LG, Bosch và Voltas Beko đang nhận thấy nhu cầu về máy rửa bát ngày càng tăng do nhiều người tiêu dùng ngày càng bắt đầu nấu ăn tại nhà trong bối cảnh làm việc từ xa trong đại dịch COVID-
19 Giữa sự bùng phát của virus coronavirus, nhiều khách hàng trên toàn thế giới đang làm việc tại nhà, nấu ăn nhiều hơn và đặt hàng ít hơn Điều này đã dẫn đến sự gia tăng nhu cầu đối với loại máy rửa bát Chỉ ra sự thay đổi về nhu cầu của người tiêu dùng và cách mua hàng trong đại dịch COVID-19, BSH Home Appliances, thương hiệu thiết bị gia dụng lớn nhất Châu Âu, đã báo cáo nhu cầu về máy rửa bát tăng gấp ba lần so với bình thường vào tháng 6 năm 2020.
Các thành phần chính của một máy rửa bát
Máy rửa bát có hai thành phần chính:
Thành phần cơ khí của máy rửa bát bao gồm: bộ khung máy, khay đựng chất tẩy rửa, hệ thống thoát nước, động cơ, bơm nước, van điều khiển, bộ lọc và hộp số Bên cạnh đó, còn có những bộ phận khác hỗ trợ cho hoạt động của máy như van an toàn, bộ phận điều khiển điện tử, bộ phận hút chân không, bộ phận chịu áp lực.
Thành phần điều khiển:Có vai trò giám sát trạng thái và điều khiển máy rửa bát hoạt động ổn định Thành phần điều khiển bao gồm bộ xử lý trung tâm, các thiết bị cảm biến giám sát hoạt động, thiết bị hiển thị và phát tín hiệu cảnh báo.
Ngoài ra, còn có các thiết bị giám sát nhiệt độ Thiết bị điều tiết cấp nước và xả nước.
Thiết lập danh sách yêu cầu
NHÓM 16 DANH SÁCH YÊU CẦU CHO
W Yêu cầu Chịu trách nhiệm
Khung máy chắc chắn chịu được va đập
Công suất rửa:có thể rửa 30-35 cái bát /1 lần rửa
Vận tốc phun nước: 30-40 vòng/phút
D Nhiệt độ môi trường thích hợp: -10℃đế�40℃
Khung máy: đảm bảo độ cứng cáp và nhẹ
Các bộ phận chi tiết đảm bảo chịu được áp lực nước và khả năng chống ăn mòn trong môi trường có độ ẩm cao
Có sẵn trên thị trường
Giảm độ ồn khi rửa
Phím chức năng: Nhận yêu cầu thiết lập từ con người
Vi xử lý: Điều khiển toàn bộ hoạt động, xử lý các yêu cầu dữ liệu
Cảm biến đo lưu lượng: Giám sát lượng nước cung cấp cho máy.
Cảm biến đo khối lượng: Giám sát khối lượng bát đũa
Cảm biến nhiệt độ: Giám sát điều chỉnh nhiệt độ cho máy. Đầu ra:
Màn hình: Hiển thị thông số cài đặt, thông số khi rửa bát.
Khối bơm nước : đẩy nước vào máy và tạo áp lực để xả nước ra khỏi máy.
D Khối tạo luồng khí nóng: làm khô bát đĩa.
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt
Sử dụng vật liệu cách điện, nhiệt
Chỉ hoạt động mức điện áp thiết kế.
Đèn báo khi có sự cố
Không rửa được khi cửa máy còn mở
Tránh tiếp xúc bộ phận chịu nhiệt và không chịu nhiệt
Khuvực lắp ráp đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ môi trường
Dễ dàng tháo lắp và thay thế
Thiết kế âm tường cho khách hàng
Độ bền: Trung bình 2-3 năm
Có sách hướng dẫn vận hành đi kèm
Máy có thể dễ dàng sử dụng
Máy rửa bát trong thời gian ngắn và đảm bảo bát đĩa được sạch sẽ
D Máy được đi kèm cùng bảo hành
Tiêu hao điện năng thấp
Giá thành phù hợp người tiêu dùng
Có thể rửa các loại bát (gốm , sứ, nhựa, gỗ)
Có chức năng rửa đũa, muỗng.(nhựa ,gỗ)
Tính năng khử trùng bằng tia UV.
Chức năng làm khô bằng nhiệt độ cao hoặc khí nóng để làm khô bát đĩa nhanh chóng sau khi rửa.
Tính năng tiết kiệm năng lượng: cho phép người dùng chọn chương trình rửa bát tiết kiệm năng lượng hoặc chế độ đóng máy tự động khi không sử dụng.
Dễ dàng tháo lắp và thay thế các bộ phận
Chính sách bảo hành: 12-24 tháng.
Vòng đời sản phầm : >24 tháng
NỘI DUNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ
Cấu trúc chức năng
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích các nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết.
Dây dẫn dài 1.5- 2 m Động học:
Công suất rửa:có thể rửa 30-35 cái bát /1 lần rửa
Vận tốc phun nước: 30-40 vòng/phút
Năng lượng: Điện áp vào : AC 220 – 240V
Nhiệt độ môi trường thích hợp: -10℃đế�40℃
Khung máy: đảm bảo độ cứng cáp và nhẹ
Các bộ phận chi tiết đảm bảo chịu được áp lực nước và khả năng chống ăn mòn trong môi trường có độ ẩm cao
Có sẵn trên thị trường
Giảm độ ồn khi rửa
Phím chức năng: Nhận yêu cầu thiết lập từ con người
Vi xử lý: Điều khiển toàn bộ hoạt động, xử lý các yêu cầu dữ liệu
Cảm biến đo lưu lượng: Giám sát lượng nước cung cấp cho máy.
Cảm biến đo khối lượng: Giám sát khối lượng bát đũa
Cảm biến nhiệt độ: Giám sát điều chỉnh nhiệt độ cho máy. Đầu ra:
Màn hình: Hiển thị thông số cài đặt, thông số khi rửa bát.
Khối bơm nước : đẩy nước vào máy và tạo áp lực để xả nước ra khỏi máy. Khối tạo luồng khí nóng: làm khô bát đĩa.
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt
Sử dụng vật liệu cách điện, nhiệt
Chỉ hoạt động mức điện áp thiết kế. Đèn báo khi có sự cố
Không rửa được khi cửa máy còn mở
Tránh tiếp xúc bộ phận chịu nhiệt và không chịu nhiệt
Khu vực lắp ráp đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ môi trường
Dễ dàng tháo lắp và thay thế
Thiết kế âm tường cho khách hàng Độ bền: Độ bền: Trung bình 2-3 năm
Có sách hướng dẫn vận hành đi kèm
Máy có thể dễ dàng sử dụng
Máy rửa bát trong thời gian ngắn và đảm bảo bát đĩa được sạch sẽ
Máy được đi kèm cùng bảo hành
Tiêu hao điện năng thấp
Giá thành phù hợp người tiêu dùng
Có thể rửa các loại bát (gốm , sứ, nhựa, gỗ)
Có chức năng rửa đũa, muỗng.(nhựa ,gỗ)
Tính năng khử trùng bằng tia UV.
Chức năng làm khô bằng nhiệt độ cao hoặc khí nóng để làm khô bát đĩa nhanh chóng sau khi rửa.
Tính năng tiết kiệm năng lượng: cho phép người dùng chọn chương trình rửa bát tiết kiệm năng lượng hoặc chế độ đóng máy tự động khi không sử dụng.
Dễ dàng tháo lắp và thay thế các bộ phận
Chính sách bảo hành: 12-24 tháng.
Vòng đời sản phầm : >24 tháng
Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu
Dây dẫn dài 2 m Động học:
Công suất rửa:có thể rửa 35 cái bát /1 lần rửa
Vận tốc phun nước: 40 vòng/phút
Năng lượng: Điện áp vào : AC 220 V
Nhiệt độ môi trường thích hợp: -10℃đế�40℃
Khung máy: đảm bảo độ cứng cáp và nhẹ
Các bộ phận chi tiết đảm bảo chịu được áp lực nước và khả năng chống ăn mòn trong môi trường có độ ẩm cao
Có sẵn trên thị trường
Giảm độ ồn khi rửa
Phím chức năng: Nhận yêu cầu thiết lập từ con người
Vi xử lý: Điều khiển toàn bộ hoạt động, xử lý các yêu cầu dữ liệu
Cảm biến đo lưu lượng: Giám sát lượng nước cung cấp cho máy.
Cảm biến đo khối lượng: Giám sát khối lượng bát đũa
Cảm biến nhiệt độ: Giám sát điều chỉnh nhiệt độ cho máy. Đầu ra:
Màn hình: Hiển thị thông số cài đặt, thông số khi rửa bát.
Khối bơm nước : đẩy nước vào máy và tạo áp lực để xả nước ra khỏi máy. Khối tạo luồng khí nóng: làm khô bát đĩa.
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt
Sử dụng vật liệu cách điện, nhiệt
Chỉ hoạt động mức điện áp thiết kế. Đèn báo khi có sự cố
Không rửa được khi cửa máy còn mở
Tránh tiếp xúc bộ phận chịu nhiệt và không chịu nhiệt
Khu vực lắp ráp đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ môi trường
Dễ dàng tháo lắp và thay thế
Thiết kế âm tường cho khách hàng Độ bền: Độ bền: Trung bình 3 năm
Có sách hướng dẫn vận hành đi kèm
Máy có thể dễ dàng sử dụng
Máy rửa bát trong thời gian ngắn và đảm bảo bát đĩa được sạch sẽ
Máy được đi kèm cùng bảo hành
Tiêu hao điện năng thấp
Giá thành phù hợp người tiêu dùng
Có thể rửa các loại bát (gốm , sứ, nhựa, gỗ)
Có chức năng rửa đũa, muỗng.(nhựa ,gỗ)
Tính năng khử trùng bằng tia UV.
Chức năng làm khô bằng nhiệt độ cao hoặc khí nóng để làm khô bát đĩa nhanh chóng sau khi rửa.
Tính năng tiết kiệm năng lượng giúp bạn tiết kiệm điện năng khi rửa bát Bạn có thể chọn các chương trình rửa tiết kiệm năng lượng để sử dụng lượng điện tối thiểu Ngoài ra, máy rửa bát còn có chế độ đóng máy tự động khi không sử dụng, giúp tiết kiệm điện khi bạn quên tắt máy.
Dễ dàng tháo lắp và thay thế các bộ phận
Chính sách bảo hành: 24 tháng.
Vòng đời sản phầm : >24 tháng
Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
Dây dẫn dài 2 m Động học:
Công suất rửa:có thể rửa 35 cái bát /1 lần rửa
Vận tốc phun nước: 40 vòng/phút
Năng lượng: Điện áp vào : AC 220 V
Nhiệt độ môi trường thích hợp: -10℃đế�40℃
Khung máy: đảm bảo độ cứng cáp và nhẹ
Các bộ phận chi tiết đảm bảo chịu được áp lực nước và khả năng chống ăn mòn trong môi trường có độ ẩm cao
Có sẵn trên thị trường
Giảm độ ồn khi rửa
Phím chức năng: Nhận yêu cầu thiết lập từ con người
Vi xử lý: Điều khiển toàn bộ hoạt động, xử lý các yêu cầu dữ liệu
Cảm biến đo lưu lượng: Giám sát lượng nước cung cấp cho máy.
Cảm biến đo khối lượng: Giám sát khối lượng bát đũa
Cảm biến nhiệt độ: Giám sát điều chỉnh nhiệt độ cho máy. Đầu ra:
Màn hình: Hiển thị thông số cài đặt, thông số khi rửa bát.
Khối bơm nước : đẩy nước vào máy và tạo áp lực để xả nước ra khỏi máy.
Khối tạo luồng khí nóng: làm khô bát đĩa.
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt
Sử dụng vật liệu cách điện, nhiệt
Chỉ hoạt động mức điện áp thiết kế. Đèn báo khi có sự cố
Không rửa được khi cửa máy còn mở
Tránh tiếp xúc bộ phận chịu nhiệt và không chịu nhiệt
Khu vực lắp ráp đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ môi trường
Dễ dàng tháo lắp và thay thế
Thiết kế âm tường cho khách hàng Độ bền: Độ bền: Trung bình 3 năm
Có sách hướng dẫn vận hành đi kèm
Máy có thể dễ dàng sử dụng
Máy rửa bát trong thời gian ngắn và đảm bảo bát đĩa được sạch sẽ Máy được đi kèm cùng bảo hành
Tiêu hao điện năng thấp
Giá thành phù hợp người tiêu dùng
Có thể rửa các loại bát (gốm , sứ, nhựa, gỗ)
Có chức năng rửa đũa, muỗng.(nhựa ,gỗ)
Tính năng khử trùng bằng tia UV.
Chức năng làm khô bằng nhiệt độ cao hoặc khí nóng để làm khô bát đĩa nhanh chóng sau khi rửa.
Tính năng tiết kiệm năng lượng: cho phép người dùng chọn chương trình rửa bát tiết kiệm năng lượng hoặc chế độ đóng máy tự động khi không sử dụng.
Dễ dàng tháo lắp và thay thế các bộ phận
Chính sách bảo hành: 24 tháng.
Vòng đời sản phầm : >24 tháng
Thiết lập cấu trúc chức năng
Chức năng tổng thể
Hình 2 1 Khối chuyển đổi động cơ
Hình 2 2 Sơ đồ cấu trúc chức năng cúa máy rửa bát
Các chức năng con
Hình 2 3 Chức năng con: Cấp nguồn
Hình 2 4 Chức năng con: Chuyển đổi điện áp
- Bảo vệ hệ thống điện
Hình 2 5 Chức năng con: Bảo vệ hệ thống điện
Hình 2 6 Chức năng con: Bơm nước/khí
- Thiết lập chế độ làm việc
Hình 2 7 Chức năng con: Thiết lập chế độ làm việc
Hình 2 8 Chức năng con: An toàn
Hình 2 9 Chức năng con: Dừng khẩn cấp
Hình 2 10 Chức năng con: Điều chỉnh nhiệt độ
Hình 2 11 Chức năng con: Chức năng rửa
Phát triển cấu trúc làm việc
Bảng 2 1 Giải pháp làm việc cho từng chức năng của máy rửa bát
1 Cấp nguồn 2 chân dẹt 2 chân tròn 3 chân
2 Bảo vệ hệ thống điện
Ngăn dòng ngược Điot Bộ UPS Tụ điện
3 Ngắt mạch khi quá tải
Aptomat Cầu chì nhiệt Relay nhiệt
Mạch chỉnh lưu bán chu kì
Mạch chỉnh lưu cả chu kỳ
Mạch chỉnh lưu cầu ba pha
5 Ổn định điện áp Điot ổn áp Transistor, IC ổn áp
Mạch ổn áp tuyến tính
6 Lọc điện áp Tụ biến dung Tụ phân cực Tụ không phân cực
7 Chuyển đổi điện nhiệt Thanh gia nhiệt Mâm nhiệt Tia hồng ngoại
8 Chuyển đổi điện cơ Động cơ DC Động cơ servo Động cơ bước
9 Điều chỉnh nhiệt độ Khống chế nhiệt độ
Cảm biến nhiệt Rơ-le nhiệt
Báo khẩn cấp Đèn Còi Màn hình LCD
11 An toàn Acquy Bộ lưu điện Pin Lithium
Aptomat Cầu chì Mạch cách ly
13 Xử lí và điều khiển Bộ điều khiển
Thủ công Núm xoay điều chỉnh
Nút nhấn chọn chế độ
Chạm cảm ứng chọn chế độ
15 Tự động Bộ điều khiển
Thiết lập chế độ làm việc Núm xoay điều chỉnh
Nút nhấn chọn chế độ
Chạm cảm ứng chọn chế độ
17 Thời gian rửa Bộ định thời Bộ đếm counter
18 Kiểm soát khối lượng Đo khối lượng Cảm biến Force
19 Báo quá tải Màn hình LED Màn hình LCD Loa
20 Báo tín hiệu Đèn LED Màn hình LCD Còi báo
21 Hiển thị Màn hình LCD Màn hình LED Đèn LED
Các nguyên tắc làm việc sẽ được kết hợp thành các biến thể có ký hiệu màu sắc khác nhau Cụ thể: Các nguyên tắc chung ký hiệu cùng màu sẽ tạo thành một biến thể Dựa vào bảng thống kê, ta nhận thấy có ba biến thể được lựa chọn với ba màu khác nhau: vàng (biến thể 1), đỏ (biến thể 2) và xanh (biến thể 3) Từ đó, chúng ta có thể tiến hành đánh giá tính khả thi của từng biến thể đã quy định.
Dựa vào bảng phân loại ta có thể phân ra các nguyên lý làm việc có chung một biến thể:
- 14.3 - 15.1 - 16.2 - 17.2 - 18.1 - 19.3 - 20.2 - 21.3 Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiêu chí để đánh giá và so sánh các biến thể Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng củacác tiêu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế để có thể bao quát và thấy đượcmức độ quan trọng của các tiêu chí, ta xây dựng một cây mục tiêu.
Tại mỗi nhánh con của cây mục tiêu, các tiêu chí đặt ra cho biến thể (ví dụ: tính chính xác, độ phủ, tương thích, v.v.) đóng vai trò như những tiêu chuẩn nhỏ góp phần vào tiêu chí lớn hơn nằm bên trên chúng Mỗi tiêu chí được gán hai loại trọng số: "w" bên trái thể hiện mức độ quan trọng của tiêu chí đó với tiêu chí lớn hơn trực tiếp, trong khi "wt" bên phải biểu thị tầm quan trọng tổng thể của tiêu chí đó đối với toàn bộ hệ thống.
Lựa chọn cấu trúc làm việc
Bảng 2 2 Bảng đánh giá các biến thể
STT Tiêu chí Điểm tiêu chí Điểm đánh giá
Hệ thống điện an toàn
Bảo vệ hệ thống điện
Ngắt mạch khi quá tải
An toàn 0.035 0.01 0.012 0.013 Dừng khẩn cấp 0.05 0.02 0.015 0.015 Báo khẩn cấp 0.05 0.012 0.02 0.018
Chuyển đổi điện cơ 0.06 0.018 0.023 0.019 Chuyển đổi điện nhiệt 0.045 0.013 0.016 0.016
Xử lí tín hiệu và điều khiển
3 Điều khiển và sử dụng
Hiển thị 0.051 0.016 0.017 0.018 Báo tín hiệu 0.05 0.02 0.016 0.014 Chọn chế độ 0.042 0.014 0.015 0.013 Thiết lập thời gian 0.045 0.013 0.016 0.016
Qua quá trình đánh giá ta thấy biến thể số 1 có số điểm đánh giá cao nhất và xếp hạng tổng thể tốt nhất Điều đó cơ bản chứng tỏ biến thể 1 được tối ưu tốt nhất đối với các tiêu chí đề ra Biến thể 1 do đó đại diện cho một giải pháp nguyên tắc tốt để bắt đầu giai đoạn thiết kế cụ thể. Động cơ phun nước Động cơ sấy khô
Thiết kế sơ bộ
Tạo sơ đồ hệ thống
Hình 3 1 Sơ đồ hệ thống
Xây dựng các lớp hình học thô
Hình 3 3 Bố trí hình học
Xác lập các layout thô – xác định các bộ phận thực hiện chức năng chính
Đây là một bước quan trọng trong việc thiết kế lớp sản phẩm Từ các khối chức năng tổng hợp được, nhóm thiết kế sẽ tiến hành bố trí hình học cho sản phẩm máy rửa bát bằng việc xây dựng một bản phác thảo biểu thị rõ vị trí hình học tương đối giữa các khối trong sản phẩm sao cho sản phẩm có thể hoạt động một cách thuận tiện nhất có thể.
Hình 3 4 Sơ đồ bố trí nhóm thiết kế
Sau khi định hình layout vị cho các bộ phận, ta tiến hành ghép nhóm cho một số các các cụm bộ phận có chung thiết kế để bố trí trí hình học và có được bố trí hình học tương quan giữa các layout như sau:
Với mỗi nhóm bộ phận thiết kế sẽ có một vài chi tiết chung có tương quan hình học và vị trí không với nhau Do vậy, ta sắp xếp cho các nhóm có bộ phận chung cùng thiết kế với nhau Bảng dưới đây thể mô tả một số chức năng và nhiệm vụ đặt ra cho các nhóm thiết kế:
Bảng 3 2 Bảng nhiệm vụ của các nhóm
STT Tên nhóm Bộ phận
Màn hình điều khiển Mạch điều khiển Nút bấm Cảm biến
2 Nhóm năng lượng Dây dẫn
3 Nhóm khung vỏ Vỏ máy
4 Nhóm chuyển đổi điện cơ Động cơ
5 Nhóm chuyển đổi điện nhiệt Bình nhiệt
6 Nhóm thiết kế hệ thống phun nước Thanh phun
7 Nhóm thiết kế hệ thống giá đỡ Giá đỡ bát
8 Nhóm thiết kế hệ thông thoát nước Van xả Ống thoát nước
9 Nhóm thiết kế hệ thống an toàn, chống rò rỉ nước Cảm biến phát hiện rò rỉ
Nút ngắt máy khẩn cấp
Việc thiết kế và định hình sản phẩm đòi hỏi qua nhiều khâu và các quy trình khác nhau từ đó đưa ra được sản phẩm hoàn thiện đáp ứng nhu cầu thị trường và mục tiêu thiết kế ban đầu Quy trình mô tả quá trình này được thực hiện theo sơ đồ tổng quát như sau:
Hình 3 5 Thiết kế lựa chọn phần cơ khí
Bản vẽ lắp ráp kết cấu máy rửa bát
Hình 3 6 Bản vẽ lắp máy rửa bát
Hình 3 7 Bản vẽ lắp chi tiết
Hình 3 8 Bản vẽ lắp chi tiết 3D
