Trong thuyết minh đồ án tốt nghiệp, bao gồm những gì nhóm em đã đề ra ban đầu là cai tiến mẫu mã mới cho sảnphẩm máy vắt cam, kết hợp thêm tính năng xử lý vỏ cam thành chế phẩm sinh học.
TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
- Những năm gần đây, tình hình tiêu thụ của nông sản Việt Nam thường gặp khó khăn vào những tháng cuối năm Một trong những lý do đó là bên thu mua bán ra thị trường vắt giá xuống quá thấp gây lỗ vốn cho bà con nông dân, ngoài ra việc chuyển hướng cây trồng một cách ồ ạt cũng tạo nên tình cảnh “được mùa, mất giá” Quả cam cũng bị trường hợp như vậy, giá thuê nhân công thu hoạch vượt quá cả nông sản khiến nông dân thà chọn bỏ vườn không thu hoạch Nhìn thấy thực trạng đáng buồn đó, nhóm em đã tìm hiểu một số biện pháp giải cứu nông sản phổ biến như: tuyên truyền kêu gọi người dân ở thành thị mua nông sản, cho tặng quyên góp các bên từ thiện,…Tuy nhiên, những biện pháp trên chỉ là nhất thời trong thời điểm đó, không ai có thể bảo đảm chắc chắn rằng mùa vụ sau cũng có thể giải cứu nông sản như vậy Nhóm em đã tìm hiểu thêm về “Trend” trà chanh giã tay bắt nguồn từ Trung Quốc, trend này sinh ra để giúp đỡ tiêu thụ quả chanh vàng, nhờ đó sức tiêu thụ của nó đã tăng, ảnh hưởng sang tận Việt Nam Giới trẻ nước ta đổ xô mua nhằm “bắt trend” Trà chanh giã tay có giá thành hợp lý, giải nhiệt tốt cho thời tiết nắng nóng, do được ưa chuộng như vậy đã làm cho giá của quả chanh vàng lên cao, người nông dân Trung Quốc đã giải quyết được vấn đề tiêu thụ quả chanh vàng.
- Quả cam của nước ta cũng đang gặp tình trạng tương tự như chanh vàng của Trung Quốc, nhóm chúng em đã nghiên cứu và ấp ủ ý tưởng về phương pháp bền vững nhằm giải cứu quả cam Dựa vào chuyên ngành đã học, nhóm em đã lên ý tưởng đưa ra một chiếc máy đa năng, mới lạ, giá thành hợp lý đối với mọi người, đó là máy vắt cam đa năng kết hợp tạo ra tinh dầu.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Máy vắt cam hiện là một loại máy đang được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở kinh doanh dịch vụ (quán nước, nhà hàng,…) và các hộ gia đình, giúp tiết kiệm khá nhiều thời gian và công sức chiết vắt.
- Đối với các sản phẩm quen thuộc như máy vắt cam, ta cần phải cải tiến nhiều hơn để đạt được chất lượng hoàn hảo nhất Năng suất làm việc của máy cũng cần được nâng cao để phục vụ tốt hơn trong các cơ sở kinh doanh dịch vụ như nhà hàng, quán nước và đảm bảo được sự gọn nhẹ, tiện lợi, thẩm mỹ v.v…
- Nhận thấy phế phẩm vỏ cam đang bị loại bỏ 1 cách hoang phí, nên chúng em mong muốn thiết kế thêm khả năng xử lý vỏ cam thành chế phẩm sinh học, góp phần bảo vệ môi trường.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Tối ưu hóa hiệu suất sản xuất: Nghiên cứu nhằm cải thiện hiệu suất và năng suất của máy ép cam thông qua việc tối ưu hóa các tham số quan trọng như áp suất vắt, nhiệt độ, tốc độ ép và tỷ lệ trích xuất Mục tiêu là tăng cường sản lượng và giảm thiểu tỷ lệ thất thoát trong quá trình vắt cam.
- Nâng cao chất lượng sản phẩm: Đề xuất và áp dụng các công nghệ hiện đại để đảm bảo chất lượng cao của nước cam ép, bao gồm cả màu sắc, hương vị và giá trị dinh dưỡng. Nghiên cứu có thể tập trung vào phương pháp giữ nguyên Vitamin và Enzyme quan trọng trong quá trình ép cam.
- Mục tiêu của nghiên cứu máy ép cam là cải tiến quy trình sản xuất để đạt được các mục tiêu kỹ thuật, chất lượng và kinh tế, từ đó nâng cao hiệu quả và cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường.
Xác định những cơ hội
- Các loại máy vắt cam đang dần được các cở sở kinh doanh thực phẩm và đồ uống bắt đầu áp dụng vào quy trình chiết vắt hoa quả Đồng thời, các loại hình dịch vụ trên cũng đang phát triển rất mạnh và không có dấu hiệu dừng lại Các loại hình kinh doanh Food and Beverage Service với quy mô vừa và nhỏ như kiosk, xe đẩy,… đang phát triển rất mạnh mẽ, đồng thời họ cũng chú trọng hơn về khâu an toàn vệ sinh thực phẩm, tiết kiệm thời gian pha chế, nên việc áp dụng các loại máy pha/vắt cũng dần trở nên phổ biến Không những vậy, máy vắt cũng được người dân ưa chuộng và sử dụng rộng rãi tại nhiều nơi vì tính tiện lợi, dễ sử dụng của nó Ngoài ra, máy vắt cam còn được đòi hỏi thêm nhiều chức năng đa dụng nhằm xử lý phần dư sau khi vắt.
- Nhận thấy được tiềm năng đó, nhóm chúng em đã bắt đầu vào nghiên cứu để cải tiến máy vắt cam, đặt mục tiêu tăng năng suất, tiện lợi, hiện đại và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm.
Đối tượng nghiên cứu
- Các sản phẩm máy vắt cam có sẵn trên thị trường, tìm hiểu về cách xử lí phế phẩm từ vỏ cam.
Phương pháp nghiên cứu
- Để nghiên cứu và cải tiến máy vắt cam, nhóm em đã đưa ra các phương pháp và tiếp cận sau:
+ Nghiên cứu thực nghiệm: Đây là phương pháp chủ yếu để đánh giá hiệu suất và chất lượng của máy vắt cam hiện tại Nghiên cứu thực nghiệm có thể bao gồm việc đo lường các thông số kỹ thuật như năng suất, tỷ lệ trích xuất nước cam, hàm lượng Vitamin C và các thành phần dinh dưỡng khác của sản phẩm cuối cùng.
+ Phân tích thiết kế: Đánh giá và phân tích thiết kế của máy ép cam để hiểu rõ cơ chế hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Phương pháp này có thể sử dụng các công cụ như mô hình hóa máy ép, phân tích cấu trúc và tính toán vật liệu để tối ưu hóa thiết kế.
+ Nghiên cứu mô phỏng: Sử dụng phần mềm mô phỏng để mô phỏng lại quá trình ép cam và đánh giá tác động của các thay đổi thiết kế và tham số vận hành đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm Điều này giúp tiết kiệm chi phí và thời gian so với thực nghiệm trực tiếp.
+ Đánh giá tài liệu và nghiên cứu cơ sở: Nghiên cứu các công trình khoa học, bài báo, và báo cáo về các nghiên cứu liên quan đến quá trình ép cam, bao gồm cả các công nghệ mới và phương pháp tiên tiến Điều này giúp học hỏi từ các kinh nghiệm thành công và thất bại của người khác.
+ Hợp tác và thăm dò ý kiến chuyên gia: Hợp tác với các chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu hoặc các nhà sản xuất máy ép cam để thu thập thông tin, ý kiến và phản hồi từ họ Đây là cách hiệu quả để đánh giá các yếu tố kỹ thuật và thực tiễn trong quá trình nghiên cứu.
- Kết quả của nghiên cứu này sẽ dẫn đến các cải tiến cụ thể trong “Thiết kế - Chế tạo máy vắt cam kết hợp xử lý vỏ cam thành chế phẩm sinh học”, nhằm tăng cường hiệu suất,cải thiện chất lượng sản phẩm, tạo sự mới lạ và giảm thiểu chi phí sản xuất.
Kết cấu của ĐATN
- ĐATN bao gồm 7 chương, trong đó:
+ Chương 2 trình bày về tổng quan về đề tài.
+ Chương 3 đề cập về cơ sở lý thuyết của đề tài.
+ Chương 4 giải quyết vấn đề thiết kế về vỏ ngoài cho sản phẩm.
+ Chương 5 nêu ra phương án tính toán lựa chọn động cơ cho máy.
+ Chương 6 tiến hành lắp đặt - hoàn thiện - thử nghiệm.
+ Chương 7 đưa ra đánh giá chung cho sản phẩm nghiên cứu.
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
Khái niệm về thiết kế và phát triển sản phẩm máy vắt cam và xử lí phế phẩm
- Quá trình thiết kế sản phẩm là cơ hội tìm hiểu thị trường, xác định rõ vấn đề và phát triển một giải pháp cho vấn đề đó, đánh giá giải pháp đó với người dùng trong thực tế Đây là sự kết hợp giữa mục tiêu kinh doanh của doanh nghiệp và nhu cầu người dùng để tạo thành các thiết kế đẹp mắt, nhất quán mang lại hiệu quả nhận diện cho từng sản phẩm.
- Thiết kế và phát triển sản phẩm là một chuỗi các hoạt động, bắt đầu với việc tìm hiểu cơ hội phát triển sản phẩm trong thị trường và kết thúc bằng việc hoàn thành chế tạo, đóng gói và phân phối sản phẩm.
2.1.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm máy vắt cam và xử lí phế phẩm:
- Thời gian phát triển sản phẩm.
- Chi phí thiết kế sản phẩm.
- Năng lực thiết kế sản phẩm.
2.1.2 Quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm máy vắt cam và xử lí phế phẩm chung:
- Xác định tầm nhìn sản phẩm.
- Phân tích người dùng và thị trường, đối thủ cạnh tranh.
- Kiểm tra và xác nhận.
- Hoạt động sau khi ra mắt: Marketing,…
2.1.3 Quá trình lên ý tưởng cho máy vắt cam và xử lí phế phẩm:
- Xác định nhu cầu khách hàng.
- Thiết lập những đặc tính mục tiêu.
- Đánh giá sản phẩm cạnh tranh.
- Thiết lập những đặc tính cuối cùng.
- Lập kế hoạch phát triển sản phẩm.
Lịch sử phát triển sản phẩm máy vắt cam
2.2.1 Lịch sử phát triển của máy vắt cam:
- Từ lâu khi con người trong thời nguyên thủy đã sử dụng những loài thực vật làm thức ăn chính duy trì sự sống, đối với họ Cam - Quýt cũng như vậy Khi xã hội phát triển hơn thì việc chế biến những thứ đơn giản thành món ngon trở nên phổ biến Người ta đã biết vắt những loại quả mọng thành nước để uống giải khát cũng như hấp thụ dưỡng chất nhanh hơn. Việc vắt trái cây họ Cam - Quýt bằng tay đã phát triển nên bằng việc sử dụng dụng cụ vắt chuyên dùng rồi sau đó khi bước vào thời kỳ máy móc nên ngôi, xuất hiện các loại động cơ hơi nước, than đá rồi sau này động cơ xoay dùng điện cũng được dùng trong máy vắt cam.
Hình 2.1 Vắt cam thủ công bằng tay [5]
Hình 2.2 Vắt cam bằng máy vắt cam [6]
2.2.2 Thông số cơ bản của các loại máy vắt cam trên thị trường:
* Máy vắt cam Lock&Lock EJJ231:
Hình 2.3 Máy vắt cam Lock&Lock EJJ231 [7]
- Máy vắt cam của thương hiệu nổi tiếng, thiết kế cơ bản có động cơ xoay chiều chạy bằng điện, sử dụng lực nhấn của ngoại lực vắt cam Dễ gây đắng do không biết điều tiết lực tay Giá 350.000 VNĐ
+ Chất liệu: nhựa PP, nhựa ABS
* Máy vắt cam Sharp EJ-J130-ST:
Hình 2.4 Máy vắt cam Sharp 130W EJ-J130-ST [8]
- Thiết kế máy vắt cam đầu rót trực tiếp tiện lợi, dễ dàng vắt vắt liên tục với số lượng nhiều Chỉ cần dùng ly hứng nước từ đầu rót, người dùng vắt vắt liên tục mà không cần ngưng lại tháo ly chứa ra để lấy nước Giá 590.000 VNĐ.
+ Chất liệu: thân máy và lưới lọc được làm bằng thép không gỉ, đầu vắt sử dụng nhựa ABS
* Máy vắt cam Steba ZP 2
Hình 2.5 Máy vắt cam Steba ZP 2 [9]
- Nón vắt đa năng cho các kích cỡ trái cây khác nhau, cánh tay nhấn đòn bẩy thực tế cho năng suất vắt nước tối ưu, rây thép không gỉ chống hạt và bã, tự động khởi động/dừng –
Tự động bật thiết bị ngay khi bắt đầu nhấn Cấu tạo bằng thép không gỉ an toàn cho sức khỏe Giá 2.190.000 VNĐ.
+ Chất liệu: thân máy và lưới lọc sử dụng thép không gỉ, nắp chụp và các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với nước cam sử dụng nhựa ABS
* Máy vắt cam tự động không dây đa năng Citrus Juicer
Hình 2.6 Máy vắt cam tự động không dây đa năng Citrus Juicer [10]
- Thiết kế sạc qua cổng USB, không dây và nhỏ gọn Sử dụng đơn giản một phím để khởi động máy vắt trái cây, nước trái cây ba chiều đa hướng 360 độ, máy vắt trái cây dùng điện có thể dùng được cho cam, táo, lựu, lê và các loại trái cây khác Tuy nhiên gây tốn thời gian Giá 295.000 VNĐ
+ Chất liệu: nhựa ABS, AS
+ Kích thước: xấp xỉ 110 x 237 mm
+ Trọng lượng: xấp xỉ 1,2 Kg
+ Pin: Lithium với dung lượng 13000 mAh
Nhu cầu khách hàng đối với máy vắt cam kết hợp xử lí phế phẩm
- Sản phẩm hướng đến mọi đối tượng khách hàng: hộ gia đình, văn phòng,
- Các cơ sở kinh doanh Food and Beverage Service: quán cafe, quán ăn, xe đẩy,
- Thường kinh doanh các loại đồ uống đặc biệt là nước vắt.
- Nhu cầu khách hàng dùng các loại nước vắt hoa quả cao.
- Quy trình chiết vắt mất nhiều thời gian và công sức của nhân viên.
- Cách vắt hoa quả truyền thống đôi khi không đảm bảo được tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm.
- Các đối tượng khác: hộ gia đình, văn phòng,
- Tiện lợi và tiết kiệm được nhiều thời gian, tiền bạc.
- Cần thiết để bổ sung vitamin từ nước vắt hoa quả mỗi ngày.
2.3.2 Xác định nhu cầu khách hàng:
- Một số yêu cầu chính về định tính như sau:
+ Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển.
+ Phù hợp cho mọi đối tượng khách hàng.
+ Độ đa dụng cao (có nhiều tính năng)
2.3.3 Thông số đầu ra cho sản phẩm máy vắt cam và xử lí phế phẩm:
- Ngưỡng đầu ra mà sản phẩm cần phải thỏa mãn được:
+ Giá cho mỗi sản phẩm từ 400.000 đến 1.000.000 VNĐ.
+ Diện tích mà mỗi sản phẩm chiếm không vượt quá 500mm 2 x 50mm 2
+ Trọng lượng sản phẩm ≤ 5Kg.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Khảo sát thị trường
- Nhóm em đã thực hiện cuộc khảo sát thông qua biểu mẫu và sau đây là kết quả mà chúng em thu thập được:
+ Khảo sát có 57 người tham gia Trong đó phần lớn người tham gia khảo sát có độ tuổi từ 18 - 25 tuổi (chiếm 82,5%) Đa số mọi người đều rất quan tâm về sức khỏe của bản thân và chọn nước cam làm thực phẩm tăng cường sức khỏe cho bản thân.
Biểu đồ 1: Biểu đồ thể hiện sự quan tâm về sức khỏe của bản thân của khách hàng.
Biểu đồ 2: Biểu đồ thể hiện nhu cầu của người dùng nước vắt cam nhằm để tăng cường sức khỏe bản thân.
+ Hầu hết mọi người đã từng thấy qua những sản phẩm máy vắt cam trên thị trường, có 56.1% người tham gia cho biết tại nơi làm việc, học tập có sử dụng máy vắt cam Đối với nhu cầu sử dụng cá nhân, sử dụng máy trong căn hộ hay nhà ở, có hơn 71% đã sử dụng và sử dụng rất thường xuyên Điều đó cho thấy máy vắt cam đang dần phổ biến và được nhiều người biết đến và sử dụng.
Biểu đồ 3: Biểu đồ thể hiện tính phổ biến của máy vắt cam trên thị trường
+ Những yếu tố mà người tiêu dùng quan tâm khi sử dụng máy vắt cam bao gồm: công suất và độ bền máy (73,7%), độ tiện lợi (75,4%), giá thành (66,7%), độ đa dụng (33,3%), kiểu dáng bắt mắt (19,3%),…
Biểu đồ 5: Biểu đồ thể hiện những yếu tố người sử dụng máy vắt cam quan tâm.
- Hiện nay những máy vắt cam trên thị trường có công suất trung bình từ 35 - 45W.Công suất này đã đủ để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng máy vắt cam, chúng em đã đề xuất cải tiến công suất của máy vắt cam nhưng đa số người tham gia khảo sát đều cảm thấy không cần thiết Do vậy nhóm em sẽ giữ lại công suất 35 - 45W.
Biểu đồ 5, 6: Biểu đồ thể hiện mong muốn nâng cấp công suất máy của người dùng
- Bên cạnh công suất của máy thì kiểu dáng của sản phẩm cũng là một trong nhiều yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn sản phẩm của người tiêu dùng Có đến 75,4% người tham gia khảo sát mong muốn một chiếc máy vắt cam có kiểu dáng bắt mắt và 87,7% người tham gia khảo sát lựa chọn một chiếc máy vắt cam vừa tiện lợi nhưng cũng phải góp phần tăng tính thẩm mỹ cho gian bếp của mình.
Biểu đồ 7: Biểu đồ thể hiện nhu cầu của người dùng về việc thay đổi kiểu dáng sản phẩm
Biểu đồ 8: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng về một sản phẩm tiện lợi và có tính thẩm mỹ cho gian bếp.
- Màu sắc bên ngoài của sản phẩm cũng là yếu tố không thể thiếu mỗi khi mua sản phẩm của người tiêu dùng Đối với máy vắt cam, người tiêu dùng mong muốn một chiếc máy có màu sắc tối giản nhưng không kém phần sang trọng Do vậy nhóm chúng em đề xuất những gam màu mang hơi hướng tối giản nhưng sang trọng cho sản phẩm của nhóm chúng em: Trắng - đen, Trắng - xanh dương, trắng - cam, trắng - hồng, vàng - đen,…
Biểu đồ 9: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng về nhiều lựa chọn màu sắc
- Theo như khảo sát thì vật liệu ưa thích để chế tạo máy vắt cam nhằm tăng tính thẩm mỹ là kim loại với 54,4% người mong muốn, bên cạnh đó vật liệu nhựa cũng được ưa thích với khoảng 30% (nhựa và nhựa giả kim loại) người mong muốn Vì sử dụng kim loại để chế tạo máy vắt cam là khá khó, nên nhóm chúng em sẽ sử dụng nhựa để làm vật liệu chính chế tạo mô hình máy vắt cam Tuy là máy thử nghiệm, sản phẩm tạo ra vẫn có thể sử dụng bình thường.
Biểu đồ 10: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng về cải thiện việc cải tiến vật liệu
- Phần vỏ cam sau khi được vắt lấy nước cũng là một vấn đề đáng được quan tâm khi mà đa số người sử dụng nước cam đều loại bỏ phần vỏ cam, có hơn 70% người tham gia khảo sát đã loại bỏ phần vỏ cam sau khi vắt lấy nước và chỉ có khoảng 28% số người tham gia tái chế lại vỏ cam Do vậy nhóm chúng em đã đề xuất phương án tích hợp thêm vào máy vắt cam một loại máy có thể tái chế lại vỏ cam sau khi vắt lấy nước đó là phần xử lý vỏ cam thành tinh dầu Ý kiến này của chúng em đã được 96,5% người tham gia khảo sát mong chờ được trải nghiệm.
Biểu đồ 11: Biểu đồ thể hiện sự mong đợi của người sử dụng về vấn đề xử lý vỏ cam sau khi vắt kiệt nước
Biểu đồ 12: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng về một chiếc máy có thể xử lý phần vỏ cam thành chế phẩm sinh học
Biểu đồ 13: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người tiêu dùng về một chiếc máy vắt cam có thêm bộ xử lý vỏ cam thành tinh dầu
- Cuối cùng, giá thành của sản phẩm là yếu tố quan trọng và quyết định xem người tiêu dùng có mua sản phẩm này hay không Do vậy nhóm chúng em đã tiến hành khảo sát về giá thành của sản phẩm sau khi được cải tiến Giá cả hợp lý đối với một chiếc máy vắt tiện lợi mà đa số người tham gia mong muốn nằm trong khoảng từ 200.000 VNĐ – 1.000.000 VNĐ.
Biểu đồ 14: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng về giá thành của sản phẩm
* Kết luận: Từ những yếu cầu khách hàng qua biểu mẫu khảo sát, nhóm chúng em đã phân tích và tổng hợp được các yếu tố sau:
- Giá thành từ 200.000 VND đến 1.000.000 VND, bao gồm:
+ Giá của vật liệu làm khung máy vắt, động cơ.
+ Kích thước của máy vắt.
+ Chi phí gia công sẽ cao do sản phẩm được trú trọng về mẫu mã.
- Liên quan đến độ bền và tuổi thọ bao gồm:
+ Độ bền khung sườn máy vắt.
+ Độ bền của động cơ điện trong máy.
+ Độ cứng vững đảm bảo không bị vỡ khung do động cơ điện.
+ Vật liệu, màu sắc của máy vắt cam:
+ Vật liệu: Inox, nhựa composite, cao su…
+ Cấu trúc máy bên trong.
+ Màu sắc: Chú trọng vào các màu trung tính nhằm tăng vẻ đẹp cho không gian bếp.
- Công suất động cơ đủ đáp ứng và di chuyển an toàn: Công suất từ 30W – 220V, 50 Hz.
- Các đặc tính quan tâm của máy vắt cam bao gồm:
+ An toàn điện: Dây điện sẽ thu vào đế của máy.
+ Khối lượng máy vắt cam tối thiểu khoảng 1kg.
+ Chuyển động mượt, giảm rung lắc khi vắt cam, hạn chế tối đa việc nước bị văng ra ngoài.
+ Thiết kế lược hạt, lược tép cam.
+ Thiết kế tay cầm máy theo chuẩn Ergonomics nhằm tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng.
+ Thiết kế và tích hợp máy chiết suất tinh dầu từ vỏ cam.
+ Nhỏ gọn, dễ di chuyển.
Bảng 3.1: Những yêu cầu của khách hàng
Yêu cầu khách hàng Hệ số tầm quan trọng
Thiết kế đẹp, mới lạ, kích thước hợp lí, phù hợp ergonomic 1
Dễ vệ sinh, an toàn vệ sinh thực phẩm 1
An toàn điện 1,5 Độ bền cao 1,5
Những lợi thế cạnh tranh của sản phẩm “Máy vắt cam kết hợp xử lý tinh dầu vỏ cam”
- So với các đối thủ cạnh tranh, sản phẩm cải tiến của nhóm thực hiện sẽ có ưu thế hơn về mẫu mã và các công năng mới Sản phẩm ít chiếm dụng không gian nhà ở, tập trung vào tiêu chí “đẹp mắt và hiện đại” Hơn nữa, việc di chuyển máy vắt cam ngay cả trong các chuyến đi xa cũng không phải là vấn đề, người dùng có thể làm việc và giải trí ở mọi lúc mọi nơi Quan trọng hơn hết, máy được cải tiến có thể xử lý vỏ cam là điểm mới lạ so với những dòng máy khác Việc tích hợp các công năng phụ như lược hạt cam, nhằm không gây đắng nước vắt, không nhất thiết phải kết nối nguồn điện, cũng tạo được điểm nhấn trong mắt người tiêu dùng.
- Sản phẩm cạnh tranh được so sánh với những yêu cầu của khách hàng theo 5 mức:
+ Mức 1: Thiết kế hoàn toàn không đáp ứng yêu cầu.
+ Mức 2: Thiết kế hoàn toàn đáp ứng chút ít yêu cầu.
+ Mức 3: Thiết kế hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về một số mặt.
+ Mức 4: Thiết kế hầu như đáp ứng yêu cầu.
+ Mức 5: Thiết kế hoàn toàn đáp ứng yêu cầu.
Bảng 3.2: Mức độ cạnh tranh của sản phẩm
Yêu cầu của khách hàng Mức độ yêu cầu
Thiết kế đẹp, mới lạ, kích thước hợp lí, phù hợp Ergonomics 5 4 5
Dễ vệ sinh, an toàn vệ sinh thực phẩm 4 4 4
An toàn điện 5 4 5 Độ biền cao 4 4 4
Ý tưởng thiết kế
- Dựa theo bảng khảo sát và quan sát thực tế, chúng em sẽ đưa ra những phương án cải tiến phù hợp đáp ứng với yêu cầu của đa số người tham gia khảo sát, cũng như nắm bắt được tâm lí tiêu dùng của mọi người trong thực tế cuộc sống, nhất là đối tượng người dùng từ 12 tuổi trở lên Cụ thể các phương án cải tiến sẽ bao gồm:
+ Cải tiến mẫu mã sản phẩm, màu sắc đa dạng ví dụ: màu sắc nguyên bản của vật, màu tối giản với tone xám, trắng, hoặc đen, đa phần hướng đến người sử dụng là các bạn trẻ nên chúng em chú trọng hơn vào style năng động, màu cuốn hút, bắt mắt là chính Đồng thời cũng tạo cho người dùng nhiều lựa chọn theo ý thích, đa dạng tone màu.
+ Kiểu dáng sẽ được thiết kế đa dạng, ưu tiên cho các thiết kế trẻ trung tối giản, thiết kế thông minh đảm bảo dễ di chuyển Máy vắt cam sẽ được cải tiến với vẻ ngoài gọn gàng hơn, ít bị chiếm không gian phòng.
+ Kích thước có thể có nhiều sự lựa chọn tùy theo nhu cầu sử dụng của người dùng Ví dụ: size nhỏ với sinh viên, người độc thân, hoặc size vừa với hộ gia đình 2-3 thành viên, và máy có công suất lớn để đáp ứng cho nhu cầu của các cửa hàng kinh doanh.
+ Công năng mới tích hợp: thu xả dây điện, lược hạt, lược tvắt cam.
+ Dễ dàng vệ sinh, dễ dàng tháo lắp.
Mô hình SWOT
- Cải tiến mẫu mã mới và hiện đại hơn, hợp thị hiếu người dùng.
- Nguồn nhân lực đảm bảo có chuyên môn.
- Nguyên vật liệu chất lượng tối ưu, an toàn.
- Quá trình nghiên cứu tốn nhiều thời gian.
- Mặc dù có chuyên môn nhưng nhân lực còn khá mới, không tránh khỏi gặp phải khó khăn.
- Có một số bất đồng xảy ra trong quá trình thống nhất ý tưởng thiết kế.
- Sự tin tưởng của khách hàng đối với các sản phẩm nội địa mang thương hiệu mới.
- Chiến dịch marketing có đủ mạnh để cạnh tranh với đối thủ.
- Ít có đối thủ cạnh tranh lớn trong nước.
- Có kế hoạch truyền thông, marketing chi tiết.
- Độ phổ biến của sản phẩm chưa cao, nhất là ở các vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa.
Lộ trình phát triển ý tưởng
- Cải tiến mẫu mã, màu sắc phù hợp thị hiếu.
- Tích hợp thêm công năng mới.
- Theo quan sát từ thực tế, các mẫu máy vắt cam truyền thống và máy vắt cam tiện lợi còn khá đơn giản và nhiều mẫu mã cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, khối lượng của những sản phẩm này gây ra nhiều hạn chế cho việc di chuyển Vì vậy, nhóm em muốn tạo ra sản phẩm với kích thước phù hợp và nhiều chức năng hơn.
- Thảo luận nhóm: những ý tưởng được đưa ra bởi các thành viên trong suốt quá trình Brainstoring.
+ Sáng tạo mẫu mã mới, màu sắc nghiêng về các tone màu tối giản hoặc màu sắc nguyên bản nếu sản phẩm làm từ gỗ.
+ Áp dụng Ergonomics trong quá trình thiết kế tay nắm và chiều cao máy để bảo vệ sức khỏe người tiêu dùng.
+ Thiết kế kiểu dáng máy vắt cam theo tiêu chí trẻ trung, năng động phù hợp cho đa đối tượng sử dụng.
+ Chức năng mới được tích hợp: thu xả dây điện, chức năng lược hạt, lược tvắt cam thông minh.
- Nâng cao chất lượng ý tưởng:
+ Nếu có thể sẽ bổ sung đèn tín hiệu và nút nhấn điều chỉnh tốc độ.
+ Tích hợp thêm lưỡi dao để xoay đá, kết hợp thêm công năng xay sinh tố Bên cạnh hai công năng đang được nghiên cứu thì nhóm đang hướng đến ngăn chứa đường đề nước cam chảy ngang qua đường và mang theo đường vào bình chứa nước cam.
+ Trang bị trí thông minh AI
+ Điều khiển các công năng phụ (tự lắp ráp, di chuyển, tự thu xả dây điện) của máy vắt cam bằng giọng nói.
+ Máy vắt trong suốt, hệ thống đèn hiện chữ theo yêu cầu.
- Những ý tưởng độc đáo, mới lạ vẫn được ghi nhận nhưng không đủ tính khả thi để áp dụng vào dự án hiện tại Các ý tưởng dị biệt đều là các ý tưởng hay nhưng quyết định loại bỏ vì không đủ khả năng, không thể đáp ứng được tiêu chí “sản phẩm thông minh với giá thành phù hợp cho mọi đối tượng" Các sản phẩm này nếu như được tạo ra sẽ khó tiếp cận với học sinh, sinh viên, những người có thu nhập trung bình Các sản phẩm này nếu như được tạo ra sẽ khó tiếp cận với học sinh, sinh viên, những người có thu nhập trung bình.
- Dựa theo kết quả khảo sát và qua thảo luận nhóm chúng em sàng lọc ra những ý tưởng:
+ Cải tiến mẫu mã hợp với thị hiếu người tiêu dùng.
+ Cải tiến công năng chính, tùy ý điều chỉnh kích thước và chiều cao máy vắt cam tiện lợi.
+ Tích hợp thêm các công năng phụ như thu xả dây điện, lược hạt, lược tvắt cam… + Kết hợp máy chiết suất tinh dầu vỏ cam.
3.4.4 F3 - Hoàn thiện & tối ưu hóa ý tưởng:
- Qua quá trình tìm kiếm trên internet, nhận thấy các loại máy vắt cam tiện lợi và thông minh đã có mặt trên thị trường những hạn chế về mặt công năng và mẫu mã vẫn còn rất nhiều Các loại máy vắt cam tiện lợi nhất hiện nay chưa được tích hợp các công năng phụ được đưa ra ở dự án này Thảo luận nhóm đồng thống nhất các ý tưởng khả thi, đáp ứng VRIN.
- Thảo luận ngoài: khảo sát ý kiến xung quanh ngoài các thành viên đồng thực hiện dự án => Đa số mọi người đều muốn cải tiến và đưa ra các ý tưởng tương tự với ý tưởng của dự án.
3.4.5 F4 - Kiểm tra và đánh giá ý tưởng:
- Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu thị trường, nhóm em đã tổng kết và đưa ra nhiều ý tưởng thiết kế cho máy vắt cam Nhóm em đưa là ý tưởng làm một chiếc máy
“2in1” gồm: máy vắt cam và máy chiết suất tinh dầu Đây là hai bộ phận chính của máy,chúng sẽ được thiết kế liền mạch trong bộ khung máy hoàn chỉnh.
Phân tích Ergonomics trong thiết kế
- Theo định nghĩa của Nguyễn Bạch Ngọc trong giáo trình Écgônômi trong thiết kế và sản xuất, “Từ “Écgônômi” xuất phát từ gốc Hy Lạp: Érgo – Lao động; Nomos – quy luật Ở các nước khác nhau, thuật ngữ này có tên gọi như nhau: Ergonomics (Ở Anh và đa số các nước Bắc Âu, Đông Âu), Ergonomie (Pháp), Human Factors (Mỹ), Human Ergology (Nhật)… Tuy tên gọi có khác nhau, nhưng nội dung và mục đích như nhau Ở một số nước khái niệm Écgônômi đồng nghĩa với khái niệm các yếu tố con người” [1]
- Ergonomics hay Human Factor (Tiếng Việt: Công thái học) là bộ môn khoa học nghiên cứu mối quan hệ giữa con người và môi trường làm việc của họ, đặc biệt trên khía cạnh “sử dụng” Để sản phẩm đạt đến sự phù hợp tốt nhất với người dùng, các nhà thiết kế phải bảo đảm thiết bị và môi trường làm việc thích hợp khả năng cũng như hạn chế của người sử dụng chúng Ergonomics - Công thái học liên quan đến toàn bộ môi trường làm việc, nhưng mục tiêu quan trọng Ergonomic thường hướng tới là kích thước và hình dạng của các đối tượng vật thể [1]
- Công thái học trong thiết kế áp dụng 3 nguyên tắc vàng sau:
+ Khi thiết kế những kích thước liên quan đến vùng với tới: lấy theo ngưỡng người thấp 5%.
+ Khi thiết kế không gian chiếm chỗ: lấy theo ngưỡng người lớn 95%.
+ Kết hợp chặt chẽ khả năng điều chỉnh nếu có thể.
3.5.2 Nghiên cứu kích thước tiêu chuẩn:
- Sản phẩm được sử dụng ở các tư thế đứng, nâng cánh tay đặt lên, đặt bàn tay lên máy, ngón tay chụm lại cầm quả cam Các số liệu cần được nghiên cứu để chế tạo máy vắt bao gồm:
+ Chiều cao khuỷu tay khi đứng.
+ Chiều dài cẳng tay - bàn tay.
+ Chiều cao khi ngồi (Khi sử dụng).
+ Chiều cao khuỷu tay khi ngồi.
PHƯƠNG HƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ THIẾT KẾ VỎ NGOÀI CHO SẢN PHẨM
Phân tích các ý tưởng thiết kế vỏ ngoài cho sản phẩm
+ Đối với máy vắt cam: Trên cơ sở tham khảo nhiều nguồn thông tin khác nhau và từ những yêu cầu dựa trên khảo sát, nhóm em đã tập trung vào việc tạo kiểu dáng và hình thể cho sản phẩm Thiết kế phần tay nắm dùng để nhấn vỏ cam sao cho sử dụng lực nhẹ mà không bị bật ngược lại, chắc chắn từ nguyên bộ khung máy.
+ Đối với bộ phận chiết suất tinh dầu vỏ cam: Bộ phận chiết suất sẽ được đặt kế bên máy vắt cam, thiết kế với kích thước nhỏ gọn chứa hệ thống gia nhiệt và lòng phễu nấu với nhiều lòng và bộ phận lọc tinh dầu.
- Lên ý tưởng vẽ phác thảo chì như sau:
* Máy vắt cam cơ bản trên thị trường:
Hình 4.1 Bản vẽ tay máy vắt cam cơ bản trên thị trường
- Công năng: vắt cam bằng tay.
- Kết luận: Bước đầu thiết kế còn tối giản về kiểu dáng, chưa có sự nổi bật về phần cách điệu sản phẩm Đa số mang các kiểu dáng tương tự sản phẩm đã có ngoài thị trường.
- Phương án: Thay đổi kiểu dáng sản phẩm để có sự mới lạ và đa dạng, cách điệu từ những vật dụng thường ngày, thêm một số công năng mới phù hợp và tiện lợi hơn cho sản phẩm nhằm tăng tính cạnh so với những máy vắt cam đã có trên thị trường.
Hình 4.2 Bản phác thảo của phương án 1
- Đối với phương án đầu tiên này, nhóm em đã nhận định được ưu và nhược điểm của nó một cách rõ ràng:
+ Ưu điểm: Ở bản vẽ phác này, sản phẩm của nhóm hiện lên với những đường nét khá bắt mắt, với hình dáng thon dài mới lạ, tạo điểm nhấn với các đường bo cong mềm mại. Việc sản phẩm tạo ra có đi kèm thêm phụ kiện là một chiếc ly có thể sử dụng chứa nước cam ngay trong khi vắt rất thuận tiện.
+ Nhược điểm: Phương án này tuy có đường nét thiết kế độc đáo nhưng cũng có
Bộ phận chiết suất tinh dầu gian khi sử dụng; bộ phận vắt cam được thiết kế treo lơ lửng trên không gây ra nhiều vấn đề về độ bền, độ chịu lực khi gặp lực nhấn từ trên xuống; bộ phận chiết suất tinh dầu thiết kế với kích thước lớn quá mức, phần vòi rót của máy tinh dầu gây ra dấu hỏi lớn về tác dụng,…
- Sau khi xem xét ưu và nhược điểm của phương án 1, nhóm em đã nghiên cứu và đưa ra phương án 2, đây là phương án được cải tiến, khắc phục một số nhược điểm của phương án 1.
- Ở phương án 2 này, nhóm em đã thiết kế lại và khắc phục hầu hết các nhược điểm ở phương án 1.
+ Hình dáng bên ngoài của sản phẩm đã được thay đổi hoàn toàn, nhóm em đã loại bỏ những bộ phận không cần thiết khỏi máy như là: ly hứng nước cam, vòi rót tinh dầu,…
+ Thu nhỏ kích thước của sản phẩm (còn 320x350mm), thay đổi hình dáng từ thuôn dài sang tròn bầu, giúp sản phẩm có nét mềm mại hơn.
+ Bổ sung thêm nút nguồn, nút bấm, đồng hồ hẹn giờ cho sản phẩm.
+ Thiết kế lại phần nắp đậy của bộ phận chiết tinh dầu giúp sản phẩm hoàn chỉnh hơn.
+ Nhóm em cũng thêm một vài chi tiết gân gai nắp máy tinh dầu và phần gân nổi giúp tăng độ ma sát chống trơn trượt khi cầm nắm.
- Qua hai phương án được nêu ở trên, nhóm em đã đưa ra kết luận rằng phương án 2 là hoàn chỉnh nhất để lựa chọn thiết kế phát triển lên sản phẩm.
- Dựa theo “Phương án 2” mà nhóm em đã chọn, theo kích thước đã được rút gọn theo tiêu chuẩn Ergonomics, nhóm em đã chỉnh sửa lại kích thước cho sản phẩm.
- Một vài hình ảnh vẽ tay của máy sau khi chỉnh sửa:
+ Hình chiếu bằng của sản phẩm:
Hình 4.3 Bản vẽ tay hình chiếu bằng của máy vắt cam
+ Hình chiếu đứng của sản phẩm:
Hình 4.4 Bản vẽ tay hình chiếu đứng của máy vắt cam
Thân máy và bộ bộ phận chứa nước
Bộ phận chưng tinh dầu
Nắp đậy bộ phận chưng tinh dầu
Hộp điện và động cơ
+ Hình chiếu cạnh của sản phẩm:
Hình 4.5 Bản vẽ tay hình chiếu cạnh của sản phẩm
+ Hình chiếu trục đo của sản phẩm:
Hình 4.6 Bản vẽ tay hình chiếu trục đo của sản phẩm
Hình 4.7 Bản vẽ phác các bộ phận của máy vắt cam
Tính toán - Lựa chọn kích thước cho sản phẩm
- Sau khi nghiên cứu các phương pháp lựa chọn kích cỡ phù hợp cho sản phẩm, nhóm em đã thảo luận và quyết định lựa chọn kích thước cho máy theo chuẩn Ergonomic Việc lựa chọn kích thước cho máy vắt cam theo chuẩn Ergonomic phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước của người sử dụng, tính năng và thiết kế của máy Tuy nhiên, có một vài tiêu chí chung có thể áp dụng:
+ Chiều cao: Máy vắt cam Ergonomic thường có thể điều chỉnh được chiều cao để phù hợp với người sử dụng Điều này giúp người sử dụng có thể đặt cánh tay một cách thoải mái khi sử dụng máy.
+ Kích thước mặt bàn làm việc: Đối với môi trường làm việc văn phòng, kích thước bàn làm việc thích hợp sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng máy vắt cam Bàn làm việc cần đủ rộng để đặt máy và các vật dụng khác một cách thuận tiện.
+ Cân nặng và di động: Máy vắt cam ergonomic thường được thiết kế để di chuyển dễ dàng, có bánh xe để có thể di chuyển trên mặt sàn mà không gây cản trở.
+ Chất liệu và bề mặt: Lựa chọn vật liệu chất lượng, không gây dị ứng da và đảm bảo an toàn khi sử dụng.
+ Khả năng điều chỉnh: Máy vắt cam ergonomic thường có thể điều chỉnh độ cao và góc nghiêng của bàn làm việc để phù hợp với từng người sử dụng.
- Với những tiêu chí này, nhóm em có đã lựa chọn kích thước cho máy vắt cam theo chuẩn Ergonomic một cách hợp lý, phù hợp với nhu cầu và môi trường làm việc.
- Số đo nhân trắc học của lòng bàn tay quyết định đến việc nhóm em đưa ra lựa chọn hợp lý khi đưa ra kích thước cuối cùng cho bề rộng của tay tay nắm máy vắt cam Theo đó, nhóm em đã tham khảo kích thước lòng bàn tay của người các nước phương Tây và các nước Châu Á để đưa ra kết luận Thông thường, bàn tay của người phương Tây sẽ lớn hơn so với người dân các nước Châu Á Vì vậy, khi quyết định đưa ra kích thước, nhóm em đã tham khảo để đưa ra kích thước chuẩn nhất.
4.2.1 Kích thước cần nhấn vắt cam:
- Kích thước bàn tay của người Việt Nam thường có sự biến động nhưng thông thường nó dao động trong khoảng từ 17 đến 20 cm từ đầu ngón tay cái đến đầu ngón tay út khi bàn tay được mở rộng hoàn toàn Tuy nhiên, điều này có thể thay đổi tùy theo từng cá nhân.
- Nhóm em đã tham khảo nhiều nguồn và tạo ra mô hình thử nghiệm để tìm ra kích thước thiết kế cho cần vắt cam hiệu quả nhất Khi tìm hiểu trải nghiệm cảm giác cầm nắm với nhiều kích thước khác nhau, nhóm em đã đưa ra kết luận kích thước tay cầm từ 30mm - 45mm đem lại cảm giác cầm nắm tốt nhất.
- Chiều dài của cần nhấn cam còn phụ thuộc vào chiều rộng chung của máy, kích thước của cần nhấn cam sẽ được quyết định khi đưa ra kích thước chung của máy.
- Khi tìm hiều về tiêu chuẩn Ergonomic, nhóm em đã nhận thấy rằng đối với các loại tay nắm, hình dạng của chúng đều được bo cong mềm mại và được bọc lót bởi vật liệu mềm có tính đàn hồi tốt Vì vậy, nhóm em đã đưa ra hình dạng chung cho tay nắm theo bản vẽ tay 2D.
Hình 4.8 Kích thước bàn tay người nước ngoài (Dùng thiết kế tay nắm)
4.2.2 Kích thước chung của máy:
- Khi lựa chọn chiều cao cho sản phẩm, nhóm em đã tham khảo nhân trắc học Ergonomic chuẩn theo kích cỡ cánh tay và vai của người Việt Nam Khi đã nắm rõ các giới hạn chuẩn, nhóm đã bắt tay vào quá trình thử nghiệm nhằm tìm ra kích cỡ máy tốt nhất Khi lựa chọn kích thước chung cho máy, nhóm đã lưu ý đến vấn đề lựa chọn chiều cao máy sao cho phù hợp nhất Chiều cao máy ảnh hưởng trực tiếp đến thòi gian nhức mỏi khi sử dụng máy Nhóm em đã tiến hành mô phỏng máy và dùng thử và đưa ra kết luận cụ thể như sau:
+ Cánh tay có thể đạt cảm giác thoải mái nhất khi nâng trong khoảng tử 150mm - 350mm.
+ Nâng cao hơn trong thời gian dài khi thao tác với máy sẽ gây cảm giác mỏi.
+ Máy quá cao gây cảm giác chiếm không gian.
+ Kích thước lớn làm tăng chi phí sản xuất.
- Ngoài ra, nhóm em còn dựa theo những sản phẩm trên thị trường hiện nay để đưa ra kích thước phù hợp.
- Các kích thước cơ bản khác (dài, rộng) nhóm em đã tính toán khả năng chiếm diện tích máy của hai bộ phận là bộ phận ép cam và bộ phận chiết suất tinh dầu và đưa ra kích cỡ phù hợp nhất.
* Kết luận: Sau khi tham khảo các kích thước nhân trắc học, giới hạn đối với kích thước trong thiết kế của máy sẽ được thiết lập như sau:
- Chiều cao của máy là 185mm, chiều rộng là 295mm
- Cần nhấn cam có chiều dài khoảng 260mm, độ rộng của tay cầm là 35mm thuận tiện cho việc nắm nhấn và phù hợp với kích thước của máy.
Dựng bản vẽ 3D cho máy
- Ngoài việc giúp sản phẩm trông sống động và chính xác hơn khi thiết kế, khâu dựng bản vẽ 3D là một phần quan trọng, đặc biệt là với một kỹ sư cơ khí Dựng mô hình 3D trên phần mềm máy tính còn giúp cho việc chỉnh sửa những lỗi sai một cách dễ dàng, việc kiểm nghiệm độ bền của kết cấu cũng đơn giản hơn Đối với sản phẩm của nhóm, chúng em sử dụng phần mềmSOLIDWORKS Premium 2020 SP3.0để dựng mô hình 3D.
Hình 4.7 Bản vẽ 3D vỏ máy
Hình 4.8 Bản vẽ 3D cần nhấn vắt cam
Hình 4.9 Bản vẽ 3D múi khế
Hình 4.10 Bản vẽ 3D khay lọc hạt cam
Hình 4.11 Bản vẽ 3D khay chứa nước cam
+ Đáy truyền nhiệt của bộ phận chiết suất tinh dầu vỏ cam:
Hình 4.12 Bản vẽ 3D đáy truyền nhiệt của bộ phận chiết suất tinh dầu
Hình 4.13 Bản vẽ 3D phễu chưng tinh dầu
+ Vòng phơi, chắt lọc tinh dầu:
Hình 4.14 Bản vẽ 3D vòng phơi, chắt lọc tinh dầu
+ Nắp bộ phận chiết suất tinh dầu:
Hình 4.15 Bản vẽ 3D nắp bộ phận chưng tinh dầu
Hình 4.16 Bản vẽ 3D tổng quát trên phần mềm Solidwworks
Nhiệt truyền từ đáy truyền nhiệt =>
Lấy chiết suất tinh dầu
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ CHO SẢN PHẨM
Sơ đồ nguyên lý hoạt động cơ bản
- Bộ phận chiết tinh dầu vỏ cam:
- Nguyên lý hoạt động của sản phẩm:
+ Bộ phận vắt cam: Hoạt động theo cơ chế khi được cấp nguồn điện, động cơ xoay cảm ứng nhận được lực tác động vừa phải từ trên xuống, khiến cho động cơ xoay theo chiều kim đồng hồ, quả cam đặt lên lên múi khế vắt cam đang xoay đều tiến hành vắt cam.
+ Bộ phận chiết suất tinh dầu vỏ cam: Sau khi được gia nhiệt, hỗn hợp dầu olive và vỏ
Tinh dầu Điện năng cam được làm nóng trong thòi gian đã được cài đặt trước và tạo ra thành phẩm hoàn hảo,tiến hành lọc bỏ phần dư thừa, thu được tinh dầu vỏ cam.
Chọn động cơ xoay cho phần vắt cam
- Động cơ là một thiết bị hoặc hệ thống có khả năng tạo ra sự di chuyển, công suất hoặc sản phẩm khác thông qua việc chuyển đổi năng lượng từ một hình thức này sang hình thức khác Động cơ là một phần quan trọng trong ngành kỹ thuật và có vai trò không thể thiếu trong đời sống hàng ngày của chúng ta.
- Trong lĩnh vực kỹ thuật, động cơ được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành như ô tô, máy bay, tàu thủy, máy móc công nghiệp và hàng gia dụng đời sống Động cơ cung cấp sức mạnh và động lực cho các phương tiện di chuyển và các thiết bị công nghiệp, giúp chúng hoạt động hiệu quả và tiết kiệm thời gian.
- Trong đời sống hàng ngày, động cơ cũng đóng vai trò quan trọng Chúng được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, tủ lạnh, máy lạnh và máy tính cá nhân Động cơ cũng là thành phần chính của các phương tiện giao thông công cộng như xe buýt, tàu điện và máy bay Nhờ động cơ, chúng ta có thể di chuyển nhanh chóng và tiện lợi trong cuộc sống hàng ngày.
- Hiện nay, có rất nhiều loại động cơ đã được phát minh như: động cơ đốt trong, động cơ điện (động cơ xoay chiều), động cơ đẩy,…Ngoài ra con người trước đó còn phát minh ra loại động cơ đầu tiên đó là động cơ hơi nước Do có đặc điểm gọn nhẹ, tính phổ biến cao, dễ dàng thay thế khi gặp trục trặc và hạn chế gây ra tiếng ồn khi hoạt động, nhóm em đã chọn động cơ điện xoay chiều để lắp đặt cho bộ phận vắt cam của sản phẩm thiết kế.
Động cơ điện xoay chiều (Motor)
- Động cơ điện là một loại động cơ sử dụng điện năng để tạo ra chuyển động cơ khí, cơ khí hoặc chuyển động quay Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử và máy móc.
- Động cơ điện là một loại động cơ sử dụng điện năng để tạo ra công suất cơ học. Động cơ này bao gồm các bộ phận chính như rotor, stator và từ trường.
+ Rotor là một bộ phận quay được gắn trên trục của động cơ Nó được tạo ra từ các lá kim loại dẻo và được đặt trong từ trường tạo bởi stator Rotor nhận sự tác động từ từ trường và hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ.
+ Stator là bộ phận tĩnh trong động cơ điện Nó chứa các cuộn dây dẫn điện được bọc xung quanh và tạo ra từ trường từ nguồn điện Từ trường này tác động lên rotor và làm cho nó quay.
+ Từ trường là một trường từ được tạo ra bởi dòng điện chạy qua các cuộn dây trong stator Từ trường này tạo ra một lực tác động lên rotor, đẩy nó quay theo hướng tương ứng.
- Ngoài ra, từ trường mà rotor nhận được còn được tạo ra bởi các nam châm vĩnh cửu, sự dư thừa từ trường, cuộn dây AC hoặc DC.
* Nguyên lý hoạt động:Hai loại động cơ AC và DC chính là động cơ cảm ứng điện từ và động cơ đồng bộ Động cơ cảm ứng điện từ (AC) (hay còn gọi là động cơ không đồng bộ) luôn phụ thuộc vào sự khác biệt nhỏ về tốc độ giữa từ trường quay stator và tốc độ trục rotor được gọi là sự trượt tạo ra dòng điện cảm ứng trong cuộn dây rotor Kết quả là, động cơ cảm ứng điện từ không thể tạo ra mô-men xoắn bằng với tốc độ đồng bộ khi hiện tượng cảm ứng (hoặc trượt) không liên quan hoặc ngừng tồn tại Ngược lại, động cơ đồng bộ không phụ thuộc vào cảm ứng điện từ - trượt trong hoạt động và sử dụng nam châm vĩnh cửu, các cực từ lồi hoặc cuộn dây rotor độc lập Động cơ đồng bộ tạo ra mô-men xoắn danh định bằng chính xác với tốc độ đồng bộ Hệ thống động cơ đồng bộ nguồn đôi rotor phần dây quấn không chổi than có một cuộn dây rorto độc lập được kích thích không phụ thuộc vào nguyên tắc cảm ứng - trượt của dòng điện Động cơ đồng bộ nguồn đôi rotor dây quấn không chổi than là động cơ đồng bộ có thể hoạt động bằng chính xác tần số nguồn cấp hay bằng bội số của tần số cung cấp.
Hình 5.1 Một loại động cơ AC LK005 [11]
- Ở sản phẩm này, nhóm em lựa chọn động cơ tuyến tính (động cơ xoay chiều) AC(AC motor) hoạt động dựa trên các nguyên tắc tương tự như động cơ quay nhưng có các bộ phận cố định và chuyển động của chúng được bố trí theo cấu hình đường thẳng, tạo ra chuyển động thẳng thay vì xoay Ưu điểm chính của động cơ một chiều so với động cơ xoay chiều là dễ điều khiển tốc độ hơn động cơ xoay chiều Bù lại, động cơ xoay chiều có thể được lắp thêm bộ điều khiển biến đổi tần số, tuy nhiên dù thiết bị này giúp cải thiện việc điều khiển tốc độ nhưng chất lượng điện lại giảm Động cơ cảm ứng (còn gọi là động cơ không đồng bộ hoặc dị bộ) là động cơ phổ biến nhất trong công nghiệp vì sự chắc chắn và ít yêu cầu về bảo trì hơn Động cơ cảm ứng xoay chiều rẻ tiền (chỉ bằng một nửa giá của động cơ một chiều cùng công suất) và có hệ số tỷ lệ công suất: trọng lượng cao (gấp đôi tỷ lệ công suất: trọng lượng của động cơ một chiều).
Hình 5.2 Minh họa AC Motor [12]
- Nguyên lý hoạt động của động cơ AC là thông qua tác dụng từ của dòng điện (dòng điện tạo ra từ trường), và từ trường được tạo ra theo quy tắc bàn tay trái của Fleming Ngón cái biểu thị hướng chuyển động của dây dẫn, ngón trỏ biểu thị hướng của từ trường và ngón giữa biểu thị hướng của dòng điện Khi vật dẫn được cung cấp năng lượng, một từ trường mới sẽ được tạo ra xung quanh vật dẫn, và từ trường này sẽ đẩy ngược lại từ trường ban đầu để tạo ra một lực Động cơ xoay chiều được cấu tạo bởi một stato và một rotor Vì stato cố định nên rotor sẽ chuyển động theo hướng của lực tương tác tạo ra.
Hình 5.4 Quy tắc bàn tay trái
Các loại động một chiều (DC motor) thường dùng
5.4.1 Các loại động cơ DC phổ biến a) Động cơ Mabuchi RF-300CA-11470
Hình 5.5 Động cơ Mabuchi RF-300CA-11470 [13]
Loại động cơ: DC chổi than (Brushed DC Motor)
Điện áp định mức: 12V DC
Tốc độ không tải: 9,000 rpm
Mô-men xoắn: 16,7 Ncm (0,24 lb-in)
Kích thước: Đường kính 30mm, Chiều dài 54mm
- Ưu điểm của động cơ:
Cấu tạo đơn giản, chi phí thấp.
Mô-men xoắn khá cao, phù hợp để vận hành lưỡi dao cắt cam.
Dễ lắp đặt và điều khiển.
Hoạt động ổn định, độ tin cậy cao.
- Nhược điểm của động cơ:
Hiệu suất thấp hơn so với động cơ không chổi than (BLDC).Tuổi thọ có hạn do sử dụng chổi than.
Tốc độ và mô-men xoắn không thể điều chỉnh linh hoạt như BLDC.
Điện áp hoạt động chỉ 12V DC, không thể sử dụng điện áp khác. b) Động cơ Chihai CH-775
Hình 5.6 Động cơ Chihai CH-775 [14]
Loại động cơ: DC chổi than (Brushed DC Motor)
Điện áp định mức: 12V DC
Tốc độ không tải: 12,000 rpm
Mô-men xoắn: 21,5 Ncm (0,31 lb-in)
Kích thước: Đường kính 35mm, Chiều dài 72mm
- Ưu điểm của động cơ:
Công suất định mức 25W, cao hơn so với động cơ RF-300CA-11470.
Mô-men xoắn lớn hơn, phù hợp cho những ứng dụng yêu cầu lực lớn.
Tốc độ không tải cao, lên đến 12,000 rpm.
Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt và điều khiển.
- Nhược điểm: tương tự như động cơ Mabuchi RF-300CA-11470 c) Động cơ Johnson Electric 370
Hình 5.7 Động cơ Johnson Electric 370 [15]
Loại động cơ: DC chổi than (Brushed DC Motor)
Điện áp định mức: 12V DC
Tốc độ không tải: 8,000 rpm
Mô-men xoắn: 18 Ncm (0,26 lb-in)
Kích thước: Đường kính 37mm, chiều dài 60mm
- Ưu điểm của động cơ:
Kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ.
Công suất định mức 20W, phù hợp với những ứng dụng cần công suất vừa phải.
Tốc độ không tải khá cao, lên đến 8,000 rpm
Giá thành thấp hơn so với động cơ không chổi than (BLDC).
- Nhược điểm: Tương tự như động cơ Mabuchi RF-300CA-11470 và moment xoắn thấp hơn so với động cơ Chihai CH-775.
5.4.2 Các loại động cơ AC phổ biến a) Động cơ điện MITSUMI R-14 M22E
Hình 5.8 Động cơ điện MITSUMI R-14 M22E [16]
Tốc độ quay: 3000 vòng/phút
Kích thước: Đường kính 14 mm, chiều dài 22 mm
- Ưu điểm của động cơ:
Thiết kế nhỏ gọn, dễ tích hợp vào các thiết bị gia dụng.
Tốc độ quay ổn định, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ chuẩn.
Mô-men xoắn đủ lớn để vận hành các tải nhẹ như quạt, máy bơm nhỏ.
Chi phí sản xuất thấp, giá thành cạnh tranh.
Độ tin cậy cao, ít bị hư hỏng trong quá trình sử dụng.
- Nhược điểm của động cơ:
Công suất tương đối thấp, chỉ phù hợp với các ứng dụng yêu cầu công suất nhỏ.
Tốc độ quay cố định, không thể điều chỉnh linh hoạt như động cơ DC.
Không thể điều khiển tốc độ quay bằng điện áp hoặc tần số.
Dải nhiệt độ hoạt động hạn chế, chỉ phù hợp với nhiệt độ phòng. b) Động cơ Mitsumi M36n-4e
Điện áp định mức: 5V AC
Tốc độ định mức: 3000 vòng/phút
Momen xoắn định mức: 0,12 N.cm
Kích thước: Đường kính 36mm, chiều dài 27,5mm
- Ưu điểm của động cơ:
Kích thước nhỏ gọn, phù hợp cho các ứng dụng không gian hạn chế.
Công suất và momen xoắn vừa đủ cho nhiều ứng dụng như quạt, máy bơm, trộn, v.v.
Tốc độ ổn định, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cố định.
Tuổi thọ cao, thiết kế bền bỉ.
Giá thành phù hợp, chi phí vận hành thấp.
- Nhược điểm của động cơ:
Không có khả năng điều chỉnh tốc độ, chỉ hoạt động ở tốc độ định mức.
Momen xoắn hạn chế, không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu momen cao.
Hiệu suất tương đối thấp, có thể dẫn đến phát nhiệt ở một số ứng dụng.
Chỉ hoạt động với nguồn 5V AC, không thể sử dụng nguồn DC.
Hình 5.10 Cấu tạo động cơ không chổi than [18]
1 Trục rotor; 2 Nam châm vĩnh cửu; 3 Cuộn dây; 4 Ổ lăn (Bạc đạn)
- Thông qua tìm hiểu và tiến hành đánh giá từng loại động cơ phổ biến, nhóm em đã lựa chọn sử dụng động cơ giảm tốc mini (động cơ điện cảm ứng 1 pha) Đây là loại động cơ phổ biến đang được sử dụng trong sản phẩm gia dụng trên thị trường, có giá thành hợp lý nhất, kích thước phù hợp khi lắp vào bộ phận vắt cam của sản phẩm nghiên cứu.
Hình 5.11 Cấu tạo động cơ chổi than [19]
1 Trục rotor; 2 Chổi than chì; 3 Nam châm; 4 Cuộn dây
- Thông số kỹ thuật của motor 1 pha mini 4428 AC230V 50Hz 40W Class155:
+ Động cơ chổi than (động cơ cảm ứng 1 pha)
+ Kích thước động cơ: 54,5 x 50 (mm)
+ Chất liệu vỏ động cơ: Thép hàn
Theo tham khảo từ tài liệu [1], nhóm em chọn động cơ như sau:
- Hiệu suất truyền động: Theo nghiên cứu, trục của máy sẽ có 1 khớp nối, 1 cặp trục vít bánh vít tự hãm.
- Công suất của động cơ:
=> Công suất cần thiết khi bộ phận vắt cam hoạt động:
- Chọn tỉ số truyền: utv= 20
- Tốc độ quay của trục làm việc: nlv= 150 v/ph
=> Tốc độ quay trên trục động cơ:
- Moment xoắn trên các trục:
Thông số Động cơ Làm việc
Hệ thống chiết suất tinh dầu vỏ cam
- Nhóm chúng em đã tiến hành khảo sát người tiêu dùng về việc xử lý vỏ cam sau khi vắt cam xong và mong muốn của họ về một chiếc máy có thể xử lý phần vỏ cam sau khi vắt thành chế phảm sinh học cụ thể là tinh dầu vỏ cam dựa vào những biểu đồ:
Biểu đồ 11: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng muốn tái chế vỏ cam
Biểu đồ 12: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng về một chiếc máy có thể xử lý phần vỏ cam thành chế phẩm sinh học
Biểu đồ 13: Biểu đồ thể hiện mong muốn của người dùng một chiếc máy vắt cam có thêm phần xử lý vỏ cam thành tinh dầu
- Dựa vào biểu đồ 11,12 và 13 có thể thấy được đa số mọi người đều bỏ đi phần vỏ cam sau khi vắt và họ muốn một chiếc máy vắt cam tích hợp thêm một máy chiết suất tinh dầu từ vỏ cam (96,5%) Do vậy nhóm chúng em đã phát triển ý tưởng trên.
- Cấu tạo máy tinh dầu: a) Hệ thống lòng dẫn nhiệt:
- Lấy ý tưởng từ chiếc máy nấu sáp PRO WAX 200 nhóm chúng em đã tiến hành thiết kế và gia công đáy dẫn nhiệt.
+ Tính năng máy nấu sáp của máy PRO WAX 200.
+ Có thể điều chỉnh nhiệt độ với đèn báo: nhiệt độ thường xuyên kiểm soát và đèn báo. Nhiệt độ tự ngắt khi nóng.
+ Có thể điều chỉnh nhiệt độ: dễ dàng điều chỉnh và cài đặt nhiệt độ bằng cách xoay nút.
+ Cuộn dây hệ thống cung cấp tăng nhiệt nhanh Từ lạnh chuyển sang nóng chỉ mất vài phút.
Hình 5.12 Máy nấu sáp PRO WAX 200 [20]
- Thông số kỹ thuật của máy PRO WAX 200:
+ Loại sáp: Phù hợp cho tất cả các loại sáp.
Hình 5.13 Cấu tạo bên trong máy nấu sáp PRO WAX 200
- Nhóm đã chọn ra 2 vật liệu cơ bản nhất để chế tạo nồi dẫn nhiệt là nhôm và inox SUS 304.
* Nhôm: Nhôm thuộc kim loại, có màu sắc trắng ánh bạc, mềm và nhẹ Nhôm có độ phản chiếu cao cũng như có tính dẫn nhiệt và dẫn điện lớn Nhôm là kim loại không độc và có tính chống mài mòn Nhôm cũng là kim loại có nhiều thành phần cấu tạo nên cấu trúc phân tử nhất.
- Tính chất vật lý: Đặc điểm của nhôm là có cấu trúc mạng lập phương tâm diện. Ngoài ra, khi nhắc tới tính chất của nhôm, và cụ thể là tính chất vật lý, ta không thể không nhắc tới tính dẫn điện của nhôm hay dẫn nhiệt tốt của hợp chất này Nhôm nóng chảy ở nhiệt độ 660oC.Bằng mắt thường, ta có thể thấy nhôm có màu trắng bạc, cứng, bền và dai. Người ta có thể dễ dàng kéo sợi hay dát mỏng nhôm Khối lượng riêng của nhôm là 2,7g/cm 3
Hình 5.14 Cấu trúc phân tử của Nhôm
- Inox 304 là loại thép không gỉ có hàm lượng Niken tối thiểu là 8% Chúng là chất liệu inox được sử dụng và tiêu thụ phổ biến lớn nhất hiện nay trên toàn thế giới Trong các nguyên tố tạo thành Austenitic, thì có nhiều nguyên tố có thể thay thế được Niken để tạo ra khả năng chống ăn mòn.
- Tính chất vật lý: Inox 304, ngoài các đặc điểm do thành phần hóa học như độ bền, độ cứng và khả năng chịu lực tốt, đặc biệt là khả năng chống ăn mòn trong các môi trường ăn mòn cao, còn nổi bật với tính thẩm mỹ cao Điều này xuất phát từ bề mặt sáng bóng và màu sắc phản quang đặc biệt của nó.
- Khả năng chống ăn mòn: Khả năng chống ăn mòn của inox 304 vô cùng xuất sắc, bởi vì nó không phản ứng với axit, do đó nó có khả năng chống gỉ trong các môi trường axit như bếp, phòng tắm và máy móc So với loại inox khác như SUS 201, SUS 304 có lượng crom (Crom là thành phần quan trọng tạo nên khả năng chống gỉ) cao hơn khoảng 2% và lượng niken (thành phần khác quan trọng) cao hơn khoảng 5% Điều này giúp SUS 304 có khả năng chống gỉ và ăn mòn cao hơn.
- Khả năng chịu nhiệt: Inox 304 có khả năng chịu nhiệt tốt, có thể chịu nhiệt độ 1010 độ C và thậm chí lên đến 1120 độ C Nếu cần, có thể tăng lượng carbon trong thành phần để đối phó với nhiệt độ cao hơn.
- Khả năng gia công: Thép không gỉ 304 có khả năng gia công tốt, có thể được đúc mỏng mà không cần gia nhiệt Nó dễ dàng uốn, nắn và tạo hình, điều này làm cho inox 304 vẫn là vật liệu hàng đầu trong sản xuất các chi tiết bằng inox.
Hình 5.15 Vật liệu Inox SUS 304
- Từ những tính chất vật lý ưu việt của Inox SUS 304 Nhóm quyết định chọn vật liệuInox SUS 304 để chế tạo phễu dẫn nhiệt Công dụng của đáy truyền nhiệt là dùng để truyền nhiệt từ bộ phận gia nhiệt đến phễu chiết suất tinh dầu.
Hình 5.16 Bộ phận dẫn nhiệt b) Phễu chứa tinh dầu:
- Phễu chưng tinh dầu cũng được gia công bằng vật liệu Inox SUS 304 để đảm bảo được tính thẩm mỹ và an toàn thực phẩm.
- Công dụng: Phễu chưng tinh dầu dùng để chứng và chiết tinh dầu từ vỏ cam bằng việc nấu vỏ cam cùng với dầu ô liu.
Hình 5.17 Phễu chưng tinh dầu c) Giỏ chứa vỏ cam:
- Lưới lọc cũng được gia công bằng vật liệu Inox SUS 304 để đảm bảo được tính thẩm mỹ và an toàn thực phẩm.
- Công dụng: Lưới lọc chứa phần vỏ cam với mục đích sau khi chiết suất tinh dầu xong chúng ta sẽ tách biệt được phần vỏ cam và phần tinh dầu.
Hình 5.18 Giỏ chứa vỏ cam d) Nắp đậy:
- Công dụng: đảm bảo an toàn trong quá trình chiết suất tinh dầu và tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm.
Hình 5.19 Nắp đậy bộ phận nấu tinh dầu e) Vòng chắt, lọc tinh dầu:
- Được lấy ý tưởng từ dụng cụ pha cà phê phin với mục đích giúp lọc phần dầu còn thừa trong lưới lọc sau khi đã chiết suất xong, nhóm đã tiến hành thiết kế “dụng cụ chắt dầu” dựa theo kiểu dáng của “đĩa lót phin cà phê”.
Hình 5.20 Cấu tạo phin cà phê
Hình 5.21 Đĩa lót phin cà phê
- Công dụng: Lọc phần dầu còn xót lại trong lưới lọc sau khi chiết suất tinh dầu.
Hình 5.22 Vòng chắt, lọc tinh dầu f) Nút vặn hẹn giờ (Timer) và đèn báo:
* Nút vặn hẹn giờ (Timer): Nút vặn hẹn giờ là một bộ phận điều khiển cơ học thường được sử dụng trong các thiết bị điện tử như lò nướng, máy giặt, máy sấy quần áo,… Nó cho phvắt người dùng cài đặt thời gian mong muốn cho thiết bị hoạt động trước khi tự động tắt.
- Cấu tạo nút vặn hẹn giờ:
+ Vỏ: Làm bằng nhựa hoặc kim loại, bảo vệ các bộ phận bên trong.
+ Mặt số: Có các vạch đánh dấu thời gian, thường từ 0 đến 60 phút hoặc lâu hơn. + Núm vặn: Dùng để điều chỉnh thời gian mong muốn.
+ Cơ chế hoạt động: Các bánh răng, lò xo và các bộ phận khác để truyền chuyển động từ núm vặn đến bộ hẹn giờ.
+ Bộ hẹn giờ: Là bộ phận điện tử hoặc cơ học đếm thời gian và tự động tắt thiết bị khi hết thời gian cài đặt.
- Cách sử dụng nút vặn hẹn giờ:
+ Xoay núm vặn đến thời gian mong muốn.
+ Khi hết thời gian cài đặt, thiết bị sẽ tự động tắt.
+ Nút vặn hẹn giờ là một bộ phận đơn giản nhưng hữu ích giúp người dùng kiểm soát thời gian hoạt động của các thiết bị điện tử.
Hình 5.23 Nút vặn hẹn giờ cơ (Timer)
* Đèn LED cảnh báo: Là các diode có khả năng phát ra ánh sáng, công nghệ led cho phép chiếu sáng bằng 2 điện cực với sự hỗ trợ của các vật liệu bán dẫn.
- Ứng dụng của đèn led cảnh báo:
+ Chỉ thị trong mạch điện tử.
+ Sản phẩm DIY phục vụ học tập giải trí.
- Thông số kỹ thuật của đèn Led được sử dụng trong máy hoàn chỉnh:
Hình 5.25 Hệ thống nút vặn hẹn giờ (Timer) và đèn LED (đỏ) cảnh báo dòng điện g) Tấm gia nhiệt:
- Tấm gia nhiệt là một thiết bị điện sử dụng để tạo nhiệt cho một bề mặt cụ thể Chúng thường được làm bằng vật liệu dẫn nhiệt tốt như kim loại hoặc gốm, và được tích hợp các dây điện hoặc các bộ phận gia nhiệt khác để tạo ra nhiệt khi có dòng điện chạy qua.
Chọn vật liệu cho hệ thống sản phẩm hoàn chỉnh
- Nhựa là một nhóm các vật liệu tổng hợp hoặc bán tổng hợp được làm từ các phân tử lớn gọi là polyme Polyme được tạo thành từ các đơn vị lặp lại gọi là monome Các monome có thể có nguồn gốc từ dầu mỏ, khí đốt tự nhiên hoặc thực vật.
- Nhựa có nhiều tính chất khác nhau khiến chúng trở nên hữu ích cho nhiều ứng dụng khác nhau Chúng thường nhẹ, bền và dễ chế tạo Nhựa cũng có thể được đúc thành nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, và chúng có thể được nhuộm thành nhiều màu sắc khác nhau -
- Một số loại nhựa phổ biến nhất bao gồm:
+ Polyethylene (PE): Loại nhựa này được sử dụng trong nhiều sản phẩm như túi ni lông, chai lọ và màng bọc thực phẩm PE dẻo, linh hoạt và chống thấm nước.
Hình 5.27 Vật liệu nhựa Polyethylene (PE) [21]
+ Polyvinylchloride (PVC): Loại nhựa này được sử dụng trong nhiều sản phẩm như ống nhựa, tấm ốp và cửa sổ PVC cứng và bền, và nó có khả năng chống cháy tốt.
Hình 5.28 Vật liệu nhựa Polyvinylchloride (PVC) [22]
+ Polypropylene (PP): Loại nhựa này được sử dụng trong nhiều sản phẩm như hộp đựng thực phẩm, đồ nội thất ngoài trời và thảm PP cứng và bền, và nó có khả năng chống hóa chất tốt.
Hình 5.29 Vật liệu nhựa Polypropylene (PP) [23]
+ Acrylonitrile butadiene styrene (ABS): Loại nhựa này được sử dụng trong nhiều sản phẩm như ống nước, đồ chơi và thiết bị điện tử ABS cứng và bền, và nó có khả năng chống va đập tốt.
Hình 5.30 Vật liệu nhựa Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) [24]
- Ở sản phẩm này nhóm quyết định chọn nhựa ABS làm vật liệu chính để in sản phẩm vì nhựa ABS rất an toàn khi sử dụng ngoài vẻ đẹp bên ngoài bóng bẩy và chi tiết thì còn giúp đảm bảo sức khoẻ Chất liệu nhựa ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) là một loại nhựa polime nhiệt dẻo, có công thức hoá học là (C8H8)x (C4H6)y (C3H3N)z) Hạt nhựa ABS là một trong những hạt nhựa nguyên sinh và được người tiêu dùng ưa chuộng nhất trên thị trường hiện nay Nhựa ABS rất dễ dàng trong việc sản xuất và tái chế.
- Ưu điểm của nhựa ABS: nhựa ABS được sử dụng phổ biến là do chi phí sản xuất rất thấp và dễ dàng gia công khi sản xuất dẫn đến giá thành rẻ Ngoài ra, tính chất của ABS lại còn có nhiều ưu điểm so với các loại nhựa khác như:
+ Chống va đập tốt: Dễ dàng trong quá trình vận chuyển và sử dụng.
+ Độ bền trong cấu trúc và độ cứng.
+ Khả năng chống nhiệt độ cao và thấp tuyệt vời.
+ Tính chất cách điện cao.
+ Dễ dàng bám sơn và keo dính.
- Nhược điểm của nhựa ABS:
+ Thời tiết (dễ bị hư hại bởi ánh sáng mặt trời chiếu thẳng).
+ Nguy hiểm và tạo các chất độc khi đốt cháy ở nhiệt độ cao.
+ Giá cao hơn so với Polystyrene hoặc Polyethylene
Chọn các thiết bị điện cho hệ thống máy
- Nút nhấn là một loại khí cụ dùng để đóng/ngắt các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển Nút nhấn thường được đặt trên bảng điều khiển, tủ điện, công tắc nút nhấn,…Khi thao tác với nút nhấn, chúng ta cần mở hoặc đóng mạch điện một cách dứt khoát.
- Hầu hết các tủ điện được làm từ nhựa hoặc kim loại Hình dạng và và kích thước được thiết kế để phù hợp với ngón tay và bàn tay của người vận hành Nút ấn được sản xuất và thiết kế theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng, chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế.
- Cấu tạo của nút nhấn:
+ Cấu tạo của nút nhấn gồm: Hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở (NO) – thường đóng (NC) và vỏ bảo vệ.
Hình 5.31 Cấu tạo của nút nhấn
+ Đối với nút nhấn nhả: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút ấn Ngược lại, tiếp điểm sẽ trở lại trạng thái ban đầu khi không còn lực tác động vào nút ấn. + Đối với nút nhấn giữ: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút nhấn Khi không còn lực tác động vào nút ấn, trạng thái tiếp điểm vẫn duy trì, tác động lực vào nút nhấn thêm một lần nữa để tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
- Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của nút nhấn là một quy trình gồm các bước nối tiếp nhau, cụ thể như sau:
+ Khi người dùng nhấn nút, tiếp điểm động sẽ chạm vào tiếp điểm tĩnh và làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm.
+ Trong một số trường hợp nhất định, người sử dụng sẽ cần giữ nút hoặc nhấn liên tục vào nút ấn để kích hoạt cho thiết bị hoạt động.
+ Một số loại nút nhấn khác sẽ có chốt giữ nút bật cho đến khi người sử dụng nhấn thêm lần nữa.
- Công dụng của nút nhấn:
+ Với nguyên lý hoạt động đã được đề cập Công dụng chính của nút nhấn đó là duy trì và đảo trạng thái sau mỗi lần bị tác động.
+ Nút nhấn nhả cho phép đóng/ngắt các thiết bị mà không cần phải qua hệ thống mạch tự giữ Nhờ đó, giúp tiết kiệm dây dẫn trong bảng mạch điều khiển và không chiếm quá nhiều diện tích trong tủ điện vì 2 nhiệm vụ đóng/ngắt đều được thể hiện trên cùng 1 nút nhấn.
+ Công tắc nút ấn sử dụng nhiều trong các hệ thống tủ điều khiển từ dân dụng đến công nghiệp Chúng có thể bật, tắt máy hoặc làm cho thiết bị thực hiện các hoạt động cụ thể. Trong một số trường hợp, các nút nhấn có thể kết nối thông qua liên kết cơ học, điều khiển một nút ấn khác hoạt động.
+ Mỗi màu sắc trên nút nhấn sẽ được quy định để biểu thị một mục đích nhất định Ví dụ như nút nhấn màu xanh lá thường được sử dụng để bật thiết bị hay nút ấn màu đỏ để tắt thiết bị Điều này tránh gây nên một số nhầm lẫn với nút nhấn dừng khẩn cấp, bởi loại nút này cũng có màu đỏ, tuy nhiên lại có sự khác biệt về kích thước Bạn có thể dựa vào đặc điểm này để phân biệt nút nhấn màu đỏ thông thường với nút dừng khẩn cấp.
- Cách phân loại nút nhấn phổ biến: Có rất nhiều cách để phân loại nút ấn Dưới đây là một số loại nút ấn thông dụng:
+ Nút ấn không có đèn: Được sử dụng để điều khiển tín hiệu của hệ thống tủ bảng điện công nghiệp hoặc dân dụng.
Hình 5.32 Nút ấn không có đèn
+ Nút ấn có đèn: Được sử dụng để điều khiển tín hiệu của hệ thống tủ bảng điện công nghiệp hoặc dân dụng Có khả năng giúp nhận tín hiệu từ xa thông qua đèn được tích hợp bên trong nút ấn.
Hình 5.33 Nút ấn có đèn
+ Nút nhấn có khóa: Dùng để bảo vệ trạng thái hoạt động của nút ấn trong những trường hợp không mong muốn.
- Các loại nút nhấn phổ biến hiện nay: Bên cạnh các cách phân loại nút nhấn phổ biến hiện nay thì còn có 3 loại nút ấn rất được ưa chuộng:
+ Nút nhấn giữ: Nút nhấn giữ thường được ứng dụng như một loại công tắc nguồn hay công tắc chức năng trong một số thiết bị như TV, đầu CD, DVD, máy xay sinh tố, máy hút bụi và đặc biệt là hệ thống tủ điện công nghiệp.
+ Nút nhấn nhả: Nút nhấn nhả được ứng dụng nhiều trong việc chế tạo các bảng điều khiển trong thiết bị điện dân dụng như bếp từ, lò vi sóng, quạt điện từ, nồi cơm điện, máy pha cà phê, máy tự động trong công nghiệp,…Nút ấn nhả bao gồm 2 tiếp điểm chính, chúng sẽ tiếp xúc với nhau khi nhấn vào và nhả ra khi người dùng không còn tác động Phím nhấn nhả còn được ứng dụng trong chế tạo phần lớn các thiết bị điện tử như bàn phím máy tính, bàn phím điện thoại.
+ Nút nhấn cảm ứng: Nút nhấn cảm ứng là một trong những sản phẩm của sự phát triển khoa học, kỹ thuật số hiện đại Nút ấn cảm ứng giúp điều khiển nhanh hơn, không cần dùng lực và rất dễ dàng trong việc tích hợp với màn hình LCD Quý khách có thể thấy nút ấn cảm ứng được dùng phổ biến trong các loại điện thoại màn hình cảm ứng, hệ thống màn hình điều khiển tự động (HMI), máy bán hàng tự động.
Hình 5.36 Nút nhấn cảm ứng
- Nhóm chúng em đã quyết định chọn loại nút ấn giữ vì nút ấn này đa dạng về kiểu dáng và mẫu mã, có đèn và kí hiệu nên thuận tiện hơn trong việc sử dụng đặc biết đối với người tiêu dùng loại nút nhấn này còn đem lại cảm giác sạch sẽ và sang trọng khi được làm bằng chất liệu inox Cụ thể là nút nhấn nhả BN1624LG.
+ Nút nhấn giữ có đèn, vỏ inox phi 16mm, 24v đèn LED màu xanh là nút nhấn xong thả ra nó vẫn giữ trạng thái nhấn, nhấn lần nữa nó nhả ra.
+ Nút nhấn giữ có đèn, vỏ inox phi 16mm, 24v đèn LED màu xanh, sản phẩm bao gồm nút nhấn, bulong và ron chống nước.
+ Nút nhấn được thiết kế dùng trong công nghiệp, thân inox chắc chắn, chống nước,chống ẩm, mỗi nút bấm có ron chống nước kèm theo + Nút nhấn có năm chân, hai chân hai bên là chân cấp nguồn cho LED (24V) ba cân còn lại là các chân cho tiếp điểm, một chân vào, một chân nối với tiếm điểm thường đóng, một chân cho tiếp điểm thường mở.
+ Nhóm đã chọn nút nhấn có màu xanh nước biển có độ đẹp mắt cao để lăp đặt cho máy.
Hình 5.37 Nút nhấn giữ BN1624LG
+ Nút nhấn có năm chân, hai chân hai bên là chân cấp nguồn cho LED (24V) ba cân còn lại là các chân cho tiếp điểm, một chân vào, một chân nối với tiếm điểm thường đóng, một chân cho tiếp điểm thường mở.
+ Nhóm đã chọn nút nhấn có màu xanh nước biển có độ đẹp mắt cao để lăp đặt cho máy.
Mạch hạ áp
- Vì điện áp cung cấp cho toàn bộ hệ thống máy vắt cam kết hợp chiết suất tinh dầu là 220V mà nút nhấn BN1624LG chỉ nhận điện áp 24V do vậy nhóm chúng em đã sử dụng thêm mạch hạ áp để hạ điện áp từ 20V thành 24V phù hợp với điện áp cho phép của nút nhấn
- Bộ chuyển đổi điện áp và hạ áp 200V xuống 12V được biết đến là một trong những loại mạch phổ biến và được sử dụng rất nhiều, mạch hạ áp này được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng như điều khiển động cơ DC, bộ sạc pin,…
- Linh kiện cần có trong mạch hạ áp gồm:
Bảng 5.1: Linh kiện cần có trong mạch hạ áp từ 220V xuống 12V
STT Linh kiện Số lượng
Hình 5.39 Hình ảnh các linh kiện trong mạch hạ áp
- Mạch được thiết kế khá là đơn giản, điện áp đầu vào 220V AC sẽ được đi vào đầu vào của biến áp, biến áp sẽ giúp giảm điện áp từ 220V xuống 12V Như chúng ta cũng đã biết để có thể biến điện áp AC sang DC thì đơn giản chúng ta chỉ cần 1 mạch chỉnh lưu.
Hình 5.40 Sơ đồ mạch hạ áp từ 220V xuống 12V
- Mạch với nguyên lý hoạt động như sau:
+ Mạch hạ áp 220v xuống 12v với mục đích hạ áp từ 220V AC xuống 12V DC để có thể áp dụng cho các ứng dụng chạy điện áp DC.
+ Cầu chì sẽ được sử dụng để bảo vệ mạch điện.
+ Mạch sẽ được sử dụng với điện áp đầu vào 220V AC 50/60Hz.
+ Máy biến áp với nhiệm vụ chuyển đổi điện áp 220V xuống 12V với dòng 2A.
+ Khi điện áp đầu vào 220V đi qua biến áp ta sẽ lấy được nguồn 12V AC điện áp này sẽ đi qua bộ chỉnh lưu và chuyển thành 12V DC.
+ Tụ điện được sử dụng để lọc phẳng điện áp đầu ra.
+ Đèn led hiển thỉ đâu ra được sử dụng để hiển thị điện áp đã có bên đầu ra.
- Đầu ra 12V DC đã lọc được tạo ra và điện áp 12V sẽ là cố định Bây giờ điện áp đầu ra đã được chuyển đổi từ 220V AC xuống 12V DC và bạn đã có thể sử dụng để kết nối với các ứng dụng sử dụng nguồn 12V DC.
CHẾ TẠO – THỬ NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ
Chế tạo và lắp ráp hệ thống sản phẩm
- Khi bắt tay vào nghiên cứu sản phẩm và hoàn thành xong mô hình bản vẽ 3D, nhóm em đã thảo luận về vấn đề chế tạo vỏ ngoài cho máy Hiện nay, công nghệ ép khuôn đang rất phát triển, sản phẩm ép khuôn sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế cũng như kiểu dáng đa dạng đẹp mắt Tuy nhiên, khi làm đồ án tốt nghiệp, vì chi phí còn hạn chế và chỉ tạo ra sản phẩm thử nghiệm, nhóm em đã quyết định lựa chọn phương án in 3D cho ssnr phẩm.
- Qua nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm em đã tìm ra số liệu cụ thể của sản phẩm sau đó chọn vặt liệu in 3D và các bộ phận phù hợp với với yêu cầu của máy đã đặt ra:
+ Mạch điện được mắc song song nên nguồn điện đi vào máy vắt cam và hệ thống chiết suất tinh dầu đều là 220V.
+ Lực tác động cần thiết để vắt 1 quả cam là 20N - 25N.
+ Với lực nhấn trên thì trung bình động cơ xoay được 70 vòng/phút - 150 vòng/phút (dựa theo số liệu tính toán động cơ ban đầu).
- Sau khi thiết kế 3D hệ thống máy vắt cam kết hợp chiết suất tinh dầu trên phần mềm SOLIDWORKS 2021 nhóm em đã tiến hành tìm hiểu về các đối tác chuyên môn về in 3D sản phẩm và thảo luôn về các vấn đề liên quan đến vật liệu in cũng như tham khảo về ưu nhược điểm của các lọa nhựa và tiến hành in 3D.
- Sau khi in 3D, nhóm em đã thu được sản phẩm bán hoàn chỉnh như sau:
Hình 6.1 In 3D bộ vắt cam
Hình 6.2 In 3D cần nhấn vắt cam
Hình 6.4 In 3D miếng đỡ lọc tinh dầu
Hình 6.5 Nắp bộ phận chưng tinh dầu
Hình 6.6 In 3D các chi tiết của máy
- Sau khi đã in 3D hoàn thành vỏ ngoài cho hệ thống máy vắt cam kết hợp chiết suất tinh dầu, chúng em nhận thấy vỏ ngoài của sản phẩm sau khi in có bề mặt không đẹp, sần sùi, không có khả năng bám sơn cho quy trình tiếp theo, nhóm đã bắt đầu tiến hành xử lý bề mặt nhựa sau khi in để thu được bề mặt mịn đẹp và dễ dàng sơn màu cho các chi tiết.
+ Đầu tiên, chúng em tiến hành chà nhám bề mặt nhựa gồ ghề sau khi in để tạo bề mặt phẳng cho sản phẩm.
Hình 6.7 Xử lý bề mặt nhựa sau khi in (chà nhám)
+ Trong quá trình chà nhám, do nhựa có tính dẻo và dễ biến dạng khi ở nhiệt độ cao (Quá trình chà nhám liên tục sinh nhiệt trên bề mặt) nên khi chà quá mạnh tay hoặc quá nhanh đã gây ra sự biến dạng cho sản phẩm.
Hình 6.8 Biến dạng khi xử lý bề mặt (lõm)
+ Nhóm đã khắc phục tình trạng trên bằng cách chà nhẹ tay với tốc độ chà vừa phải, thường xuyên đưa sản phẩm vào nước để giảm nhiệt độ bề mặt tiếp xúc giữa nhựa và giấy nhám.
+ Sau khi xử lý bề mặt nhựa xong, nhóm tiến hành phủ vật liệu ma-tít để bề mặt được nhẵn và làm lớp lót giúp vỏ ngoài dễ dàng được sơn màu.
Hình 6.9 Phủ ma-tít cho vỏ ngoài sản phẩm
+ Sau khi đã trét ma-tít xong vỏ ngoài của máy sẽ có một bề mặt phẳng đẹp để sẵn sàng cho bước sơn màu tiếp theo.
Hình 6.10 Hoàn thiện xử lý bề mặt nhựa sau khi in
-Bên cạnh việc xử lý về bề mặt cho máy, nhóm em đã tiến hành sơn màu cho vỏ ngoài của sản phẩm nhằm tạo ra sản phẩm có độ hoàn thiện cao Việc lựa chọn màu sắc sản phẩm, nhóm đã thảo luận với Giảng Viên hướng dẫn và đưa ra lựa chọn màu săc cho sản phẩm đó là màu trắng kết hợp với màu vàng Pastel.
- Khi sơn màu nhóm em đã lựa chọn sử dụng sơn ATM và màu Arcrylic nhằm tạo ra màu sắc mong muốn cho sản phẩm.
Hình 6.11 Pha màu Arcrylic tạo màu vàng Pastel
6.1.2 Lắp ráp vỏ ngoài cho máy:
- Sau khi đã xử lý hoàn thiện bề mặt nhựa sau khi in, nhóm tiến hành lắp ráp các bộ phận của hệ thống máy hoàn thiện.
Hình 6.12 Sản phẩm sau khi lắp ráp hoàn chỉnh
- Sau khi lắp ráp vỏ ngoài cho sản phẩm, nhóm tiến hành nghiên cứu và lắp đặt mạch điện cho hệ thống máy dựa vào sơ đồ mạch điện đã làm trước đó.
Hình 6.13 Sơ độ mạch điện của toàn bộ hệ thống máy
Hình 6.14 Mạch điện của máy vắt cam sau khi lắp đặt hoàn chỉnh
Thực nghiệm máy sau khi lắp đặt hoàn chỉnh
- Sau khi đã lắp ráp hoàn thiện toàn bộ hệ thống máy vắt cam kết hợp chiết suất tinh dầu, nhóm tiến hành thử nghiệm sản phẩm để xem xét và đưa ra đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống.
- Đầu tiên nhóm em thử nghiệm phần vắt cam:
+ Bước 1: Chuẩn bị máy đã lắp đặt hoàn thiện, 1 quả cam, 100ml dầu Olive và một vài dụng cụ nhà bếp.
Hình 6.15 Dụng cụ cần cho việc thử nghiệm
+ Bước 2: Tiến hành cắt cam và nguồn cho máy.
Hình 6.16 Cam sau khi cắt
+ Bước 3: Bỏ 1/2 quả cam vào bộ phận vắt cam của máy, nhấn cần, máy tự động xoay.
Hình 6.17 Vắt cam bằng máy hoàn chỉnh
+ Bước 4: Sau khi vắt, thu được nước cam vắt từ máy chảy ra.
Hình 6.18 Nước cam thu được từ máy
-Kế đến ta thử nghiệm bộ phận chiết suất tinh dầu:
+ Bước 1: Sau khi vắt lấy nước, tiến hành sơ chế và làm nhỏ vỏ cam.
Hình 6.19 Vỏ cam sau sơ chế
+ Bước 2: Cho vỏ cam đã sơ chế vào lưới lọc và bỏ 100ml dầu ô-liu vào giỏ chứa vỏ cam tiến hành gia nhiệt.
Hình 6.20 Tiến hành bỏ vỏ cam vào giỏ chứa vỏ cam
+ Bước 3: Bỏ vỏ cam vào máy, vặn nút xoay bắt đầu hẹn giờ nấu tinh dầu.
Hình 6.21 Tiến hành bỏ vỏ cam vào máy gia nhiệt
+ Bước 4: Cho dầu Olive đã đong đo đúng tỉ lệ vào gia nhiệt chung với vỏ cam (Có thể cho thêm1-2 giọt tinh dầu cam ngọt để tinh dầu thu được có mùi thơm hơn) Đậy nắp nồi và đợi 30 phút.
Hình 6.22 Dầu Olive được cho vào chung với vỏ cam
+ Bước 5: Sau khi gia nhiệt 30 phút, nhấc lưới lọc vỏ cam lên và bỏ lên dụng cụ chắt dầu để thu được số lượng dầu nhiều nhất.
Hình 6.23 Giỏ chứa vỏ cam được bỏ lên dụng cụ chắt dầu
+ Bước 6: Đợi tinh dầu nguội và chiết ra các lọ tối máu để bảo quản.
Hình 6.24 Tinh dầu vỏ cam và vỏ cam sau khi chiết rót
- Sau khi tiến hành thử nghiệm việc vận hành của máy có hoạt động tốt hay không và thu được thành phẩm hoàn chỉnh, nhóm em đã đưa ra một vài đánh giá cho máy và thành phẩm mà máy tạo ra:
+ Đầu tiên về việc vận hành của máy vắt cam kết hợp xử lý tinh dầu, máy hoạt động hiệu quả, chắc chắn không bị ngắt điện trong khi vắt cam Bộ phận chiết suất tinh dầu được gia nhiệt nhanh, giữ nhiệt hiệu quả trong suốt 30 phút với mức nhiệt nằm trong mức 80 o C. Tạo ra thành phẩm đạt yêu cầu.
+ Tiếp theo sau khi thu được thành phẩm, nhóm em tiến hành sử dụng thử thành phẩm và nhận thấy nước cam sau khi vắt không bị đắng chát Bên cạnh đó, tinh dầu vỏ cam thu được có mùi thơm nhẹ dịu không bị gắt và không có mùi oi Tuy nhiên, tinh dầu thu được vẫn bị lợn cợn vỏ cam do dụng cụ lọc còn thưa Nhìn chung thành phẩm thu được đạt thang điểm 8/10 so với mong muốn mà nhóm em đã đề ra.
- Thông số đầu ra cho máy:
+ Kích thước: 310mm x 258mm x 262mm
+ Năng suất: 10Kg cam/ giờ
+ Tỉ lệ vỏ cam/ dầu olive: 50Gram/100ml
+ Sau chiết suất thu được 50ml tinh dầu.