Qua học phần, sinh viên được rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm, tư duy thiết kế, khả năng tích hợp kiến thức liên ngành như điện tử, điều khiển, lập trình và cơ khí để tạo ra những sản phẩ
NỘI DUNG THIẾT KẾ
Lịch sử phát triển của máy sấy quần áo
Những chiếc máy sấy quần áo đầu tiên được phát triển ở Anh và Pháp vào cuối thế kỷ 18 và đầu thế kỷ 19, với thiết bị đầu tiên được ghi nhận do nhà phát minh người Pháp Pochon chế tạo vào năm 1799 Thiết bị này có dạng thùng tròn rỗng quay tay, đặt trên ngọn lửa để hong khô quần áo Tuy nhiên, thiết kế sơ khai khiến quần áo thường bị ám mùi khói và đôi khi bốc cháy trong quá trình sấy.
Sự cải tiến quan trọng tiếp theo đến từ nước Mỹ Vào năm 1892, George
T Sampson, một nhà phát minh đến từ Ohio, đã được cấp bằng sáng chế cho chiếc máy sấy quần áo đầu tiên Thiết kế của ông vẫn sử dụng nhiệt từ bếp lửa, nhưng được bổ sung giá đỡ giúp giữ quần áo ở khoảng cách an toàn, hạn chế nguy cơ cháy nổ và cải thiện hiệu quả sấy khô. Đến đầu thế kỷ 20, J Ross Moore, một cư dân sống tại vùng lạnh giá Bắc Dakota (Hoa Kỳ), đã phát minh ra chiếc máy sấy chạy điện đầu tiên trên thế giới, ban đầu hoạt động bằng bếp lò, rồi sau đó được phát triển thành phiên bản chạy bằng điện và gas Nhằm thương mại hóa phát minh của mình, Moore hợp tác với công ty Hamilton Manufacturing, nơi đã sản xuất và ra mắt máy sấy quần áo tự động đầu tiên vào năm 1938 Đây là sản phẩm duy nhất được bán rộng rãi tại Mỹ trước Thế chiến thứ hai.
Hình 1.1 Máy sấy quần áo cơ khí đầu tiên của J Ross
Sau chiến tranh vào những năm 1940, máy sấy quần áo trở nên phổ biến, đặc biệt tại Hoa Kỳ, với sự tham gia của nhiều thương hiệu lớn như GE và Whirlpool Sự cạnh tranh này đã thúc đẩy sản lượng và giảm giá thành Đến năm 1955, giá máy sấy trung bình khoảng 230 USD, nhưng chỉ có 10% gia đình sở hữu.
Mỹ sở hữu Tuy nhiên, đến hơn 40 năm sau, giá chỉ tăng nhẹ lên 340 USD, trong khi chức năng và công nghệ đã cải tiến vượt bậc.
Ngày nay, máy sấy hiện đại được trang bị nhiều tính năng tiên tiến như Wi-Fi, điều khiển cảm ứng và kết nối với điện thoại thông minh Ngoài ra, chúng còn tích hợp công nghệ khử mùi bằng tia UV, sử dụng hơi nước, bơm nhiệt tiết kiệm điện và trí tuệ nhân tạo (AI) để nhận diện vải, giúp tối ưu hóa chu kỳ sấy.
Một số ứng dụng và chức năng của máy sấy quần áo tự động
Máy sấy quần áo hiện đại không chỉ là thiết bị hong khô vải vóc mà còn là thiết bị thông minh với nhiều chức năng linh hoạt và tiện ích Dưới đây là một số ứng dụng và chức năng tiêu biểu của máy sấy quần áo.
Hình 1.2 Máy sấy quần áo Heatpump EDH803BEWA của
Sấy khô quần áo trong mọi điều kiện thời tiết là giải pháp lý tưởng cho những khu vực có khí hậu ẩm ướt, mưa nhiều, hoặc những nơi thiếu không gian phơi đồ.
Chống nhăn và bảo vệ sợi vải là những chế độ đặc biệt giúp giảm thiểu tình trạng nhăn, bảo vệ sợi vải khỏi hư hại, đồng thời hạn chế nhu cầu là ủi sau khi sấy.
Máy sấy cao cấp với chức năng hơi nước hoặc tia UV không chỉ khử mùi mà còn diệt khuẩn, giúp làm sạch quần áo một cách tự nhiên Điều này đặc biệt phù hợp cho những người có da nhạy cảm và trẻ nhỏ.
Máy sấy hiện đại ngày nay được trang bị tính năng kết nối thông minh, cho phép người dùng điều khiển qua ứng dụng điện thoại Người dùng có thể dễ dàng thiết lập chương trình sấy, nhận thông báo khi quá trình hoàn tất và theo dõi tình trạng thiết bị một cách thuận tiện.
Sấy tiết kiệm năng lượng với công nghệ bơm nhiệt giúp sử dụng nhiệt tái tạo để làm khô quần áo mà không cần nhiệt độ cao, từ đó bảo vệ quần áo và giảm tiêu thụ điện năng Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong ngành dịch vụ và công nghiệp, đặc biệt là trong các tiệm giặt là, khách sạn và nhà máy may mặc, cho phép xử lý số lượng lớn quần áo một cách nhanh chóng và hiệu quả.
Hình 1.3 Máy sấy vải công nghiệp Primus DX 55
Phân tích nhiệm vụ thiết kế
Trước khi phát triển sản phẩm, cần làm rõ nhiệm vụ thiết kế một cách chi tiết Phân tích nhiệm vụ thiết kế bao gồm việc thiết lập danh sách các yêu cầu, được thể hiện trong bảng dưới đây.
NHÓM 13 DANH SÁCH YÊU CẦU CHO MÁY SẤY
Hình dạng, kích thước (Geometry)
Kích thước tổng thể: chiều cao = 850mm, chiều rộng = 600mm, chiều dài = 600mm
Khối lượng toàn bộ < 50kg Thiết kế gọn gàng, phù hợp lắp trong nhà
Có bánh xe di chuyển và khóa hãm
Có motor điều khiển quạt thổi khí nóng
Có cơ cấu quay lồng sấy để quần áo được sấy đều Động cơ có thể điều chỉnh tốc độ quay
Quạt hút hơi nóng ra ngoài
Tác dụng lực sấy đều, không làm nhăn quần áo (bỏ) Chống chịu ngoại lực tốt
Bảng 1.1 Danh sách yêu cầu
Tổng công suất tiêu thụ < 2500W
Có cảm biến để tiết kiệm điện năng khi độ ẩm đạt yêu cầu
Motor quay lồng: 1 pha, 220 V, không chổi than
- Vật liệu nhựa ABS nhẹ
Cơ cấu khớp bao gồm các bánh răng có đường kính từ 10 đến 20 cm, được thiết kế không bị biến dạng và được bôi trơn để đảm bảo hiệu suất hoạt động Đai truyền động giữa các khâu và khớp giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu đựng ma sát.
Các bộ phận đều được bảo vệ cách điện
Bộ lọc bằng lưới nhựa hoặc kim loại bền nhẹ
Tín hiệu vào: điện năng
Tín hiệu ra: động năng
Hiển thị: hiển thị các thông tin trên màn hình điều khiển Vận hành tự động, bán tự động và bằng tay
Hệ thống nhận tín hiệu từ các thiết bị điều khiển
Cảm biến chống quá nhiệt, quá tải
Tự động ngừng hoạt động khi cửa mở
Cách điện, cách nhiệt tốt, vỏ không bị nóng khi hoạt
W Có bộ lọc sơ vải
Dễ sử dụng, có bảng điều khiển thân thiện
Chiều cao thuận tiện khi thao tác
Phần đế có thể gắn cố định trên nhiều loại bề mặt
Chi phí thiết kế, chế tạo: tối đa 10 triệu đồng
Sản phẩm có thể sản xuất trong công nghiệp với số lượng lớn
Các sai số trong dung sai cho phép
Quản lí chất lượng (QC) Đảm bảo máy hoạt động liên tục trong 3 giờ không lỗi Độ ồn khi hoạt động < 60 dB
Sử dụng khí gas R290 (Propane)
Tốc độ quay tối đa: 45 – 60 vòng/phút
Các mô-đun có thể tháo rời, dễ sửa chữa
Phần đế có nơi để cố định vào bề mặt
Các kết nối điện an toàn, có đánh dấu rõ ràng
Có thể chọn chế độ sấy: phù hợp v i t ng lo i qu n ớ ừ ạ ầ áo
Vận hành êm ái, ít gây tiếng ồn: < 60 dB
Tự động dừng khi quần áo đạt độ khô
Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance)
Tuổi thọ thiết bị: 5 năm
Thời gian bảo hành: tối thiểu 12 tháng
Các bộ phận có thể được thay dễ dàng, dễ tìm kiếm
Vật liệu vỏ có thể tái chế
Dễ tháo lắp để phân loại rác điện tử
Kế hoạch phát triển (Schedules)
Nghiên cứu và phát triển trong 6 - 12 tháng
THIẾT KẾ SƠ BỘ
Xác định các vấn đề cơ bản
Giai đoạn 1: Loại bỏ sở thích cá nhân, bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng và các ràng buộc cần thiết
Hình dạng, kích thước (Geometry):
Kích thước tổng thể: chiều cao = 850mm, chiều rộng = 600mm, chiều dài = 600mm
Khối lượng toàn bộ < 50kg
Thiết kế gọn gàng, phù hợp lắp trong nhà
Có bánh xe di chuyển và khóa hãm Động học (Kinematics):
Có motor điều khiển quạt thổi khí nóng
Có cơ cấu quay lồng sấy để quần áo được sấy đều Động cơ có thể điều chỉnh tốc độ quay
Quạt hút hơi nóng ra ngoài
Tác dụng lực sấy đều, không làm nhăn quần áo
Chống chịu ngoại lực tốt
Tổng công suất tiêu thụ < 2500W
Có cảm biến để tiết kiệm điện năng khi độ ẩm đạt yêu cầu
Motor quay lồng: 1 pha, 220 V, không chổi than
- Vật liệu nhựa ABS nhẹ
Cơ cấu khớp bao gồm các bánh răng có đường kính từ 10 đến 20 cm, được thiết kế không bị biến dạng và được bôi trơn để đảm bảo hiệu suất hoạt động Đai truyền động giữa các khâu và khớp giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu ma sát Tất cả các bộ phận đều được bảo vệ cách điện, đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng.
Bộ lọc bằng lưới nhựa hoặc kim loại bền nhẹ
Tín hiệu vào: điện năng
Tín hiệu ra: động năng
Hiển thị: hiển thị các thông tin trên màn hình điều khiển
Vận hành tự động, bán tự động và bằng tay
Hệ thống nhận tín hiệu từ các thiết bị điều khiển
Cảm biến chống qúa nhiệt, quá tải
Tự động ngừng hoạt động khi cửa mở
Cách điện, cách nhiệt tốt, vỏ không bị nóng khi hoạt động
Có bộ lọc sơ vải tích hợp trong đường khí thải
Tích hợp màng lọc than hoạt tính trong đường xả khí
Chiều cao thuận tiện khi thao tác
Phần đế có thể gắn cố định trên nhiều loại bề mặt
Chi phí thiết kế, chế tạo: tối đa 10 triệu đồng
Sản phẩm có thể sản xuất trong công nghiệp với số lượng lớn
Các sai số trong dung sai cho phép
Quản lí chất lượng (QC): Đảm bảo máy hoạt động liên tục trong 3 giờ không lỗi Độ ồn khi hoạt động < 60 dB
Sử dụng khí gas R290 (Propane)
Tốc độ quay tối đa: 45 – 60 vòng/phút
Các mô-đun có thể tháo rời, dễ sửa chữa
Phần đế có nơi để cố định vào bề mặt
Các kết nối điện an toàn, có đánh dấu rõ ràng
Có bánh xe, dễ di chuyển trong không gian nhỏ Ống dẫn vận chuyển luồng thủy khí hoạt động trơn tru Tốc độ xử lý nhanh và chính xác
Có thể chọn chế độ sấy: nhanh, nhẹ, tiết kiệm
Vận hành êm ái, ít gây tiếng ồn: < 60 dB
Tự động dừng khi quần áo đạt độ khô
Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance):
Tuổi thọ thiết bị: 5 năm
Thời gian bảo hành: tối thiểu 12 tháng
Các bộ phận có thể được thay dễ dàng, dễ tìm kiếm
Vật liệu vỏ có thể tái chế
Dễ tháo lắp để phân loại rác điện tử
Kế hoạch phát triển (Schedules):
Nghiên cứu và phát triển trong 6 - 12 tháng
Giai đoạn 2: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu
Hình dạng, kích thước (Geometry):
Kích thước nhỏ gọn phù hợp không gian phòng giặt, nhà nhỏ hoặc căn hộ
Dễ di chuyển, không gây áp lực lên sàn hoặc người dùng
Tăng tính linh hoạt khi cần di chuyển; đảm bảo ổn định khi hoạt động Động học (Kinematics):
Hệ thống truyền động đa chức năng, giúp quần áo khô đều và nhanh Phù hợp để sấy quần áo mà không làm xoắn, nhăn hoặc hỏng vải
Tăng hiệu quả tản nhiệt và giảm độ ẩm bên trong máy
Không gây nhàu, giữ nguyên hình dạng vải Đảm bảo độ bền khi bị va đập hoặc rung khi vận hành
Phù hợp với hạ tầng điện dân dụng tại Việt Nam
Mức tiêu thụ điện hợp lý trong phân khúc máy sấy Ít hao mòn, tuổi thọ cao, vận hành êm ái
Giảm hao phí điện năng khi độ ẩm đã đạt yêu cầu
Vật liệu được sử dụng phải đảm bảo an toàn và không bị biến dạng trong môi trường ẩm Nó cần có khả năng truyền động ổn định, không bị kẹt và có tuổi thọ cao, giúp đảm bảo hoạt động liên tục mà không gặp phải hỏng hóc.
An toàn tuyệt đối trong môi trường điện – ẩm
Tái sử dụng nhiều lần, không cần thay thế thường xuyên
Hệ thống điều khiển điện – cơ học
Giúp người dùng kiểm soát chế độ và thông số Đáp ứng nhu cầu đa dạng
Ngăn chặn sự cố do nhiệt hoặc dòng điện vượt ngưỡng
Để đảm bảo an toàn cho người dùng trong quá trình máy hoạt động, cần tránh các nguy cơ điện giật và bỏng khi tiếp xúc với vỏ máy Đồng thời, việc ngăn chặn sự phát tán của sợi vải và bụi vải vào không khí cũng rất quan trọng.
Hấp thụ mùi ẩm mốc, mùi vải ướt phát sinh trong quá trình sấy
Người dùng có thể vận hành máy mà không cần đào tạo, giúp tiết kiệm thời gian và công sức Máy được thiết kế để không gây mỏi hoặc bất tiện khi cho đồ vào hoặc lấy đồ ra, mang lại trải nghiệm sử dụng thoải mái Hơn nữa, tính ổn định của máy được cải thiện khi đặt trên các bề mặt khác nhau, đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.
Giá thành hợp lý với người tiêu dùng phổ thông
Thiết kế phù hợp với quy trình sản xuất công nghiệp
Không gây ảnh hưởng đến lắp ráp hoặc vận hành
Quản lí chất lượng (QC): Đảm bảo độ bền và ổn định vận hành trong thời gian dài Hoạt động yên tĩnh, không gây phiền người dùng
Loại gas an toàn, thân thiện môi trường
Dễ dàng bảo trì và thay thế linh kiện
Giúp lắp đặt dễ dàng, đảm bảo cân bằng
Giảm lỗi khi lắp đặt, thuận tiện bảo trì
Không cần khiêng, phù hợp với cả người dùng nữ
Không gây trở lực khi vận chuyển luồng khí
Hệ điều hành – điều khiển nhạy, đáp ứng tốt
Phù hợp với các loại vải và nhu cầu khác nhau
Vận hành êm ái, không ảnh hưởng sinh hoạt
Không tiêu thụ điện quá mức, tăng tuổi thọ quần áo
Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance):
Bền bỉ theo thời gian Đảm bảo quyền lợi người tiêu dùng
Dễ sửa chữa tại các trung tâm kỹ thuật phổ thông
Giảm tác động môi trường
Hỗ trợ công tác xử lý rác thải
Phù hợp với thu nhập trung bình người Việt
Kế hoạch phát triển (Schedules):
Phù hợp với chu kỳ phát triển sản phẩm tiêu dùng
Giai đoạn 3: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
Hình dạng, kích thước (Geometry):
Thiết kế kết cấu nhỏ gọn, khung vỏ bằng vật liệu nhẹ, có bánh xe tích hợp chốt hãm Động học (Kinematics):
Motor quay lồng (có điều chỉnh tốc độ), motor quạt thổi khí nóng, hệ truyền động bằng đai hoặc bánh răng
Thiết kế cơ cấu quay ổn định, vỏ cứng chắc bằng vật liệu chịu va đập, hệ truyền động ổn định
Mạch điều khiển cảm biến ngắt sấy khi đủ ẩm, tối ưu nhiệt điện trở hoặc van gas tự động
Lựa chọn vật liệu ABS chống cháy, chịu lực, cách nhiệt – cách điện, bánh răng bôi trơn tốt
Mạch điều khiển trung tâm, màn hình LCD hoặc đèn LED, nút điều khiển chế độ
Cảm biến nhiệt, cảm biến cửa, relay ngắt mạch, vỏ nhựa cách điện, lọc sơ vải và lọc mùi bảo vệ sức khỏe người dùng
Bảng điều khiển đơn giản, vị trí cửa dễ thao tác, độ cao phù hợp với chiều cao người Việt
Chọn linh kiện phổ thông, thiết kế tối ưu dễ sản xuất, dung sai cơ khí nhỏ
Quản lí chất lượng (QC): Động cơ bền, chạy êm, quạt hút êm, hệ làm nóng ổn định, kiểm tra vận hành đầu ra khí sạch – không mùi
Thiết kế dạng module (vỏ, lồng, motor, bo mạch), kết nối có ký hiệu, bố trí dây gọn gàng
Bánh xe quay 360 độ có khóa, ống dẫn khí bằng nhôm mềm hoặc nhựa cách nhiệt, khí lưu thông mượt
Lập trình các chế độ sấy (tiết kiệm, nhanh, nhẹ), cảm biến độ ẩm + điều khiển tự ngắt, động cơ giảm rung ồn
Bảo trì, bảo dưỡng (Maintenance):
Thiết kế tháo mở dễ, linh kiện chuẩn (quạt, motor, sensor), sử dụng ren, vít, hoặc snap-fit
Dùng vật liệu tái chế (ABS, kim loại), chia module rõ ràng (mạch, nhựa, kim loại) để tháo rời
Tối ưu hóa chi tiết thiết kế, dùng linh kiện tiêu chuẩn, hạn chế chi tiết cơ khí phức tạp
Kế hoạch phát triển (Schedules):
Lập lộ trình: thử nghiệm cơ khí – mạch – phần mềm trong 3 giai đoạn (ý tưởng – nguyên mẫu – tinh chỉnh)
Giai đoạn 4: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp
Thiết kế hệ thống sấy quần áo tự động sử dụng công nghệ Heatpump nhằm mục đích sấy khô quần áo hiệu quả, đồng thời chống nhăn, khử mùi và lọc sơ vải, bảo vệ sức khỏe người dùng.
Thiết lập cấu trúc chức năng
Hình 2.4 Sơ đồ chức năng tổng thể của máy sấy quần áo Ghi chú:
Hình 2.5 Sơ đồ cấu trúc chức năng tổng thể của máy sấy quần áo tự động
Hình 2.6 Sơ đồ cấu trúc chức năng bơm nhiệt
Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc chức năng dẫn động
Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc chức năng kiểm soát tốc độ
Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc chức năng chọn chế độ sấy
Phát triển cấu trúc làm việc
Bảng 2.2 Các nguyên tắc làm việc cho từng chức năng
STT Chức năng con Giải pháp
1 Kiểm soát tốc độ Encoder
4 Xử lý và điều khiển
Nhập liệu Nút bấm Cảm ứng Giọng nói
Bơm nhiệt dàn nóng Ống dẫn Ống đồng ϕ 6 Ống nhôm nhún Ống inox mềm
Dạn xoắn Dạng lá Dạng ống
Quạt Quạt ly tâm AC 220V
12 Ống dẫn Ống đồng ϕ 6 Ống nhôm nhún Ống inox mềm
