Luận văn thạc sĩ thiết kế máy pha cà phê tự động

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh iLỜI NÓI ĐẦU Trong tiến trình phát triển của xã hội, tự động hóa là một sự phát triển bắt buộc không thể thiếu đối v

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN THẾ TRANH

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN DUY MẪN

Trang 2

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh i

LỜI NÓI ĐẦU

Trong tiến trình phát triển của xã hội, tự động hóa là một sự phát triển bắt buộc không thể thiếu đối với tất cả các nước trên thế giới Việt Nam cũng không thể nằm ngoài tiến trình đó được Khi không bắt kịp công nghệ đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ tổn thất rất nhiều về nhân công, thời gian kéo theo cạnh tranh không cân bằng với các nước khác Điều này hiên nay cũng đang diễn ra rất phổ biến tại Việt Nam từ những máy chế tạo đến các thiết bị phục vụ trong đời sống khi chủ yếu chúng ta phải sử dụng các máy nhập khẩu với giá thành cao Nhận thấy tri thức Việt Nam hoàn toàn có thể thực hiện các máy hoạt động tương tự như các máy nhập khẩu với giá thành khá thấp, trình độ công nhân nước ta có thể thực hiện chế tạo các thiết bị loại vừa và nhỏ đòi hỏi

ít lượng chất xám nên đầu tư vào chế tạo các máy tự động cũng có thể là một hướng đi khá tốt thay thế cho ngành nông nghiệp phụ thuộc vào thời tiết như bây giờ

Qua nghiên cứu thị trường ở nước ta, với một nước có sản lượng cà phê đứng thứ 2 trên thế giới và lượng tiêu thụ cà phê trung bình của Việt Nam khoảng 0,5 kg Đây là một con số khá lớn đối với một nước hơn 90 triệu dân nên các dịch vụ thiết yếu di theo

nó vô cùng lớn Xác định nhu cầu đó nên hiện nay có khá nhiều quán xá mở ra để phục

vụ cho lĩnh vực này Và máy pha cà phê hoàn toàn là cần thiết để giảm chi phí và phù hợp với nguời tiêu dùng

Dựa vào mục đích đó chúng tôi đã thực hiện đồ án “thiết kế máy pha cà phê tự động” phù hợp với người Việt Nam dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Thế Tranh Đây là một đề tài phù hợp với ngành chúng tôi đang học là Cơ- Điện tử Đồ án có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu trong đồ án tốt nghiệp

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn Nguyễn Thế Tranh và toàn thể các thầy trong khoa cơ khí đã hướng dẫn và hỗ trợ các thiết bị phục vụ cho đồ án này

Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

Trang 3

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh ii

CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan :

1 Những nội dung trong bản thuyết minh này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Th.S NGUYỄN THẾ TRANH

2 Mọi tham khảo dùng trong thuyết minh đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

3 Mọi sao chép không hợp lệ , vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Bảo - Nguyễn Duy Mẫn

Trang 4

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh iii

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU I CAM ĐOAN II MỤC LỤC III DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU VI

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHA CÀ PHÊ TỰ ĐỘNG 1

1.1 Giới thiệu về nhu cầu thị trường của máy pha cà phê 1

1.2 Một số máy pha cà phê tự động đã có trên thị trường 2

1.2.1 Máy pha cà phê bán tự động ZOE 1 họng của SANREMO giá 5378 USD 2

1.2.2 Máy pha cà phê tự động SYNTIA của PHILIPS giá 848 USD 3

1.2.3 Máy pha cà phê nhỏ giọt với quy trình khép kín Electrolux giá 69usd 4

1.2.4 Máy pha cà phê viên (capsule) 4

1.3 Các thông số kỹ thuật chung của máy thiết kế 5

Chương 2: PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH CHỨC NĂNG VÀ CHỌN PHƯƠNG ÁN HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY 7

2.1 Chức năng của máy pha cà phê 7

2.2 Nguyên lý pha cà phê 7

2.2.1 Nguyên lý hoạt động chung của máy pha cà phê 7

2.2.2 Lựa chọn nguyên lý pha 9

2.3 Thiết kế cơ khí máy pha cà phê 15

Trang 5

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh iv

2.3.1 Bộ phận cấp ly tự động 15

2.3.2 Thiết kế hệ thống chuyển ly 19

2.3.3 Thiết kế bộ cấp liệu 21

2.3.4 Thiết kế bộ phận cấp nước 23

2.3.5 Thiết kế bộ phận khuấy 23

2.3.6 Thiết kế bộ phận pha cafe bằng phin 26

2.3.7 Kết cấu máy hoàn chỉnh các bộ phận 28

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỪNG BỘ PHẬN CỦA MÁY 29

3.1 Bộ phận cấp ly 29

3.1.1 Tính bộ truyền: 30

3.1.2 Chọn động cơ: 31

3.2 Bộ phận tay dẫn ly 33

3.3 Cơ cấu lấy liệu 35

3.4 Cơ cấu khuấy 36

Chương 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY 42

4.1 Phân tích yêu cầu chức năng của bộ điều khiển 42

4.2 Phân tích lựa chọn nguyên lý điều khiển và giải pháp điều chỉnh cơ cấu dẫn động 42

4.3 Thiết kế sơ đồ chức năng, lựa chọn linh kiện, thiết kế sơ đồ nguyên lý, mô phỏng 44

4.3.1 Khối nguồn 44

Trang 6

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh v

4.3.2 Mạch điều khiển chính ( MAINBOARD Ardruino mega 2560 ) 45

a Khối hiển thị LCD16x02 50

b Khối sử dụng Rơ le : 51

c Khối điều khiển động cơ bước : 51

d Khối điều khiển bộ phận khuấy: 53

e Khối điều khiển cân: 54

f Khối bus giao tiếp điều khiển RC servo: 54

g Khối phím nhấn điều khiển máy: 55

4.3.3.Điều khiển động cơ bước và mạch đảo chiều động cơ: 55

4.3.3 mô đun L298 : 60

4.3.4 Mạch relay điều khiển thiết bị 12V: 60

4.3.5 Khối dao diện interface (bảng điều khiển): 62

4.4 Lập trình điều khiển: 62

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

PHỤ LỤC

Trang 7

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh vi

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

HÌNH 1.1 Máy pha cà phê của SANREMO 2

HÌNH 1.2 Máy pha cà phê tự động SYNTIA của PHILIPS 3

HÌNH 1.3 Máy pha cà phê Electrolux 4

HÌNH 1.4 Máy pha cà phê viên nén Nessco K-cup 5

HÌNH 1.5 Tổng quan kết cấu máy thiết kế 6

HÌNH 2.1 Nguyên lý hoạt động chung của máy pha cà phê 7

HÌNH 2.2 Sơ đồ nguyên lí máy 8

HÌNH 2.3 Băng tải 9

HÌNH 2.4 Tay quay 9

HÌNH 2.5 Đai răng gắn tay chuyển ly 10

HÌNH 2.6 Phương pháp cấp liệu thông thường 11

HÌNH 2.7 Trục dẫn đường mô phỏng bằng Creo 2.0 12

HÌNH 2.8 Thiết bị đong đếm có cùng 1 thể tích 12

HÌNH 2.9 Bơm 13

HÌNH 2.10 Van điện đóng ngắt 14

HÌNH 2.11 Khuấy tay 14

HÌNH 2.12 Máy khuấy cà phê 15

HÌNH 2.13 Bộ phận cấp ly thiết kế và thực tế 15

Trang 8

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh vii

HÌNH 2.14 Động cơ chậm 16

HÌNH 2.15 Động cơ servo RC 16

HÌNH 2.16 Hình dạng bộ chuyển động 17

HÌNH 2.17 Trạng thái ban đầu 17

HÌNH 2.18 Trạng thái tách ly 18

HÌNH 2.19 Rơi ly 18

HÌNH 2.20 Quay về chu trình ban đầu 19

HÌNH 2.21 Tay hứng trên con trượt 19

HÌNH 2.22 Cơ cấu hoàn chỉnh 3D 20

HÌNH 2 23 Ray trươt dẫn hướng 20

HÌNH 2.24 Cơ cấu cấp đường và bột café hòa tan 21

HÌNH 2.25 Cơ cấu cấp bột café xay mô phỏng 22

Hình 2 26 Cơ cấu cấp bột café xay thực tế 22

HÌNH 2.27 Bộ phận cấp nước 23

HÌNH 2.28 Bộ phận truyền chuyển động khuấy 24

HÌNH 2.29 Bộ phận khuấy 25

HÌNH 2.30 Cơ cấu khuấy hoàn chỉnh 25

HÌNH 2.31 Cơ cấu pha café phin hoàn chỉnh 26

HÌNH 2.32 Lưới lọc cà phê 27

Trang 9

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh viii

HÌNH 2.33 Kết cấu hoàn chỉnh của máy 28

HÌNH 3.1 Kích thước ly sử dụng 29

HÌNH 3.2 Trục quay tách ly 30

HÌNH 3.3 Truyền động bánh răng 31

HÌNH 3.4 Một số thông số bánh răng 31

HÌNH 3.5 Động cơ sử dụng để cấp ly 32

HÌNH 3.6 Bộ phận tay dẫn ly 33

HÌNH 3.7 Lực tác dụng lên tay dẫn ly 33

HÌNH 3.8 Thông số động cơ trong cơ cấu chuyển tay dẫn ly 35

HÌNH 3.9 Động cơ servo MG996 36

HÌNH 3.10 Cách nối giữa đầu khuấy và động cơ 36

HÌNH 3.11 Động cơ khuấy 37

HÌNH 3.12 Sơ đồ nguyên lý phần di chuyển bộ phận khuấy 37

HÌNH 3.13 Cơ cấu thanh răng bánh răng 38

HÌNH 3.14 Lực khi khuấy đi xuống 38

HÌNH 3.15 Lực khi khuấy đi lên 39

HÌNH 3.16 Động cơ xác định hành trình khuấy 41

HÌNH 4.1 Sơ đồ khối điều khiển và kết nối 43

HÌNH 4.2 ADAPTER 12v5a thực tế 44

Trang 10

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh ix

HÌNH 4.3 Mạch nguồn 5V 45

HÌNH 4.4 Hình ảnh Ardruino mega 2560 45

HÌNH 4.5 Giao diện Arduino IDE 48

HÌNH 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển 49

HÌNH 4.7 Sơ đồ bố trí các linh kiện và bus trên mạch 50

HÌNH 4.8 Khối bus nối giao tiếp LCD 51

HÌNH 4.9 Khối bus sử dụng Rơ le 51

HÌNH 4.10 Khối bus nối động cơ bước 52

HÌNH 4.11 Nối dây driver nối động cơ bước 52

HÌNH 4.12 Khối bus điều khiển khuấy 53

HÌNH 4.13 Nối dây driver L298 điều khiển khuấy 53

HÌNH 4.14 Khối bus điều khiển cân loadcell 54

HÌNH 4.15 Khối bus điều khiển RC servo 54

HÌNH 4.16 Khối bus nút nhấn điều khiển 55

HÌNH 4.17 Động cơ bước 55

HÌNH 4.18 Bên trong động cơ bước 56

HÌNH 4.19 Cấu tạo của động cơ bước 57

HÌNH 4.20 Một xung tương ứng với một bước của rôto (1 xung – 1 bước) 57 HÌNH 4.21 Mô tả tương quan giữa quá trình điện và quá trình cơ của động cơ bước 58

Trang 11

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh x

HÌNH 4 22 Sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với Roto 2 cực và các lực điện từ

khi điều khiển bằng xung 1 cực 58

HÌNH 4 23 Sơ đồ nguyên lý động cơ bước m pha với Rotor có 2 cực (2p=2) và không được kích thích 59

HÌNH 4.24 Sơ đồ đấu dây sử dụng L298 điều khiển động cơ 60

HÌNH 4.25 Module RELAY mẫu 61

HÌNH 4.26 Mạch nguyên lý điều khiển relay 61

HÌNH 4.27 Giao diện người dùng và máy pha cà phê 62

HÌNH 4 28 Lưu đồ thuật toán điều khiển 63

BẢNG 4.1 Thông số kĩ thuật của Arduino mega 2560………46

Trang 12

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHA CÀ PHÊ TỰ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu về nhu cầu thị trường của máy pha cà phê

Ngay từ thế kỉ thứ 9 sau khi được khám phá ra tại vùng cao nguyên Ethiopia, Cà phê nhanh chóng trở thành một thức uống phổ biến trên toàn cầu Khác với các loại thức uống khác, chức năng chính của cà phê không phải là giải khát, nhiều người uống

nó với mục đích tạo cảm giác hưng phấn Một ly cà phê vào buổi sáng giúp tỉnh táo hơn trong công việc

Pha cà phê không phải là một việc khó Chỉ cần ta có một hỗn hợp bột cà phê, một

số thiết bị và vài phút rảnh rỗi Có nhiều phương pháp pha cà phê khác nhau thỏa mãn thị hiếu khác nhau Cà phê Espresso đẫm đầy tính cách, cà phê 9Thổ nhĩ kỳ (Turkish) nhiều hương thơm, cà phê kiểu Mỹ (Americano) nhẹ, nhiều nước Tất cả các phương pháp này có một điểm chung, bột cà phê được xử lý trong nước nóng sau đó dung dịch

cà phê được lọc ra đầy hương vị đậm đà Và mỗi người sẽ có những cách pha chế cũng như lượng cafe tùy theo sở thích từng người nên cafe không thể thiếu trọng cuộc sống hiện đại

Cuộc sống hiện đại, hối hả kéo theo thời gian dành cho công việc, gia đình chiếm quá nhiều vì vậy việc chuẩn bị một ly cà phê cho gia đình vào buổi sáng cũng là một khó khăn khách quan không ai muốn Và một giải pháp mới đã được đưa ra, thật tiện ích, nhanh gọn mà hiệu quả lại vô cùng bất ngờ chỉ với một chiếc máy pha cà phê, không chỉ giành riêng cho gia đình, máy pha cà phê còn là một “cứu tinh” quan trọng, không thể thiếu đối với các quán cà phê Nó được xem như là một sự bức phá, cải tiến

và là tiền đề để cà phê trở thành một nét văn hóa không thể thiếu trong thói quen của con người

Chính vì nhu cầu ngày càng nhiều nên thị trường cũng rất đa dạng với đủ chủng loại và nhãn hiệu nổi tiếng như: Philips, Kenwood, Electrolux, Saeko, Bialetti… hoặc

là loại máy pha cà phên espresso, máy pha cà phê capuchino của ý hay tây ban nha,

Trang 13

pháp… Với nhiều mẫu mã, kích thước khác nhau Nhưng giá thành của các máy đó rất đắt, những hộ gia đình không thể sắm về, hay các quán cà phê nhỏ không có vốn đầu tư Chính vì thế đồ án náy thiết kế chế tạo một máy pha cà phê đơn giản phù hợp với người việt nam cả về giá cả, chất lượng và cách thức hoạt động

1.2 Một số máy pha cà phê tự động đã có trên thị trường

1.2.1 Máy pha cà phê bán tự động ZOE 1 họng của SANREMO giá 5378 USD

Hình 1.1 Máy pha cà phê của SANREMO Máy sẽ cho ra một ly cà phê espresso đen nguyên chất, cà phê capuchino và cà phê latte Trung bình thời gian chờ để cho ra 1 ly cà phê với máy là khoảng từ 35s đến 1 phút, tùy vào từng máy

Cà phê bột sẽ được cho vào bộ phận tay cầm và máy sẽ tự động pha chế để cho ra một ly cà phê và có lưu ý nhỏ là máy chỉ sử dụng cà phê bột để pha

Trang 14

1.2.2 Máy pha cà phê tự động SYNTIA của PHILIPS giá 848 USD

Hình 1.2 Máy pha cà phê tự động SYNTIA của PHILIPS Máy pha cà phê tự động cũng chuyên dùng để pha chế cà phê espresso đen nguyên chất, cà phê capuchino và cà phê latte Nhưng khác một điều là máy sẽ pha một cách

tự động hoàn toàn từ khâu xay cà phê hạt cho tới thành phẩm cuối cùng Thật đơn giản

để sử dụng, chúng ta chỉ cần làm đúng các thao tác Sẽ có ngay một ly cà phê ngon sau

10 phút mà vẫn không mất đi hương vị riêng của cà phê

Các thương hiệu máy pha cà phê tự động uy tín trên thị trường hiện nay có thể kể đến như Philips, eddlac, delonghi, bosch, saeko, bialetti… những máy pha cà phê này

đa dạng về giá cũng như kiểu dáng rất thích hợp cho cả gia đình, công ty hay quán cà phê

Nhược điểm của loại này là thời gian pha chế lâu, không phù hợp ở những nơi có nhu cầu pha nhanh một ly cà phê

Trang 15

1.2.3 Máy pha cà phê nhỏ giọt với quy trình khép kín Electrolux giá 69usd

Hình 1 3 Máy pha cà phê Electrolux

Là máy pha cà phê có chu trình hoạt động khép kín, tương tự cách pha bằng phin truyền thống với máy pha cà phê này, ta phải lấy cà phê bỏ vào bộ phận lọc và nước lạnh ở hộc riêng Sau đó nhấn nút và chờ nước sôi, cà phê sẽ được chảy qua bộ phận lọc giữ lại phần bột và chảy xuống bình hoặc ly đặt sẵn

1.2.4 Máy pha cà phê viên (capsule)

Trang 16

Hình 1 4 Máy pha cà phê viên nén Nessco K-cup

Máy sử dụng loại cà phê viên nén chuyên dụng Thời gian cho ra một ly cà phê tầm

20 giây Giá bán: 2,900,000VNĐ (đã gồm VAT)

Máy pha cà phê bán tự động Nessco có thiết kế nhỏ gọn có thể dễ dàng di chuyển,

dễ dàng thay đổi định lượng pha chế (800ml - 100ml - 120ml) Để đảm bảo tuổi thọ của máy chúng tôi khuyến cáo khách hàng nên sử dụng tối đa: 50 viên/ngày Mỗi lần hoạt động sử dụng liên tiếp 10 viên Mỗi viên cách nhau 2 phút Do cấu trúc máy đơn giản, việc vệ sinh máy pha cà phê capsule K-cup cực kỳ đơn giản và nhanh chóng

1.3 Các thông số kỹ thuật chung của máy thiết kế

- Máy có các thông số cơ bản sau:

+ Thời gian pha một ly từ khoảng 60s

+ Máy cho ra 2 loại cà phê là cà phê sữa và cà phê đen tùy vào người yêu cầu + Máy sử dụng loại cà phê net, là loại cà phê bột đã được điều chế sẵn về thành phần như cà phê, đường, sữa chỉ cần thêm nước nóng vào khuấy là ta đã có một ly cà phê thơm ngon

Trang 17

+ Máy được thiết kế tự động ở khâu cấp ly, cấp bột, cấp nước, khuấy nên người sử dụng chỉ cần nhấn phím lựa chọn loại cà phê trên bảng điều khiển và không lâu sau máy sẽ cho ra 1 ly cà phê thơm ngon mà người sử dụng không cần phải làm gì ngoài cầm lấy ly cà phê và thưởng thức

- Tính tiện lợi của máy:

+ Điểm tiện lợi của máy là người sử dụng không cần phải đem ly đến hứng dưới họng cà phê như những máy cà phê đã có, mà chỉ cần chọn loại cà phê và máy sẽ đưa

ra một ly cà phê theo đúng nghĩa

+ Máy được trang bị bình nước nóng tương tự như các máy pha cà phê khác Người dùng có thể cho nước lạnh vào máy và đun sôi trên máy rồi chọn loại cà phê

+ Máy pha cà phê và nước theo tỉ lệ mà nhà sản xuất quy định nên ly cà phê pha nên đảm bảo chất lượng thơm ngon

Hình 1 5 Tổng quan kết cấu máy thiết kế

Trang 18

Chương 2: PHÂN TÍCH XÁC ĐỊNH CHỨC NĂNG VÀ CHỌN PHƯƠNG

ÁN HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY

2.1 Chức năng của máy pha cà phê

Là thay thế con người pha chế ra loại cà phê theo yêu cầu Có các cơ cấu cấp ly, cấp nước, cấp bột và khuấy tự động Người sử dụng chỉ việc lựa chọn loại cà phê mà mình muốn uống bằng cách nhấn phím yêu cầu, từ đó máy sẽ nhận yêu cầu và thực hiện pha

cà phê

Yêu cầu của máy pha cà phê là phải hoạt động chính xác, ổn định, pha chế nhanh chóng ly cà phê thơm ngon đảm bảo chất lượng trong thời gian ngắn

2.2 Nguyên lý pha cà phê

2.2.1 Nguyên lý hoạt động chung của máy pha cà phê

Hình 2.1 Nguyên lý hoạt động chung của máy pha cà phê Nhận lệnh: Từ bàn phím điều khiển máy người dùng yêu cầu một loại cà phê hòa tan hoặc cà phê phin phù hợp ( cà phê hòa tan hoặc cà phê phin) để ra lệnh cho các cơ cấu chấp hành

Cấp ly: Bộ phận này cung cấp ly và chuyển ly đến tất cả các cơ cấu trong hệ thống

Trang 19

Cấp bột: Cung cấp nhiên liệu là cà phê bột hòa tan hay cà phê phin với một mức định lượng đã cho sẵn

Cấp nước: Cung cấp dung dịch hòa tan

Khuấy: Sử dụng động cơ đánh tan bột cà phê trong nước

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lí máy Trong đó:

Trang 20

2.2.2 Lựa chọn nguyên lý pha

2.2.2.1 Cấp ly

Các phương pháp di chuyển ly đến các cơ cấu:

- Sử dụng băng tải:

Hình 2.3 Băng tải Các bộ phận được đặt dọc theo băng tải chuyển động, động cơ xoay sẽ kéo băng tải cùng với ly chuyển động tịnh tiến đến các vị trí đã cho trước đó

+Ưu điểm: vận chuyển được xa, momen kéo lớn…

+Nhược điểm: cơ cấu rườm rà, chiếm nhiều diện tích, khi khuấy thì ly cà phê có thể

bị văng ra xa do không có bộ phận giữ ly…

- Sử dụng tay quay:

Hình 2.4 Tay quay

Trang 21

Các bộ phận được đặt xung quay trục quay, trục quay mang tay quay chuyển động tròn đến các bộ phận cung cấp và hoạt động

+Ưu điểm: Thuận tiện việc lắp ráp sữa chữa…

+Nhược điểm: Momen xoắn lớn,khó điều khiển chính xác vị trí khi tay quay lớn, chiếm diện tích…

- Sử dụng đai răng gắn tay chuyển ly:

Hình 2.5 Đai răng gắn tay chuyển ly

Là sự kết hợp của 2 phương án đã nêu, các bộ phận được đặt dọc theo đai răng gắn tay chuyển ly, động cơ xoay sẽ kéo đai răng cùng với ly chuyển động tịnh tiến đến các

vị trí đã cho trước đó

+Ưu điểm: vận chuyển được xa, momen kéo lớn khuấy thì ly cà phê không bị văng

ra xa do có bộ phận giữ ly, chiếm diện tích tương đối ít…

+Nhược điểm: cơ cấu khó lắp ráp, chiếm diện tích tương đối …

- Kết luận: Vì diện tích máy có hạn, vật mang là ly nhựa có kích thước nhỏ và nhẹ

momen thấp nên ta lựa chọn đai răng gắn tay chuyển ly là phù hợp với máy thiết kế

2.2.2.2 Cấp liệu

Dùng lực hút trái đất để nguyên liệu chảy từ trên cao xuống

Trang 22

Hình 2.6 Phương pháp cấp liệu thông thường Thường có 2 phương pháp để lấy liệu từ bình chứa:

- Sử dụng van đóng mở : Đóng ngắt trong một thời gian nhất định để nguyên liệu chảy xuống với một lượng mong muốn

Ưu điểm: Dễ gá đặt lắp ráp, sử dụng cho vật liệu khô dạng hạt hoặc dạng bột

Nhược điểm: Định khối lượng khác nhau trong cùng một thời gian chảy do nguyên liệu không đi qua cùng lúc

- Sử dụng thiết bị đong đếm có cùng 1 thể tích: múc từng lượng nhỏ với 1 thể tích xác định

Ưu điểm: khối lượng của các nguyên liệu các lần cấp khác nhau tương đối chính xác, ít thay đổi theo thời gian

Nhược điểm: cơ cấu hoạt động khó khăn, phức tạp

-Kết luận: Vì yêu cầu cần lấy nhanh lại chính xác nên ta có thể kết hợp phương pháp

van đóng mở với cân loadcell phía dưới để định lượng

Cụ thể là dùng vít tải để cấp đường và cơ cấu sử dụng thiết bị đong đếm có cùng 1 thể tích để cấp bột cà phê

a Cơ cấu cấp đường :

- Đường dễ bảo quản, khó bị ẩm mốc nên cơ cấu cấp đường không quá khắc khe trong chế tạo

Trang 23

Hình 2.7 Trục dẫn đường mô phỏng bằng Creo 2.0

Sử dụng chuyển động xoắn của vít tải để đẩy đường từ hộp chứa đến đầu ra, thiết

kế giúp lượng đường dễ dàng kiểm soát và làm việc hiệu quả

Trang 24

Sử dụng thiết bị đong đếm có cùng 1 thể tích để đẩy bột từ hộp chứa đến đầu ra, thiết kế giúp lượng bột dễ dàng kiểm soát và làm việc hiệu quả

2.2.2.3 Cấp nước

a Cấp nước lạnh:

Để đưa nước nguội đi từ thấp lên cao hay đi xa đơn giản nhất là dùng bơm

Ta dùng bơm chân không để cấp nước lạnh đến ấm nước, vì bơm không cần mồi nước ban đầu

Hình 2.9 Bơm

b Cấp nước nóng:

Vì nước ở dạng lỏng và mực nước trong bình nấu không thay đổi quá nhiều khi ta dùng van đóng ngắt nên ta có thể đơn giản bằng việc sử dụng van điện đóng ngắt lượng nước cần thiết Sử dụng trọng lực nhằm tạo dòng chảy

Trang 25

Hình 2.10 Van điện đóng ngắt

2.2.2.4 Bộ phận khuấy

Sử dụng động cơ nâng hạ tay khuấy xuống đáy ly và thực hiện khuấy

Có 2 loại đầu khuấy:

-Đầu khuấy cơ: Sử dụng lực tác động nhấn xuống đáy ly tạo lực đẩy ren xoắn làm đầu khuấy chuyển động tròn đánh tan cà phê

Hình 2.11 Khuấy tay

Ưu điểm: Dễ dàng sử dụng thuận tiện, đánh sát được ở đáy ly…

Nhược điểm: Không sử dụng đối với ly mềm, đáy có cấu tạo phức tạp…

-Đầu khuấy sử dụng động cơ: Khi hạ sát xuống đáy, động cơ quay đánh tan cà phê ( tương tự như máy khuấy)

Trang 26

Hình 2 12 Máy khuấy cà phê

Ưu điểm: Hoạt động dễ dàng, đánh đều cà phê hơn

Nhược điểm: Tốn chi phí hơn, không đánh dưới đáy được

-Kết luận: Vì chúng ta dùng ly sử dụng một lần nên nó có kết cấu khá mềm, sử dụng đầu cơ là không phù hợp lắm Vậy nên dùng đầu đánh máy

2.3 Thiết kế cơ khí máy pha cà phê

2.3.1 Bộ phận cấp ly tự động

Sử dụng 2 trục có mặt cắt hình chữ thập để chen vào giữa các khe ly, tách các ly ra với nhau để mỗi khi tách duy nhất một ly ra khỏi ống ly.Sau đó qua cơ cấu khẩy ly để đưa ly xuống

Giúp cấp phát ly tự động có sẵn trong máy

Hình 2.13 Bộ phận cấp ly thiết kế và thực tế

Trang 27

Khi điều khiển 2 trục chen vào giữa các khe ly để tách các ly ra với nhau thì cần có

sự chính xác cao để có thể 2 trục cùng vào 1 khe ly,để mỗi khi tách duy nhất một ly ra khỏi ống ly Chọn động cơ có momen lớn kết hợp với nguyên lý ăn khớp 2 bánh răng

để truyền chuyển động quay cho trục còn lại

Hình 2.14 Động cơ chậm

Cơ cấu khẩy ly không cần góc xoay lớn và phải nhẹ để thực hiện cơ cấu Chọn động

cơ servo RC có kích thước tương đối nhỏ gọn và góc quay nhỏ chính xác

Hình 2.15 Động cơ servo RC

Trang 28

Kết hợp thêm ổ lăn để cố định thêm chuyển động của các trục

Hình 2.16 Hình dạng bộ chuyển động Nguyên lý làm việc:

- Trạng thái ban đầu khi chưa làm việc:

Hình 2.17 Trạng thái ban đầu

Trang 29

Sau đó hai trục xoay quay trục chữ thập vào giữa 2 khe ly để tách ly

Hình 2.18 Trạng thái tách ly Tay khẩy sẽ khẩy cho ly dưới rơi ra, ly trên vào vị trí ban đầu

Hình 2.19 Rơi ly

Trang 30

Hình 2.20 Quay về chu trình ban đầu

2.3.2 Thiết kế hệ thống chuyển ly

Sử dụng 1 tay hứng để cố định ly khi tịnh tiến không bị lật ra ngoài Tay hứng trên

có chức năng giữ vành ly Mặt sàn có chức năng đỡ ly

Hình 2.21 Tay hứng trên con trượtDùng động cơ bước để điều khiển đai răng gắn tay chuyển ly quay để đạt được vị trí phù hợp

Trang 31

Nguyên lý hoạt động:

Hình 2 22 Cơ cấu hoàn chỉnh 3D -Động cơ bước quay thông qua bộ truyền làm đai răng gắn tay chuyển ly quay theo Trên tay hứng có ly, nó mang ly đến các bộ phận cung cấp khác để hoạt động

Hình 2 23 Ray trươt dẫn hướng

Trang 32

2.3.3 Thiết kế bộ cấp liệu

2.3.3.1 Cơ cấu cấp đường và bột café hòa tan

Hình 2 24 Cơ cấu cấp đường và bột café hòa tan

Sử dụng chuyển động xoắn của vít tải để đẩy đường từ hộp chứa đến đầu ra, thiết kế giúp lượng đường dễ dàng kiểm soát và làm việc hiệu quả

2.3.3.2 Cơ cấu cấp bột café xay :

- Sử dụng thiết bị đong đếm có cùng 1 thể tích để đẩy bột từ hộp chứa đến đầu ra, thiết kế giúp lượng bột dễ dàng kiểm soát và làm việc hiệu quả

Trang 33

Hình 2 25 Cơ cấu cấp bột café xay mô phỏng

Hình 2 26 Cơ cấu cấp bột café xay thực tế

Trang 34

Ở trạng thái vệ sinh, nguyên liệu được chuyển từ ổng giữa xuống ly đến khi đảm bảo liệu được đưa ra ngoài 1 cách hoàn toàn

2.3.4 Thiết kế bộ phận cấp nước

Sử dụng van kích điện để đóng ngắt nước

Hình 2 27 Bộ phận cấp nướcKhi van đóng, nước được giữ ở trong bình chứa Khi van mở, nước chảy ra khỏi vòi nhờ lực trọng trường của trái đất

2.3.5 Thiết kế bộ phận khuấy

Bộ phận di chuyển đầu khuấy:

Sử dụng bộ truyền động bánh răng thanh răng để chuyển từ chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến

Đầu khuấy gắn động cơ được nối với bộ dưới thông qua ray trượt

Trang 35

Hình 2 28 Bộ phận truyền chuyển động khuấy

Trang 36

Hình 2 29 Bộ phận khuấy

Hình 2 30 Cơ cấu khuấy hoàn chỉnh

Trang 37

2.3.6 Thiết kế bộ phận pha cafe bằng phin

Hình 2 31 Cơ cấu pha café phin hoàn chỉnh

Sử dụng bộ truyền động trục vít để chuyển từ chuyển động quay của động cơ bước thành chuyển động tịnh tiến của bộ phận lọc

Khi lọc xong thì sẽ chuyển về vị trí ban đầu sau đó sẽ có cơ cấu gạt bã để đưa bã ra ngoài, thực hiện chu trình mới

Sử dụng cơ cấu vít me để di chuyển tấm lưới lọc lên xuống, tạo sự ổn định của quá trình tịnh tiến của tấm lọc

Lưới lọc sử dụng loại lưới inox lọc bả cafe

Trang 38

Hình 2 32 Lưới lọc cà phê

Đặc điểm đặc trưng: sức chịu đựng nhiệt, axit và ăn mòn

- Các tính năng: sức căng cao Sức căng cao hơn nhiều so với lưới polyester thông thường, và sức căng này rất ổn định, bền vững

- Siêu chính xác: đường kính dây thống nhất và khe lỗ rất đều nhau, sự chênh lệch rất thấp

- Độ giãn thấp: kéo dài rất nhỏ của lưới dây điện tại căng thẳng cao

- Tính linh hoạt cao : lưới thép sẽ không bị mất độ đàn hồi tại sức căng cực độ

- Chống ăn mòn cao: Việc chống ăn mòn tuyệt vời của dây thép không gỉ hơn sợi polyester rất nhiều

- Chịu nhiệt tốt: tính năng đặc biệt của lưới dây thép, làm cho nó chịu đựng được nhiệt độ rất cao

- Chịu đựng tốt trong dung môi: để tránh những ảnh hưởng của bất kỳ dung môi tới lưới

- Dễ dàng lau chùi, vệ sinh, tuổi thọ cao

- Không làm ô nhiễm thực phẩm khi lọc

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	2,78 MB