Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Giặt Nón Bảo Hiểm Tại Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy
Trường đại học
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCMNgười đăng
Ẩn danh
63
0
0
Phí lưu trữ
30 PointMục lục chi tiết
Tóm tắt
I. Khám phá dự án máy giặt nón bảo hiểm của sinh viên SPKT
Dự án Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Giặt Nón Bảo Hiểm Tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM là một giải pháp công nghệ đột phá, ra đời từ nhu cầu thực tiễn của xã hội. Tại Việt Nam, với hơn 90 triệu dân và số lượng xe máy chiếm đa số, nón bảo hiểm là vật dụng không thể thiếu. Tuy nhiên, việc vệ sinh nón bảo hiểm thường bị xem nhẹ, dẫn đến các vấn đề về sức khỏe da đầu như nấm mốc, ngứa ngáy, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nóng ẩm. Quá trình giặt tay truyền thống không chỉ tốn thời gian mà còn không đảm bảo loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn và khó làm khô triệt để. Nhận thấy khoảng trống này, nhóm sinh viên Khoa Cơ khí Chế tạo máy của trường HCMUTE đã thực hiện nghiên cứu khoa học sinh viên nhằm tạo ra một thiết bị tự động hóa quy trình làm sạch. Đây không chỉ là một đồ án tốt nghiệp cơ khí thông thường, mà còn là một sản phẩm NCKH mang tính ứng dụng thực tiễn cao. Mục tiêu của đề tài là chế tạo một mô hình máy giặt nón tự động có khả năng giặt, sấy và khử khuẩn hiệu quả, giúp tiết kiệm thời gian, công sức và bảo vệ sức khỏe người dùng. Dự án là minh chứng cho tinh thần sinh viên SPKT sáng tạo, kết hợp kiến thức về cơ điện tử, tự động hóa và thiết kế máy để giải quyết một vấn đề cấp thiết trong đời sống hàng ngày, hứa hẹn mở ra tiềm năng thương mại hóa và nâng cao chất lượng cuộc sống.
1.1. Thực trạng vệ sinh nón bảo hiểm và lý do chọn đề tài
Theo tài liệu nghiên cứu, thực trạng người dùng xe máy tại Việt Nam thường xuyên đối mặt với các vấn đề do nón bảo hiểm bẩn gây ra. Mồ hôi, bụi bẩn và độ ẩm tạo môi trường lý tưởng cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển, gây ngứa và các bệnh về da đầu. Việc tự giặt nón tại nhà không hiệu quả do xà phòng thông thường khó loại bỏ vi khuẩn ẩn sâu và quá trình phơi khô tự nhiên kéo dài, dễ làm nón ám mùi khó chịu hoặc hư hỏng. Nhu cầu về một dịch vụ hoặc thiết bị làm sạch mũ bảo hiểm chuyên nghiệp là rất lớn. Đây chính là lý do thôi thúc nhóm sinh viên Bùi Hữu Thạch, Lê Võ Hữu Uy, và Nguyễn Tuấn Đạt, dưới sự hướng dẫn của GVHD Đồng Sĩ Linh, thực hiện đề tài Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Giặt Nón Bảo Hiểm. Mục đích là cung cấp một giải pháp tiện lợi, nhanh chóng và hiệu quả, đáp ứng nhu cầu thực tế của cộng đồng.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu và phương pháp tiếp cận của dự án
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế và chế tạo thành công một mô hình máy giặt nón tự động có khả năng thực hiện chu trình giặt - sấy - khử khuẩn hoàn chỉnh. Máy phải đảm bảo loại bỏ bụi bẩn, mồ hôi, vi khuẩn và nấm mốc mà không làm hỏng hay biến dạng nón. Để đạt được mục tiêu này, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm. Nhóm đã nghiên cứu các kiến thức về thủy lực, khí nén, và tự động hóa, đặc biệt là sử dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC. Quá trình thiết kế bao gồm xây dựng mô hình động học, lắp đặt phần cứng cơ khí, thiết kế mạch điện tử và lập trình điều khiển hoạt động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các loại nón bảo hiểm phổ biến (1/2 và 3/4 đầu), nhằm tạo ra một sản phẩm có ứng dụng thực tiễn rộng rãi.
II. Phân tích cấu tạo cơ khí máy giặt nón bảo hiểm HCMUTE
Cấu trúc cơ khí là nền tảng quyết định sự ổn định và hiệu quả của máy giặt nón bảo hiểm. Dựa trên bản thiết kế trong đồ án tốt nghiệp cơ khí, cấu tạo máy làm sạch nón được chia thành ba bộ phận chính: khung vỏ, bộ phận truyền động, và giá đỡ nón. Mỗi bộ phận đều được tính toán kỹ lưỡng về vật liệu, kết cấu và khả năng chịu tải để đảm bảo hoạt động bền bỉ. Khung máy sử dụng nhôm định hình 30x30, mang lại độ cứng vững cao và khả năng chống oxy hóa, trong khi vỏ máy kết hợp nhựa và tấm mica dày 5mm để tối ưu trọng lượng và thẩm mỹ. Bộ phận truyền động là trái tim của hệ thống, sử dụng động cơ giảm tốc 775 kết hợp hệ thống Pully và bánh răng để tạo ra chuyển động quay ổn định cho giá đỡ nón với tốc độ đã được tính toán. Giá đỡ nón được thiết kế đặc biệt với 4 trục hình elip, giúp cố định nón chắc chắn trong suốt chu trình giặt, sấy. Vật liệu chính như inox và nhôm được ưu tiên sử dụng để chống ăn mòn và đảm bảo vệ sinh. Toàn bộ thiết kế cơ khí này không chỉ là sự lắp ráp các linh kiện, mà là kết quả của quá trình mô phỏng và kiểm nghiệm độ bền bằng phần mềm SolidWorks, đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru và an toàn dưới tải trọng thực tế.
2.1. Thiết kế bộ phận khung vỏ và giá đỡ nón chuyên dụng
Khung và vỏ máy đóng vai trò là bộ xương sống, liên kết và bảo vệ các thành phần bên trong. Nhóm sinh viên HCMUTE đã chọn nhôm định hình 30x30 làm vật liệu chính cho khung nhờ độ bền, tính đồng đều và khả năng chịu lực tốt. Vỏ máy được làm từ tấm mica 5mm, vừa đảm bảo tính thẩm mỹ, vừa dễ dàng quan sát hoạt động bên trong. Riêng bộ phận giá đỡ nón được gia công từ nhôm, thiết kế 4 trục theo hình elip để phù hợp với không gian bên trong nón, giữ nón cố định khi máy hoạt động. Theo tài liệu, bộ phận này đã được kiểm nghiệm độ bền bằng mô phỏng SolidWorks, chịu được tải trọng lên đến 6kg (tương đương 60N) ở trạng thái tĩnh mà không có biến dạng đáng kể, đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình vận hành.
2.2. Nguyên lý hoạt động của bộ phận truyền động cơ khí
Bộ phận truyền động quyết định chuyển động quay của nón. Hệ thống sử dụng động cơ giảm tốc 775 (120 vòng/phút), truyền động qua cặp Pully (tỉ số truyền 1:1) và sau đó đến cặp bánh răng (tỉ số truyền 4:1). Cụ thể, Pully thứ nhất nối với động cơ, truyền qua dây đai đến Pully thứ hai. Bánh răng nhỏ (20 răng) gắn đồng trục với Pully thứ hai sẽ dẫn động bánh răng lớn (80 răng) gắn với giá đỡ nón. Tính toán cho thấy, khi động cơ quay 120 vòng/phút, giá đỡ nón sẽ quay với tốc độ 30 vòng/phút. Đây là tốc độ tối ưu đã được tính toán để đảm bảo nước và dung dịch tẩy rửa được phân bố đều mà không gây hư hại cho nón. Toàn bộ cơ cấu được làm từ inox và nhôm để tăng độ bền và chống gỉ sét.
III. Hướng dẫn hệ thống điện và điều khiển tự động của máy giặt
Để tự động hóa hoàn toàn quy trình, hệ thống điều khiển điện đóng vai trò trung tâm, được xem là bộ não của mô hình máy giặt nón tự động. Trái tim của hệ thống này là bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX2N – 16MT – 001, một thiết bị mạnh mẽ và đáng tin cậy trong công nghiệp. PLC nhận tín hiệu từ các nút nhấn và giao diện HMI (Human Machine Interface) Wecon LEVI 700LC, sau đó xử lý và xuất lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành như động cơ, máy bơm, van điện từ và đèn UV. Giao diện HMI cho phép người dùng giám sát trạng thái và điều khiển máy một cách trực quan thông qua màn hình cảm ứng. Hệ thống điện sử dụng nhiều nguồn cấp khác nhau: nguồn 220VAC cho máy bơm áp suất cao, nguồn 24VDC cho PLC và relay, và nguồn 12VDC cho động cơ giảm tốc, máy bơm dung dịch và đèn UV. Tất cả các thiết bị được kết nối thông qua một sơ đồ mạch điện chi tiết, bảo vệ bằng CB và khởi động từ để đảm bảo an toàn. Giải pháp công nghệ này cho phép máy hoạt động linh hoạt ở cả hai chế độ tự động và thủ công, đáp ứng chính xác yêu cầu của một sản phẩm NCKH hiện đại và hiệu quả.
3.1. Vai trò của PLC Mitsubishi và HMI trong vận hành máy
PLC Mitsubishi FX2N – 16MT – 001 là trung tâm điều khiển chính, chịu trách nhiệm thực thi chương trình logic để vận hành tuần tự các bước giặt, sấy. Với 8 ngõ vào và 8 ngõ ra, PLC này đủ khả năng quản lý tất cả thiết bị của máy. Chương trình được nạp vào PLC sẽ quyết định thời gian quay, thời gian bơm nước, thời gian sấy và khi nào cần kích hoạt đèn UV diệt khuẩn. Màn hình HMI Wecon đóng vai trò là cầu nối giữa người dùng và máy. Thông qua HMI, người vận hành có thể khởi động/dừng chu trình, chọn chế độ, và theo dõi tiến trình hoạt động của máy một cách trực quan, thay vì chỉ sử dụng các nút nhấn cơ học.
3.2. Sơ đồ mạch điện và các thiết bị điện tử quan trọng
Hệ thống điện được thiết kế cẩn thận để đảm bảo an toàn và ổn định. Sơ đồ mạch cho thấy nguồn điện tổng 220V được cấp qua CB, sau đó chia ra các bộ nguồn tổ ong để chuyển đổi thành 24V và 12V. Các thiết bị quan trọng khác bao gồm: Máy bơm áp suất Honda (220V) dùng để xả sạch, máy bơm mini Sinleader (12V) dùng để bơm dung dịch giặt, động cơ giảm tốc 775 (12V) để quay mâm, và van điện từ khí nén để điều khiển hệ thống sấy. Relay trung gian được sử dụng làm tầng đệm, bảo vệ ngõ ra của PLC khỏi các tải công suất lớn. Toàn bộ hệ thống dây và thiết bị được bố trí gọn gàng trong tủ điện, có mô hình 3D và sơ đồ chi tiết trong báo cáo.
IV. Quy trình giặt nón bảo hiểm 4 bước của máy tự động SPKT
Điểm ưu việt của dự án Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Giặt Nón Bảo Hiểm chính là quy trình làm sạch khép kín và tự động hóa. Nguyên lý hoạt động máy giặt nón được thiết kế dựa trên 4 bước cơ bản, đảm bảo hiệu quả làm sạch tối ưu. Đầu tiên là bước xả nước làm ướt, loại bỏ sơ bộ bụi bẩn bám trên bề mặt. Tiếp theo, máy chuyển sang giai đoạn giặt chính, bơm dung dịch tẩy rửa chuyên dụng và phun đều vào bên trong và ngoài nón trong khi giá đỡ quay liên tục. Sau đó, hệ thống bơm áp suất cao sẽ xả sạch toàn bộ xà phòng và chất bẩn còn sót lại. Cuối cùng là bước quan trọng nhất: sấy khô nón bảo hiểm và khử khuẩn. Hệ thống van khí nén sẽ thổi luồng khí nóng để làm khô lớp lót, đồng thời đèn UV diệt khuẩn được kích hoạt để tiêu diệt 100% vi khuẩn và nấm mốc, giúp khử mùi nón bảo hiểm triệt để. Toàn bộ quy trình này có thể được thực hiện hoàn toàn tự động chỉ với một nút bấm (chế độ AUTO) hoặc điều khiển từng bước riêng lẻ (chế độ MANUAL), mang lại sự linh hoạt tối đa cho người sử dụng. Đây là một quy trình khoa học, vượt trội hơn hẳn so với phương pháp giặt tay thông thường.
4.1. Chế độ vận hành tự động AUTO và thủ công MANUAL
Máy cung cấp hai chế độ vận hành linh hoạt. Ở chế độ AUTO, người dùng chỉ cần đặt nón vào máy, chọn chế độ và nhấn nút ON. Máy sẽ tự động thực hiện toàn bộ chu trình từ xả, giặt, xả sạch, sấy đến khử khuẩn theo thời gian đã được lập trình sẵn trong PLC. Chế độ này phù hợp cho sự tiện lợi và nhanh chóng. Ngược lại, chế độ MANUAL cho phép người dùng toàn quyền kiểm soát từng công đoạn. Bằng cách sử dụng các nút nhấn riêng biệt cho XẢ, GIẶT, SẤY trên tủ điều khiển hoặc HMI, người dùng có thể lặp lại một bước nào đó nếu cần, ví dụ như sấy lâu hơn cho những chiếc nón quá ẩm. Sự linh hoạt này giúp máy đáp ứng được nhiều tình huống sử dụng khác nhau.
4.2. Giải pháp làm sạch sấy khô và khử mùi nón bảo hiểm
Giải pháp cốt lõi của máy nằm ở sự kết hợp của ba yếu tố: cơ học, hóa học và vật lý. Yếu tố cơ học là chuyển động quay của mâm nón và áp lực phun nước cao giúp đánh bật vết bẩn. Yếu tố hóa học là việc sử dụng dung dịch giặt chuyên dụng được bơm tự động. Yếu tố vật lý là quá trình sấy khô nón bảo hiểm bằng khí nén và khử mùi nón bảo hiểm bằng đèn UV diệt khuẩn. Đặc biệt, đèn UV sử dụng tia UVC có khả năng phá hủy DNA của vi sinh vật, tiêu diệt vi khuẩn và nấm mốc mà không cần hóa chất, đảm bảo an toàn cho da đầu. Sự kết hợp này tạo ra một quy trình vệ sinh nón bảo hiểm toàn diện, mang lại kết quả sạch sẽ, khô ráo và thơm tho.
V. Đánh giá kết quả và hướng phát triển máy giặt nón bảo hiểm
Sau quá trình thiết kế, chế tạo và thử nghiệm, dự án Nghiên Cứu Chế Tạo Máy Giặt Nón Bảo Hiểm của nhóm sinh viên SPKT sáng tạo đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận. Mô hình phần cứng đã được chế tạo thành công, và chương trình điều khiển hoạt động ổn định, đáp ứng đúng các yêu cầu đề ra ban đầu. Nhóm đã nắm vững cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của hệ thống cơ điện tử phức tạp. Tuy nhiên, qua các lần thử nghiệm, tài liệu cũng thẳng thắn chỉ ra một số hạn chế cần khắc phục như tiếng ồn từ động cơ, hệ thống ống nước còn thô sơ và hiện tượng rò rỉ nước ban đầu. Những vấn đề này đã được xử lý một phần nhưng vẫn cần cải tiến thêm. Hướng phát triển trong tương lai rất rộng mở. Nhóm đề xuất cải thiện quy trình sấy để tối ưu hiệu quả, giảm kích thước tổng thể của máy để tăng tính di động, và sử dụng vật liệu cao cấp hơn để tăng độ bền. Xa hơn, việc tích hợp công nghệ thông minh như IoT để điều khiển qua smartphone và trí tuệ nhân tạo (AI) để tự động nhận diện độ bẩn là những bước đi tiềm năng, hứa hẹn đưa sản phẩm NCKH này tiến gần hơn đến việc thương mại hóa và phục vụ cộng đồng.
5.1. Kết quả đạt được và những hạn chế trong thử nghiệm
Kết quả lớn nhất là nhóm đã chế tạo thành công một mô hình máy giặt nón tự động hoạt động được, chứng minh tính khả thi của ý tưởng. Máy đã thực hiện được đầy đủ các chức năng giặt, sấy, khử khuẩn. Video thử nghiệm cho thấy máy vận hành đúng theo lưu đồ giải thuật đã lập trình. Tuy vậy, hạn chế được ghi nhận bao gồm máy còn rung và ồn, áp suất nước ban đầu chưa đạt yêu cầu và lồng giặt bị rò rỉ. Mặc dù các lỗi này đã được khắc phục, chúng cho thấy cần có sự tính toán kỹ lưỡng hơn về vật liệu và lắp ráp trong các phiên bản sau để đảm bảo độ hoàn thiện công nghiệp.
5.2. Tiềm năng thương mại hóa và các cải tiến trong tương lai
Hướng phát triển của đề tài rất khả quan. Sản phẩm có thể được cải tiến để trở thành máy giặt nón thương mại đặt tại các bãi giữ xe, tòa nhà văn phòng, hoặc trạm dừng chân. Các cải tiến được đề xuất bao gồm: Tối ưu hóa hiệu quả năng lượng, sử dụng vật liệu chống va đập và nhẹ hơn, thiết kế giao diện thân thiện hơn. Đặc biệt, việc tích hợp các công nghệ 4.0 như IoT để người dùng có thể đặt lịch giặt và thanh toán trực tuyến sẽ là một bước đột phá. Nghiên cứu sâu hơn về các loại dung dịch giặt-sấy an toàn và hiệu quả cũng là một hướng đi cần thiết để hoàn thiện giải pháp công nghệ này, đưa sản phẩm từ một đồ án tốt nghiệp cơ khí trở thành một thiết bị hữu ích trên thị trường.
10/07/2025
TÀI LIỆU LIÊN QUAN
Bạn đang xem trước tài liệu:
Đồ án cơ điện tử nghiên cứu chế tạo máy giặt nón bảo hiểm