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

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHA CÀ PHÊ
TỰ ĐỘNG

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. NGUYỄN THẾ TRANH
NGUYỄN DUY MẪN
NGUYỄN BẢO NGỌC
Số thẻ sinh viên : 101120355
101120333

Đà Nẵng, 06/2017


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

LỜI NĨI 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 khơng thể nằm

ngồi tiến trình đó được. Khi khơng bắt kịp cơng 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 hồn tồn có thể
thực hiện các máy hoạt động tương tự như các máy nhập khẩu với giá thành khá thấp,
trình độ cơng nhân nước ta có thể thực hiện chế tạo các thiết bị loại vừa và nhỏ địi 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 vơ 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 tơi 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 tơi 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

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

i


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 cơng trình, thời gian, địa điểm cơng bố .

3. Mọi sao chép không hợp lệ , vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tơi xin chịu
hồn tồn trách nhiệm.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Bảo - Nguyễn Duy Mẫn

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

ii


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

iii


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 TỐN 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

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

iv


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

v


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 ngun 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 thơng thường .......................................................... 11
HÌNH 2.7 Trục dẫn đường mơ 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
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

vi


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 hồn chỉnh 3D ............................................................................. 20
HÌNH 2. 23 Ray trươt dẫn hướng............................................................................... 20

HÌNH 2.24 Cơ cấu cấp đường và bột café hịa tan ..................................................... 21
HÌNH 2.25 Cơ cấu cấp bột café xay mơ 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 hồn chỉnh ........................................................................ 25
HÌNH 2.31 Cơ cấu pha café phin hồn chỉnh ............................................................. 26
HÌNH 2.32 Lưới lọc cà phê........................................................................................ 27
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

vii


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

HÌNH 2.33 Kết cấu hồn 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 thơng 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 Thơng 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
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

viii


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 Mơ tả tương quan giữa quá trình điện và quá trình cơ của động cơ bước . 58
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

ix


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 khơng
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 tốn điều khiển .................................................................. 63

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

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

x


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 khơng 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 khơng 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 cịn 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 khơng 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,
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

1


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

pháp…. Với nhiều mẫu mã, kích thước khác nhau. Nhưng giá thành của các máy đó
rất đắt, những hộ gia đình khơng thể sắm về, hay các qn cà phê nhỏ khơng 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.

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

2


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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, cơng ty hay qn 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.
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

3

Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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).

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

4


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 thơng số kỹ thuật chung của máy thiết kế

- Máy có các thơng 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.

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

5


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

+ 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 khơng cần phải làm gì ngồi
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

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

6


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 u 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.
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

7


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 ngun lí máy
Trong đó:
(1) Bộ phận khuấy
(2) Bộ phận cấp ly
(3)
(4)
(5)
(6)

Bộ phận cấp cà phê hòa tan
Bộ phận cấp đường
Bộ phận phin pha cà phê xay
Bộ phận gia nhiệt

(7) Bộ phận chứa nước lọc
(8) Bơm
(9) Bộ phận cấp cà phê bột
(10) Tay chuyển ly

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

8


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 khơng có bộ phận giữ ly…
- Sử dụng tay quay:

Hình 2.4 Tay quay

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

9

Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 khơng 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.

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

10

Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

Hình 2.6 Phương pháp cấp liệu thơng 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 u 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.
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

11

Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

Hình 2.7 Trục dẫn đường mơ 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.
b. Cơ cấu cấp bột :
- Bột cà phê khó bảo quản, rất dễ ẩm mốc nên nếu bảo quản khơng tốt thì thời
gian sử dụng ngắn, khơng đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Cơ cấu cấp bột cần được thiết kế khoa học và chế tạo chính xác để máy hoạt động
hiệu quả hơn.

Hình 2.8 Thiết bị đong đếm có cùng 1 thể tích
SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

12


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 khơng để cấp nước lạnh đến ấm nước, vì bơm khơng cần mồi nước
ban đầu.

Hình 2.9 Bơm

b. Cấp nước nóng:
Vì nước ở dạng lỏng và mực nước trong bình nấu khơng thay đổi q 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.

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

13


Tên đề tài : Thiết kế và chế tạo máy pha cafe tự động

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 trịn 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)

SVTH : Nguyễn Duy Mẫn - Nguyễn Ngọc Bảo

GVHD : Th.S Nguyễn Thế Tranh

14