Sâu điện từ đục đất

PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Với mục tiêu nghiên cứu làm giảm sự lãng phí do thiếu đồng bộ khi xây dựng các kết cấu hạ tầng, ví dụ một con đường đẹp mới được hoàn thành, lại thấy đường bị đào lên để chôn đường ống nước, dây điện... việc này vừa gây lãng phí rất lớn, gây mất mĩ quan đô thị, phá hỏng con đường vừa đưa vào sử dụng, gây ô nhiễm môi trường .v.v. hoặc là một thiết bị quan trọng sử dụng để phá hủy bom mìn trong lòng đất, khi không chắc chắn sẽ đào lên được; hoặc xử lý các ổ mối ở trong đê; hoặc xác định khoáng sản v.v. Trước những vấn đề cấp bách trên, nhóm nghiên cứu của chúng em nghĩ đến giải pháp đục ngang xuyên đất bằng thiết bị mới để giải quyết những vấn đề vừa đề cập đến. Vấn đề đào ngang xuyên đất đã được các nhà khoa học nghiên cứu và chế tạo ra nhiều loại máy khác nhau. Nếu khoảng xuyên ngắn thì người ta sử dụng các máy khoan đất với kết cấu va đập cơ khí (vừa quay mũi khoan vừa rung búa đóng), với khoảng dài thì thường sử dụng pittông nén khí để ép đầu đục theo phương ngang tạo lực va đập, hoặc dùng các cơ cấu rung va đập sử dụng bánh lệch tâm do nhà bác học Tsaplin đề xuất, với thiết bị này thì đầu ép luôn bị lệch hướng và bị chuyển hướng (bị đùn sang hướng khác). Các máy thương mại này có giá thành cao, kích thước cồng kềnh, khi hoạt động cần có một địa hình rộng để có thể vận hành, đào hố đặt máy ... Ở Việt Nam đã có một số đề tài khoa học nghiên cứu về cơ cấu rung va đập dùng cho máy đục ngang có kích thước nhỏ gọn như: Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ Nghiên cứu phát triển mô hình động lực học phi tuyến của cơ cấu rung va đập dùng ống Sôlênôít trong mạch cộng hưởng RLC, ứng dụng cho các máy rung va đập yêu cầu kích thước nhỏ gọn của tác giả Nguyễn Văn Dự Đại Học Thái Nguyên. Đề tài luận văn thạc sỹ Động lực học cơ cấu rung RLC của tác giả La Ngọc Tuấn Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Vinh2009... Các đề tài đã khảo sát mạch cộng hưởng RLC nghiên cứu tương tác giữa ống dây mang dòng điện, khảo sát lực tương tác giữa một ống dây với một lõi sắt và sử dụng lực tương tác do va đập của cuộn dây với chốt chặn. Từ những nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học, nhóm chúng em nhận thấy cần nghiên cứu một cơ cấu điện từ đục ngang nhỏ gọn, hoạt động dựa trên nguyên tắc hút đẩy của mạch điện từ theo kiểu sâu đục đất, chúng em gọi là Sâu điện từ đục đất.

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI TRƯỜNG THPT NGUYỄN GIA THIỀU - QUẬN LONG BIÊN **** - ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014-2015) Tên đề tài: SÂU ĐIỆN TỪ ĐỤC ĐẤT Lĩnh vực: Kỹ thuật điện & khí NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS Trần Minh Thi - Đơn vị công tác: Trường ĐHSP Hà Nội 2.ThS Nguyễn Nguyệt Huệ - Đơn vị công tác: THPT Nguyễn Gia Thiều TÁC GIẢ Lưu Tùng Hải Phạm Bình Minh Lớp: 12A3 Trường THPT Nguyễn Gia Thiều MỤC LỤC PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI PHẦN II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI Tổng quan vấn đề nghiên cứu PHẦN III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Quá trình tiến hành thực nghiệm 1.1 Tiến hành thí nghiệm tượng cảm ứng điện từ, cấu điện từ hút đẩy dùng cuộn dây .4 1.2 Tìm kiếm phương án tạo lực điện từ mạnh 2.1 Sơ đồ nguyên lý "Sâu điện từ đục đất" 15 2.2 Nguyên lý hoạt động cấu 15 2.3 Hoàn thiện cấu 15 Hướng nghiên cứu .20 PHẦN IV: KẾT LUẬN 21 Tài liệu tham khảo 22 PHẦN I: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Với mục tiêu nghiên cứu làm giảm lãng phí thiếu đồng xây dựng kết cấu hạ tầng, ví dụ đường đẹp hồn thành, lại thấy đường bị đào lên để chơn đường ống nước, dây điện việc vừa gây lãng phí lớn, gây mĩ quan thị, phá hỏng đường vừa đưa vào sử dụng, gây ô nhiễm môi trường v.v thiết bị quan trọng sử dụng để phá hủy bom mìn lịng đất, khơng chắn đào lên được; xử lý ổ mối đê; xác định khoáng sản v.v Trước vấn đề cấp bách trên, nhóm nghiên cứu chúng em nghĩ đến giải pháp đục ngang xuyên đất thiết bị để giải vấn đề vừa đề cập đến Vấn đề đào ngang xuyên đất nhà khoa học nghiên cứu chế tạo nhiều loại máy khác Nếu khoảng xuyên ngắn người ta sử dụng máy khoan đất với kết cấu va đập khí (vừa quay mũi khoan vừa rung búa đóng), với khoảng dài thường sử dụng pit-tơng nén khí để ép đầu đục theo phương ngang tạo lực va đập, dùng cấu rung va đập sử dụng bánh lệch tâm nhà bác học Tsaplin đề xuất, với thiết bị đầu ép ln bị lệch hướng bị chuyển hướng (bị đùn sang hướng khác) Các máy thương mại có giá thành cao, kích thước cồng kềnh, hoạt động cần có địa hình rộng để vận hành, đào hố đặt máy Ở Việt Nam có số đề tài khoa học nghiên cứu cấu rung va đập dùng cho máy đục ngang có kích thước nhỏ gọn như: Đề tài nghiên cứu khoa học cấp "Nghiên cứu phát triển mơ hình động lực học phi tuyến cấu rung va đập dùng ống Sơ-lê-nơ-ít mạch cộng hưởng RLC, ứng dụng cho máy rung va đập yêu cầu kích thước nhỏ gọn" tác giả Nguyễn Văn Dự - Đại Học Thái Nguyên Đề tài luận văn thạc sỹ "Động lực học cấu rung RLC" tác giả La Ngọc Tuấn- Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Vinh-2009 Các đề tài khảo sát mạch cộng hưởng RLC nghiên cứu tương tác ống dây mang dòng điện, khảo sát lực tương tác ống dây với lõi sắt sử dụng lực tương tác va đập cuộn dây với chốt chặn Từ nghiên cứu trước nhà khoa học, nhóm chúng em nhận thấy cần nghiên cứu cấu điện từ đục ngang nhỏ gọn, hoạt động dựa nguyên tắc hút đẩy mạch điện từ theo kiểu sâu đục đất, chúng em gọi "Sâu điện từ đục đất" PHẦN II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI Tổng quan vấn đề nghiên cứu Để chế tạo "Sâu điện từ đục đất" nhóm nghiên cứu suy nghĩ, tìm hiểu nguyên tắc hoạt động cấu để đục theo phương ngang Dựa kiến thức từ trường, cảm ứng điện từ học Vật Lý 11, chúng em thấy đặt nam châm vĩnh cửu trước ống dây có dịng điện chạy qua, lực điện từ xuất khiến nam châm tương tác với ống dây Thơng qua việc đảo chiều dịng điện nam châm hút vào đẩy liên tục Quá trình nghiên cứu thực nghiệm, để tạo lực tác động đủ mạnh phải kết hợp ống dây mạch từ tác động lên trục từ (làm thép kĩ thuật điện), sử dụng hai ống dây lắp đặt cho đường nối tâm hai ống trùng Quá trình di chuyển hút - đẩy tự động hệ thống gồm hai rơ le đóng ngắt mạch điện, có chức điều khiển nguồn điện cung cấp cho hai ống dây Hai rơ le hoạt động nhịp nhàng giúp lõi thép chuyển động tuần hồn Ở phía đầu lõi thép ta đặt chốt chặn để thu lực va đập Sử dụng hệ thống lò xo thép tạo ngàm, đẩy vào đất tạo phản lực cho cấu tác động vào mũi đục chuyển động tịnh tiến theo khoảng hành trình (x) Khi trục từ bị hút ngược trở lại, nhờ lò xo, cấu ngàm mũi đục va đập vào vỏ, đẩy cấu tiến khoảng (x) Quá trình diễn liên tục khiến cho cấu đục sâu vào đất giống sâu bò dần, bò dần vào đất Điểm sáng tạo đề tài Đề tài nghiên cứu cấu hoạt động mơ hình "Sâu điện từ đục đất" Hiện thị trường chưa có thiết bị đục đất theo phương ngang với nguyên lý hút - đẩy điện từ Các nghiên cứu trước khảo sát lực tương tác lõi thép với ống dây, khảo sát nguyên lý tạo lực va đập "Sâu điện từ đục đất" hoạt động tự động thơng qua hai rơ le đóng ngắt hành trình kết hợp với rơ le trung gian (hoặc khởi động từ) để điều khiển nguồn điện cung cấp cho hai cuộn dây Cuộn dây có mạch từ nên từ tính thu lớn, tác động lên trục từ tạo va đập đủ mạnh “Sâu điện từ đục đất” có kích thước nhỏ gọn, dễ áp dụng vào sống, giá thành sản phẩm thấp, mang nhiều ưu việt cần thiết nhiều lĩnh vực đời sống văn minh đại, đưa vào sản xuất hàng loạt cung cấp cho thị trường để giải vấn đề nêu PHẦN III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Nhóm nghiên cứu tiến hành tổng cộng 10 thí nghiệm, thơng qua kết thí nghiệm trước chúng em đánh giá ưu nhược điểm, tiến hành thí nghiệm sau để khắc phục nhược điểm thí nghiệm trước đưa phương án khả thi Tồn q trình nghiên cứu thực nghiệm chúng em diễn theo sơ đồ tư sau: Đào ngang đường để chôn ống nước hay đặt dây điện … … Gây hạn chế: Giao thông ùn tắc; công nhân sử dụng lao động phổ thông; mỹ quan; làm bụi bẩn, ô nhiễm … Máy tạo rung, va đập thực tế Cơ cấu cam, khoan xuyên Loại Nén khí Kết cấu cồng kềnh, môi trường ồn ào, nhiên liệu lớn Thiết bị đào xuyên ngang đường nhỏ gọn Lõi từ di chuyển cuộn dây có mạch từ Biên độ lực va đập tốt Nghiên cứu giải pháp điện từ sử dụng lõi sắt lõi sắt cuộn dây Vật lý lớp 11 Cơ cấu hút đẩy Điện- Từ Hiện tượng cảm ứng điện từ Định luật Lenxo Lõi từ di chuyển cuộn dây không mạch từ Biên độ nhỏ, cuộn dây nóng Loại lõi sắt cuộn dây Phải thiết kế có lị xo kéo lại, sau đóng điện để tạo di chuyển lõi từ Khơng có đồng hút đẩy Tự động đóng hút đẩy thơng qua cuộn dây Chọn Loại Quá trình tiến hành thực nghiệm 1.1 Tiến hành thí nghiệm tượng cảm ứng điện từ, cấu điện từ hút đẩy dùng cuộn dây Trong phần này, nhóm nghiên cứu tiến hành thí nghiệm khảo sát cấu hút - đẩy cuộn dây có dịng điện chạy qua Qua thí nghiệm nhóm thu chuyển động tuần hoàn lõi nam châm, lực tương tác lõi nam châm chưa mạnh mong muốn (thí nghiệm 6) Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Hiểu chứng minh lại thực nghiệm tượng cảm ứng điện từ Bố trí thí nghiệm: Ống dây nối với Ampe kế tạo thành mạch điện kín Cho nam châm dịch chuyển lịng ống dây để từ thông biến thiên qua ống dây Kết quả: + Kim Ampe kế dịch chuyển sang giá trị khác không, chứng tỏ ống dây xuất suất điện động cảm ứng, mạch kín có dịng điện chạy qua Hình 1.1 thí nghiệm tượng cảm ứng điện từ Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Từ tượng cảm ứng điện từ, chúng em suy nghĩ đến thí nghiệm ngược, liệu có dịng điện chạy qua ống dây nam châm có chuyển động khơng? Bố trí thí nghiệm: Nam châm đặt lòng ống dây, ống dây nối với máy biến thế, mắc qua đi-ốt để tạo dòng điện chiều, sau nối với cơng tắc thành mạch kín Điện áp cấp cho cấu với giá trị thay đổi U=6V; 9V; 12V; 24V Bật công tắc cho dòng điện chiều vào ống dây để tạo nam châm điện, thay đổi giá trị hiệu điện theo hướng tăng dần Quan sát tương tác ống dây với lõi nam châm Kết quả: + Lõi nam châm đặt lịng ống dây, khơng quan sát tương tác + Đặt lõi nam châm lệch phía ống dây, có tương tác lõi nam châm ống dây Tăng dần hiệu điện đến 24V ta thấy lõi nam châm dịch chuyển, nhiên nam châm dịch chuyển khoảng nhỏ, khó quan sát Nguyên nhân: Do nam châm làm thí nghiệm có từ tính nhỏ, mặt khác nam châm chuyển động lịng ống dây có ma sát lớn, nên khó quan sát dịch chuyển Giải pháp khắc phục: Tìm mua loại nam châm có từ tính lớn, đồng thời bố trí hai đầu ống dây hai vòng bi để giảm ma sát Sau bố trí giảm ma sát, thí nghiệm quan sát rõ ràng Cho dòng điện vào ống dây, lõi nam châm bị hút mạnh phía làm cho ống dây bị đổ xuống Hình 1.2 lõi nam châm tương tác với ống dây có dịng điện chạy qua, lõi nam châm bị hút mạnh phía, chuyển động nhanh khiến ống dây bị đổ xuống Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Khi có dịng điện qua ống dây ống dây tương tác với nam châm Nếu đổi chiều dịng điện liên tục liệu nam châm có chuyển động qua lại lịng ống dây khơng? Bố trí thí nghiệm: tương tự thí nghiệm Tiến hành đảo chiều dịng điện liên tục công tắc nguồn để lõi nam châm bị hút đẩy liên tục dịch chuyển tuần hoàn Kết quả: Lõi nam châm dịch chuyển phía dừng lại, dù có đảo chiều liên tục tăng hiệu điện đặt vào ống dây Nguyên nhân: đóng điện, nam châm bị đẩy lệch hẳn phía, đảo chiều dịng điện nam châm bị hút trở lại Nhưng lực từ xuất cịn yếu nên khơng thắng lực ma sát để kéo lõi nam châm quay trở lại vị trí ban đầu Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Khi lõi nam châm bị đẩy lệch khỏi ống dây, đảo chiều dịng điện xuất lực từ tác dụng lên nam châm, kết hợp với lực đàn hồi kéo lị xo liệu có tạo dịch chuyển tuần hồn nam châm khơng? Bố trí thí nghiệm: Lõi nam châm đặt lịng ống dây giảm ma sát vòng bi Để khơng phải đảo chiều dịng điện, nhóm thay nguồn điện chiều thí nghiệm 2, nguồn điện xoay chiều mạng điện sinh hoạt có hiệu điện hiệu dụng 220V, tần số 50Hz Dùng số ống dây khác với đường kính dây 0,5mm, số vịng thay đổi với thơng số 1000 vòng, 2000 vòng, 2800 vòng 4600 vòng, đồng thời liên kết lõi nam châm với lò xo dãn để lõi nam châm bị lệch xuất lực đàn hồi kéo lõi nam châm trở lại Hệ thống dao động, lò xo liên tục kéo dãn dao động theo Kết quả: + Khi đóng điện lõi nam châm dịch chuyển tuần hoàn liên tục Chuyển động lõi nam châm tương đối nhanh với biên độ dao động khoảng 5mm + Lõi nam châm dịch chuyển chưa phút ống dây nhanh chóng bị nóng lên Thí nghiệm cho thấy số vịng dây tăng lên đến 4600 vịng ống dây nóng, khơng nóng ống dây có số vịng 1000 vịng Ngun nhân: Do có dịng xoay chiều biến đổi qua khối vật dẫn vịng bi, nam châm, từ thơng biến đổi, vật dẫn xuất dịng điện Fu-cơ làm cho khối vật dẫn nóng lên Đồng thời dây có điện trở, điện trở nhỏ, nên nối trực tiếp với nguồn 220V-50Hz cường độ qua ống dây lớn, gần gây nên tượng đoản mạch, nên dây tỏa nhiệt hiệu ứng Jun - Lenxơ Mặc dù số vòng ống dây tăng lên điện trở ống dây tăng, tăng không nhiều Giải pháp khắc phục: giảm hiệu điện đặt vào ống dây, giảm tiết diện dây quấn, đồng thời tăng số vòng dây quấn ống dây Hình 1.3 Ống dây tương tác với lõi nam châm nối ống với nguồn xoay chiều Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Muốn lõi nam châm dịch chuyển tuần hoàn thời gian dài cần giảm dịng điện Fu-cơ Nếu hạ điện áp đặt vào ống dây liệu tượng nóng nên có giải quyết? Bố trí thí nghiệm: Cuộn dây có đường kính tiết diện dây quấn 0,2mm; số vịng dây khoảng 4600 vòng Hệ thống cuộn dây đặt xe lăn, xe lăn bố trí đường rãnh dẫn hướng để xe lăn chuyển động tự Một đầu xe giữ lò xo dãn Lõi nam châm đặt lệch khỏi cuộn dây nối Hình 1.4 Cơ cấu điện từ hút-đẩy dùng với lò xo dãn khác Dùng nguồn cuộn dây xoay chiều có hiệu điện nhỏ U=12V; U=24V Kết thí nghiệm: + Cho dòng điện chạy qua ống dây, nam châm bị hút vào lị xo xuất lực đàn hồi có xu hướng kéo nam châm trở lại vị trí ban đầu Khi dịng điện đổi chiều, ống dây xuất lực từ đẩy nam châm Dòng điện đổi chiều liên tục khiến cho cấu hoạt động nhẹ nhàng, liên tục + Cuộn dây khơng bị nóng lên dù hoạt động thời gian dài + Biên độ dao động lõi nam châm chưa mạnh, khoảng 3mm Khi thay hiệu điện hoạt động mức cao 24V lõi nam châm dao động thời gian dài mà ống dây nóng lên khơng đáng kể Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Trong thí nghiệm 5, nối lò xo dãn với nam châm ta có thu chuyển động tuần hồn lõi nam châm, bố trí phương thức thu lực tương tác khó Liệu thay lị xo dãn kể lò xo nén bố trí lịng ống dây? Khi đầu cịn lại nam châm dễ dàng thu lực va đập Bố trí thí nghiệm: Cuộn dây, nam châm hiệu điện giữ thí nghiệm Bố trí lõi nam châm lệch khỏi ống dây đoạn cách đầu ống dây chặn mẩu lò xo nén Khi lõi nam châm dịch chuyển sâu vào lòng ống dây, lò xo xuất lực đàn hồi, đẩy lõi nam châm ra, chiều dòng điện thay đổi, lực điện từ lại hút nam châm vào Kết thí nghiệm: + Lõi nam châm dịch chuyển tuần hoàn, liên tục, biên độ dao động khoảng 5mm Gắn thêm vào đầu nam châm mũi đinh, ta thu lực va đập vào đầu mảnh gỗ chặn phía trước, khiến mảnh gỗ chuyển động + Tuy nhiên lực va đập thu chưa đủ mạnh để đục đất, nhóm tiếp tục phải nghiên cứu để chế tạo cấu có khả làm việc tốt Hình 1.5 Hoạt động cấu điện từ hút - đẩy 10 1.2 Tìm kiếm phương án tạo lực điện từ mạnh Trong thí nghiệm trên, lõi nam châm chuyển động tạo lực tương tác Vì dùng nam châm vĩnh cửu nên từ tính khơng mạnh Do nhóm nghiên cứu suy nghĩ đến phương án dùng nam châm điện để tạo lực tương tác lớn Lõi thép kĩ thuật điện đặt từ trường bị từ hóa biến thành nam châm Khi đặt lõi thép kĩ thuật điện lịng ống dây giúp làm tăng từ tính cho ống dây mang dòng điện Khi dòng điện đi, lõi thép nhanh chóng từ tính Khi hệ thống lõi thép kĩ thuật điện bố trí thành mạch kín giúp khép vịng từ thơng qua lõi thép tốt so với khép vòng qua khơng khí Dựa lý thuyết nhóm chế tạo cấu gồm ống dây ghép thép kĩ thuật điện bên bên hệ thống thép kĩ thuật khác bố trí đồng trục Trong phần nhóm tiến hành tổng cộng thí nghiệm sau: Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Thử nghiệm với nam châm điện để khảo sát lực tương tác nhằm mục đích thu lực va đập lớn Bố trí thí nghiệm: Dùng thép kĩ thuật điện, ghép lại thành lõi thép kẹp chặt hai ray trượt nhằm làm giảm ma sát Hai ray tận dụng từ ngăn kéo bàn cũ Nối đầu ray với lò xo dãn để giúp tạo lực đàn hồi kéo lõi thép ngược trở lại Ống dây khoảng 4600 vòng, dùng loại dây 0,5mm Nguồn điện cung cấp nguồn xoay chiều có hiệu điện U=110V Toàn ống dây bao bên thép kĩ thuật điện giúp khép vòng từ thơng, giảm từ trở khơng khí Tiến hành thí nghiệm: Ban đầu lõi thép kĩ thuật điện đặt lệch phía so với ống dây Cho dịng điện chiều qua, lõi thép bị hút mạnh vào Đổi chiều dịng điện cơng tắc đảo chiều, lúc lõi thép lại bị hút ngược lại Liên tục đảo chiều dòng điện ta thu chuyển động tuần hoàn lõi thép Nhận xét: + Lực tương tác lõi thép mạnh nhiều so với thí nghiệm + Chuyển động lõi thép nhanh tạo lực mạnh, nên sử dụng để tạo lực cho mũi đục cấu đục ngang + Cuộn dây lõi thép nóng lên Nhược điểm: 11 Khi dùng cấu có cuộn dây, ta ln phải dùng lị xo hỗ trợ kéo lõi thép Do ống dây hút lõi thép phía trước lị xo lại xuất lực đàn hồi kéo lõi thép trở lại Lực ngăn cản chuyển động, làm cho lực va đập lõi thép giảm Ở thí nghiệm khơng có đồng hút đẩy Hình 1.6 Các thép kĩ thuật điện lấy từ thiết bị có sẵn Hình 1.7 Các thép cắt theo hình dạng mong muốn kéo chuyên dụng Hình 1.8 Ống dây với đầu nối với số vịng khác Hình 1.9 Hệ thống ray trượt giúp giảm ma sát Hình 1.10 Ống dây gắn thép kĩ thuật điện hai bên nhằm khép vòng đường sức từ tốt 12 Hình 1.12 Bố trí thí nghiệm Hình 1.11 Lõi thép kĩ thuật điện kẹp hệ thống ray Thí nghiệm Lý thí nghiệm: cần tạo cấu hút đẩy thay cho lị xo Nếu ta bố trí thêm cuộn dây khác đồng trục để tạo lực kéo cho lõi thép khơng cịn xuất lực cản trở chuyển động Như lực tương tác mạnh cấu đục khả thi Bố trí thí nghiệm: + Sử dụng hai ống dây ghép đồng trục với Các ống dây bao bên thép kĩ thuật điện Lõi từ gồm khối thép kĩ thuật điện ghép hai ray dẫn hướng Dây dẫn cuộn dây đấu vào nguồn điện thông qua công tắc tắt, mở Hình 1.13 Lắp ráp hệ thống ống dây hai lõi thép, dòng điện cung cấp nguồn xoay chiều 220V thông qua hai công tắc điều chỉnh đóng ngắt 13 + Ban đầu đặt lệch lõi thép phía ống dây 2, bật cơng tắc cấp dịng cho ống dây 1, sau tắt dịng ống dây lại cung cấp dòng cho ống dây Dòng điện cung cấp cho cuộn dây qua cơng tắc đóng ngắt Kết thí nghiệm: + Khi ống dây có điện, trục từ bị hút phía ống dây Đổi cơng tắc cấp điện cho ống dây trục từ lại bị hút phía ống dây Liên tục tắt, bật công tắc cách luân phiên, ta thu chuyển động qua lại tuần hoàn trục từ + Trục từ chuyển động sau thời gian dài mà cuộn dây khơng bị nóng lên Lực từ đập vào mảnh gỗ chắn phía trước tương đối mạnh, cần lực lớn để giữ mảnh gỗ đứng yên Nhược điểm: Phải có người dùng tay điều khiển hai cơng tắc đóng ngắt mạch điện Thí nghiệm Lý thí nghiệm: Cần tìm phương án thay cơng tắc đóng ngắt mạch điện thủ cơng thí nghiệm Giải pháp sử dụng rơ le đóng ngắt mạch điện cuộn dây cách tự động Bố trí thí nghiệm: + Bố trí thí nghiệm 8, dây dẫn đấu từ nguồn điện, qua rơ le đóng ngắt, nối với cuộn dây Rơ le bố trí lệch Khi trục từ bị hút lệch bên cuộn dây B, chuyển động sang trái, chạm vào rơ le (1) rơ le (1) đóng, đồng thời rơ le (2) lại mở khiến cho dòng điện chạy qua cuộn dây A, cuộn B bị ngắt điện Lúc trục từ lõi thép lại bị hút ngược phía A Khi trục từ chạy tới đóng rơ le (2) dịng lại chạy qua cuộn B khơng có dịng qua A Trục từ lại bị hút ngược lại + Nguồn điện sử dụng thí nghiệm nguồn xoay chiều 220V-50Hz, giúp cho việc cung cấp điện tiện lợi Kết thí nghiệm: + Trục từ chuyển động sang phía, sau dừng lại khơng chuyển động tiếp + Mắc đầu trục từ vào lị xo kéo, đóng mạch điện, lúc trục từ chuyển động tuần hoàn Lực tương tác mạnh, đồng thời cấu hoạt động liên tục thời gian dài mà khơng bị nóng lên 14 Hình 1.14 Rơ le đóng ngắt nguồn điện cho cuộn dây Cuộn dây B Cuộn dây A Rơ le (1) mắc với cuộn dây A Rơ le (2) mắc với cuộn dây B Hình 1.15 Thí nghiệm sử dụng rơ le đóng ngắt mạch điện Nhược điểm: + Khi trục từ chuyển động đẩy vào cần rơle (1) cuộn dây A đóng điện, rơ le (2) ngắt điện Khi trục từ bị hút trở lại phía cuộn dây A Trong giai đoạn trục từ chưa chạm vào cần để đóng rơ le (2) rơ le (1) mở, khơng có dịng điện qua cuộn dây Như trục từ có giai đoạn chuyển động theo qn tính mà khơng có lực hút từ phía Do trục ray có ma sát nên trục từ không vượt qua điểm chết để chuyển động đến đóng rơ le (2) Để trì 15 chuyển động cần có lị xo để xuất lực đàn hồi kéo trục từ qua điểm chết Như thí nghiệm chưa khắc phục nhược điểm thí nghiệm + Rơ le đóng điện trực tiếp cho cuộn dây, dòng điện qua rơ le lớn nên rơ le dễ bị cháy tiếp điểm Thí nghiệm 10 Lý thí nghiệm: Tìm phương án để khắc phục giai đoạn chuyển động theo quán tính thí nghiệm giảm việc rơ le bị cháy Hình 1.16 Khởi động từ Bố trí thí nghiệm: Sơ đồ thí nghiệm 9, nhiên rơ le mắc với cuộn dây, nối với khởi động từ Khởi động từ dùng để đóng mở cho thiết bị có cơng suất lớn Khi trục từ chuyển động đóng rơ le (1) khởi động từ điều khiển cho dòng điện qua cuộn dây A Dòng điện trì trục từ chuyển động tới đóng rơ le (2), cung cấp điện cho cuộn dây B Nhờ trì mà hai cuộn dây ln có dịng điện trục từ khơng bị chuyển động theo qn tính Kết thí nghiệm: Cơ cấu chuyển động nhịp nhàng, liên tục, lực va đập lớn, dùng trực tiếp dòng điện xoay chiều nên tiện lợi việc sử dụng + Như với kết thu nhóm nghiên cứu chế tạo thành cơng mơ hình cấu hút đẩy điện từ để tạo lực va đập mạnh, dùng để đục sâu vào đất Hoàn thiện cấu "Sâu điện từ đục đất" Hình 1.17 Cơ cấu lõi "Sâu điện từ đục đất" 16 2.1 Sơ đồ nguyên lý "Sâu điện từ đục đất" Dựa thành cơng thí nghiệm 10, chúng em suy nghĩ tới hướng hoàn thiện cấu Cơ cấu máy gồm phận sau: B A Hình 2.1 Hồn thiện cấu " Sâu điện từ đục đất" A cuộn dây A; B cuộn dây B Trục từ Vòng bi Cuộn dây Ống bảo vệ Mạch từ Rơ le phản lực cho cấu Mũi đục vỏ Cơ cấu hãm ngược Kết cấu va đập, giảm chấn 10 Thanh hút đẩy cấu hãm ngược Điều kiện hoạt động cấu cần phải đảm bảo xác mặt khí, đảm bảo đồng trục, đặc biệt chất lượng thép lỹ thuật điện, dây Kích thước cấu cần phải gọn nhẹ Các phận cấu tận dụng từ thiết bị, mô đun lắp rắp sẵn mạch từ, cuộn hút, lõi từ máy móc cũ, có sẵn thị trường nhằm giảm giá thành sản phẩm 2.2 Nguyên lý hoạt động cấu Khi cuộn dây A đóng điện, trục từ (1) bị hút tiến phía trước, đập vào kết cấu (5), đẩy mũi ống xuyên đất vào đất Đồng thời trước cuộn A có điện rơ le phản lực tác động chống đẩy cấu (9) bám vào thành đất, làm cho cấu va đập không bị đẩy lùi Sau va đập, cuộn A điện, cuộn B có điện hút trục quay ngược lại, đẩy kết cấu liên kết với vỏ ống chống vào thành đất, đẩy toàn khối cấu phía trước Cứ vậy, cấu di chuyển dần vào sâu đất Trong trình chuyển động, rơ le thực đóng ngắt điện cho phù hợp với khoảng di chuyển cấu 17 Do cấu tạo mũi đục thân cấu nên đất bị nén chặt sang thành bên cấu ta tạo lỗ đục có đường kính đường kính ngồi cấu 2.3 Hồn thiện cấu Mạch từ tận dụng từ linh kiện có sẵn, sử dụng rơ le rơ le trung gian kích thước nhỏ, gọn Vì cụm cấu 8,9 yêu cầu độ xác cao mặt gia cơng khí nên chúng em nghĩ đến giải pháp dùng cấu giống líp xe đạp nối với bánh xe để chế tạo cho "Sâu điện từ đục đất" chuyển động mặt đất Khi cấu chuyển động bánh xe chuyển động mặt ngang, nhờ có hệ thống líp nên bánh xe lõi cấu chuyển động theo chiều, ma sát bánh với mặt đất có vai trị ma sát vỏ sâu với đất Cuối chúng em chế tạo thành công "Sâu điện từ đục đất" cho thử nghiệm hoạt động cấu mặt đất, kiểm nghiệm lực va đập cấu Hình 2.2 mạch từ tận dụng từ linh kiện cũ, có sẵn thị trường Hình 2.3 gia cơng mặt gơng cho hai cuộn dây Hình 2.4 hai cuộn dây, mạch từ, trục từ sau ghép 18 Hình 2.5 hai rơ le điều khiển rơ le trung gian tự động cấp dịng cho hai cuộn dây Hình 2.6 lắp ráp lõi 'Sâu điện từ đục đất" Hình 2.7 mắc rơ le nối dây nguồn cho cuộn dây 19 Hình 2.8 cấp nguồn thử nghiệm hoạt động lõi cấu Hình 2.9 bánh xe giúp "Sâu điện từ đục đất " chuyển động mặt ngang Hình 2.10 mặt bích lắp phía đầu cấu Hình 2.11 Ống nhựa dùng gia cơng vỏ cấu 20 ... mạch điện từ theo kiểu sâu đục đất, chúng em gọi "Sâu điện từ đục đất" PHẦN II: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI Tổng quan vấn đề nghiên cứu Để chế tạo "Sâu điện từ đục. .. mạnh, dùng để đục sâu vào đất Hoàn thiện cấu "Sâu điện từ đục đất" Hình 1.17 Cơ cấu lõi "Sâu điện từ đục đất" 16 2.1 Sơ đồ nguyên lý "Sâu điện từ đục đất" Dựa thành cơng thí nghiệm 10, chúng em suy... khiến cho cấu đục sâu vào đất giống sâu bò dần, bò dần vào đất Điểm sáng tạo đề tài Đề tài nghiên cứu cấu hoạt động mô hình "Sâu điện từ đục đất" Hiện thị trường chưa có thiết bị đục đất theo phương