Báo cáo dự án xe rùa cải tiến đa năng

Để giải quyết vấn đề trên cần kết hợp vào chiếc xe rùa hiện tại một động cơ sử dụng điện một chiều DC từ bình ắc quy, nguồn năng lượng được cung cấp bởi hệ thống sạc từ tấm pin mặt trời.

TRƯỜNG PTDTBT THCS TRUNG THU

BÁO CÁO TÓM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

DỰ ÁN

XE RÙA CẢI TIẾN ĐA NĂNG

Lĩnh vực 13 Kỹ thuật cơ khí

Tủa Chùa, tháng 10 năm 2020

MỤC LỤC

B CÂU HỎI NGHIÊN CỨU; VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU;GIẢ

I Giai đoạn 1:Nghiên cứu các giải pháp hiện có trong thực tế 4-5

III Giai đoạn 3: Thiết kế các thành phần chi tiết 5-6

IV Giai đoạn 4: Lắp ráp các bộ phận của sản phẩm, thử nghiệm và

V Giai đoạn 5: Kết luận và đánh giá dự án 7-8-9

E TÀI LIỆU THAM KHẢO 9-10

DỰ ÁN: XE RÙA CẢI TIẾN ĐA NĂNG

A LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong gia đình vật dụng không thể thiếu là chiếc xe rùa Nó là phương tiện để di chuyển đồ đạc, vật liệu như đất đá, xi măng, gạch,… giúp giảm sức lao động và nâng cao năng suất trong công việc của người dân Tuy nhiên trong thực tế xe rùa hiện tại vẫn có nhiều hạn chế như:

Người sử dụng sẽ mệt nếu phải sử dụng nhiều và quãng đường di chuyển dài, điều này có thể làm giảm năng suất lao động

Với cung đường di chuyển có đoạn đường lên dốc thì khó khăn càng tăng lên nhiều lần đặc biệt với việc vận chuyển vật liệu có trọng lượng lớn như đất,

đá, xi măng, gạch ngói

Chiếc xe rùa hiện tại chỉ người có hai tay mới điều khiển được, nếu một tay bị mất hoặc bị đau không thể điều khiển được

Vấn đề đặt ra làm làm thể nào để cải tiến chiếc xe rùa vốn rất hữu dụng và gần gũi này thành một phương tiện vận chuyển ưu việt nhất, giúp tiết kiệm sức lao động, thời gian di chuyển, tăng cao năng suất lao động cho mọi người Để giải quyết vấn đề trên cần kết hợp vào chiếc xe rùa hiện tại một động cơ sử dụng điện một chiều (DC) từ bình ắc quy, nguồn năng lượng được cung cấp bởi hệ thống sạc từ tấm pin mặt trời Động cơ điện này được tích hợp vào bánh của chiếc xe giúp tăng vận tốc di chuyển và giảm sức lao động cho người dùng

B CÂU HỎI NGHIÊN CỨU; VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU; GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

I Câu hỏi đặt ra

Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để tạo ra một chiếc xe rùa có tích hợp động cơ điện để giúp người sử dụng tiết kiệm thời gian, sức lực, nâng cao hiệu quả lao động Chiếc xe có thể sử dụng vào các mục đích khác nhau như sạc điện thoại, thắp sáng

II Vấn đề nghiên cứu

Từ những cơ sở trên, em đã tìm tòi, nghiên cứu và vận dụng những kiến thức

đã học ở trên lớp, đặc biệt là dưới sự hướng dẫn của các thầy cô để đưa ra ý tưởng

đó là "Thiết kế chiếc xe rùa có tích hợp động cơ điện" và đảm bảo các yêu cầu:

- Xe có động cơ điện tích hợp vào bánh chính của xe Động cơ sử dụng dòng điện một chiều được cung cấp bởi bình ắc qui Ắc quy được sạc bằng các tấm pin năng lượng mặt trời hoặc sạc từ nguồn điện trong gia đình

- Xe được thiết kế thêm hai bánh phụ giúp giảm lực đỡ tay lái của người sử dụng và có thể di chuyển độc lập trên đoạn đường thẳng, bằng phẳng và người có một tay hoặc một tay bị đau vẫn điều khiển được

- Hệ thống năng lượng cung cấp cho xe đảm bảo chuyên chở những loại hàng hóa, vật liệu có trọng lượng lớn như đất, đá, gạch, ngói và phải đảm bảo thời gian sử dụng trong một ngày lao động

- Thùng chở hàng có thể được tích hợp thêm hệ thống nâng, đổ hàng để tiết kiệm thời gian, công sức khi chuyên chở vật liệu xây dựng

III Giả thuyết nghiên cứu khoa học

Từ vấn đề đặt ra em đã suy nghĩ và tính đến phương án thiết kế lại chiếc

xe rùa hiện tại đang sử dụng trong gia đình Động cơ được lựa chọn là động cơ được tận dụng từ chiếc xe đạp điện đã bị hỏng

Với chiếc xe đạp điện hệ thống bình ắc qui thường sử dụng là hệ thống 4 bình 12V được đấu nối tiếp cho ra nguồn điện 48V – 12Ah Nếu sử dụng nguyên

bộ bình này sẽ nâng giá thành sản phẩm và đặc biệt nâng trọng lượng bản thân xe lên rất cao (4 bình có tổng trọng lượng khoảng 18kg) Vì vậy để thuận tiện hơn,

xe sẽ được sử dụng một bình ắc qui 12V –6Ah, dòng điện này sẽ đi qua bộ đổi điện 12V sang 48V, phù hợp với thiết kế ban đầu của xe đạp điện

Để xe phù hợp với nhiều điều kiện lao động khác nhau, ắc quy được sạc thông qua hệ thống pin năng lượng mặt trời hoặchệ thống sạc từ điện 220V trong gia đình Hệ thống sạc điện 220V được tách khỏi kết cấu của xe để giảm trọng lượng của xe

Đối với xe điện chỉ có số tiến, để thuận tiện trong việc chuyên chở hàng hóa xe rùa cần thiết kế thêm số lùi, hệ thống điều khiển tiến, lùi được đưa lên tay lái của xe

Nâng hạ thùng chở vật liệu bằng tay thông qua cơ cấu cánh tay đòn giúp giảm lực tác động và giảm trọng lượng xe cũng như tiết kiệm chi phí

Hai bánh phụ là bánh xe tự điều hướng bằng cao su đặc giúp nâng cao hiệu suất cũng như dễ dàng bảo trì

Để thuận tiện cho công việc lao động trong các khung giờ khác nhau, xe được tích hợp thêm đèn chiếu sáng ban đêm (đèn led)

Tất cả được điều khiển trên tay cầm lái bên phải của người sử dụng

C THIẾT KẾ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Dự án được thực hiện trong thời gian từ 05/01/2020 đến 25/10/2020 với quy trình thực hiện như sau:

Quy trình thực hiện dự án

GIAI ĐOẠN 2

Phác thảo cấu tạo của xe rùa

GIAI ĐOẠN 4

Lắp ráp, thử nghiệm, chỉnh sửa

và hoàn thiện

GIAI ĐOẠN 3

Thiết kế xe rùa theo bản cấu tạo

đã nêu trên

GIAI ĐOẠN 5

Kết luận,

hướng phát

Xe rùa cải tiến

đa năng

GIAI ĐOẠN 1

Tìm hiểu, nghiên cứucác xe rùa đã

có trong thực tế

I Cấu tạo

Kích thước sản phẩm tương đương sản phẩm xe rùa có trên thị trường: Dài x rộng x cao (cm): 120 x 50 x 70

Một số thông số:

- Nguồn điện sử dụng để cấp cho hệ thống:Sử dụng nguồn điện DC 12V

từ bình ắc quy Bình ắc quy được sạc bằng các tấm pin năng lượng mặt trời hoặc

có thể được sạc từ hệ thống điện trong gia đình

- Động cơ sử dụng là động cơ từ xe đạp điện đã hỏng, đây là động cơ một chiều ba pha, động cơ được điều khiển qua một IC.Mô tơ được điều khiển chiều quay thông qua một công tắc 9 chân được đấu lại giúp đảo chiều dòng điện từ đó đảo chiều động cơ

- Bánh xe phụ là bánh cao su đặc tự điều hướng, bánh phụ kết hợp với bánh chính tạo thành hệ thống xe ba bánh vững chãi

- Đèn chiếu sáng là đèn led sử dụng nguồn điện 12V từ bình ắc qui

- Để điều khiển xe người sử dụng chỉ cần chọn chế độ tiến hoặc lùi; vặn

ga như xe máy điện để xe chuyển động Khi cần dừng xe người sử dụng thả

ga tự do và kết hợp phanh tay để xe dừng hẳn

- Khi xe hết điện người sử dụng sạc lại bình ắc qui qua bộ sạc bên ngoài

- Thiết kế không làm thay đổi các kết cấu của xe rùa hiện tại, dễ sử dụng, vật liệu dễ kiếm

II Nguyên lý hoạt động của sản phẩm

Nguyên lý hoạt động:Khi sử dụng xe người sử dụng cần chọn chế độ tiến hoặc lùi, sau đó vặn ga tay Hệ thống điện từ bình ắc quy qua bộ chuyển đổi từ 12V sang 48V đến IC của xe IC phát ra các xung điện từ, kết hợp với cảm biến trên tay ga giúp xe di chuyển Xe di chuyển nhanh hay chậm do biên độ tay ga quy định Muốn dừng xe chỉ cần thả tay ga và kết hợp với phanh được thiết kế trên tay lái

III Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp phân tích và tổng hợp

+ Phương pháp cụ thể hóa

+ Phương pháp thực hành, quan sát

+ Phương pháp hỏi chuyên gia

D TIẾN HÀNH THỰC HIỆN

I Giai đoạn 1: Tìm hiểu, nghiên cứu các xe rùa đãcó trong thực tế

Các loại xe rùa trên thị trường hiện nay đều có chung một kết cấu là một bánh và hai chân chống, người sử dụng phải điều khiển xe bằng cách giữ thăng bằng và lái bằng cả hai tay

Khi chuyên chở các loại hàng hóa có trọng lượng lớn (như: gạch, đá, ), người lái phải dùng hết sức để giữ thăng bằng và lái xe Xe di chuyển trên đường bằng phẳng thì không khó khăn lắm nhưng khi gặp đoạn đường lên dốc hoặc xuống dốc, việc điều khiển và giữ thăng bằng cho xe rất khó khăn và vất vả

Khi thiết kế thành công xe rùa có tích hợp động cơ sẽ giúp người sử dụng làm việc nhàn nhã hơn, tốc độ công việc nhanh hơn, phù hợp nhiều cung đường khác nhau

II Giai đoạn 2: Phác thảo cấu tạo của xe rùa

1 Cấu tạo tổng thể của xe rùa

2 Bộ phận điều khiển chuyển động

III Giai đoạn 3: Thiết kế xe rùa theo bản cấu tạo nêu trên

Bước 1: Tìm kiếm, lựa chọn những linh kiện trong các thiết bị cũ hoặc đã

hỏng:

- Mô tơ từ xe đạp điện đã bị hỏng (sưu tầm từ các cửa hàng thu mua đồng nát)

- Tìm và mua bộ chuyển dòng từ 12V sang 48 V

Nguồn điện

DC 12V từ

ắc quy

bộ chuyển đổi 12V sang 48 V

IC điều khiển

Số tiến Tay ga Động cơ

Số lùi Tay ga Động cơ Tay ga Tay phanh

Số tiến, lùi

Bánh phụ

Tấm pin năng lượng mặt trời

Tay nâng thùng

Động cơ Thùng chở hàng

Công tắc đèn

- Thiết kế công tắc đảo chiều động cơ (công tắc 9 chân), đấu nối chân 1 với chân 7, chân 2 với chân số 9, chân số 3 với chân số 8 Nguồn điện từ IC đấu váo các chân 4, 5, 6; Đấu điện ra động cơ đấu vào các chân 7, 8, 9

- Sưu tầm khung xe rùa đang sử dụng

- Sưu tầm, thu gom một số đoạn thép

- Một số dụng cụ và vật liệu khác như: máy hàn điện, máy cắt sắt, đồng

hồ vạn năng, mỏ hàn thiếc, keo nến, kéo, kìm, thiếc, nhựa thông,…

Bước 2: Tiến hành thiết kế mạch điện, xây dựng bộ khung cho hệ thống, cơ cấu

chuyển động

- Thiết kế mạch điện điều khiển: chiều quay của động cơ, công tắc tiến, lùi, công tắc đèn, hệ thống pin năng lượng mặt trời

- Thiết kế phần bánh phụ cho xe

- Thiết kế lại thùng xe có tích hợp cơ cấu nâng, hạ thùng

IV Giai đoạn 4: Lắp ráp, thử nghiệm, chỉnh sửa và hoàn thiện

- Lắp động cơ vào hệ thống khung xe, lắp ráp hệ thống điện vào hộp điện của xe

- Thiết kế lại tay lái, lắp tay ga, công tác tiến, lùi, công tác đèn, hệ thống phanh

- Thiết kế các tấm pin mặt trời

Sau khi thiết kế xong mạch điện điều khiển kết nối động cơ lại với nhau

em đã tiến hành thử nghiệm sự hoạt động của xe

Kết quả cho thấy: xe tiến, lùi dễ dàng, bình ắc quy cung cấp điện cho xe chạy liên tục trong thời gian khoảng 3 giờ đồng hồ với khối lượng hàng hóa chở trên xe khoảng 40 kilôgam, xe lên dốc, xuống dốc dễ dàng, nhẹ nhàng Khi vận chuyển hàng hóa, vật liệu người sử dụng chỉ cần vặn ga phù hợp với tốc độ di chuyển, điều chỉnh tay lái dễ dàng khi xe chuyển hướng

Hình ảnh xe rùa cải tiến đa năng đã hoàn thiện

Một số thông số của sản phẩm:

STT Các yếu tố cấu thành Nội dung cụ thể

1 Nguồn điện sử dụng

Nguồn điện DC 12V từ bình ắc qui Nguồn điện này có thể sạc thông qua hệ thống điện trong gia đình hoặc có thể sạc bằng các tấm pin năng lượng mặt trời đã được tích hợp sẵn

2 Tải trọng cho phép Với thiết kế hiện tại có thể chuyên chở

hàng hóa, vật liệu lên tới 60kg

3 Thời gian sử dụng

Tuổi thọ của ắc qui từ 6 đến 12 tháng tùy nhu cầu sử dụng Ắc qui cung cấp điện sử dụng đủ một ngày làm việc Khi hết pin

có thể sạc lại hoặc sạc bằng năng lượng mặt trời

4 Tính an toàn

Xe được thiết kế thêm hệ thống phanh, đèn chiếu sáng giúp an toàn trong sử dụng

V Giai đoạn 5: Kết luận và hướng phát triển

Sau khi thực nghiệm và điều chỉnh, sản phẩm đã đạt được mục đích và yêu cầu đặt ra của Dự án Để sản phẩm thuận tiện cho việc sử dụng và dễ dàng

di chuyển cũng như đảm bảo tính thẩm mỹ, em đã thiết kế thêm các tấm vách

của hộp điện, đồng thời sơn sửa lại cho thẩm mĩ

Sản phẩm sau khi hoàn thiện:

Đánh giá Sản phẩm Nội dung

Ưu điểm chính

- Thiết kế đơn giản, gọn nhẹ, vật liệu dễ kiếm

- Thao tác sử dụng dễ dàng thông qua việc vặn tay ga, điều khiển công tắc tiến, lùi Người một tay cũng có thể điều khiển

- Sử dụng nguồn điện DC 12V từ bình ắc quy nên rất chủ động không phụ thuộc.Bình ắc qui

có thể được sạc từ nguồn điện năng lượng mặt trời hoặc nguồn điện tại gia đình

- Xe có thể sử dụng cho việc sạc điện thoại qua

hệ thống pin mặt trời, thắp sáng trong gia đình

ở những nơi chưa có điện

- Xe chuyên chở được vật liệu có trọng lượng lớn, dễ dàng lên và xuống dốc

Hạn chế

- Đối với đường xóc cần hỗ trợ thêm từ người

sử dụng

- Độ thẩm mĩ chưa cao

Sản phẩm "Xe rùa cải tiến đa năng"người lao động tiết kiệm thời gian, sức

lực, nâng cao năng suất lao động Xe có thể sử dụng cho nhiều loại đường xá khác nhau Xe có thể tích hợp thêm một số ứng dụng khác như sạc điện thoại, thắp sáng

Chuyên chở hàng hóa

có trọng lượng đến 60

kg

Dễ sử dụng

Tiết kiệm thời gian

Tiết kiệm sức lực

Phù hợp với

nhiều cung

đường khác

nhau

DỰ ÁN

Xe rùa cải tiến đa năng

- Qua tìm hiểu trong thời gian gần 1 năm, em đã hoàn thành được mục tiêu đề ra và tích lũy thêm cho mình nhiều kinh nghiệm bổ ích, nắm vững hơn về kiến thức đã học, đặc biệt là đặc tính và nguyên lý hoạt động của động cơ điện, dòng điện một chiều, nguyên lý của pin năng lượng mặt trời,…

- Đây là một dự án tổng hợp kiến thức vật lý về nguyên lý hoạt động của dòng điện một chiều, có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành Em đã cố gắng trình bày tương đối đầy đủ về phần thiết kế sản phẩm và các bộ phận của sản phẩm…Tuy nhiên trong quá trình thiết kế, tính toán vẫn còn nhiều thiếu xót, phần thực hiện mạch điện, và khung hệ thống thẩm mỹ chưa cao, còn thiếu sót về cả hình thức, nội dung trình bày lẫn sản phẩm, em kính mong nhận được sự tư vấn,

hỗ trợ của các thầy cô trong Ban giám khảo để sản phẩm thêm nhiều tính năng vào ứng dụng hiệu quả trong thực tế

E TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trong quá trình thực hiện dự án, em đã tham khảo một số tài liệu:

- Sách hướng dẫn học Khoa học tự nhiên 7

- Sách hướng dẫn học Khoa học tự nhiên 9

- SGK Vật lý 7

- SGK Vật lý 9

- Sách công nghệ 8

- Sách công nghệ 9

- Các website:

Trên đây là nội dung báo cáo nghiên cứu khoa học dự án “Xe rùa cải tiến

đa năng” của em Do thời gian nghiên cứu chưa dài, trình độ học vấn, khả năng

nghiên cứu khoa học của em có hạn chế nên các nội dung nghiên cứu chưa được sâu sắc, cách trình bày, diễn đạt chưa rõ ý, chưa thể hiện hết ý tưởng Kính mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô

Em xin trân trọng cảm ơn!