Thiết kế thang máy

Luận Văn: Thiết kế thang máy

Cho mẬ hỨnh thang mÌy nh sau:

ường cÈ Hờp sộ

puli chũ Ẽờng

ưội trồng

puli bÞ Ẽờng

CÌc sộ liệu cho nh sau:

Tộc Ẽờ : V = 2 m/sGia tộc : a = 1,5 m/s2Chiều cao mối tầng : h0 = 4 mSộ tầng : n = 8 tầng

Trồng lùng Cabin : G0 = 900 kgTrồng lùng tải : GẼm = 700 kgưởng kÝnh puli : D = 0,4 m

nời dung thiết kế

chÈng I: MẬ tả cẬng nghệ vẾ yàu cầu truyền ẼờngI MẬ tả chung về thang mÌy:

Thang mÌy lẾ thiết bÞ vận tải dủng Ẽể chỡ ngởi vẾ hẾng hoÌtheo phÈng thỊng Ẽựng Nọ lẾ mờt loỈi hỨnh mÌy nẪng chuyển Ẽùc sữ dừng

HỨnh 1

rộng rãi trong các ngành sản xuất của nền kinh tế quốc dân nh trong ngànhkhai thác hầm mỏ, trong ngành xây dựng, luyện kim, công nghiệp nhẹ ởnhững nơi đó thang máy đợc sử dụng để vận chuyển hàng hoá, sản phẩm, đ-a công nhân tới nơi làm việc có độ cao khác nhau Nó đã thay thế cho sứclực của con ngời và đã mang lại năng suất cao.

Trong sinh hoạt dân dụng, thang máy đợc sử dụng rộng rãi trong các toànhà cao tầng, cơ quan, khách sạn Thang máy đã giúp cho con ngời tiếtkiệm đợc thời gian và sức lực

ở Việt Nam từ trớc tới nay thang máy chỉ chủ yếu đợc sử dụng trongcông nghiệp để trở hàng và ít đợc phổ biến Nhng trong giai đoạn hiện naynền kinh tế nớc ta đang có những bớc phát triển mạnh thì nhu cầu sử dụngthang máy trong mọi lĩnh vực ngày càng tăng lên.

Có thể phân loại thang máy nh sau:

1.Phân loại theo chức năng:a.Thang máy chở ng ời:

Gia tốc cho phép đợc quy định theo cảm giác của hành khách: a  1,5 m/g2+Dùng trong các toà nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung bình hoặclớn, đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật

+Dùng trong bệnh viện : Phải đảm bảo rất an toàn, sự tối u về độ êmkhi dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính u tiên đúng theo các yêu cầucủa bệnh viện

+Trong các hầm mỏ, xí nghiệp: đáp ứng đợc các điều kiện làm việcnặng nề trong công nghiệp nh tác động của môi trờng làm việc: độ ẩm,nhiệt độ; thời gian làm việc, sự ăn mòn

b.Thang máy chở hàng:

Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong kinh doanh Nó đòi hỏicao về việc dừng chính xác buồng thang máy đảm bảo cho việc vận chuyểnhàng hoá lên xuống thang máy đợc dễ dàng thuận lợi

2.Phân loại theo tốc độ dịch chuyển:

Thang máy tốc độ chậm: V = 0,5 m/s

Thang máy tốc độ trung bình: V = 0,75  1,5 m/sThang máy tốc độ cao: V = 2,5  5 m/s

3.Phân loại theo tải trọng:

Thang máy loại nhỏ: QTm < 160 KG

Thang máy loại trung bình: QTm = 500  2000 KGThang máy loại lớn: QTm > 2000 KG

II.Đặc điểm phụ tải của thang máy và các yêu cầutruyền động cho thang máy:

 Phụ tải thang máy là phụ tải thế năng

 Vị trí các điểm dừng của thang máy để đón, trả khách trên hốthang là các vị trí cố định, đó chính là vị trí sàn các tầng nhà. Động cơ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp

lại, mở máy và hãm máy nhiều.

 Vì đây là thang máy chở ngời, nên đòi hỏi cao về độ chính xáckhi dừng máy: Khi Gtải trọng = 2,5 Gđm thì yêu cầu khi dừng, khoảngcách từ sàn Cabin đến mặt sàn tầng nhà  2 cm.

 Đảm bảo gia tốc Cabin khi khởi động và khi dừng nằm trong giớihạn cho phép (vì không đợc để cho ngời trên thang có cảm giác bịgiật).

Biểu đồ phụ tải thang máy

Ch ơng II : Phân tích - lựa chọn ph ơng án

Động cơ dùng để kéo pu li cáp trong thang máy là loại động cơcó điều chỉnh tốc độ và có đảo chiều quay ( quá trình nâng, hạ của thangmáy).

Nh vậy, để thực hiện đợc truyền động trong thang máy chúng ta phải có 2phơng án chính sau :

+ Dùng hệ truyền động chỉnh lu - triristo, động cơ 1 chiều có đảo chiềuquay.

+ Dùng hệ truyền động xoay chiều có điều chỉnh tốc độ

Sau đây chúng ta sẽ đi vào phân tích u nhợc điểm hai loại hệ truyền độngnày để từ đó chọn ra 1 phơng án truyền động phù hợp nhất dùng trongthang máy.

II.1 Hệ Truyền Động Chỉnh L u - Triristo có đảo chiều quay

Hệ Truyền Động T-Đ có đảo chiều quay đợc xây dựng trên hai

Sơ đồ 1 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều

quay bằng đảo chiều dòng kích từ.

amo mayc.d on dinh

ham xuongtoc do thapa,

a,m/s ,m/s

Vmins : vi tri

Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn và rất ít đảo chiều

Sơ đồ 2 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều

quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng ( từ thông giữ không đổi)Loại này dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển

riêng Hệ này có u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiềulớn

Hình 1

Hình 2

Sơ đồ 4 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối song song ngợc điều khiển

chung Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện đợc côngviệc đảo chiều êm hơn.

Hình -4

Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển

chung Sơ đồ dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn thực hiện việc đảochiều êm

Tuy nhiên kích thớc cồng kềnh, vốn đầu t và tổn thất lớn.(Hình-5)

Hình 3

 Mạch điều khiển của 5 loại sơ đồ này có thể chia làm hai loại chính :

a Điều khiển riêng :

Nguyên tắc : Khoá các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó

tiến hành chuyển mạch, nh vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian giánđoạn, sơ đồ 1,2,3 đợc điều khiển theo nguyên tắc này

Khi điều khiển riêng có hai bộ diều khiển làm việc riêng rẽ với nhau Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn bộbiến đổi kia bị khoá do không có xung điều khiển Trong một khoảng thờigian thì BĐ1 bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiênsuất điện động phần ứng E vẫn còn dơng Sau khoảng thời gian này thì phátxung 2 mở bộ biến đổi 2 đổi chiều dòng phần ứng động cơ đợc hãm táisinh.

Hệ truyền động có van đảo chiều điều khiển riêng có u điểm là làm việcan toàn không có dòng cân bằng chảy giữa các bộ biến đổi song cần có 1khoảng thời gian trễ trong đó dòng điện động cơ bằng không

b.Điều khiển chung :

Nguyên tắc : Tại một thời điểm thì cả hai bộ biến đổi BĐ1 và BĐ2 đều

nhận đợc xung mở nhng chỉ có một bộ biến đổi cấp dòng cho nghịch lu cònbộ biến đổi kia làm việc ở chế độ đợi Sơ đồ 4, 5 thực hiện theo nguyên tắcnày.Trong phơng pháp điều khiển chung mặc dù đảm bảo Ed2 =Ed1 tức làkhông xuất hiện giá trị dòng cân bằng song giá trị tức thời của suất điệnđộng của các bộ chỉnh lu là ed1(t) và ed2(t) luôn khác nhau do đó vẫn xuất

hiện thành phần xoay chiều của dòng điện cân bằng và để hạn chế dòn II.2 Ph ơng pháp biến đổi tần số

Phơng pháp này điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên nguyên tắc điềuchỉnh tần số f1 sang tần số f2

Khi điều chỉnh tần số động cơ KĐB thờng kéo theo cả việc điều chỉnh điệnáp, dòng điện hoặc cả từ thông mạch stato.

Do vậy đây là một phơng pháp phức tạp phải dùng nhiều thiết bị Có hai loại biến tần :

 Biến tần trực tiếp : Loại này có sơ đồ cấu trúc rất đơn giản

f1 f2

Điện áp vào xoay chiều U1 (tần số f1 ) qua một mạch van là ra ngay tảivới tần số f2 Bộ biến tần này có hiệu suất biến đổi năng lợng cao tuy nhiênthực tế sơ đồ mạch van khá phức tạp, có số lợng van lớn nhất với mạch 3pha Việc thay đổi tần số ra f2 khó khăn và phụ thuộc nhiều vào tần số f1

* Biến tần gián tiếp : Có cấu trúc nh sau :

(xoay chiều) (một chiều) (xoay chiều)

f1 f2

Điện áp xoay chiều đợc biến thành một chiều nhờ bộ chỉnh lu, qua bộ lọcrồi đợc biến đổi thành U2 với tần số f2 sau khi qua bộ nghịch lu độc lập.Hiệu suất biến tần loại này thấp song cho phép thay đổi dễ dàng f2 màkhông phụ thuộc f1

 Kết Luận : Qua phân tích hai loại hệ truyền động trên em chọn phơng

án dùng loại Hệ Truyền Động Chỉnh Lu Tiristo - Động Cơ Có ĐảoChiều Quay vì:

+ Độ tác động của hệ này nhanh và cao, không gây ồn và dễ tự động hoádo các van bán dẫn công suất có hệ số khuyếch đại công suất rất cao Điềunày thuận tiện cho việc thiết lập hệ thống điều chỉnh tự động nhiều vòng đểnâng cao chất lợng các đặc tính tĩnh và đặc tính động của hệ thống

+ Trong hệ truyền động một chiều này, em sẽ sử dụng mạch lực là sơ đồba bởi vì loại này có u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảochiều lớn Đồng thời hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riênghoạt động đóng mở độc lập với nhau, làm việc an toàn và không có dòngchảy giữa các bộ biến đổi.

+ Sử dụng hệ truyền động chỉnh lu Tiristo - Động cơ có đảo chiều quay sẽđạt đợc đồ thị tốc độ tối u (đối với loại truyền động xoay chiều thì chỉ đạtđợc dạng đồ thị gần giống mà thôi ).

Nh vậy, loại động cơ sử dụng trong hệ truyền động là loại động cơ mộtchiều điện cân bằng này thờng dùng các cuộn kháng cân bằng Lcb

Chơng iiI: Tính chọn các thiết bị điện trong sơ đồ truyền động

III.1 Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của thang máy

Chọn số tầng mt = 8 (8 tầng ) nên theo hình 3-3 Sách Trang Bị ĐiệnTử dùng Cho Máy Công Nghiệp thì số lần dừng theo xác xuất là md = 6lần với 12 ngời trong buồng thang (E = 12)

Nh vậy số trọng lợng cho mỗi lần dừng là : 700 : 6 = 116,67 kg/1 lầndừng Do có 6 lần dừng thì quá trình dừng sẽ diễn ra nh sau :

+ Từ tầng 1 đến tầng 3 + Từ tầng 3 đến tầng 4 + Từ tầng 4 đến tầng 5 + Từ tầng 5 đến tầng 6 + Từ tầng 6 đến tầng 7 + Từ tầng 7 đến tầng 8

Trọng lợng buồng thang : Gbt = 900 kg Gđm= 700 kg

- Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng :  

- Công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có dùng đối trọng :

Pch GGbt Gdtk v g

. 

 Pch = 64,86 kw ;

Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác cho thang máy :

Số tầng mt = 8 (8 tầng ) , số lần dừng theo xác xuất là md = 6 lần với 12ngời trong buồng thang (E = 12)

III.2 Tính hệ số đóng điện t ơng đối

Xét khoảng thời gian 0 -> t1 =

d 2

-> v tc a

11  

Giả sử tại gốc toạ độ v0 = 0, a0 = 0, t0 = 0a1 = t1 -> t1 = 0,1

 (s)Chọn  = 15 (m/s3)

v1 = 

t -> v1 = 0,075(m/s)

s1 =

1,0 33

 vậy a3 = -(t3 – t2) +a2a2 = .( t3 – t2) -> t3 – t2 = 0,1 (s)

v3 – v2 = -

t a2.(t3 – t2) -> v2 =v3 +

- 1,5 0,1 =1,925 (m/s)

0,198 (m)

Xét t1 -> t2t2 – t1 =

t  +v1.(t2 – t1)= 1,23 (m)

Thời gian khởi động tkđ = 0,1+1,23 +0,1 = 1,43 (s)

Giả sử thời gian khởi động bằng thời gian hãm -> tkđ = th

Giả sử thời gian hãm dừng 0,14 (s), quãng đờng đi đợc 0,07 (m)Quãng đờng khởi động và hãm là nh nhau:

Skđ = Sh = 1,23 + 0,198 + 0,005 = 1,43 (m)

Thời gian chạy ổn định tính từ tầng 3 trở lên là:

(s)Thời gian chạy ổn định tính từ tầng 1 đến tầng 3 là:

tođ2 =

Thang máy chở 12 ngời, mỗi tầng có 6 ngời vào và 6 ngời ra khi ta tính từtầng 3 -> tầng 7 Vậy thời gian nghỉ tn2 = 5.12.2 = 120 (s)

Riêng tầng 1 và tầng 8 thì 12 ngời ra hết và 12 ngời vào nên thời gian nghỉtn3 = 24.2 = 48(s)

Khoảng thời gian chuẩn bị cho chu kỳ tiếp theo t’ = 0,26 (s)

Chu kỳ làm việc của thang máy Tck = 2.22,37 + 24+ 120 +48 + 0,26 = 237 (s)

Hệ số đóng điện tơng đối % =

III.3.Chọn động cơ điện:

Vì hệ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, mở máyvà hãm máy nhiều, nên khi tính chọn công suất động cơ cần xét đến phụ tải tĩnh và động (Hình 2).

a.Xác định phụ tải tĩnh:

Phụ tải tĩnh là phu tải do trọng lợng Cabin, trọng lợng tải trọng, trọng lợng đối trọng, và trọng lợng của cáp, gây nên ở trạng thái tĩnh, thông qua puli, hộp giảm tốc, tác dụng lên trục của động cơ.

Các lực tác động lên puli chủ động theo các nhánh cáp là:F1 = [G0 + G + gc(H - hcb)]g (N)

F2 = [Gđt + gc(H - hđt)]g (N)

 Lực tổng tác động lên puli chủ động khi nâng và hạ tải (lực gây mômen quay) :

Fn = F1 - F2 = (G0 + G -Gđt)g + gc(hđt - hcb)g (N )Fh = F2 - F1 = (Gđt - G0 - G)g + gc(hcb - hđt)g (N)Trong đó :

G0 : khối lợng Cabin (kg)G : khối lợng tải trọng (kg)Gđt : khối lợng đối trọng (kg)

Hình 2H

Puli chủ động

Puli bị độngDây cáp

trọng

gc : khối lợng một đơn vị dài dây cáp (kg/m)hđt và hcb : chiều cao đối trọng và Cabin (m)g : gia tốc trọng trờng (m/s2)

Để đơn giản, giả sử rằng hđt = hcb Thay vào trên ta đợc:Fn = (G0 + G - Gđt)g (N)

Fh = (Gđt - G0 - G)g (N)

Mục đích của đối trọng là giảm phụ tải của cơ cấu, do đó giảm đợc công suất động cơ truyền động Điều kiện chọn đối trọng là tạo ra phụ tải tĩnh của động cơ nhỏ nhất Trọng lợng đối trọng đợc chọn theo công thức:

Khi tính toán công suất động cơ, ta xét động cơ luôn làm việc với tải định mức Tức là G = Gđm Thay vào (2) và (3):

Fn = (Gđm - Gđm)g (N)  Fn > 0Fh = (Gđm - Gđm)g (N)  Fh < 0

Nh vậy, để cho thang máy chạy đều với vận tốc V thì công suất trên trục động cơ khi thang lên, xuống là:

Pn = FnVc

1000 =

 

1000 (N.m) (4)

Ph = FhVc

(1)

V(m/s) là tốc độ của thang.c : hiệu suất của cơ cấu.Thay số liệu vào (4) và (5) ta đợc:

Pn =

 10,03 (KW))

2,0.700.4,0700 

= 38,15 Nm

 6,6(KW))Mh =  .9,81.0,2.0,8

= 24,42 NmCông suất đẳng trị của động cơ:

Pđt = k

Mô men đẳng trị động cơ:

ddddtc

động cơ (kw)Pđm Uđm(V) Vg/phNđm (A)Iđm R+rcp() Rcks() Dòng điện định mức của cuộn kích từiđm (A)

Rckn()

Số thanhdẫn tácdụng củaphần ứng

Số nhánhsong songphần ứng

Số vòng trên1 cực cuộn

song songcks

Từ thông hữuích của 1 cực

từ.10-2 W)b

Mô menQT phần

ứng J(kgm2)

đạivg/ph -

Động cơ 1 chiều kiểu  , Uđm = 220V,

có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại đđ % = 25% Bảng 1

Chơng IV: Tính chọn mạch biến đổi

Vì hệ truyền động thang máy là một chiều và có đảo chiều, nên ta chọnmạch biến đổi điện áp tới động cơ gồm 2 bộ chỉnh lu cầu 3 pha Thyristorđiều khiển riêng Còn mạch kích từ động cơ cũng có một bộ chỉnh lu cầu 3pha Điốt.

IV.1.Mạch biến đổi nguồn cấp cho động cơ:

Xét khi một bộ chỉnh lu làm việc Ta có sơ đồ sau:

Trong đó:

BAN : Biến áp nguồn lấy điện từ lới cấp cho động cơ.Uv0 : Điện áp dây hiệu dụng thứ cấp biến áp nguồn BAN.T : 6 Tiristor của mạch chỉnh lu cùng loại.

Lck : Cuộn kháng san bằng.

L, R : cảm kháng, điện trở phần ứng động cơ R = r + rcp = 1,012 ()

Điện áp không tải của bộ chỉnh lu Ud0 phải thoả mãn phơng trình: 1Ud0cosmin = 2Eđm + Uv + ImaxR + Umax (*)

Trong đó:

 Ud0 : điện áp không tải của chỉnh lu.

 1 : hệ số tính đến sự suy giảm lới điện; 1 = 0,95.

 Umax : sụt áp cực đại do trùng dẫn Umax = Uđm

Có Idđm = Iđm và Imax = 2,5Iđm  Umax = 2Uđm =2Ud0UkYk

 với Uk là điện áp ngắn mạch: Uk(%) = 5%  Uk = 0,05 vàYk = 0,5

 (Tra bảng bộ chỉnh lu cầu 3 pha)Vậy:

Ud0 =

 =

 Ud0 = 308,75 (V)

 U2 = Ud0/1,35  228,7 (V)*Tính chọn biến áp nguồn BAN:

BAN đấu theo kiểu /Y Điện áp lới UL = 380V.

 Tỷ số biến áp: kBAN = 3

=

228380 = 2,88

Dòng hiệu dụng thứ cấp BAN: I2 = 2

3 Id = 2

I2 =

21 21,23 = 7,37(A)

Công suất định mức BAN:

S1 = 3U1.I1 = 7,37.3.219,4 = 4,85 KVAS2 = 6.U2 I2 =6.21,23.308,5 =29,11 KVASBA = (S1+ S2)/2 = 17KVA

*Tính chọn các Tiristor trong mạch chỉnh lu:

Ta có bộ chỉnh lu là cầu 3 pha Tra sổ tay, ta tính đợc các thông sốsau:

Dòng trung bình qua mỗi Thyristor:IT = 1

3Idđm = 13.26  8,67(A).

Dòng cực đại qua mỗi Thyristor:ITM = 1

3Idmax = 1

và phải chịu đợc dòng cực đại khi dẫn = 1,5.21,67  33(A).

Vậy ta chọn đợc loại Thyristor dùng cho bộ chỉnh lu cấp nguồn cho độngcơ:

Chung

loại Loạivỏ Dònghiệudụng

dV/dt16RIA120 TO208 35(A) 60(mA) 2(V) 1200

(V) 16(A) 300us

* Tính cuộn kháng san bằng:

Công thức gần đúng tính điện cảm phần ứng động cơ 1 chiều kích từ độclập:

L  KL

27220  L  2,64.10-3(H), hay L = 2,64 (mH).

Mục đích ta chọn cuộn kháng là san bằng điện áp và hạn chế tối đa dònggián đoạn

áp dụng công thức L  gI

Idmin dòng phụ tải nhỏ nhất khi vận hành Giả sử vận tóc làm việc nhỏ nhất0,2 m/s -> Iđmin = 11,4 (A)

go – hệ số gián đoạn go = 2,2 g , chọn g = 0,04Chọn L = 3 (mH)

*Tính toán mạch bảo vệ du/dt và di/dt:

Ta có sơ đồ mạch bảo vệ hoàn chỉnh nh sau: