Quy Trình Thang Máy
Phân loại thang máy
Thang máy được phân loại theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:
Phân loại thang máy theo công dụng:
Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN: 5744-1993 tùy thuộc vào công dụng các thang máy được phân thành 5 loại sau:
- Loại 1: Thang máy thiết kế cho việc chuyên chở người.
- Loại 2: Thang máy thiết kế chủ yếu để chuyên chở người nhưng có tính đến hàng hóa mang kèm theo người.
- Loại 3: Thang máy thiết kế chuyên chở giường (băng ca) dùng trong các bệnh viện.
- Loại 4: Thang máy thiết kế chủ yếu để chuyên chở hàng hóa nhưng thường có người đi kèm theo.
Thang máy loại 5 là loại thang máy điều khiển ngoài cabin, chuyên dụng cho việc vận chuyển hàng hóa Thiết kế cabin của loại thang này được kiểm soát kích thước, nhằm ngăn cản người sử dụng vào bên trong.
Phân loại thang máy theo phương pháp dẫn động: a) b) c) d)
Hình 1.1 Bộ tời đặt phía trên
A.Thang máy dẫn động điện:
Loại cabin này sử dụng động cơ điện để điều khiển việc lên xuống thông qua hộp giảm tốc, kết nối với puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Nhờ vào việc cabin được treo bằng cáp, hành trình di chuyển của nó trở nên linh hoạt và không bị giới hạn.
B.Dẫn đông nhờ xi lanh thủy lực: a) b)
Thang máy dẫn động bằng xi lanh thủy lực có cabin được đẩy từ dưới lên nhờ pittông, với hành trình tối đa khoảng 18m, không phù hợp cho các công trình cao tầng Mặc dù có kết cấu đơn giản và tiết diện giếng thang nhỏ hơn so với thang máy dẫn động cáp, thang máy thủy lực mang lại chuyển động êm ái, an toàn và giúp giảm chiều cao tổng thể của công trình khi phục vụ cùng số tầng, do buồng máy được đặt ở tầng trệt.
C.Dẫn động nhờ vis-đai ốc:
Các trục vít đã từng được sử dụng trong thang nâng tại các xưởng máy nhờ vào truyền động cơ khí Tuy nhiên, do chi phí cao và hiệu suất thấp, chúng hiện nay ít được áp dụng Chúng chỉ được sử dụng chủ yếu trong các thang nâng có chiều cao không lớn, chẳng hạn như thang nâng toa xe lửa.
Hình 1.3: Sơ đồ thang máy dẫn động bằng vít-đai ốc
D.Dẫn động nhờ khí nén
Vị trí đặt bộ tời trong thang máy rất quan trọng Đối với thang máy điện, bộ tời kéo có thể được lắp đặt phía trên hoặc dưới giếng thang Trong khi đó, thang máy dẫn động cabin bằng bánh răng thanh răng sẽ có bộ tời đặt ngay trên nóc cabin Đối với thang máy thủy lực, buồng máy thường được đặt tại tầng trệt.
Theo hệ thống vận hành:
1 Theo mức độ tự động:
2 Theo tổ hợp điều khiển: Điều khiển đơn Điều khiển kép Điều khiển theo nhóm
3 Theo vị trí điều khiển: Điều khiển trong cabin Điều khiển ngoài cabin Điều khiển cả trong và ngoài cabin
Theo các thông số cơ bản:
1 Theo tốc độ di chuyển của cabin:
Loại tốc độ trung bình v = 1 ÷ 2,5 m/s
Loại tốc độ rất cao v > 4 m/s
2 Theo khối lượng vận chuyển của cabin:
Theo kết cấu các cụm cơ bản:
1 Theo kết cấu của bộ tời kéo:
Bộ tời kéo có hộp giảm tốc a) Có hộp giảm tốc b) Không có hộp giảm tốc
Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc: thường dùng cho các loại thang máy có tốc độ cao (v > 2,5 m/s).
Bộ tời kéo sử dụng động cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ điều chỉnh vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính (LIM – Linear Induction Motor).
Bộ tời kéo sử dụng puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để điều khiển chuyển động của cabin lên xuống Cụ thể, loại bộ tời có puly ma sát (hình 1.1 a, b) khi puly quay sẽ kéo theo cáp di chuyển.
+ Loại có tang cuốn cáp, khi tang cuốn cáp hoặc nhả cáp kéo theo cabin lên hoặc xuống Loại này có hoặc không có đối trọng.
2 Theo hệ thống cân bằng:
Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn.
Không có xích hoặc cáp cân bằng.
3 Theo cách treo cabin và đối trọng:
Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin (hình 1.1 b)
Có palăng cáp (thông qua các puly trung gian) vào dầm trên của cabin (hình 1.2 a, 1.2 b). Đẩy từ phía dưới đáy cabin lên thông qua puly trung gian.
4 Theo hệ thống cửa cabin:
Phương pháp đóng mở cửa cabin
+ Đóng mở bằng tay Khi cabin dừng đúng tầng thì phải có người ở trong hoặc ở ngoài cửa tầng mở và đóng cửa cabin và cửa tầng.
Hệ thống đóng mở nửa tự động (bán tự động) cho phép cửa cabin và cửa tầng tự động mở khi cabin dừng đúng tầng Tuy nhiên, để đóng cửa, người dùng cần thực hiện bằng tay hoặc theo cách ngược lại.
Cả hai loại thang máy này đều phù hợp cho thang chở hàng có người đi kèm, thang chở hàng không có người đi kèm, và thang máy dành cho nhà riêng.
Hệ thống đóng mở cửa tự động của thang máy hoạt động hiệu quả khi cabin dừng ở đúng tầng, nhờ vào cơ cấu tự động được lắp đặt tại cửa cabin Thời gian và tốc độ mở, đóng cửa có thể được điều chỉnh linh hoạt, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Theo kết cấu cửa cabin:
+ Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía.
+ Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng, mở bản lề một cánh hoặc hai cánh.
Hai loại cửa này thường dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm hoặc không có người đi kèm Hoặc thang máy dùng cho nhà riêng.
Cánh cửa dạng tấm (panen) có thiết kế hai cánh mở chính giữa và lùa về hai phía, thường được sử dụng cho thang máy có tải trọng lớn và cabin rộng Đối với các thang máy này, cửa cabin thường có bốn cánh, mở chính giữa và lùa về hai phía, với mỗi bên có hai cánh Loại cửa này thường được lắp đặt cho thang máy có đối trọng đặt ở phía sau cabin.
Cánh cửa dạng tấm (panen) thường được thiết kế với hai hoặc ba cánh mở về một phía và lùa sang bên Loại cửa này thường được sử dụng cho các thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin, đặc biệt là thang máy chở bệnh nhân.
+ Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở lùa về hai phía trên và dưới (thang máy chở thức ăn).
+ Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên Loại này thường dùng cho thang máy chở ôtô và thang máy chở hàng.
+ Thang máy có một cửa.
+ Hai cửa đối xứng nhau.
+ Hai cửa vuông góc với nhau.
Theo loại bộ hãm an toàn cabin:
+ Hãm tức thời, loại này thường dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45 m/ph.
+ Hãm êm, loại này thường dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45 m/ph và thang máy chở bệnh nhân.
Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang: Đối trọng bố trí phía sau (hình 1.5 a) Đối trọng bố trí một bên (hình 1.5 b)
Trong một số trường hợp, đối trọng có thể được bố trí ở vị trí khác mà không cần sử dụng chung giếng thang với cabin Cụ thể, giếng thang có thể có đối trọng được bố trí phía sau hoặc bên cạnh cabin.
Giếng thang có thể được thiết kế với đối trọng bố trí phía sau hoặc một bên, tùy thuộc vào quỹ đạo di chuyển của cabin.
Thang máy thẳng đứng là loại thang máy có cabin di chuyển theo phương thẳng đứng, hầu hết các loại thang máy đang sử dụng thuộc loại này.
Thang máy nghiêng, là loại thang máy có cabin di chuyển nghiêng một góc so với phương thẳng đứng.
Thang máy zigzag, là loại thang máy có cabin di chuyển theo phương zigzag.
Lựa chọn phương án thiết kế: Đặc tính kỹ thuật của thang máy:
Thang máy được thiết kế trong thiết kế truyền động điện tự động có các đặc tính kỹ thuật sau:
Loại thang: Chở hàng có người áp tải.
Thang máy công nghệ cáp kéo
1.Cấu trúc vận hành của công nghệ cáp kéo
Thang máy sử dụng công nghệ cáp kéo hoạt động nhờ vào động cơ máy kéo, puly và cáp kéo kết nối giữa cabin và đối trọng Khi động cơ máy kéo kéo cáp, cabin và đối trọng di chuyển lên xuống theo chiều quay của máy kéo, tạo ra sự vận hành hiệu quả.
Hiện nay, có hai loại động cơ kéo thang máy phổ biến: động cơ máy kéo sử dụng hộp số bánh răng và động cơ không hộp số sử dụng nam châm vĩnh cửu, được điều khiển bằng encoder để đảm bảo tốc độ ổn định Động cơ điện có thể là loại DC hoặc AC, nhưng trong trường hợp này, chúng ta sẽ sử dụng động cơ DC để vận hành thang máy.
Thang máy sử dụng động cơ kéo cáp truyền động
Động cơ DC có chổi than (Brushed DC Motor)
Động cơ DC không chổi than
Động cơ điện một chiều không chổi than (BLDC) sử dụng nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường Roto, với mạch điện từ di chuyển quanh Stato Là một động cơ đồng bộ, động cơ DC không chổi than có tốc độ Roto tương đương với tốc độ từ trường, mang lại hiệu suất cao hơn và tuổi thọ dài hơn so với động cơ có chổi than.
Động cơ DC không chổi than được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp tự động, máy in, ô tô, y tế và thiết bị đo đạc nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
Hiệu suất cao, vận hành nhẹ nhàng, êm ái
Có thể tăng/giảm tốc độ trong một thời gian ngắn
Hiệu suất động cơ lên tới 90% trong khi các động cơ khác chỉ đạt được 70-75% Kết cấu gọn gàng, trọng lượng nhẹ
Động cơ DC không chổi than, hay còn gọi là động cơ không có "bàn chải", có ưu điểm vượt trội về tuổi thọ so với động cơ DC có chổi than Điều này là do việc loại bỏ "bàn chải" giúp ngăn chặn sự bào mòn và giảm thiểu hiện tượng tạo tia lửa điện.
Động cơ DC không chổi than có giá thành cao do cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu và cảm biến Hall Giá thành tăng cũng xuất phát từ việc ứng dụng mạnh mẽ và phổ biến của loại động cơ này trên thị trường.
Động cơ DC tự kích thích
Chiến lược điều khiển tốc độ động cơ
1.Chỉnh lưu không có điều khiển : a)Hình tia
Giả sử chúng ta có một nguồn điện 3 pha lý tưởng với điện áp đối xứng Trong hệ thống này, điện áp của mỗi pha V1, V2 và V3 sẽ lệch pha nhau 120 độ, tạo ra dạng sóng điện áp đặc trưng như hình minh họa bên dưới.
Dạng sóng điện áp 3 pha
Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha không điều khiển chuyển đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành điện một chiều bằng cách sử dụng 3 diode, mỗi diode tương ứng với một pha nguồn Cực âm của các diode được nối chung và kết nối với tải ngõ ra, tạo nên hình dạng hình tia Trong quá trình hoạt động, chỉ có một diode dẫn điện tại mỗi thời điểm, không thể có hai hoặc ba diode đồng thời dẫn điện.
Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển là thiết bị điện quan trọng, chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều bằng cách sử dụng 3 cặp diode tương ứng với 3 pha của nguồn điện So với mạch chỉnh lưu tia 3 pha, mạch cầu 3 pha cung cấp chất lượng điện áp tốt hơn, đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật điện tử.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các mạch điện sử dụng nguồn điện 3 pha lý tưởng với biên độ 380V Mỗi pha điện sẽ lệch pha nhau 120 độ, và phương trình điện áp của từng pha được ký hiệu là V1, V2, V3 như đã minh họa trong hình.
Mạch cầu 3 pha sử dụng 6 diode, với mỗi pha nguồn điện kết nối vào giữa một cặp diode Cực âm của 3 diode trên cùng được liên kết tạo thành cực dương của điện áp một chiều đầu ra, trong khi cực dương của 3 diode bên dưới được nối lại để tạo thành cực âm của điện áp một chiều đầu ra.
2 Chỉnh lưu có điều khiển : a) 3 pha hình tia
3 khối chính trong mạch điều khiển tia 3 pha b) 3 pha hình cầu
Mạch cầu chỉnh lưu 3 pha dùng thyristor là gì?
Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển sử dụng 6 thyristor để chuyển đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành điện áp một chiều Bằng cách điều chỉnh thời gian đóng, mở của các thyristor, giá trị trung bình của điện áp đầu ra có thể được thay đổi.
Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển dùng thyristor
Mạch bănm xung áp có đảo chiều sử dụng IGBT
Chỉnh lưu cầu 3 pha diode +Lọc + Băm xung áp Điều khiển tốc độ bằng bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng IGBT
Mạch băm xung áp có đảo chiều sử dụng IGBT
Tính chọn công suất động cơ
Công suất tĩnh của động cơ khi không có đối trọng lúc nâng tải được tính theo biểu thức sau :
G bt - Khối lượng buồng thang [kg]
G - Khối lượng hàng [kg] v - Tốc độ nâng [m/s] g - Gia tốc trọng trường [ m/ s 2 ¿ η - Hiệu suất của cơ cấu nâng (0,9)
Khi có đối trọng công suất tĩnh của động cơ lúc nâng tải được tính theo biểu thức sau :
P ch = [ ( G bt +G ) 1 η + G dt η ] v.k g.10 −3 [ Kw ] Trong đó
P cn - Công suất tĩnh của động cơ khi nâng có dùng đối trọng
P ch - Công suất tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng
G dt - Khối lượng của đối trọng (kg) k - Hệ số tĩnh đến ma sat giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (1,15 ÷
Khối lượng của đối trọng tính theo biểu thức sau đây
Trong đó α −¿ hệ số cân bằng (0,3 – 0, 6)
Nên chọn hệ số α =0,5 đối vớithang nâng hàng
Chọn khối lượng buồng thang G bt P0 kg
Khối lượng hàng nâng G00 kg
Chọn hệ số k = 1,3 Đường kính puly D= 0,6 m
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không có đối trọng
Xét hệ có đối trọng :
Khối lượng của đối trọng được tính theo công thức sau :
Công suất nâng của động cơ là :
Công suất hạ của động cơ là :
Thang máy nâng hàng với số tầng là 4 tầng
Khối lượng riêng của cáp = 0,47kg/m →cáp ∅ 12
Sử dung 4 sợi cáp = 4 × 0,47 =1,88 kg /m
1 tầng có chiều cáo 4m hành trình lớn nhất = 4 × 5 (m )
Tổng trong lượng dây cáp = 1,88 × 20 7,6 kg a= ∆ v
Thời gian khởi động động cơ để thang có v=2,5 m/s t kđ = v a = 2,5 1,667 =1,5 ( s )
Thời gian này cabin đi được : s kđ =v 0 t+ at 2
Thời gian hãm khi dừng ở mỗi tầng : t hãm =t kđ = v a = 2,5
Quang đường hãm s hãm = s kđ =v 0 t+ a t 2
Thời gian đi với v=2,5 m/s ở giữa 4 tầng : t = 3 h 0 − s kđ −s hãm v = 3 × 4−1,875−1,875
Thời gian làm việc của thang máy giữa 2 tầng kế nhau : t lv = t kđ + t hãm +t =1,5 +1,5 +3,3 =6,6 ( s )
Momen khi mở máy và hãm
F n =( G cabin + G tải −G dt ) × g+ | G cabin + G tải −G dt | × a Lực hạ:
F n =( G cabin −G tải −G dt ) × g− | G cabin −G tải −G dt | ×a
MM Tĩnh hãm MM Tĩnh Hãm
Ph -4.58 -13.23 -6.48 7.96 16.33 5.65 t 1,5 3,3 1,5 1,5 3,3 1,5 Áp dụng công thức công suất đẳng trị ta có :
Từ bảng bên trên ta tính được công suất trung bình :
Chọn động cơ P dm ≥ Ptb = 9,39 (Kw)
Vậy nên chọn động cơ có là P dm ≥ 9,39 (Kw) 2 cấp tốc độ kích từ độc lập
Có số cặp kích từ p=2 và có công suất gấp P đm từ 1,3 đến 1,5 lần Ở đây ta chọn động cơ có thông số như sau :
Mã động cơ 1G5 134-6VV1 là động cơ 1 chiều của siemen:
MM Tĩnh hãm MM Tĩnh Hãm
Khối lượng động cơ 145 kg
Giá thành động cơ xấp xỉ 5000 $
Tính toán quán tính quy đổi về trục động cơ
Tổng quán tính của hệ:
Diode là gì?
Điốt là linh kiện điện tử bán dẫn cho phép dòng điện chỉ đi qua một chiều, ngăn cản dòng chảy ngược Cấu tạo của điốt bán dẫn thường bao gồm một khối bán dẫn loại P kết hợp với một khối bán dẫn loại N, với hai chân ra là anode và cathode.
Khi ghép hai chất bán dẫn theo tiếp giáp P-N, ta tạo ra một Diode Tại bề mặt tiếp xúc của tiếp giáp P-N, các điện tử dư thừa trong bán dẫn sẽ tương tác, tạo nên các đặc điểm quan trọng cho Diode.
N khuếch tán vào vùng bán dẫn P để lấp đầy các lỗ trống, tạo ra một lớp ion trung hòa điện Lớp ion này hình thành miền cách điện giữa hai loại chất bán dẫn.
Mối tiếp xúc P – N => Cấu tạo của Diode
* Ở hình trên là mối tiếp xúc P – N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn.
Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn
1 Mạch chỉnh lưu 1 pha a Chỉnh lưu nửa sóng (một bán kỳ)
– Chỉnh lưu nửa sóng với tải thuần trở
Mạch chỉnh lưu nửa sóng sử dụng một diode nối tiếp với tải, được thiết kế với nguồn điện áp hình Sin có giá trị hiệu dụng 220V và tần số 50 Hz Tải trong mạch có điện trở R Ohm Nguyên lý hoạt động của mạch này dựa trên việc diode cho phép dòng điện chỉ chảy theo một chiều, từ đó tạo ra điện áp một chiều cho tải.
+ Ở bán kỳ dương: Vs > 0 nên UAK > 0 diode dẫn, điện áp trên tải bằng với điện áp nguồn Vo = Vs.
+ Ở bán kỳ âm: Vs < 0 dẫn đến diode không dẫn, mạch hở nên điện áp tải bằng 0.
Từ mô phỏng hoặc tính toán ta sẽ có được giá trị điện áp trung bình của tải là
Thiết kế tính toán phần điều khiển
Sơ đồ khối hệ thống:
- Xây dựng hàm truyền của các thiết bị trong hệ thống:
Hàm truyền của bộ chỉnh lưu:
Ta có hàm truyền của bộ chỉnh lưu là một khâu quán tính bậc nhất, có dạng : k cl
Hàm truyền của thiết bị đo dòng điện:
Ta sử dụng điện trở Shunt để đo dòng điện, hàm truyền là một khâu khuếch đại với: k shunt = 0.06 10 6,67
Hàm truyền của thiết bị đo tốc độ:
Ta sử dụng Tacho Generator để đo dòng điện, hàm truyền là một khâu quán tính bặc nhất, có dạng: k ω
Hàm truyền của động cơ điện một chiều:
Thông số mạch phần ứng:
5 Bộ điều khiển PID cho hệ thống truyền động
5.1 Xây dựng mạch vòng dòng điện:
Hàm chuẩn tối ưu đối xứng Module:
Dùng chuẩn tối ưu Module để tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện:
Bộ điều khiển dòng điện có cấu trúc PI với các tham số:
2 T v 0 = 166,67.42 1.4 1 2.8,33 10 −6 =0,0833 5.2 Xây dựng mạch vòng tốc độ
Hàm chuẩn tối ưu đối xứng Module
Hàm truyền đạt tương đương của mạch vòng dòng điện có dạng gần đúng:
Khi chưa xét đến ảnh hưởng của Momen cản
Dùng chuẩn tối ưu Modul để tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ:
Bộ điều khiển tốc độ có cấu trúc P với tham số
Sơ đồ khối hệ thống: Đồ thị thu được:
5.4 Xây dựng mạch vòng của phần từ thông
Dùng chuẩn tối ưu Module để tổng hợp bộ điều chỉnh phần từ thông kích từ:
Bộ điều chỉnh từ thông qua dòng điện:
Tỷ số truyền i ; η = 0,75 Tốc dộ nâng hạ v = 2,5 m/s ;
Gia tốc a = 1m/s Tải trọng m = 1000kg Cabin M 0 P0 kg ; Đối trọng M dt 00 kg Đk puli D = 0,6
Thời gian khởi động để v = 1,5 m/s : T kd = v a = 2,5 1 =1,5 s
Quãng đương cabin đi được : s kđ =v 0 t+ at 2
2 =¿ 4,875 m s hãm = s kđ = 4,875 m Thời gian đi với vận tốc v =2,5 m giữa 4 tầng là t = 3 h 0 −s kđ −s hãm v = 3 × 4−4 , 875− 4 , 875
2 , 5 =0,9( s)Thời gian làm việc của thang máy giữa 2 tầng kế nhau : t lv =t kđ +t hãm +t = 4 , 875 2+ 0 , 9 , 65 ( s ) a,Momen tĩnh
Khi hãm đẩy ải (a = -1 m/s) có : F h = ( M dt − M t t −M 0 ) × g+ | M dt − M t t −M 0 | × a
VII.Lưu Đồ Thuật Toán
Bảng đầu vào Địa chỉ Ý nghĩa
I0.0 Nút ấn tầng 1 ở bên ngoài
I0.1 Cảm biến vị trí tầng 1
I0.2 Cảm biến vị trí tầng 4
I0.3 Cảm biến phát hiện cửa thang đã mở
I0.4 Cảm biến phát hiện cửa thang đã đóng
I0.5 Nút ấn tầng 4 ở bên ngoài
I0.6 Nút ấn trong thang máy gọi thang đi xuống tầng 1
I0.7 Nút ấn trong thang máy gọi thang đi xuống tầng 4
I1.0 Nút ấn mở cửa trong thang máy
I1.1 Nút ấn đóng cửa trong thang máy
Bảng đầu ra Địa chỉ Ý nghĩa
Bảng dịa chỉ đầu vào trong Tia Portal:
Bảng dịa chỉ đầu ra trong Tia Portal:
Hàm Chương trình con đóng mở cửa thang máy
Hàm Chương trình con logic lên xuống của thang máy
Lưu đồ thuật toán chính
Lưu đồ thuật toán quá trình nâng
Lưu đồ thuật toán quá trình hạ
Lưu đồ thuật toán quá trình đóng mở cử
