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.
- Loại 5: Thang máy điều khiển ngoài cabin chỉ dùng để chuyên chở hàng, loại này khi thiết kế cabin phải khống chế kích thước để người không thể vào được.
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 này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin được treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế.
B.Dẫn đông nhờ xi lanh thủy lực: a) b)
Hình 1.2: Hình vẽ thang máy dẫn động bằng xi lanh thủy lực Đặc điểm của thang máy này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ pittông- xylanh thủy lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máy thủy lực với hành trình tối đa là khoảng 18m, vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm , an toàn, giảm được chiều cao tổng thể của công trình khi có cùng số tầng phục vụ, vì buồng máy đặt ở tầng trệt.
C.Dẫn động nhờ vis-đai ốc:
Các trục vít được sử dụng trước đây trong các thang nâng ở xưởng máy là nhờ có truyền đông cơ khí, do giá thành cao và hiệu suất thấp nên trong các thang nâng hiện nay chúng rất ít được sử dụng Chỉ sử dụng chủ yếu khi chiều cao nâng không lớn (chẳng hạn như các thang nâng toa xe lửa)
Hình 1.3: Sơ đồ thang máy dẫn động bằng vít-đai ốc
D.Dẫn động nhờ khí nén
Theo vị trí đặt bộ tời: Đối với thang máy điện: thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang (hình 1.1 a, 1.1 b), đặt phía dưới giếng thang (hình 1.2a, 1.2b). Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin. Đối với thang máy thủy lực buồng máy đặt tại tầng trệt (hình 1.3a, 1.3b)
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 có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin lên xuống.+ Loại có puly ma sát (hình 1.1 a, b) khi puly quay kéo theo cáp chuyển động là
+ 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.
+ Đóng mở nửa tự động (bán tự động) Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động mở, khi đóng phải dùng bằng tay hoặc ngược lại.
Cả hai loại này dùng cho các thang máy chở hàng có người đi kèm, thang chở hàng không có người đi kèm hoặc thang máy dùng cho nhà riêng.
+ Đóng mở cửa tự động Khi cabin dùng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở cửa cabin Thời gian và tốc độ đóng, mở điều chỉnh được.
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), hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía Đối với thang máy có tải trọng lớn, cabin rộng, cửa cabin có bốn cánh mở chính giữa lùa về hai phía (mỗi bên hai cánh) Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt ở phía sau cabin.
+ Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về một phía Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin (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 bố trí ở một vị trí khác mà không dùng chung giếng thang với cabin. a) Giếng thang có đối trọng bố trí phía sau b) Giếng thang có đối trọng bố trí một bên
Hình 1.5: Mặt cắt ngang giếng thang Giếng thang có đối trọng bố trí phía sau Giếng thang có đối trọng bố trí một bên Theo 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
Loại thang máy sử dụng công nghệ cáp kéo này được vận hành bởi động cơ máy kéo, puly, cáp kéo được kết nối giữa cabin thang máy và đối trọng Khi động cơ máy kéo thực hiện quá trình kéo cáp, lúc đó cabin và đối trọng sẽ vận hành lên xuống ngược nhau theo chiều quay của máy kéo.
Hiện nay, Động cơ kéo thang máy được sử dụng gồm 2 loại là: Động cơ máy kéo dùng hộp số bánh răng và động cơ không hộp số sử dụng nam châm vĩnh cửu được điều khiển bằng encoder bảo đảm ổn định tốc độ Động cơ điện có thể là loại DC hoặc AC Tuy nhiên, theo bài toán ta sử dụng loại dộng cơ DC để vận hành thang.
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 DC không chổi than hay còn được gọi là động cơ BLDC (Brushless DC motor) tạo ra từ trường Roto (bộ phận quay) bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu và sự chuyển dịch của mạch điện từ di chuyển xung quanh Stato. Động cơ DC không chổi than là một động cơ đồng bộ, tốc độ Roto bằng với tốc độ từ trường, hiệu quả hơn và có tuổi thọ cao hơn so với động cơ có chổi than.
Vậy nên động cơ này được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp tự động, máy in, ô tô, y tế và thiết bị đo đạc. Động cơ DC không chổi than Ưu điểm:
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
Không có “bàn chải” hay còn được gọi nhiều với tên chổi than nên không có sự bào mòn và tạo tia lửa điện Do đó, động cơ DC không chổi than có tuổi thọ cao hơn so với động cơ DC có chổi than.
Giá thành của động cơ DC không chổi than khá cao do được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu và cảm biến Hall Đồng thời, giá thành tăng còn do sự ứng dụng mạnh mẽ và phổ biến trên thị trường. Động cơ DC không chổi than
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 ta có một nguồn điện 3 pha lý tưởng, đối xứng điện áp Điện áp mỗi pha V1, V2, V3 sẽ lệch pha nhau 120 độ điện, dạng sóng điện áp được mô tả như hình bên dưới.
Dạng sóng điện áp 3 pha
Mạch chỉnh lưu hình tia 3 pha không điều khiển là mạch biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha thành điện một chiều sử dụng 3 diode mắc ứng với mỗi pha của nguồn Cực âm của mỗi diode nối với nhau và nối với tải ngõ ra tạo hình một hình tia Tại mỗi thời điểm chỉ có một diode dẫn điện không thể có hai hoặc ba diode đồng dẫn. b)Hình cầu
Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển là mạch điện biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều sử dụng 3 cặp diode mắc tương ứng với 3 pha của điện nguồn Mạch cầu 3 pha có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật điện tử, do chất lượng điện áp tốt hơn so với mạch chỉnh lưu tia 3 pha đã tìm hiểu ở bài trước.
Trong các mạch điện tìm hiểu sau đây chúng ta sẽ sử dụng nguồn điện 3 pha lý tưởng Nguồn điện 3 pha biên độ 380V mỗi pha sẽ lệch pha nhau 120 độ điện, giã sử phương trình điện áp của mỗi pha V1, V2, V3 lần lượt như trong hình trên.
Mạch cầu 3 pha sẽ sử dụng 6 diode, mỗi pha nguồn điện sẽ nối với điểm giữa của một cặp diode Cực âm của 3 diode trên cùng được nối với nhau tạo nên cực dương của điện áp một chiều ngõ ra và cực dương của 3 diode bên dưới được nối lại làm cực âm của áp một chiều ngõ 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 là mạch sử dụng 6 thyristor để tạo ra điện áp một chiều từ điện áp xoay chiều 3 pha Nhờ vào việc thay đổi thời gian đóng, mở của các thyristor ta có thể điều chỉnh giá trị trung bình điện áp ngõ ra.
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 (Diode) là một linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất mà không chạy ngược lại Điốt bán dẫn thường đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là anode và cathode.
Nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn
N khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai 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 sẽ dùng 1 diode mắc nối tiếp với tải Thiết kế mạch điện như trong hình vẽ, sử dụng nguồn điện áp hình Sin có giá trị hiệu dụng là 220V và tần số 50 Hz, tải có giá trị điện trở R Ohm Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:
+ 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
