Tính toán thiết kế thang máy
Tổng quan về thang máy
Khái niệm chung về thang máy
* Thang máy là thiết bị chuyên dụng để chở ngời, hàng hóa, vật liệu theo phơng thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với phơng thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.
* Thang máy thờng dùng trong khách sạn, công sở, chung c, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xởng Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các thiết bị vận chuyển khác là thời gian vận chuyển của một chu kỳ bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong các yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiên nghi của các công trình.
* Nhiều quốc gia trên thế giới quy định, đối với các tòa nhà 6 tầng trở lên đều phải đợc trang bị thang máy để đảm bảo cho ngời đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động Giá thành của thang máy trang bị cho công trình so với tổng giá thành của công trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý Đối với những công trình đặc biệt nh bệnh viện, nhà máy, khách sạn , tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhng do yêu cầu phục vụ vẫn phải trang bị thang máy.
* Với những nhà cao tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong tòa nhà Nếu vấn đề vận chuyển ngời trong tòa nhà này không đợc giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng không thể thành hiện thực.
* Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con ngời Vì vậy yêu cầu chung đối với thang máy là khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn đợc quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm.
* Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì cha đủ điều kiện để đa vào sử dụng mà phải có đầy đủ thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy nh: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ(Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin (đối trọng),công tắc an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn
Lịch sử phát triển của thang máy
* Cuối thế kỷ XIX, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời nh OTIS, Schindler Chiếc thang máy đầu tiên đã đợc chế tạo và đa vào sử dụng là của hãng thang máy OTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schindler (Thụy Sỹ) cũng đã chế tạo thành công một số thang máy khác Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp.
* Đầu thế kỷ XX, có nhiều hãng thang máy khác ra đời nh KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR (Nhật Bản), THYSEN (Đức), SABIEM (ý) đã chế tạo các thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt hơn và êm hơn.
* Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 450 m/ph, những thang máy chở hàng đã có tải trọng lên tới 30 tấn đồng thời cũng trong khoảng thời gian này đã có những thang máy thủy lực ra đời Sau một khoảng thời gian rất ngắn với sự tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 600 nm/ph Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phơng pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm đợc khoảng 40% công suất động cơ
* Đồng thời cũng vào khoảng thời gian này đã xuất hiện thang máy dùng động cơ điện cảm ứng tuyến tính.
* Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ đạt tới 750 m/ph và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt khác.
Phân loại thang máy
Hiện nay, thang máy đợc sản xuất, thiết kế với nhiều chủng loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình cũng nh mục đích của con ngời Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc, đặc điểm sau:
3.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993): thang máy đợc phân làm 5 loại: a Thang máy chuyên chở ngời: Loại này để vận chuyển ngời trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung c, trờng học
Trang 5 b Thang máy chuyên chở ngời có kèm theo hàng: thờng dùng cho các siêu thị, khu triển lãm c Thang máy chuyên chở bệnh nhân: thờng dùng trong các bệnh viện, khu điều dỡng Đặc điểm của loại thang này là kích thớc thông thủy cabin phải đủ lớn để chứa băng ca hoặc giờng bệnh cùng các bác sỹ, hộ tá, các dụng cụ cấp cứu đi kèm. d Thang máy chuyên chở hàng không có ngời đi kèm: loại này dùng chuyên chở vật liệu, thức ăn trong khách sạn, nhà ăn tập thể Đặc điểm của loại này là có điều khiển bên ngoài cabin (trớc cửa tầng) trong khi các loại thang khác có điều khiển cả trong và ngoài cabin.
Ngoài 5 loại thang trên còn có một số loại thang khác nh: thang máy cứu hỏa, thang máy chở ô tô
3.2 Theo hệ thống dẫn động cabin: thang máy đợc chia thành 3 loại sau: a Thang máy dẫn động điện: dẫn động thang bằng động cơ điện qua hộp giảm tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp Chính nhờ cabin đợc treo bằng cáp mà hành trình thang không bị hạn chế Ngoài ra còn có loại thang máy dẫn động bằng bánh răng thanh răng chuyên dùng chở ngời phục vụ cho các công trờng xây dựng cao tầng. b Thang máy thủy lực (bằng xy lanh - pít tông): Cabin đợc đợc đẩy từ dới lên nhờ pít tông - xy lanh thủy lực nên hành trình bị hạn chế Hiện nay thang máy thủy lực có hành trình tối đa là khoảng 18 m vì vậy không thể trang bị cho các công trình cao tầng mặc dù kết cấu gọn, tiết diện giếng thang nhỏ hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an toàn, giảm đợc chiều cao tổng thể của công trình do buồng máy đặt ở tầng trệt. c Thang máy khí nén
3.3 Theo vị trí đặt bộ tời kéo:
* Đối với thang máy điện có 2 loại:
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang
- Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dới giếng thang
* Đối với thang máy dẫn động 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.
3.4 Theo hệ thống vận hành: a Theo mức độ tự động:
- Loại tự động. b Theo tổ hợp điều khiển:
- §iÒu khiÓn theo nhãm c Theo vị trí điều khiển:
- Điều khiển cả trong và ngoài cabin
3.5 Theo các thông số cơ bản: a 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 b Theo khối lợng vận chuyển của cabin:
3.6 Theo kết cấu các cụm cơ bản: a Theo kết cấu của bộ tời kéo:
- Bộ tời kéo có hộp giảm tốc
- Bộ tời kéo không có hộp giảm tốc: thờng dùng cho các loại thang có tốc độ 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 ( Linear Induction Motor).
- Bộ tời kéo có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin lên xuống. b Theo hệ thống cân bằng:
- Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn.
- Không có cáp hoặc xích cân bằng. c Theo cách treo cabin và đối trọng:
-Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin.
- Có pa lăng cáp ( thông qua puly trung gian) vào dầm trên của cabin
- Đẩy từ phía đáy cabin lên thông qua các puly trung gian. d Theo hệ thống cửa cabin:
- Theo phơng pháp đóng mở cửa cabin:
+ đóng mở nửa tự động.
Hai loại này thờng dùng cho thang máy chở hàng có hoặc không có ngời đi kèm
- Theo kết cấu của cửa:
+ Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía. + Cánh cửa dạng tấm đóng mở bản lề một hoặc hai cánh + Cánh cửa dạng tấm, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía Loại này thờng dùng cho thang máy có đối trọng đặt phía sau cabin.
+ Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở về một bên, lùa về một phía Loại này thờng dùng cho thang máy có đối trọng đặt bên cạnh cabin.
+ Cánh cửa dạng tấm, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía trên và dới (thang máy chở thức ăn).
+ Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở lùa về một
+ Thang máy có một cửa.
+ Thang máy có hai cửa đối xứng nhau.
+ Thang máy có hai cửa vuông góc với nhau. e Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn cabin:
- Hãm tức thời: loại này thờng dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến 45 m/phút.
- Hãm êm: loại này thờng dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45 m/phút và thang máy chở bệnh nhân.
3.7 Theo vị trí cửa cabin và đối trọng giếng thang: a Đối trọng bố trí phía sau. b Đối trọng bố trí một bên.
Trong một số trờng hợp, đối trọng có thể đợc bố trí ở một vị trí khác mà không cùng chung giếng thang với cabin.
3.8 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin: a Thang máy thẳng đứng: là loại thang máy có cabin di chuyển theo phơng thẳng đứng (hầu hết các thang máy hiện nay sử dụng theo cách này). b Thang máy nghiêng: là loại thang máy có cabin di chuyển nghiêng một góc so với phơng thẳng đứng. c Thang máy zigzag: là loại thang máy có cabin di chuyển theo đờng zigzag.
Phân tích một số sơ đồ động của thang máy chọn cách bố trí trạm dẫn động cho thang máy
Phân tích một số sơ đồ động
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dỡng
- Không sử dụng cáp hoặc xích cân bằng
- Làm tăng chiều cao công trình do có thêm phòng máy
- Tính kinh tế cao, sử dụng phổ biến cho cả hai loại thang chở hàng và chở ngời.
- Công suất động cơ lớn hơn khi không có cáp cân bằng.
- Giá trị lực vòng trên puly kéo ổn định
1.2 Sơ đồ 2: Đặc điểm và phạm vi sử dụng:
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dỡng
- Sử dụng cáp hoặc xích cân bằng
- Làm tăng chiều cao công trình do có thêm phòng máy
- Tính kinh tế cao, sử dụng phổ biến cho cả hai loại thang chở hàng và chở ngời.
- Chiều cao lớn hơn 27 m khi có cáp cân bằng
- Công suất động cơ nhỏ hơn khi có cáp cân bằng
- Giá trị lực vòng trên puly kéo ổn định
1.3 Sơ đồ 3: Đặc điểm và phạm vi sử dụng:
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dỡng
- Làm tăng chiều cao công trình do có thêm phòng máy
- Cáp, puly kéo nhanh mòn, độ bền lâu của cáp giảm
- Chỉ sử dụng cho loại thang chở hàng
- Độ an toàn không cao
- Công suất động cơ lớn
- Giá trị lực vòng trên puly kéo rất lớn
1.4 Sơ đồ 4: Đặc điểm và phạm vi sử dụng:
- Cấu tạo phức tạp, khó lắp đặt bảo dỡng
- Không sử dụng cáp hoặc xích cân bằng
- Tính kinh tế không cao
- Chỉ sử dụng cho loại thang chở hàng
- Công suất động cơ lớn do động cơ bố trí dới đáy giếng thang
- Giá trị lực vòng trên puly luôn thay đổi
1.5 Sơ đồ 5: Đặc điểm và phạm vi sử dụng:
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dỡng
- Không sử dụng cáp hoặc xích cân bằng
- Làm tăng chiều cao công trình do có thêm phòng máy
- Sử dụng phổ biến cho cả hai loại thang chở hàng và chở ngời.
- Góc ôm của cáp trên puly kéo lớn do đó tăng khả năng kéo
1.6 Sơ đồ 6: Đặc điểm và phạm vi sử dụng:
- Cấu tạo phức tạp, khó lắp đặt bảo dỡng
- Không sử dụng cáp hoặc xích cân bằng
- Làm tăng chiều cao công trình do có thêm phòng máy
- Tính kinh tế không cao, sử dụng cho cả thang chở hàng và thang chở ngời.
- Giá trị lực vòng trên puly kéo luôn thay đổi và lớn hơn so với cáp cân bằng
1.7 Sơ đồ 7: Đặc điểm và phạm vi sử dụng:
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dỡng
- Không sử dụng cáp hoặc xích cân bằng
- Góc ôm của cáp lớn
- Tính kinh tế không cao
- Sử dụng cho loại thang chở hàng và chở ng- êi
- Kích thớc công trình tăng
- Cáp và puly kéo mòn nhanh hơn các loại khác
- Lực vòng trên puly kéo luôn thay đổi
1.8 Sơ đồ 8: Đặc điểm và phạm vi sử dụng:
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, bảo dỡng
- Sử dụng cáp hoặc xích cân bằng
- Góc ôm của cáp lớn
- Sử dụng cho loại thang chở hàng và chở ngời
- Kích thớc công trình tăng
- Làm tăng chiều cao công trình do có thêm phòng máy
Kết luận: Dựa vào những phân tích trên và yêu cầu thực tế cụ thể của đồ án, ta chọn sơ đồ động 6.
1.9 Theo sơ đồ đã chọn, ta có sơ đồ nh hình vẽ:
- Vận tốc dài trên bánh cáp:
- Vận tốc vòng trên bánh cáp: nbánh cáp = nđc/i0
®c 0 n : vận tốc quay của động cơ đó: i : tỉ số truyền
Do không có hộp giảm tốc nên tỉ số truyền i0=1 nên nbánh cáp = nđc 9 (v/ph)
- Vận tốc cáp tính theo công thức:
Nh vậy vận tốc này thỏa mãn vận tốc yêu cầu
1.9.2 Chọn công suất động cơ: ®t cb ®t cb t
Q : Trọng l ợng cabin(chọn 7000 N) Trong đó:
Q : Trọng l ợng tải 6300 N :hệ số cân bằng( 0,3 0,6) Lấy 0,5
Lực vòng trên puly F đợc tính theo công thức:
1 2 k: hệ số tính đến ma sát giữa cáp và puly k=1,15 1,3 Trong đó:
S : lực căng bên nhánh dây treo đối trọng
S : lực căng trên nhánh dây treo cabin 1,15.(10150 7000) 3622,5( )
Công suất động cơ tính theo công thức: bánh cáp 1
Trong đó: : hiệu suất của cơ cấu 1(do từ động cơ ra không có khớp nối, ổ lăn)
Nh vậy: ta chọn động cơ có công suất 8,1 kw(đây là loại động cơ rất mới cha có trong các tài liệu mà chỉ có ngoài thực tế) với các thông số:
1.10 Kiểm nghiệm công suất động cơ:
- Nh tính toán phần 9.1, ta đã tính đợc vận tốc dài của cáp là 3,67 (m/s)
- Khi đó thì công suất cần thiết trên trục bánh cáp đợc tính theo công thức: bánh cáp
Vậy động cơ đã chọn là thỏa mãn
Phơng án chọn cabin
Sau đây là một số phơng án chọn cabin:
* Đặc điểm: Cabin đặt đối xứng trên dầm thép chịu lực, có hai cửa ra vào
* Phạm vi sử dụng: thờng dùng trong các bệnh viện * Ưu điểm: vào ra bốc dỡ hàng thuận tiện
* Nhợc điểm: do có hai cửa hai bên cabin nên chi phí tăng, chỉ dùng cho các tòa nhà có hố thang đặt giữa tòa nhà hành lang hai bên.
* Đặc điểm: Cabin đặt lệch về phía sau trên dầm thép chịu lực, có một cửa ra vào
* Ưu điểm: Giá thành giảm do chỉ có 1 cửa ra vào
* Nhợc điểm: Vì chỉ dùng một cửa nên cabin phải đặt lệch về phía sau để trọng lợng cabin rơi vào giữa hai dầm chịu lực Trọng lợng vật nâng đặt ở phía cửa ra nên sàn cabin phải đợc làm chắc chắn để có thể chịu đợc lực uốn do trọng lợng vật nâng đặt lệch
* Đặc điểm: Cabin có thêm giá treo nh hình vẽ
* Ưu điểm: do có thêm giá treo nên độ cứng vững của sàn cabin tăng do có thể giảm bớt kích cỡ của dầm mà vẫn chịu đợc lực uốn do vật nặng đặt lệch về một phía trên sàn cabin
Nhận xét: theo những phân tích về phơng án chọn sàn cabin trên cộng với yêu cầu thiết kế thang chở ngời cho nên ta chọn phơng án 3 do đây là phơng án tối u nhất.
Phơng án chọn sàn cabin
Thang khách ngoài nhiệm vụ vận chuyển khách còn đòi hỏi có tính thẩm mỹ cao (có một số lựa chọn về màu, loại hoa văn trên mặt sàn ), thuận tiện, an toàn cho hành khách Do đó sàn cabin phải là loại có hai sàn: sàn tĩnh và sàn động Sàn tĩnh đặt trên sàn động và nối với sàn động qua hệ thống lò xo để cân tải trọng và giảm chấn.
Phơng án chọn cửa cabin và cửa tầng
* Một số yêu cầu đối với cửa:
Đủ độ cứng vững và độ bền Cửa đợc lắp kín khít và có kích th- ớc phù hợp với quy định trong tiêu chuẩn
Cửa phải đợc trang bị hệ thống khóa cửa sao cho hành khách không thể tự mở cửa từ bên ngoài Khi đóng cửa tầng khóa này tự động sập và chỉ có thể mở đợc từ bên ngoài bằng dụng cụ chuyên dùng do ngời điều hành thang sử dụng.
Cửa phải có khả năng chống cháy.
Đối với loại cửa lùa, đóng mở tự động thì chỉ mở cửa bằng cơ cấu đóng mở đặt trên nóc cabin ngay cả khi cabin đứng trớc cửa tầng (hành khách không thể tự mở) Khi đang đóng, nếu gặp chớng ngại vật thì cửa phải tự mở ra và sau đó lại tiếp tục đóng để tránh tình trạng hành khách cha vào hẳn cabin bị kẹt giữa cửa và gây cháy động cơ của cơ cấu đóng mở cửa.
Cửa phải có tiếp điểm điện an toàn để đảm bảo rằng thang máy chỉ có thể hoạt động đợc khi cabin và tất cả các cửa tầng đã đóng kín và khóa đã sập.
* Theo yêu cầu thiết kế cộng với yêu cầu đối với loại thang khách ta chọn loại cửa lùa hai phía.
Phơng án chọn thiết bị an toàn
* Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn cho thang máy và hành khách trong trờng hợp xảy ra sự cố nh: đứt cáp, cáp trợt trên rãnh puly ma sát, cabin chuyển động với tốc độ vợt quá giá trị cho phép Thiết bị an toàn trong thang máy bao gồm 2 bộ phận chính: bộ hãm bảo hiểm và bộ hạn chế tốc độ
- Bộ hãm bảo hiểm (phanh): theo nguyên lý làm việc có bộ hãm tác động tức thời và bộ hãm bảo hiểm tác động êm (có độ trợt lớn) Bộ hãm tác động tức thời dùng cho thang máy tốc độ < 0,71 m/s Theo cấu tạo của bộ phận công tác có hai loại: phanh dạng cam (hình 12), phanh dạng nêm(hình
13) (bộ hãm bảo hiểm dạng cam chỉ dùng cho thang máy chở hàng loại nhỏ).
Hình 12: Phanh cam Hình 13: Phanh nêm Đối với thang máy có tốc độ trên 1 m/s thờng đợc trang bị phanh tác động êm với bộ phận công tác dạng nêm hay má kẹp.
- Bộ hạn chế tốc độ: khi cabin hạ với tốc đọ vợt quá giới hạn cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua hệ thống tay đòn tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hớng.
* Theo những phân tích trên, ta chọn loại phanh nêm, bộ hạn chế tốc độ kiểu phẳng.
Phơng án chọn cơ cấu dẫn hớng
Nh chúng ta đã biết, cơ cấu dẫn hớng của thang máy là hệ thống các thanh ray Ray có hai loại cơ bản: cán định hình, thép định hình đã đợc tiêu chuẩn hóa lắp với nhau Ngoài hai loại trên thì còn có ray dạng thép góc, thép chữ U, ống thép ( đối với loại thang máy chở hàng loại nhỏ):
- Ray bằng thép cán định hình, đã đợc tiêu chuẩn hóa, mặt bên đợc mài, bề mặt đợc gia công cơ.
- Ray làm bằng thép định hình chữ L có độ dài cỡ 6 m/ 1 thanh Loại ray này thờng dùng cho thang máy chở hàng có tốc độ thấp, tải trọng nhỏ.
Theo yêu cầu đối với loại thang máy chở khách, ta chọn loại ray là thép cán định hình dạng chữ T.
Phơng án chọn cơ cấu ngàm dẫn hớng
Ngàm dẫn hớng có tác dụng dẫn hớng cho cabin và đối trọng dịch chuyển dọc theo ray dẫn hớng và khống chế độ dịch chuyển ngang của cabin và đối trọng trong giếng thang sao cho nó không vợt quá giá trị cho phép Có hai loại ngàm dẫn hớng: ngàm trợt và ngàm con lăn:
- Ngàm trợt có loại ngàm trợt tự lựa Ngàm trợt thờng dùng cho loại thang có tốc độ không cao. n
Hình 12: Phanh cam Hình 13: Phanh nêm
- Ngàm con lăn: cấu tạo nh hình vẽ Có u điểm là cho phép giảm đợc ma sát và giảm độ ồn và khả năng va đập khi cabin đi qua điểm nối giữa các đoạn ray dẫn hớng Loại ngàm này thờng dùng cho thang máy có tốc độ cao. Theo những phân tích trên, ta chọn loại ngàm con lăn.
Hình 14: ngàm tr ợt tự lựa
Giới thiệu vài nét về loại động cơ mới
Giới thiệu
Đây là 1 loại động cơ không hộp số với động cơ nam châm vĩnh cửu giành cho thang máy tốc độ cao Sản phẩm động cơ nam châm vĩnh cửu có một không hai này và hệ thống phanh hai đĩa kép đối với động cơ thang máy tạo ra khả năng cải thiện rất nhiều nh: năng suất cao hơn, tiện nghi tốt hơn
Cải tiến năng suất và sự phản hồi:
Bởi vì nó không yêu cầu một dòng điện kích từ, cho nên động cơ nam châm vĩnh cửu làm cho năng suất, phản hồi nhanh hơn so với các loại động cơ truyền thống Hơn nữa, động cơ nam châm vĩnh cửu duy trì mức hiệu suất không cần quan tâm đến số cặp cực.
Di chuyển thoải mái hơn: Động cơ này tạo cho nó khả năng khử mức ồn xuống thấp hơn các động cơ truyền thống Hơn nữa, động cơ này còn nổi bật bởi khả năng phản hồi nhanh tính từ khi nó đợc yêu cầu không có kích từ Hơn nữa, còn làm giảm tiếng ồn và rung động khi chạy và làm cho khách hàng có một phơng tiện tiện nghi hơn.
Mô tơ động cơ PM nhỏ hơn và gọn hơn so với động cơ truyền thống. Động cơ PM cho phép sự bố trí đa cực và kết quả là làm cho kết cấu của máy gọn hơn Cũng thời gian này, độ cao của động cơ cũng giảm bởi hệ thống phanh đĩa kép.
Kết quả của sự cải tiến này khi so sánh với các loại trớc đây: a) Tiết kiệm năng lợng b) Giảm tiếng ồn và rung động c) Cỡ nhỏ hơn d)An toàn hơn
Sự thuận lợi này có đợc nhờ rất nhiều nhân tố đó là: rô to không yêu cầu kích từ, tiếng ồn đã đợc khử và thiết kế mô tơ có hiệu suất cao đã đợc sử dông. Động cơ PM cho thang máy tốc độ cao:
Các thang máy yêu cầu động cơ kéo với rung động quay ít hơn theo yêu cầu tạo nên sự di chuyển êm, ít ồn và kết cấu phòng máy Những cải tiến gần đây để có đợc hiệu suất cao đã làm cho luồng mật độ của nam châm và lực cỡng bức tăng cao Chúng tôi đã phát triển một loại động cơ không hộp số cho các thang máy cao tốc bằng sự nghiên cứu rộng rãi loại động cơ nam châm vĩnh cửu Thang Mitsubishi là thang sử dụng đầu tiên công nghệ động cơ nam châm vĩnh cửu.
Sau đây là một số nét chính về động cơ này:
(1) Giảm rung động quay, Hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu cao.
(2) Sự khám phá về vị trí các cực nam châm và điều khiển động cơ
(3) Động cơ kéo sử dụng mô tơ nam châm vĩnh cửu và hệ thống bánh phanh kÐp. ở đây chúng tôi mô tả sự phát triển của động cơ nam châm vĩnh cửu
Trang 23 và điều khiển của nó, bao gồm cả sự phát triển của hệ thống phanh bánh kép làm cho động cơ kéo nhỏ hơn.
Đặc điểm kĩ thuật của động cơ kéo PM
Bảng 1 chỉ ra những đặc điểm phát triển mới của loại động cơ không hộp số Nó phụ thuộc vào tốc độ cáp, dới đây là hai loại động cơ đã đợc phát triển Hệ thống đĩa phanh đợc kết hợp để hỗ trợ cho sự nhỏ gọn của động cơ kéo Những loại này có công suất từ 25-40 kw và phanh là nh nhau.
Tải trọng max 1,600kg Động cơ 25kw: 120,150m/min
Bảng 1 Đặc điểm kỹ thuật của động cơ kéo
Sự phát triển của động cơ PM
ở đây chúng tôi mô tả ngắn gọn về công nghệ động cơ, lấy loại 40 kw làm ví dụ:
3.1 Đặc tính kỹ thuật của động cơ
3.2 Chi tiết về nam châm vĩnh cửu: Chúng tôi sử dụng loại nam châm đất hiếm mà mật độ luồng nam châm cao và lực cỡng bức (lực hút) lớn.
Có 3 loại vật liệu chính sử dụng để chế tạo châm vĩnh cửu là
SmCo(samarium), neodymium (Nd) và praseodymium (Pr), tất cả các đặc
Bảng 2 So sánh các loại nam châm đất hiếm tính của nó đã đợc mô tả ở trên Trong đó Nd đợc sử dụng nhiều bởi vì khi năng lợng lớn nhất ngày càng tăng, nó sẽ trở nên có hiệu lực hơn cho sự Bảng 2 mô tả sự so sánh giữa các vật liệu.
Phơng thức chung để một động cơ là để sắp xếp thiết kế đa cực nh hình 1 Điều này là làm giảm kích thớc lõi, độ dài đầu cuộn dây
Năng lợng đợc cung cấp tần số đợc tăng lên nhờ sự sắp xếp đa cực, nhng số cặp cực có thể đợc lựa chọn tùy ý do gần đây sự phát triển của công nghệ nguồn điện tử đã mở rộng khoảng tần số thực hiện của bộ đổi điện hiện đại, do đó có thể loại trừ giới hạn tần số khi thiết kế động cơ Từ khi có sự giới hạn về kích thớc của vật liệu nam châm, there is a limit to the pole-arc length to be covered by one magnet and the pole lower limit value can be determined(đã có một sự giới hạn tới độ dài cung cực đợc kiểm soát bởi 1
Trang 25 nam châm giá trị giới hạn thấp hơn của cực có thể đợc thiết lập Ngoài ra, khi số cực tăng, số thành phần và số quá trình và sản xuất tăng số cặp cực đợc lựa chọn giữ cho những điểm này trong khả năng tính toán Đối với những động cơ điện cảm ứng truyền thống thờng sử dụng động cơ kéo có một số giới hạn cho sự bởi vị lực và hiệu suất của động cơ giảm khi số cực tăng Nhng, với động cơ đồng bộ, sự hoạt động với hiệ lực cao đạt đợc mà không quan tâm đến số cặp cực Bảng 3 mô tả sự so sánh giữa động cơ điện cảm ứng và động cơ nam châm vĩnh cửu Động cơ điện Động cơ PM
Bảng 3 Sự so sánh giữa động cơ điện cảm ứng và động cơ PM
3.4 Kết cấu và vỏ của rô to
Mặc dù độ dày của nam châm đất hiếm đã đợc cải tiến, vẫn rất khó để tự nó tạo ra lỗ thủng(hole) Do đó, Mitsubishi đã gắn nam châm đó với miếng đệm không từ tính Do sự hạn chế về kích cỡ của khối, rất nhiều nam châm đã đợc sắp xếp theo các hớng khác nhau trên trục tọa độ cho mỗi cực Nam châm đ- ợc làm theo cấu trúc này do đó nó không bị ảnh hởng tới bởi các nhân tố nh không khí bên ngoài (khí hóa học, hơi ẩm, vv).
3.5 Khả năng chống lại sự khử từ
Từ tính đợc phân loại theo các dãy đảo ngợc hay không thể đảo ngợc phụ thuộc vào tỉ lệ trờng từ tính (hình 2) Từ tính này đễ dàng bị ảnh hởng bởi nhiệt độ của nam châm, khi nhiệt độ cao hơn, khoảng đảo ngợc sẽ hẹp hơn. Bởi vậy, chúng tôi giữ nhiệt độ thấp nhất có thể để điện kháng của mô tơ đợc tính đến vì vậy trờng từ đối lập gây ra bởi dòng ở vỏ sắt sẽ không vợt quá khoảng bị đảo lộn và hiện tợng khử từ sẽ không xảy ra Hơn nữa, trong mạch ngắn kiểm tra cho mô hình, Mitsubishi đã xác nhận đợc rằng sự khử từ không xảy ra
3.6 Biện pháp khắc phục tiếng ồn do mô men quay của máy gây ra
Nếu điện áp cảm ứng trong mô tơ là hàm điều hòa, luồng điện cao đi qua gây ra sự khác biệt trong sóng điện áp hình sin của nguồn điện, điều này gây ra sự rung động Từ khi động cơ kéo thang máy yêu cầu ít rung động hơn mô men quay êm hơn, chúng tôi đã bố trí cốt trong rãnh xiên để cải thiện hình dạng sóng Kết quả đạt đợc thể hiện ở hình 4.
Điều khiển động cơ PM
Hình 5 mô tả hệ thống điều khiển động cơ cho thang máy tốc độ cao sử dụng động cơ PM Máy đổi điện này cho phép động cơ PM cung cấp tốc độ chính xác và mô men xoắn bằng điều khiển phản hồi, nó điều khiển tốc độ nh một tín hiệu trả lại, và bằng mạch điện yếu, điều khiển dòng ra và vị trí cực nh là một tín hiệu trả lại Điều này tạo điều kiện cho sự di chuyển của thang tốt hơn.
So sánh với loại động cơ điện cảm ứng, điều khiển động cơ PM đơn giản hơn, vì vậy thời gian bị mất cho khởi động có thể đợc giảm và hiệu suất cao của động cơ có thể đạt đợc khi mà dòng cảm ứng trở nên không cần thiết.
Bộ đổi điện điều khiển điện áp ra giữ ở mức không đổi bằng điều khiển phản hồi, mà sử dụng điện áp ra nh là một tín hiệu phản hồi Về sản phẩm động cơ
PM, chúng tôi đã mô tả những đặc tính mới trong hệ thống điều khiển đợc dùng.
Một động cơ PM sinh ra luồng trờng từ tính khi quay nam châm vĩnh cửu và cho phép dòng điện chạy trong lõi, Mô men xoắn của động cơ đợc tính theo công thức sau:
Bởi vậy, mô men xoắn phụ thuộc vào vị trí cực từ.
4.2 Tìm vị trí cực nam châm Để điều khiển động cơ PM, phải tìm ra vị trí của cực nam châm Bởi vậy, trong việc tìm vị trí cực nam châm, chúng tôi sử dụng mã hóa độc nhất với hai hàm:
1 Hàm thứnhất là sự mã hóa tuyệt đối mà tìm ra vị trí tuyệt đối tại mỗi góc điện 45 độ
2 Hàm thứ hai là mã hóa lớn hơn mà đầu ra có hai cụm tín hiệu và tín hiệu 0 cho mỗi nhịp trong 1 vòng quay
4.3 Vị trí cực nam châm đúng
Khi tập hợp các mã hóa đó trong động cơ kéo, luôn có lỗi ở vị trí tuyệt đối của cực Nhng thậm trí nếu giá trị này là quá nhỏ góc cơ sai, Nó có thể gây ra lỗi nhiều lần cho góc điện, kết quả là trong sự tìm kiếm khắt khe có lỗi. Việc sai sót trong tìm kiếm vị trí cực từ làm hỏng quá trình điều khiển mô men xoắn, nó có thể làm ảnh hởng tới qua trình chuyển động của thang máy.
Do đó, một mạch có vị trí cực đúng, mà đánh giá lỗi vị trí của cực từ tình trạng của cabin đã đợc sử dụng.
Hình 6 mô tả hình dạnh sóng cho sự hoạt động của cabin
Một vài nét sơ bộ về động cơ kéo này
Phơng thức chung cho việc giảm kích thớc động cơ là sắp xếp đa cực Kết quả là làm giảm kích thớc của lõi và độ dài đầu lõi.
5.1 Vùng nhô ra của động cơ kéo Đối với động cơ cảm ứng điện từ truyền thống sử dụng động cơ kéo có một số giới hạn trong việc giảm kích thớc bởi vì nhân tố năng lực và hiệu suất giảm khi số cực tăng Nhnh đối với động cơ đồng bộ, hiệu suất hoạt động cao đã đạt đợc mà không cần quan tâm đến số cặp cực Bảng 3 mô tả sự so sánh giữa hai loại động cơ.
Phanh
Loại máy này sử dụng 1 hệ thống phanh kép với hai đĩa phanh nh là sự lựa chọn đối với phanh trống ở đây, chúng tôi so sánh phanh trống này sử dụng cho động cơ kéo không hộp số với hệ thống phanh đĩa kép Bảng 4 mô tả những đặc tính riêng biệt này:
Bảng 4 So sánh các hệ thống phanh
Sự xếp đặt tốt rất tốt §é bÒn tèt tèt
Hiệu suất tốt rất tốt
Kích thớc ngoài của phanh quyết định bởi kích cỡ cuộn dây Đối với loại phanh này, a clapper-type coil with a small external size was adopted(một loại cuộn quả lắc với kích thớc ngoài nhỏ đã đợc chấp nhận) Fig.9 shows a lever brake using a clapper-type coil(Hình 9 mô tả đòn bẩy của phanh sử dông cuén clapper type ) Since the external surface of the coil is determined
Trang 31 by the coil stroke and absorptivity, it is required to use a coil with an external surface as small as possible taking layout and maintenance into consideration(Từ khi bề mặt ngoài của cuộn dây đợc xác định bằng đòn cuộn dây và lực hút) Through the adoption of a clapper- type coil(Thông qua sự chấp nhận sử dụng cuộn dây loại quả lắc), the coil stroke has been drastically reduced compared with the conventional solenoid coil(đòn cuộn dây đã đợc giảm mạnh so với các loại cuộn dây lõi thép truyền thống).
6.3 Coil stroke reduction (Sự giảm đòn cuộn dây)
A floating-type brake was adopted as an alternative to the lever-type to further reduce coil stroke(Loại bánh phanh để nổi đã đợc dùng nh là một sự lựa chọn đối với loại đòn bẩy này để giảm nhiều hơn đòn cuộn dây) Fig.10 shows the external drawing of a floating-type disk-brake(Hình 10 mô tả bản vẽ ngoài của loại đĩa phanh nổi(tự do)) With this arrangement(Với sự bố trí nh vËy), the stroke was further reduced to 40% compared with the lever-type because backlash and loss around the lever support pin and the lever deflection were negligible(thì đòn đã giảm 40% so với loại đòn bẩy bởi vì khe hở và sự thiệt hại cho pin và sự chệch hớng đòn bẩy là không đáng kể).
KÕt luËn
Kết quả đã chứng minh bởi việc sử dụng loại động cơ kéo này:
(1) Loại động cơ này không cần dòng kích từ Kết quả này trong việc cải tiến việc chạy và điều khiển.
(2) Tiếng ồn tần số chung cao có thể gây ra sự khó chịu đã đợc giảm đối với động cơ PM Điều này tạo điều kiện giảm tiếng ồn và rung động
(3) Qua việc sử dụng động cơ và hệ thống phanh đĩa kép, cỡ của động cơ kéo đã đợc giảm tạo khả năng cải tiến hình dáng cho động cơ.
Tính một số cơ cấu
Tính trạm dẫn động
Theo yêu cầu thiết kế có các số liệu sau:
* Sơ đồ trạm dẫn động:
: trọng l ợng mà thang có thể chở đ ợc Trong đó:
: trọng l ợng bản thân cabin
Mà theo yêu cầu thiết kế:
* Chiều cao nâng: do yêu cầu thiết kế là 10 điểm dừng, với chiều cao mỗi tầng 3 m Vậy chiều cao nâng H*30 m.
* Sau đây để hiểu rõ về yêu cầu thiết kế thang máy không buồng máy, chúng ta có thể xem mô hình sau:
Hình 3.1 Sơ đồ trạm dẫn động
Tính và chọn cáp
* Theo yêu cầu an toàn, cáp đợc tính theo lực kéo đứt theo công thức: ® max max ® ® max
: lực căng lớn nhất trên dây cáp(N) Trong đó: n: hệ số an toàn
: lực léo đứt dây theo bảng tiêu chuẩn
Lực kéo đứt của những loại cáp thông dụng nhỏ hơn tổng lực kéo đứt của các sợi cáp từ 1580% Vì vậy có thể xác định lực kéo đứt gần đúng theo công thức sau:
- : giới hạn bền kéo của sợi thép(N/mm ), th ờng 1400 2000 chọn 2000( / )
- : đ ờng kính sợi thép, 0,5 5( ) chọn =0,5
- i: số sợi thép trong cáp, i
2 2 TÝnh lùc c¨ng d©y lín nhÊt: a Tr ờng hợp máy đầy tải : bỏ qua lực ma sát
Lực vòng trên bánh cáp:
b Tr ờng hợp máy không tải:
Lực vòng trên bánh cáp:
Nhận xét: Trong cả hai trờng hợp lực vòng trên puly ma sát không đổi do đó động cơ làm việc rất ổn định c Tính chính xác Smax:
1 Thay vào công thức (1) đ ợc:
- Xác định hệ số an toàn n: Đối với thang máy chở ngời, theo bảng (2.1) tài liệu tham khảo số [] ta đợc n=9
- Tính lực kéo đứt của cáp theo lực căng tối đa trong dây cáp:
- Chọn kết cấu của cáp:
+ Theo bảng ta chọn loại cáp AK-P 6 19 = 114 + Trong đó:
AK: loại cáp tiếp xúc đ ờng giữa các sợi thép
P : đ ờng kính sợi thép khác nhau trong lớp ngoài cùng
19 : số sợi thép bện thành một tao
- Xác định đờng kính cáp: theo bảng tài liệu tham khảo [] ta tra đợc đờng kính sợi cáp là:
Do ta sử dụng 5 sợi cáp nên lực kéo đứt:
thiết kế phanh
Phân tích và chọn vị trí lắp đặt
* Tất cả các cơ cấu máy trục đều có bộ phận phanh hãm hoặc khóa dừng, nhất là những cơ cấu có vận tốc cao Đối với thang máy, phanh có nhiệm vụ để dừng cabin đúng tầng theo yêu cầu của hành khách, cho phép thang máy ở trạng thái treo.
* Về vị trí đặt phanh thì do yêu cầu thiết kế thang máy không buồng máy với loại động cơ mới không có hộp giảm tốc bao gồm trong nó cả phanh, puly cho nên phanh nhất thiết phải ở trục động cơ.
* Để thiết kế phanh ta cần hai dữ kiện:
* Về loại phanh đợc dùng ở đây (trong động cơ) là phanh đĩa kép.
Tính mô men phanh
* Nh chúng ta đã biết, quá trình phanh là quá trình đa toàn bộ cơ cấu chuyển động trở về trạng thái tĩnh Khi bắt đầu phanh, động cơ phải đợc ngắt khỏi dòng điện Để làm cơ cấu đứng yên, cần có một mô men phanh đủ lớn để thắng đợc trọng lợng nâng, quán tính của cơ cấu Tức là tạo ra một gia tốc âm để đa toàn bộ hệ thống trở về trạng thái tĩnh sau một khoảng thời gian tph
* Đối với thang máy, quá trình phanh khi hạ vật nguy hiểm hơn khi nâng vật Bởi vì khi hạ vật, mô men tĩnh do khối lợng của cabin và tải trọng gây ra có xu hớng làm cho cabin tiếp tục chuyển động còn khi nâng vật thì không Do đó, khi thiết kế phanh, ta cần tính toán phanh trong trờng hợp nguy hiểm nhất Khi đó, mô men phanh cần tạo ra phải bằng tổng của mô men tĩnh do trọng lợng của vật nâng cộng với mô men động do quán tính của các khối lợng chuyển động thẳng và các khối lợng quay.
(4.1) : mô men tĩnh do tải trọng nâng, trọng l ợng cabin gây ra
- : mô men động do các khối l ợng chuyển động thẳng gây ra
- : mô men động do các khối l ợng chu ph t t
®1 ®2 yển động quay gây ra
* Ta có thể tính mô men phanh theo công thức trên khi biết thời gian phanh hoặc gia tốc phanh tuy nhiên ta cũng có thể tính gần đúng theo công thức sau:
(4.4) với n là hệ số an toàn phanh phụ thuộc vào chế độ làm việc và cách đặt phanh Tra bảng 4.1 tài liệu tham khảo số [] ta đ ợc n=2 ph t
Mô men tĩnh tính theo công thức:
: lực vòng trên puly ma sát 3622,5( )
: tỉ số truyền chung của toàn bộ cơ cấu 1
: hiệu suất chung của toàn cơ cấu
Do không có khớp nối, hộp giảm tốc có thể lấy 0,99 k t
Thay tất cả các thông số trên vào công thức (4.4) và (4.5) ta đợc:
ThiÕt kÕ phanh
* Nhận xét: Theo tính toán trên, cộng với yêu cầu thiết kế, ta tính toán cho loại phanh áp trục cụ thể trong trờng hợp này là phanh đĩa kép Cấu tạo phanh đợc mô tả trong hình sau:
* Tính toán: Cấu tạo phanh đợc mô tả trong hình sau:
- Rt: bán kính trong mặt ma sát chọn theo yêu cầu kết cấu
- Rn : bán kính ngoài mặt ma sát tính theo công thức:
R R Để đảm bảo bôi trơn tốt:
-A: Lực dọc trục để tạo ra mô men phanh yêu cầu tính theo công thức:
: bán kính trung bình của mặt ma sát (mm)
: hệ số ma sát Tra bảng (2.9) tài liệ tham khảo (4.7) trong đó:
: số mặt ma sát 2 tb ph tb
- Kiểm tra áp suất (p) trên mặt ma sát theo công thức:
( ) [ ] [ ] tra bảng (2.17) tính toán máy trục [p]=1,0(N/mm ) n t p A p
* Các kích thớc cơ bản của phanh:
- Khe hở giữa các đĩa phanh 0,2(mm) chọn 0,3(mm)
- Bề dày đĩa kim loại a 3 5(mm) chọn a4(mm)
- Bề dày lót ma sát b 3 6(mm) chọn b4(mm)
Tính thời gian phanh mở máy
TÝnh thêi gian phanh
- Công thức tính mô men phanh: ®1 ®2
375 : vận tốc quay của động cơ
2. ph t t t ph ph ph ph t
: hệ số quy đổi mô men về trục đặt phanh 1,1 hoặc 1,5
: tỉ số truyền chung của cả cơ cấu 1
: lực vòng trên puly ma sát 3622,5( )
: hiệu suất của cả cơ cấu 0,99 k t
( ): tổng mô men vô lăng của trục 1 Mô men vô lăng gồm các thành phần tính theo công thức:
(do cơ cấu không có bánh đà, khớp)
Thêi gian phanh khi n©ng cabin
( ) . 375. ph t ph ph ph t ph ph ph t ph ph k GD i n
Thay các giá trị đã biết vào công thức (5.5) ta đợc thời gian phanh khi n©ng vËt tph=0,026s:
Thời gian phanh khi hạ cabin
( ) . 375.( ph ph ph ph t ph ph ph t ph ph p k GD i n
Thay các giá trị đã biết vào công thức (5.5) ta đợc thời gian phanh khi n©ng vËt tph=0,076s:
Tính thời gian mở máy
* Do động cơ đợc dùng ở chế độ 1 tốc độ n = 149 (v/p)
* Công thức tính thời gian mở máy tơng tự nh công thức tính thời gian phanh:
375.( ) 375 .( ). với : mô men max mà động cơ có thể đạt đ ợc
375.( ) 375 .( ). với : mô men max mà động cơ có thể đạt đ ợc
Tính toán bộ hạn chế tốc độ
Giới thiệu về bộ hạn chế tốc độ kiểu phẳng
* Khi hạ cabin với tốc độ vợt quá giá trị cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua hệ thống tay đòn tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hớng Giá trị hạ cho phép của tốc độ hạ cabin lấy tùy theo loại thang máy theo quy định trong tiêu chuẩn.
* Khi cabin chuyển động, bộ hạn chế tốc độ cũng quay theo do cáp của bộ hạn chế tốc độ có liên hệ với tay đòn của bộ hãm bảo hiểm gắn trên cabin Cáp của bộ hạn chế tốc độ là một vòng khép kín, phía trên lắp với puly của bộ hạn chế tốc độ, phía dới lắp với puly của thiết bị kéo căng (xem hình dới) Thiết bị căng cáp của bộ hạn chế tốc độ đợc lắp ở dới hố thang, bộ hạn chế tốc độ đợc lắp đặt ở điểm cao nhất trong giếng thang.
* Thiết bị kéo căng (hình 6.1) có tác dụng đảm bảo cho cáp của bộ hạn chế tốc độ không bị xoắn và có đủ độ căng để truyền lực bằng ma sát (khi chuyển động nó làm bộ hạn chế tốc độ quay theo) Sơ đồ cấu tạo của loại thiết bị kéo căng cáp thông dụng nhất nh trong hình vẽ bên Khung 7 đ- ợc gắn cứng với ray dẫn hớng 3 của cabin Dọc theo khung 7 có đối trọng 5 với các ngàm dẫn hớng 8 tựa lên khung 7 Đối trọng 5 treo vào trục của puly
1 để kéo căng cáp 2 của bộ hạn chế tốc độ Trên khung 7 có vấu 6 còn trên Trang 47
Hình 6.1 Thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ
2: cáp hạn chế tốc độ
8: ngàm dẫn h ớng đối trọng 5 có công tắc 4 để khi đứt cáp 2 hoặc hành trình của đối trọng đi quá giới hạn do cáp 2 quá dãn thì vấu 6 chạm vào công tắc 4 để ngắt mạch điện điều khiển và động cơ dẫn động Trọng lợng của đối trọng 5 phải tạo nên lực căng đủ lớn trên cáp 2 để khi cáp 2 chuyển động theo cabin thì nó dẫn động cho bộ hạn chế tốc độ quay nhờ ma sát giữa cáp 2 và rãnh puly trên bộ hạn chế tốc độ Một số thang máy có sử dụng đối trọng dới dạng công xôn để tạo độ căng cần thiết cho cáp hạn chế tốc độ.
* Bộ hạn chế tốc độ làm việc theo nguyên lý của phanh li tâm: khi trục quay đạt tới số vòng quay tới hạn, các quả văng gắn trên trục sẽ tách ra xa tâm quay dới tác dụng của lực li tâm và mắc vào các vấu cố định của vỏ phanh để dừng trục quay.
* Theo vị trí của trục quay có bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang và bộ hạn chế tốc độ với trục quay thẳng đứng, trong đó loại trục quay nằm ngang đợc dùng phổ biến hơn Kết cấu của bộ hạn chế tốc độ rất đa dạng phụ thuộc vào hãng sản xuất song cũng có nguyên lý làm việc nêu trên. Trên hình (6.2) là sơ đồ cấu tạo của loại bộ hạn chế tốc độ với trục quay nằm ngang
Hình 6.2 Bộ hạn chế tốc độ
* Trục 16 đợc gắn cứng với lò xo 15 của bộ hạn chế tốc độ bằng đai ốc Trên trục có lắp đĩa 1 cùng các puly 13 và 14 bằng ổ bi để chúng có thể quay tự do quanh trục 16 Trên đĩa 1 có các chốt 2 để lắp các quả văng 6. Các quả văng này liên hệ với nhau bằng thanh kéo 9 trên có lắp lò xo chịu nén 5 Lò xo 5 có 1 đầu tỳ lên vấu 4 gắn trên đĩa 1, đầu kia tỳ lên vòng đêm
7 và đai ốc 8 trên thanh kéo 9 để có thể điều chỉnh độ nén của lò xo 5.Nh vậy, do vấu 4 gắn cố định trên đĩa nên lò xo 5 luôn có xu hớng đẩy thanh kéo
9 sang trái để đầu các quả văng 6 không chạm vào các vấu cố định 3 trên vỏ
15 khi đĩa 1 cùng các puly 13 và 14 quay Với tốc độ quay bình thờng, ứng với tốc độ chuyển động danh nghĩa của cabin, đĩa 1 quay dễ dàng và các quả văng ở vị trí không chạm vào vấu 3 trên vỏ 15 Khi cabin hạ với tốc độ vợt quá giá trị cho phép, qua cáp hạn chế tốc độ vắt trên rãnh puly 14, đĩa 1 cũng quay nhanh và đạt tới số vòng quay tới hạn, lực ly tâm của các quả văng đủ lớn để ép lò xo 5 và tách các quả văng ra xa tâm quay làm đầu quả văng mắc vào vấu 3 trên vỏ 15 và đĩa 1 cùng puly 13 và 14 dừng lại Puly thờng có rãnh hình thang với hệ số ma sát tính toán cao nên khi nó dừng lại làm cáp hạn chế tốc độ vắt qua rãnh puly dừng theo, cabin vẫn tiếp tục đi xuống nên cáp hạn chế tốc độ tác động lên hệ thống tay đòn lắp trên cabin để bộ hãm bảo hiểm hoạt động dừng cabin tựa trên các thanh ray dẫn hớng Lực nén lò xo 5 càng lớn thì lực ly tâm cần thiết để tách quả văng ra xa càng lớn Vì vậy, có thể điều chỉnh lực nén lò xo 5 bằng đai ốc 8 để bộ hạn chế tốc độ làm việc chính xác với tốc độ quay cần thiết Nếu lực nén lò xo quá nhỏ thì rất dễ xảy ra hiện tợng dừng ngẫu nhiên ngay cả khi cabin làm việc với vận tốc danh nghĩa Vì vậy cần diều chỉnh lò xo sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt động ứng với giá trị tốc độ quy định trong quy phạm cho từng loại thang máy. Việc điều chỉnh, kiểm tra và thử nghiệm bộ hạn chế tốc độ do nhà chế tạo tiến hành và sau đó kẹp chì lại Puly 13 có đờng kính nhỏ dùng để thử nghiệm, kiểm tra bộ hạn chế tốc độ Nếu vắt cáp hạn chế tốc độ lên rãnh puly 13 thì khi cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa, bộ hạn chế tốc độ Trang 49
1: đĩa; 2: chốt; 3: vấu cố định; 4: vấu tỳ; 5: lò xo nén6: quả văng; 7, 8: vòng đệm và đai ốc; 9: thanh kéo10: vấu di động; 11: lò xo; 12: chốt hãm; 13: puly phụ14: puly; 15: vỏ bộ hạn chế tốc độ; 16: trục vẫn làm việc và tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin vì tốc độ quay của đĩa 1 vẫn đạt tới số vòng quay tới hạndo đờng kính của puly 13 nhỏ.
* Ngoài ra, ngời ta còn lắp vấu 10 xuyên qua vỏ 15 và trên vấu có lò xo 11 cùng chốt hãm 12 Trong điều kiện làm việc bình thờng (cáp hạn chế tốc độ vắt qua rãnh puly 14, cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa), nếu ấn lên vấu 10 thì đầu quả văng mắc vào đĩa 1 cùng các puly 13, 14 (mặc dù số vòng quay của đĩa cha đạt giá trị tới hạn và lực ly tâm cha đủ lớn để tách quả văng ra xa) Khi đó, nếu bộ hãm bảo hiểm làm việc để dừng cabin thì điều đó chứng tỏ rằng độ căng của cáp hạn chế tốc độ, hệ số ma sát tính toán giữa cáp và puly 14 đạt giá trị yêu cầu và hệ thống tay đòn cùng bộ hãm bảo hiểm làm việc bình thờng.
Tính toán bộ hạn chế tốc độ
* Để thiết kế bộ hạn chế tốc độ kiểu phẳng chúng ta cần chú ý đến mét sè ®iÓm sau:
- Xác định lực tác dụng P sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt động Lực P để đóng bộ hạn chế tốc xác định thông qua thực nghiệm Điều này thờng do nhà chế tạo thực hiện Nói chung lực P cỡ:
§èi víi phanh gÊp th×: P = 15 20 (N)
Đối với hãm trợt có lực phanh không đổi: P = 80 120 (N)
Đối với hãm có lực phanh tăng lên: P = 120 (N)
Đối với hãm có lực phanh tăng lên từ từ: P = 200 400 (N)
- Đờng kính cáp dùng trong bộ hạn chế tốc độ thờng bằng 7 9 (mm)
ta chọn đờng kính cáp này d=8 (mm)
- Đờng kính puly của bộ hạn chế tốc tính theo công thức sau:
- Đờng kính puly phụ để kiểm tra hoạt động của bộ hạn chế tốc tính theo công thức sau:
- , : số vòng quay của trục hạn chế tốc độ khi cabin chuyển động với tốc độ định Trong đó: danh và sự cố trong một phút
- , : vận tốc định danh, khi có sự cố của cabin thang m f n n f f f f n v
- Lực vòng trên puly của bộ hạn chế tốc độ phụ thuộc vào trọng lực của đối trọng kéo căng cáp của bộ hạn chế tốc độ Nó đợc tính bằng công thức sau:
(7.3) (trong đó , là các lực căng cáp hai bên rãnh puly)
Trong đó , liên hệ với nhau qua công thức
: hệ số ma sát giữa puly và cáp của bộ hạn chế tốc độ : góc ôm của cáp trên puly
: trọng l ợng của đối trọng c f k k k
: trọng l ợng của cáp trong bộ hạn chế tốc đ
- Trọng lợng của đối trọng căng cáp tính theo công thức:
1 ( là hệ số an toàn lấy từ 1,2 1,5) f k f k
- Thông thờng trọng lợng đối trọng căng cáp bằng 100 200 (N)
- Lực kẹp cáp khi ngàm tự xiết của bộ hạn chế tốc độ tính theo công thức:
* Khi thiết kế ta cần tính quả văng sao cho nó phải thắng đợc lực lò xo bẩy nhằm bảo đảm sự cân bằng giữa lực quán tính và li tâm của quả văng khi bánh 1 quay Bộ hạn chế tốc độ làm việc khi vận tốc cabin vợt quá 15% vận tèc cho phÐp.
V : là vận tốc của cho phép của cabin Nếu gọi V : là vận tốc rơi tự do của cabin khi đứt cáp
V : là vận tốc cabin khi tr ợt cáp th×: V V 15%V 115%V
- Để đơn giản hóa quá trình tính toán, ta bỏ qua giai đoạn vận tốc tăng từ V1 đến V2 mà chỉ tính toán khi bộ hạn chế tốc độ làm việc ở vận tốc V2
(khi đó gia tốc tiếp wt=0)
- Theo hình vẽ trên, ta thấy khi quả văng cha quay thì O B 1 r 0 Khi puly quay thì quả văng vừa quay quanh A vừa quay xung quanh O1 Khi quay xung quanh A, quỹ đạo vấu B là đờng tròn (A, R2) Cũng theo hình vẽ trên thì khi bình thờng (không xảy ra sự cố) quỹ đạo của vấuB là trong cung BC.
- Khi bộ hạn chế tốc độ cha hoạt động thì bán kính quỹ đạo chuyển động của vấu B phải trong khoảng r 0 RR 1
- khi có sự cố xảy ra thì vấu B bắt đầu chạm vào cam 4 khi đó R R 1 chính là lúc hai vòng tròn gặp nhau tại điểm C.
- Phơng trình của đờng tròn tâm O1 , A có dạng:
- Từ hai công thức (7.8) và (7.9) ta tính đợc:
+ Xét tam giác KBC có:
+ Xét tam giác ABC có:
Vậy khi quả văng quay đợc một góc 0 thì vấu B bắt đầu chạm vào cam 4.
0 sin arcsin mà ta nhận thấy: arcsin
AB h AO MAO AO BO mm
- Gọi D tb là đờng kính trung bình của cáp ta tính đợc vận tốc quay của puly khi cã sù cè:
- Nh vậy thì khi puly đạt đến vận tốc quay ndc thì quả văng sẽ đập vào cam 4 nên lực lò xo tính theo công thức:
- Chuyển động của lò xo khi vấu B chạm vào cam 4:
- Ngoài ra theo công thức tính chuyển vị:
D: đ ờng kính trung bình của lò xo d: đ ờng kính dây của lò xo
Trong đó: i: số vòng lò xo
G: môđun đàn hồi của vật liệu (đối với thép G = 8.10 N/m ) Chọn lò xo theo hệ số cứng
- Cuối cùng, với các thông số đã biết:
Số vòng quay của trục puly: n(v/ph)
§êng kÝnh trôc puly: d 0 (mm)
Khối lợng riêng của vật liệu làm quả văng:
Diện tích đáy quả văng: B(cm 2 )
Chiều dày quả văng: H(cm)
Đờng kính trung bình của lò xo: D tb (mm)
Môđun đàn hồi của lò xo: G8.10 (N/m ) 4 2
Các bán kính: r mm R mm R mm R mm 0 ( ), 1 ( ), 2 ( ), ( )
- Từ đó, tính đợc các thông số cần tính toán trong quá trình thiết kế:
Lực ly tâm tác dụng lên quả văng:R qt
Góc quay khi quả văng đập vào cam: (độ)
Chuyển vị của lò xo: (mm)
Số vòng của lò xo: i (vòng)
Tính cabin
Mét sè nÐt chung vÒ cabin
* Cabin là một hệ thống có thể tháo rời đợc gồm: trần, sàn và vách cabin Các phần này có liên kết với nhau và liên kết với khung chịu lực của cabin.
* Vật liệu làm cabin thờng là thép tấm(chế tạo bằng phơng pháp dập) với các gân tăng cờng để đảm bảo độ cứng vững và trọng lợng nhỏ Ngoài ra vách cabin có thể làm bằng gỗ, mica hoặc kính Các kích thớc của buồng cabin, độ dày và kích thớc các bộ phận, các yêu cầu về độ bền, độ cứng, độ chống cháy và thẩm mỹ đợc quy định chặt chẽ trong tiêu chuẩn.
* Một số yêu cầu đối với buồng cabin:
Trần sàn và vách cabin phải kín, không có lỗ thủng Trần và sàn cabin liên kết với khung cabin bằng bu lông Các bộ phận của buồng cabin liên kết với nhau bằng vít với các tấm kẹp hoặc bằng các chi tiết liên kết chuyên dùng Riêng đối với một số thang máy chở hàng, vách cabin có thể làm bằng lới thép có quy cách đúng với quy định trong tiêu chuẩn.
Phải đảm bảo độ bền, độ cứng cần thiết Đặc biệt, trần cabin phải đủ cứng để lắp đặt các trang thiết bị của cơ cấu mở cửa trên nóc và chịu đợc lực tập trung tại điểm bất kỳ cho ngời đứng trên nóc làm công việc lắp đặt, sửa chữa và kiểm tra.
Buồng cabin phải đảm bảo các yêu cầu về thông gió, thoát nhiệt và ánh sáng Ngoài ra trong buồng cabin phải có phơng tiện liên lạc với bên ngoài (điện thoại hoặc chuông), trong trờng hợp có sự cố có cửa thoát hiểm
* Sàn cabin thờng đợc chế tạo liền với khung nằm của cabin và có thể là loại sàn cứng hoặc sàn động Sàn động có thể nhận biết đợc tải trọng trong cabin và đóng ngắt mạch điều khiển theo chơng trình đã cài đặt phù hợp. Trong trờng hợp sàn động thì sàn cabin phải có đủ hai tiếp điểm để đóng mở các mạch điều khiển tơng ứng cụ thể là:
tiếp điểm bảo đảm khi lợng tải trong cabin đạt 90% tải trọng danh nghĩa thì các lệnh gọi tầng mất tác dụng và chỉ có thể thực hiện các lệnh điều khiển trong cabin.
tiếp điểm bảo đảm khi cabin quá tải thì ngắt mạch động lực và thang máy không hoạt động đợc, đèn tín hiệu báo quá tải sáng.
* Kết cấu sàn cabin rất đa dạng Nhìn chung sàn động thờng tựa lên các hệ thống tay đòn, lò xo hoặc đệm cao su với các tiếp điểm để đảm bảo thực hiện đúng chức năng yêu cầu với từng loại thang Hiện nay, hệ thống các tay đòn, lò xo kể trên đợc thay thế bằng đattric lực có cấu tạo đơn giản nhng độ tin cậy cao.
Tính dầm đáy cabin
Tra bảng 1-37 Sổ tay vật liệu chọn thép chữ U ký hiệu:
ThÐp cã kÕt cÊu nh sau: d b
Hình 16: Mặt cắt ngang và các kích th ớc của thanh chữ U
Tính cụm treo đáy cabin
Cụm treo đáy cabin gồm ròng rọc, chốt qua ròng rọc
3.1 Ròng rọc: chọn loại có đờng kính và bề dày: 300, 100
3.2 Tính chốt qua ròng rọc:
- Chiều dài của chốt tính theo công thức:
: khe hở giữa má đỗ ròng rọc Lấy =2,5
:đầu thừa ra từ má đỡ để lắp thêm đệm và chốt chẻ định vị Trong đó: lÊy 12 : chiều dày má đỡ Lấy d
-Cấu tạo cũng nh biểu đồ mô men của chốt nh sau:
- Theo biểu đồ mô men ta thấy mô men max qua chốt tại điểm giữa chèt : max
- Tính đờng kính chốt: theo giáo trình Chi tiết máy - Tập 2(trang 53) ta tính theo công thức:
- Kiểm nghiệm theo sức bền cắt:
30 : ứng suất cắt cho phép phụ thuộc vật liệu Trong đó:
Vậy đờng kính đã chọn là thỏa mãn sức bền cắt
- Kiểm nghiệm theo sức bền dập:
. n: số mặt bị dập=2 Trong đó:
Vậy đờng kính chốt đã chọn thỏa mãn sức bền dập
Hệ thống cửa cabin
ở đây, do yêu cầu thiết kế hệ thống cửa cabin là hệ thống cửa lùa 2 phía đóng mở tự động cùng lúc với cửa tầng đợc dẫn động bằng động cơ gắn trên đầu máy cửa.
Hệ thống cửa tầng
Cũng là hệ thống cửa lùa 2 phía có khóa chuyên dụng, chỉ mở khi cabin dừng đúng tầng Khi đang chạy sẽ luôn đóng Ngoài ra nó cũng có thể mở đợc bằng khóa chuyên dụng khi các kỹ thuật viên bảo dỡng, sửa chữa thang.
Hệ thống sàn cabin
Do yêu cầu nghiêm ngặt về tải trọng để đảm bảo an toàn, cabin đợc thiết kế gồn 2 sàn:
- Sàn tĩnh: Là sàn bên trên mà hành khách đứng trực tiếp trên đó
- Sàn động: là sàn đợc gắn với sàn tĩnh qua hệ thống lò xo để cân tải.
Thiết kế hệ thống dẫn hớng và kẹp ray
Tính chọn ray dẫn hớng(cabin và đối trọng)
- Kết cấu: nh ở chơng II, ta chọn loại ray thép cán chữ T
-Kích thớc ray: tra bảng trang 41 Atlas Thang máy:
- Đối với thang khách, ta chọn loại có tiết diện lớn: ta chọn loại có ký hiệu N o 3 có các kích thớc:
Các kích thớc trên thể hiện trên hình vẽ sau:
Tính sức bền nén của ray
* Ray chỉ chịu sức bền nén do ma sát má động của phanh khi phanh hoạt động nên ta tính sức bền nén khi ray chịu lực nén max khi ray rơi tự do và phanh hoạt động.
* Mỗi thanh chịu nội lực:
Trong đó F là tiết diện của ray và đ ợc tính gần đúng nh sau:
Vậy thanh ray thỏa mãn điề n n n n
Tính độ ổn định của ray
Ta phải tính mô men theo các trục x-x, y-y, và chọn theo trục nào có
Tính nối ray(bản mã)
- Mỗi thanh ray thờng có chiều dài 5 m mà hành trình của cabin thờng cỡ vài chục mét do đó yêu cầu phải nối các đoạn ray lại với nhau cho nên phải có nối ray.
- Yêu cầu đối với nối ray:
Đảm bảo độ đồng tâm giữa các đoạn ray đợc nối
Mối ghép phải chắc chắn không rung động
Hai đầu mối ghép (khoảng cách hai ray cần ghép) phải đủ để khi ray giãn nở vì nhiệt không bị cong vênh
Mối nối phải đảm bảo khi má kẹp đi qua không bị giật do hai ray đợc nối không hoàn toàn trùng khớp
Neo ray
* Nó có vai trò giữ cố định ray ở vị trí thẳng đứng (một đầu nó đợc bắt vào ray, một đầu đợc bắt vào giếng thang thông qua vít nở sắt)
* Yêu cầu đối với neo ray:
Đủ độ cứng vững, không bị rung động khi cabin chuyển động, có khả năng điều chỉnh theo phơng ngang và phơng dọc
Lắp đặt dễ dàng, dễ chế tạo
* Cấu tạo neo ray: gồm 2 phần:
Phần cố định vào giếng
Phần di động điều chỉnh đợc
mô phỏng hoạt động của thang máy
Vài nét về chơng trình
1.1 Ngôn ngữ sử dụng trong chơng trình:
- Chơng trình đợc sử dụng bằng ngôn ngữ lập trình Visual C ++ 6.0 Đây là ngôn ngữ rất mạnh trong việc giải quyết các bài toán khoa học kĩ thuËt.
- Đối với các bài toán mô phỏng, ngôn ngữ này cũng rất mạnh với sự hỗ trợ của bộ phần mềm hỗ trợ đồ họa 3 D OpenGL Đây là một th viện các đối tợng đồ họa cơ bản, các xử lý rất phức tạp về ánh sáng, vật liệu, điểm nhìn Tất cả các yếu tố trên giúp cho ngời lập trình có thể làm đợc những chơng trình mô phỏng có tính chân thực cao, đáp ứng đợc yêu cầu của ngời dùng.
1.2 Thuật toán trong chơng trình:
- Ngoài việc vẽ các đối tợng nh cabin, đối trọng, hệ thống cửa, hố thang thì thuật toán để điều khiển chuyển động nh chạy và dừng cabin đúng tầng, đóng mở cửa tự động một cách đúng lúc là hết sức phức tạp.
- Giới hạn của chơng trình là chỉ thực hiện đợc mô phỏng khi khách đã ở bên trong cabin mà cha thực hiện đợc bài toán gọi tầng cũng nh các thứ tự u tiên Nguyên nhân là do bài toán u tiên này rất phức tạp, nó là kết quả nghiên cứu nhiều năm của các nhà sản xuất, chế tạo thang máy Hơn nữa mục đích chính của đồ án là mô phỏng chuyển động của thang.
Hớng dẫn sử dụng chơng trình
2 1 Giao diện chính của chơng trình:
Sau khi chạy chơng trình, bạn sẽ quan sát thấy giao diện sau:
2.2 Hớng dẫn sử dụng chơng trình:
- Để thực hiện điều khiển thang, phóng to, thu nhỏ, quay các h- ớng, tăng giảm độ sáng ta kích vào các nút lệnh trên thanh công cụ sau:
- Để biết đợc tác dụng của các nút lệnh trên thanh công cụ, bạn chỉ cần di chuyển chuột đến nút lệnh đó Khi đó cạnh nút lệnh sẽ xuất hiện một hớng dẫn về tác dụng của nút, cũng lúc đó, tác dụng của câu lệnh cũng đợc hiển thị trên thanh tác vụ phía cuối cùng của chơng trình: ví dụ nh nút lệnh "Play":
- Sau khi kích vào nút "Play" , bảng điều khiển đợc hiện ra nh sau:
Khi đó bạn sẽ chọn tầng bạn cần đến bằng 2 cách:
+ Cách thứ nhất: trên cơ sở thông báo ở trên cùng của bảng điều khiển, bạn sẽ biết thang đang ở tầng nào, bạn sẽ biết đợc tầng cần đến của bạn là lên hay xuống Sau đó bạn chọn các mục "check box len" hay "check box xuong", tiếp đó kích vào các Spin để lên hay xuống tầng bạn muốn Cuối cùng bạn kích nút để thang chạy tới tầng bạn muốn.
+ Cách thứ hai vô cùng đơn giản: bạn chỉ việc ấn vào số tầng bạn muốn tới (khi đó số bạn ấn sẽ sáng lên) và ấn vào nút là bạn sẽ tới đợc tầng bạn muốn tới (ở đây tôi mô phỏng thang có 10 tầng do đó trên bảng điều khiển chỉ có 10 con số cho bạn lựa chọn).
- Khi thang chạy, bạn sẽ thấy cabin, đối trọng chuyển động ngợc chiều ví dụ khi cabin đi lên:
- Khi di chuyến tới tầng mà hành khách cần đến, cửa tầng và cửa cabin đồng thời mở ra (ở đây do yêu cầu thiết kế loại cửa là cửa lùa 2 phía):
