Thiết kế, hế tạo, mô phỏng và điều khiển thang máy hở người

Để được đưa vào sử dụng, thang mỏy phải cú một kết cấu cơ khớ vững chắc, một hệ thống mạch điều khiển ổn định và đầy đủ cỏc thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: Chuụng bỏo quỏ tải,

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội

LỜI NÓI ĐẦU

Dường như đã trở thành một phần không thể thiếu, ngày nay khi đi vào các tòa nhà cao tầng, ta đều bắt gặp các hệ thống thang máy Sự xuất hiện của thang máy đã giúp ích cho con người rất nhiều trong việc di chuyển cũng như vận chuyển hàng hóa Chính vì vậy, từ khi ra đời đến nay, thang máy luôn được nghiên cứu, cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người

Trên thế giới, thang máy đã được sản xuất từ rất lâu và ngày càng hoàn thiện, chất lượng phục vụ ngày càng tốt hơn Ở nước ta, thang máy cũng đã có mặt khá lâu, tuy nhiên sự phát triển còn nhiều hạn chế Đối với thang máy chở người, các công ty ở Việt Nam mới chỉ dừng lại ở việc nhập và cung cấp thang máy được sản xuất từ nước ngoài

Xuất phát từ nhu cầu thực tế của việc điều khiển các hệ thống thang máy

Đề t ài đã tập trung vào tìm hiểu về hệ thống điều khiển cho một nhóm thang máy chở người bằng bộ điều khiển mờ, và áp dụng kết quả này điều khiển cho mô hình nhóm thang máy gồm hai thang sử dụng vi điều khiển cũng như hướng phát triển để thiết kế hệ thống điều khiển cho các tòa nhà có số tầng lớn hơn, có nhiều thang máy hơn

Trong khuôn khổ của luận văn đã tập trung v o tà ính toán động ọc thang, h thiết kế hệ thống điều khiển cho nhóm thang máy thực tế cùng với việc chế tạo một mô hình nhóm thang máy chở người có bốn điểm dừng Áp dụng điều khiển

mờ trong Vi xử lý để điều khiển mô hình nhóm thang máy Mô hình có đầy đủ các thành phần cơ bản của một hệ thống nhóm thang máy Hệ thống này sẽ là cơ

sở cho việc thiết kế các hệ thống điều khiển nhóm thang máy trong thực ế, gồm trất nhiều thang máy, nhiều tầng bằng trí trí tuệ nhân tạo, điều khiển mờ

Toàn b ộ luận ăn được trình ày trong 5 chương Ch ng 1, t v b ươ ập trung vào

t ìm hiểu ác loại thang máy; Chương 2, trình ày ách ính toán động ọc thang c b c t h máy Chương 3, tập chung vào thiết ế ộ đ ều khiển ờ đ ều khiển nhóm thang; k b i m i Chương 4, tập trung vào trình ày ác ết quả thực nghiệm b c k mô hình nhóm 2

thang máy i đ ều khiển ằng ộ đ ều khiển ờ; Chươ b b i m ng 5, trình b hày ướng pháttri c ển ủa đề t ài

Cũng như thời gian có h và c h ạn ác ạn chế ề đ ều kiện ật chất ũng như v i v c là

cách tiếp cận ác ết quả tr n thế giới đã đạt được c k ê nên luận ăn kh ng th v ô ể ôkh ng tránh khỏi ác thiết ót nhất định Tác giả ất mong nhận c s r được c ý ác kiến đ ng ó

g b óp ổ ích ừ những người đọc luận ăn v những ai quan t t v à âm đến thang máy

à n

Sau đây l ội dung chi tiết c ủaluận văn:

1.5.2 Hệ thống đ ều khiển i thang máy 29 1.5.2.1 Mạch động ực l 29 1.5.2.2 Mạch i đ ều khiển 29 1.5.2.3 Hệ thống chiếu sáng 30 1.5.2.4 Mạch t ín hiệu 30 1.5.2.5 Mạch an toàn 30 1.6 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 31

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC THANG MÁY 34 2.1 THÔNG SỐ CỦATHANG MÁY 34 2.2 XÁC ĐỊNH ỰC ĂNG CÁP L L C ỚNNHẤT 34 2.3 TÍNH CHỌN ÁP C 35 2.4 TÍNH PULY DẪN VÀ RÒNG ỌC R 36 2.5 TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG Ơ C VÀ HỘPGIẢM ỐC T 38 2.5.1 Động c ơ 38 2.5.2 Hộp giảm ốc t 38 CHƯƠNG 3 THIẾT K H IẾ Ệ Đ ỀU KHIỂN M Ờ CHO NHÓM THANG

3.2.2.1 Mờ hoá đơn vị 47 3.2.2.2 Mờ hoá Gauss 47 3.2.2.3 Mờ hoá tam giác 47

3.2.3 Giải m ờ 47 3.2.4 Khối luật mờ 47 3.3 ĐIỀU KHIỂN NHÓM THANG MÁY ẰNG I B Đ ỀU KHIỂN M Ờ 48 3.3.1 Giới thiệu 48 3.3.2 Hệ thống i đ ều khiển nhóm thang máy 50 3.3.3 Tiêu chuẩn và quy tắc thiết ế ộ đ ều khiển m k b i ờ cho nhóm thang

m áy

51

3.3.4 Thuật giải Logic mờ trong điều khiển nhóm thang máy 52 3.3.5 Thiết k b i ế ộ đ ềukhiển ờ cho nhóm thang máy m 54 3.3.5.1 Các biến vào ra 54 3.3.5.2 Chọn c hác àm li n thuộc và c á c ê ác gi trị ủa biến ông n ngữ 55 3.3.5.3 Luật i đ ềukhiển 57 3.3.5.4 Cài đặt ộ đ ều b i khiển ờ m mô hì nhthang máy 58

CHƯƠNG 4 CHẾ ẠO T MÔ HÌNH NHÓM HAI THANG MÁY CHỞNGƯỜI

59

4.1 SƠ ĐỒ Ệ H THỐNG Đ ỀU KHIỂN I MÔ HÌNH 59 4.2 KHỐI G TỌI ẦNG 60 4.3 BỘ IĐ ỀUKHIỂN Ờ M 62 4.4 BỘ PHẬN CHẤP HÀNH 62

4.4.3 Điều khiển ửa c 63 4.4.4 Điều khiển động ơ ng hạ c nâ cabin 64 4.4.5 Khởi t h ạo ệthống 64 4.5 KHỐI BÁO ẦNG T 65 4.6 MÔ HÌNH CHẾ ẠO T 67

4.6.2 Chọn k c và v ết ấu ậtliệu chế ạo t 68 4.6.2.1 Thông số chung của mô hình 69

4.6.2.2 Cabin 69 4.6.2.3 Ngàm dẫn hướng 70 4.6.2.4 Đối trọng 71 4.6.2.5 Cửa tầng và cửa cabin 72 4.6.2.6 Thiết b ịgiảm chấn 73 4.6.2.7 Cơ cấu dẫn động 74 4.6.3 Thiết k mế ạch và l ậptrình ệ thống h 75 4.6.3.1 Khối nguồn 75 4.6.3.2 Khối vi điều khiển 76 4.6.3.3 Khối t ín hiệu đầu vào 76 4.6.3.3.1 Tín hiệu ọi tầng và t g ín hiệu đóng m cở ửa 76 4.6.3.3.2 Tín hiệu áo đến ầng b t 78 4.6.3.3.3 Mạch b á táo qu ải 79 4.6.3.4 Khối t ín hiệu đầu ra 80 4.6.3.4.1 Mạch i đ ềukhiển áo ầng b t 80 4.6.3.4.2 Mạch b áo chiều 81 4.6.3.4.3 Mạch i đ ềukhiển động ơ c 84 4.6.4 Kết quả mô phỏng mô hình thang bằng ộ đ ều khiển m b i ờ 86

CHƯƠNG 5 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ỦA ĐỀ ÀI C T 88 5.1 CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS-485 88 5.1.1 Đặc tính đ ện ọc i h 88 5.1.2 Số trạm tham gia 89 5.1.3 Tốc độ truyền tải và chi d dâều ài y dẫn 90 5.1.4 Cấu hình ạng m 90

5.1.6 Trở đầucuối 92 5.2 SƠ ĐỒGHÉP ỐI N 92

T ÀI LIỆU THAM KHẢO 112

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY

Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật liệu, v.v… theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 150 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng, v.v Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn Ngoài ý nghĩa

về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các tòa nhà cao 6 tầng trở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện,

hàng hóa được di chuyển dễ dàng, 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 như bệnh viện, nhà máy, khách sạn, v.v…, tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy Với các tòa nhà nhiều 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 người và hàng hóa trong những tòa nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dùng các tòa nhà cao tầng sẽ không 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 người Vì vậy, yêu cầu chung đối với thang máy 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 được quy định trong các tiêu chuẩn

Thang máy chỉ có cabin đẹp, thông thoáng, sang trọng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa vào sử dụng Để được đưa vào sử dụng, thang máy phải có một kết cấu cơ khí vững chắc, một hệ thống mạch điều khiển ổn định và đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: Chuông báo quá tải, bộ hãm bảo hiểm phòng đứt cáp, vượt tốc, công tắc an toàn của cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng, v.v…

1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THANG MÁY

Cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như OTIS; Schindler Chiếc thang máy đầu tiên đã được chế tạo và đưa vào sử dụng của hãng thang máy OTIS (Mỹ) năm 1853 Đến năm 1874, hãng thang máy Schinder (Thụy Sĩ) cũng đã chế tạo thành công những 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 thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR, v.v… (Nhật Bản), THYSEN (Đức),

SABIEM (Ý), v.v… đã chế tạo các loại 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 trong nâng 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 tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã đạt tới 600m/ph Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (inverter) Thành tựu này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công suất động cơ

Đồng thời, cũng vào những năm này đã xuất hiện loại 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

Chiếc thang máy đầu tiên tại Việt Nam được hãng OTISLAWPS lắp đặt từ những năm 30 của thế kỷ trước Đến nay, nhiều thang máy của các hãng lớn đã được lắp đặt tại Việt Nam Theo thống kê sơ bộ đến năm 2000, MITSUBISHI đã lắp khoảng 370 chiếc, OTIS 240 chiếc, NIPPON 80 chiếc Điều đó thể hiện nhu cầu lớn về thang máy tại thị trường Việt Nam

Trong nước hiện nay đã có một số công ty thang máy như Thiên Nam, Thái Bình (Pacific), Thăng Long, v.v…, nhưng chủ yếu nhập mới toàn bộ hoặc tận dụng những linh kiện, thiết bị có trước Phần chế tạo trong nước còn mang tính thủ công, vì thế chất lượng không ổn định

1.3 PHÂN LOẠI THANG MÁY

Hiện nay thang máy được thiết kế, chế tạo rất đa dạng phong phú với nhiều kiểu loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng công trình

Có thể phân loại thang máy theo các nguyên tắc và đặc điểm sau:

1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744 1993) -

thang máy được phân thành 5 loại

• Thang máy chuyên chở người:

Loại này chuyên để vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở, nhà nghỉ, các khu chung cư, trường học, v.v…

• Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm:

Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm, v.v…

• Thang máy chuyên chở bệnh nhân:

Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng, v.v… Đặc điểm của nó là kích thước cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc giường của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp cứu đi kèm Hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích thước và tải trọng cho loại thang máy này

• Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm:

Loại này thường dùng trong các nhà máy, công xưởng, kho, thang dùng cho nhân viên khách sạn, v.v…, chủ yếu dùng để chở hàng nhưng có người đi kèm để quản lý hàng hoặc phục vụ

• Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm:

Được sử dụng trong các nhà máy, xưởng sản xuất để chở các loại hàng hóa cần người đi kèm hoặc dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà hàng,v.v… Đặc điểm của loại này là chỉ có bảng điều khiển ở ngoài cabin (trước các cửa tầng), còn các loại thang khác nêu ở trên vừa có điều khiển ở cả trong cabin và ngoài cabin

Ngoài ra còn có các loại thang chuyên dùng khác như thang máy cứu hỏa, chở ôtô, v.v…

1.3.2 Theo hệ thống dẫn động cabin

• 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 được treo bằng cáp mà hành trình lên xuống của nó không bị hạn chế Ngoài ra còn có các loại thang dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên dùng

để chở người phục vụ xây dùng các công trình cao tầng)

• Thang máy thủy lực (bằng xilanh - pittông):

Đặc điểm của loại thang 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 18 m, 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

• Thang máy khí nén

1.3.3 Theo vị trí đặt bộ tời kéo

• Đối với thang máy điện:

 Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang

 Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang

• 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 1.1 Thang máy điện có bộ tời đặt trên giếng thang

1.3.4 Theo hệ thống vận hành

• Theo mức độ tự động:

 Loại nửa tự động;

 Loại tự động

• Theo vị trí điều khiển:

 Điều khiển trong cabin;

 Điều khiển ngoài cabin;

 Điều khiển cả trong và ngoài cabin

1.3.5 Theo các thông số cơ bản

• Theo khối lượng vận chuyển của cabin:

 Thang máy loại nhỏ: Q < 500 Kg;

 Thang máy loại trung bình: Q = 500 ÷ 1000 Kg;

 Thang máy loại lớn: Q = 1000 ÷ 1600 Kg;

 Thang máy loại rất lớn: Q > 1600 Kg;

• Phân loại theo tốc độ di chuyển của cabin:

 Loại tốc độ thấp: V < 1 m/s;

 Loại tốc độ trung bình: V = 1 ÷ 1,5 m/s;

 Loại tốc độ cao: V = 2,5 ÷ 4 m/s;

 Loại tốc độ rất cao: V > 4 m/s

1.3.6 Theo kết cấu các cụm cơ bản

• Theo kết cấu của bộ tời kéo:

 Bộ tời kéo 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;

• Theo hệ thống cân bằng:

 Có đối trọng;

 Không có đối trong;

 Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn;

 Không có cáp hoặc xích cân bằng

• Theo cách treo cabin và đối trọng:

 Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin;

 Có palăng cáp (thông qua các puly trung gian) vào dầm trên của cabin;

 Đẩy từ phía dưới đáy cabin lên thông qua các puly trung gian

• 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 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 thường 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 tự động: Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự động mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cửa cabin Thời gian và tốc độ đóng, mở điều chỉnh được

 Theo kết cấu cửa:

 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 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 chính giữa 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 chở hàng

 Theo số cửa cabin:

 Thang máy có một cửa;

 Hai cửa đối xứng nhau;

 Hai cửa vuông góc với nhau

• Theo loại bộ hãm bảo hiểm 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

1.3.7 Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang

• Đối trọng bố trí phía sau;

• Đối trọng bố trí một bên

Trong một số trường hợp đối trọng có thể bố trí ở một vị trí khác mà không cùng chung giếng thang với cabin

1.3.8 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin

• Thang máy thẳng đứng, là loại thang máy có cabin di chuyển theo hướng thẳng đứng, hầu hết các 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

1.4 KÝ HIỆU THANG MÁY

Thang máy được ký hiệu bằng các chữ và số, dựa vào các thông số cơ bản sau:

• Loại thang:

Theo thông lệ quốc tế người ta dùng các chữ cái (Latinh) để ký hiệu như sau:

 Mở chính giữa lùa về hai phía: CO (Centre Opening);

 Mở một bên lùa về một phía: 2S (Single Side)…

1 5 CẤU TẠO THANG MÁY

Thang máy có nhiều kiểu dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận chính sau: bộ tời kéo; cabin cùng hệ thống treo cabin, cơ cấu đóng mở cửa cabin

và bộ hãm bảo hiểm; cáp nâng; đối trọng và hệ thống cân bằng; hệ thống ray dẫn hướng cho cabin và đối trọng chuyển động trong giếng thang; bộ phận giảm chấn cho cabin và đối trọng đặt ở đáy giếng thang; hệ thống hạn chế tốc độ tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin khi tốc độ hạ vượt quá giới hạn cho phép; tủ điện điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều khiển tự động thang máy hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu và đảm bảo an toàn; cửa cabin và các cửa tầng cùng hệ thống khóa liên động

1.5.1 Thiết bị cơ khí của thang máy bao gồm

1.5.1.1 Cơ cấu dẫn động

Hình 1.2

Hình 1.3 Hệ dẫn động thang máy chở người

1 Động cơ; 2.Hộp giảm tốc; 3 Puly ma sát; 4.Puly dẫn hướng; 5.Phanh

Bộ phận dẫn động thang máy có thể ph n làm 2 loại: loại khâ ông có hộp giảm tốc và loại có hộp giảm tốc Loại ôkh ng cóhộp giảm tốc được dùng với thang có tốc độ cao Đối với loại này động cơ là loại tốc độ thấp n n tương đối lớn về kê ích thước Nhìn chung động cơ dùng dẫn động thang máy là loại động cơ chuyên dùng do tính chất công việc đặc th : đ ng mở nhiều lần, tải trọng thay đổi Hiện ù ónay Nhiều hãng thang máy đó đưa vào sử dụng loại động cơ nam ch m vĩnh cửu â(PM) với các đặc tính nổi bật: tốc độ thấp, k ch thước bộ, giảm dung động và ítiếng ồn Loại động cơ này thường được lắp ngay tr n đỉnh ray đối trọng và nhờ êvậy kh ng cần thiết c buồng mô ó áy trên nóc hố thang, giảm chiều cao cho công trình

Bộ phận dẫn động trực tiếp cabin thang m y cá ó thể là tang cuốn c p (trường áhợp không có đối trọng) hoặc puly ma sát Thang máy chở nguời thường sử dụng đối trọng và được dẫn động qua puly ma sát

Hộp giảm tốc thường d ng là hộp trục vù ít -bánh vít do có tỷ số truyền cao, làm việc êm và phần nào trợ giúp qu tr á ình giữ cabin kh ng trượt Hiện nay một ô

số hãng còn sử dụng hộp giảm tốc hành tinh cho hệ dẫn động Loại hộp giảm tốc

này có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, nhưng nhìn chung gi thành của ch ng á úcao hơn

Với hệ dẫn động dùng hộp giảm tốc động cơ có thể bố tr ở ngoài, đặt ngang í hoặc lắp liền với hộp giảm tốc bằng mặt bích, đặt nằm ngang hoặc thẳng đứng Ngoài ra bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu dẫn động thang máy là phanh Phanh có t ác dụng dừng cabin tại vị trớ mong muốn và giữ cabin ở trạng thái treo Loại phanh thường được sử dụng là phanh 2 mỏ, loại điện từ hoặc kết hợp thủy lực Để đảm bảo dừng tầng chính xác, trước khi phanh cần giảm tốc độ của động cơ Trước kia vấn đề này thường được giải quyết bằng loại động cơ nhiều tốc độ, hoặc động cơ điện một chiều điều khiển ACVV Ngày nay các thang máy nói chung đều sử dụng lo i động cơ 3 pha điều khiển bằng biến tần Vạ VVF

Các hình 1.3 a -d trình bày một số sơ đồ hệ dẫn động thông dụng Hình 1.3.a là hệ dẫn động không có hộp giảm tốc, puly ma s t lắp trực tiếp tr n trục á êđộng cơ Với loại này thường sử dụng sơ đồ cuốn cáp 2 v ng thò ông qua puly trung gian và số rãnh puly bằng 2 lần số cáp treo cabin Hình 1.3.b là hệ dẫn động, trong đó động cơ lắp ngoài, puly ma sát lắp tr n trục rê a của hộp giảm tốc, puly phụ phía dưới đóng vai trò dẫn hướng cáp trên đối trọng Hình 1.3.c,d là loại hệ dẫn động với động cơ lắp với hộp giảm tốc qua mặt b ch, đặt nằm ngang íhoặc thẳng đứng Sơ đồ đặt động cơ thẳng đứng có thể thấy ở các thang máy OTIS, cho phép tiết kiệm diện t ch sàn đặt mí áy Các sơ đồ nằm ngang có mặt ở hầu hết ở thang máy khác

1.5.1.2 Puly ma sát

Puly ma sát một đầu được liên kết với cabin, đầu kia liên kết với đối trọng bằng cáp thép Nhờ ma sát giữa cáp thép với rãnh trên puly mô men xoắn được truyền từ puly qua cáp, biến chuyển động quay của puly thành chuyển động tịnh tiến của cabin và đối trọng

Đường kính danh nghĩa puly chọn theo đường kính cáp và được quy định trong các tiêu chuẩn về máy nâng TCVN 6395 : 1998 quy định giữa đường kính puly và đường kínhcápD/d không ít hơn 40

Theo hình dáng, rãnh trên puly ma sát có thể chia làm 3 loại: rãnh cung tròn,

rãnh cung tròn có xẻ đáy và rãnh chữ V H nh 1.4 ìì tr nh bày kết cấu một số loại rãnh puly ma sát ông dụng th

c) b)

θ - là góc ôm của cáp n puly ma sát ( lê radian)

Tỷ số này được x c định theo sơ đồ hệ thống cá ân bằng thang mỏ Giá trị lớn nhất thường được rơi vào 2 trạng thái: trạng thái thử tải tĩnh và trạng thái làm việc của thang máy có kể đến lực quán tính khi mở máy và khi phanh

Hệ số ma sát phụ thuộc vào loại rãnh trên trên puly Với rãnh cung tròn có xẻ đáy hệ số ma sát tính toán được x c định theo công thức: á

µ = µ0

α γ

α γ

α γ

sin sin

) 2

sin 2 (sin 4

α sin

) 2 sin 1 ( 4

π

Để tr nh kẹt á cáp trong rãnh puly (tự hãm), góc nghiêng β giữa 2 thành rãnhcáp cần lớn hơn 2ρ, với ρ là góc ma sát giữa vật liệu cáp và puly (tgρ =µ0) Kết quả nghi n cứu cho thấy hệ số ma sát ê tăng dần lần lượt với các rãnh tròn, rãnh tròn co xẻ đáy và rãnh chữ V Tuy nhi n ứng suất dập cũng tăng làm cho êtuổi thọ cáp và puly ma sát giảm Trong thực tế thường gặp loại puly ma sát rãnhtròn có xẻ dưới

1.5.1.3 Cáp nâng và dây cân bằng

Cáp nâng dùng để treo và dẫn động cabin và đối trọng Theo quy phạm an toàn, số sợi cáp treo cabin không ít hơn 2 và khi chiều cao n ng lớn thâ ì khối lượng cáp sẽ không thể bỏ qua Khối lượng cáp trên nhánh treo cabin sẽ thay đổi tùy thuộc vị trí cabin Gi trị á bé nhất khi cabin ở vị tr cao nhất, còn gi trị lớn í á nhất khi cabin ở tầng dưới cùng V vậy lực căng cáp sẽ thay đổi Nhánh treo cáp ì phía đối trọng cũng c hiện tượng tương tự Để hạn chế sự thay đổi này trong ó cáp thang máy cao tầng (hành trình lớn) cần lắp đặt thêm cáp hoặc xích cân bằng Sơ đồ bố trí trên h n 1.5ì các bộ phận được ký hiệu như sau: GT-giếng

thang; ĐT-đối trọng; CN-Cáp nâng; CĐ-cáp điện; CCB-cáp cân bằng; XCB-xích cân bằng

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống dây c n bằngâ

Cáp nâng được làm bằng thép thông qua 2 thao tác bện Các sợi thộp nhỏ (đường kính 0,5-3mm) với độ bền cao (140 2000Mpa) được bện lại thành c0- ác tao, các tao này lại được bện lại quanh lõi thành cáp Số tao thông dụng là 6 hoặc 8 Số sợi cáp ở mỗi tao c thể là 19 hoặc 37, c c sợi nó á ày này c thểó cùng hay khác đường kính Lõi cáp dùng trong thang máy làm bằng sợi đay, có ưu điểm làm cáp mềm và giữ được dầu bôi trơn trong ruột cáp Khi làm việc dầu sẽ được ép ra bôi trơn cho c c sợi con Kết cấu một số loại á cáp trình bày trên hình 1.6

Khung chịu lực được tính áto n theo độ bền và độ cứng Tải trọng tác dụng được tính với giả thiết đặt lệch tâm, các tổ hợp tải trọng tương ứng cho cáctrường hợp: trạng th i làm việc b nh thường, khi đứt á ì cáp, phanh an toàn tác động giữ cabin trên ray dẫn hướng và khi đứt cáp, cabin rơi xuống bộ phận giảm chấn Trường hợp thử tải tĩnh ( 200% tải danh nghĩa), và thử tải động (100% tải danh nghĩa), tải được đặt đúng tâm

Theo tiêu chuẩn tải đặt lệch tâm khoảng cách e1 = 1/6 CW theo chiều ngang

và e2 =1/6.CD tính từ tâm cabin, trong đú CW, CD là chiều rộng và chiều sâu sàn cabin

Các thanh treo khung đứng cần được kiểm tra về độ mảnh và độ ổn định như các thanh chịu k o Độ mảnh của é các thanh này không vượt quá á gi trị 120

cabin được lắp ngàm dẫn hướng tự lựa để tr nh rung lắc cho hành khá á còch, n đối trọng cú thể lắp tự lựa hoặc không tự lựa, vì ở đây kh ng cô ó nhu cầu về tiện nghi

Hình 1.8 Ngàm dẫn hướng

1.5.1.7 Đối trọng

Đối trọng có nhiệm vụ c n bằng một phần tải trọng cabin Khối lượng đối âtrọng được tính trên cơ sở cân bằng lực căng cáp khi nâng và khi hạ cabin và được tính ôth ng qua hệ số cân bằng ϕ

Về kết cấu, đối trọng gồm các thỏi gang hoặc bê tông, mỗi thỏi nặng từ 30-60

kg Các thỏi này liên kết với nhau bằng các thanh treo (hình 1.9.a), ngàm dẫn hướng lắp trực tiếp trên đối trọng Kết cấu này c ưu điểm đơn giản, kó ích thước nhỏ gọn Khi cần tăng độ cứng vững của kết cấu, các thỏi đối trọng được lắp trong khung chịu lực (hì nh 1.9.b), khi đ ngàm dẫn hướng được lắp ó trên khung chịu lực

Hình 1.9 Đối trọng

1.5.1.8 Ray dẫn hướng

Ray dẫn hướng có tác dụng giữ cabin và đối trọng chuyển động trong giếng

thang, giúp ch ng khú ông bị dịch chuyển theo phương ngang trong quá ìtr nh chuyển động Ray cần phải cứng vững để dữ trọng lượng cabin và tải trọng trong

nó tựa l n dẫn hướng cùng tải trọng động khi bộ phận bảo hiểm làm việc ê

Về kết cấu có thể dùng th p định h nh (thé é ì p L, th p U, thép I) để dẫn hướng écabin và đối trọng Trong thang máy chở người, thường dùng ray co dang chũ T, chế tạo từ thép, cácmặt làm việc được gia cô ng phẳng để đảm bảo cho cabin làm việc êm Ray được cố định vào giếng thang qua các cụm chi tiết cố định ray, thường bao gồm các bản mã và cóc kẹp ray Cóc kẹp ray phải có cơ cấu chống xoay, đề phòng ray bị bật ra Các cụm chi tiết này đặt cách nhau từ 1,5 đến 3m tùy theo kích thước ray và tải tác động lên ray Ray được tính như dầm liên tục, với tải trọng là các phản lực qi trong các sơ đồ tính cabin TCVN 6395:1998 quy định biến dạng tính áto n của ray tại mọi vị tr , theo cả 2 phương, kh ng vượt quí ô á 5mm đối với cabin (đối trọng) c lắp phanh bảo hiểm, 10mm khi khó ông lắp bộ phận này Ray cũng cần được tính to án về độ ổn định

Các sai số về độ chính xác của ray khi gia c ng và lắp đặt cô ó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng phục vụ của thang máy Đặc biệt khi thang làm việc với tốc

độ cao, các sai số này sẽ làm cabin rung, ồn, gây cảm giác không thoải moái cho khách hàng

1.5.1.9 Phanh bảo hiểm và bộ hạn chế tốc độ

Thiết bị không thể thiếu trong thang máy chở người là hệ thống phanh bảo hiểm Trong trường hợp đứt hay trượt cáp khi vận tốc đi xuống của cabin vượt quá á gi trị cho ph p hệ thống phanh bảo hiểm sẽ tự động khởi động làm dừng écabin TCVN quy định vận tốc này t nhất phải bằng 115/% vận tốc định mức của ícabin, nhưng không vượt quá á gi trị cho phép tùy loại phanh bảo hiểm Phanh bảo hiểm c thể là loại tức thời, loại tức thời kiểu con lăn, loại tức thời có ó giảm chấn hoặc loại êm Để tránh trạng th i phanh gấp, gá ây khó chịu cho hành khách, loại tức thời chỉ được sử dụng khi vận tốc định mức cabin nhỏ hơn 1m/s, khi vận tốc lớn hơn phải dùng loại phanh bảo hiểm êm

Phanh bảo hiểm loại tức thời và sơ đồ tính được trình bày trên Hình 1.10.a Trên hình 1.10.b,c là kết cấu của 2 loại phanh bảo hiểm êm

Hình 1.10 Phanh bảo hiểm

Bộ hạn chế tốc độ được thiết kế trín nguy n tắc ly t m hoặc nguy n tắc dao í đ íđộng cưỡng bức Khi puly quay với tốc độ vượt quâ â gi trị đê định, câc quả văng hoặc con lắc liín kết với nó sẽ dao động với biín độ lớn hơn vă tâc động lín cơ cấu con cóc-bânh câc lăm dừng chuyển động của puly Trín hình 1.11 lă một số kết cấu của bộ hạn chế tốc độ thông dụng

Hình 1.11.a lă loại hạn chế tốc độ trín nguy n tắc ly t m của b nh xe khi lăn í đ âtrín đường gập ghềnh Bânh xe 3 trín con cúc 4 lăn trín íbi n dạng cam có câcrăng cóc gắn với puly Khi tốc độ đủ lớn con c c lăn sẽ bị nẩy xa hơn, lẳ m xoay con cóc vă ăn khớp với bânh c c lăm dừng puly ó

Hình 1.11.b là một loại hạn chế tốc độ kh c Puly truyền chuyển động cho các áquả văng qua bộ truyền bánh răng côn Khi vận tốc tăng quả văng sẽ bị văng xa hơn, làm quay các khớp và được nâng cao, kéo theo tay đòn làm xoay cam lệch tâm và kẹp không cho cáp của bộ hạn chế tốc độ chuyển động

Một kết cấu đơn giản hơn được trình bày trên hình 1.11.c Các quả văng được gắn liền và quay c ng puly Khi vận tốc puly tăng ù các quả văng được đẩy ra ngoài, các con cóc ăn khớp với răng cóc trên puly làm puly dừng lại và cáp cũng

trình Giảm chấn phải có đủ độ lớn để khi cabin hoặc đối trọng tỳ lên th vẫn đủ ì khoảng chống cần thiết cho việc kiểm tra, điều chỉnh và sửa chữa

Hình 1.12 Giảm chấn

Hành trình của giảm chấn được quy định trong TCVN 6396:1998 phụ thuộc vào vận tốc cabin nhưng không nhỏ hơn 65mm, tính toán với 2 đến 4 lần khối lượng cabin và tải định mức (hoặc khối lượng đối trọng) Để không làm ảnh hưởng đến khách hàng

1.5.2 Hệ thống điều khiển thang máy

Hệ thống điều khiển thang máy là toàn bộ các trang thiết bị và linh kiện điện, điện tử đảm bảo cho thang máy hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu và đảm bảo độ an toàn

Hệ thống điện của thang máy bao gồm:

1.5.2.1 Mạch động lực

Là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động thang máy để đóng mở, đảo chiều động cơ dẫn động, đưa cabin chuyển động lên xuống giữa các tầng

1.5.2.2 Mạch điều khiển

Có tác dụng thực hiện chương trình điều khiển phức tạp, đáp ứng các yêu cầu của thang máy Mạch điều khiển có nhiệm vụ lưu trữ các lệnh gọi tầng, thực hiện các lệnh di chuyển hoặc dừng theo thứ tự ưu tiên, xác định và ghi nhận thường xuyên vị trí buồng thang và hướng chuyển động, điều khiển việc hiển thị các đèn báo tầng, v.v…

hố thang, v.v… Mạch an toàn tự động ngắt điện đến mạch động lực để dừng thang hoặc thang không hoạt động được khi xảy ra các trường hợp như: quá tải; cabin vượt quá giới hạn đặt công tắc hạn chế hành trình; cửa cabin hoặc một trong các cửa tầng chưa đóng hẳn, v.v…

• Bên hình 1.13 là s c t c m ơ đồ ấu ạo ủa ộtthang máy chở người th ng dụng ônhất d ẫn động ằng b tời iđ ện v ớipuly dẫn áp c bằng ma sat (puly masat)

10 H ốthang phía dưới ầng t 1

11 Giảm chấn

12 Ray dẫn hướng ủa đối c trọng

13 Ray d hẫn ướng ủa c cabin

a) b) c) d) e)

Hình 1.14 Sơ đồ động lực thang máy dẫn động điện

Hình 1.14.a là sơ đồ động lực của loại thang máy không có đối trọng, cabin được treo trên cáp cuốn trực tiếp lên tang, bội suất a = 1 (vắt cáp 1:1), sơ đồ 1.14.b là trường hợp bội suất a = 2 Loại này thường được dùng cho thang chở hàng, ít dùng cho thang chở người Việc sử dụng sơ đồ vắt cáp đúp cho phép giảm lực căng trên cáp, do đó có thể giảm đường kính cáp Điều này làm giảm kích thước của tang cuốn cáp và cùng với nó là việc giảm kích thước của cả bộ tời kéo Tuy nhiên vắt cáp đúp thường sử dụng cho thang máy có vận tốc thấp Hình 1.14.c.d là các sơ đồ loại thang máy có đối trọng, dẫn động nhờ ma sát giữa cáp treo cabin và puli ma sát với bội suất tương ứng a = 1, a = 2 Trong nhiều trường hợp có thể thêm puly đổi hướng khi không muốn tăng kích thước puly ma sát hoặc sử dụng bộ tời kéo cho các cabin kích thước khác nhau

Việc sử dụng đối trọng có nhiều lợi thế, có thể tóm tắt như sau:

• An toàn: Loại trừ khả năng cabin (đối trọng) đập vào trần giếng thang (khi các công tắc cực hạn bị hỏng, cabin chỉ tiếp tục chuyển động lên đến khi đối trọng tỳ lên giảm chấn làm chùng cáp) Sơ đồ này cho phép treo cabin trên nhiều sợi cáp độc lập, tăng độ an toàn (xác suất các sợi cáp đứt cùng lúc là rất thấp)

• Treo cabin trên nhiều cáp cho phép giảm đường kính cáp, từ đó cho phép giảm kích thước puly và bộ tời kéo

• Cùng một bộ tời kéo có thể sử dụng cho nhiều chiều cao nâng khác nhau, trong khi đó với bộ tời cáp sử dụng cuốn cáp trên tang việc thay đổi chiều cao nâng sẽ kéo theo việc thay đổi kích thước tang cuốn cáp

• Giảm công suất cần thiết cho động cơ và hộp giảm tốc do trọng lượng của đối trọng đã cân bằng một phần với tải trên cabin

Trên thực tế còn có nhiều sơ đồ khác chẳng hạn đối với thang máy có chiều cao nâng trên 45 m hoặc trọng lượng cáp nâng và cáp điện có giá trị trên 0,1 trọng lượng cabin thì người ta phải đặt thêm cáp hoặc xích cân bằng để bù trừ lại phần trọng lượng của cáp nâng và cáp điện truyền từ nhánh treo cabin sang nhánh treo đối trọng và ngược lại khi thang máy hoạt động, đảm bảo mômen tải

tương đối ổn định trên puly ma sát Khi đó sơ đồ động lực thang máy có thể như sau:

Hình 1.15 Sơ đồ các hệ thống cân bằng

a, b) Cabin - đối trọng (C - Đ); c) Cabin - Giếng thang (C - GT);

d) Đối trọng - giếng thang (Đ - GT);

GT - Giếng thang; CN - Cáp nâng; CĐ - Cáp điện; X - Xích cân bằng;

CB - Cáp cân bằng; KC - Thiết bị kéo căng cáp cân bằng Qua các phân tích trên ta thấy với loại thang máy chở người, chở hàng trừ các trường hợp đặc biệt thì việc sử dụng sơ đồ 1.15.c là hợp lý hơn cả

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC THANG MÁY

2 1 THÔNG SỐ CỦA THANG MÁY

Xét hai trường hợp:

• Khi nâng cabin đầy tải, cabin ở tầng dưới cùng

Bỏ qua khối lượng của dây cáp

Gọi S1 là lực căng cáp bên cabin

S2 là lực căng cáp bên đối trọng

S1 = Q + Qcb = 3500 + 300 = 6500 (N)

S2 = Qdt = Qcb + α Q = 3000 + 0,5.3500 = 4750 (N)

Lực vòng trên puly ma sát:

P = S1 - S2 = 6500 4750 = 1750 (N) -

• Khi cabin không tải, cabin ở tầng trên cùng

Bỏ qua khối lượng của dây cáp

Gọi S1’ là lực căng cáp phía bên cabin

S2’ là lực căng cáp phía bên đối trọng

Chọn K c = 16 theo trường hợp thứ nhất

Lực căng cáp lớn nhất trong một sợi cáp:

Smax1 = Smax/n trong đó n là số sợi cáp (n = 2)

Khi thiết kế, đường kính puly phải không nhỏ hơn 16 ÷ 30 lần đường kính cáp, tức là D ≥ (e - 1)dc

Với e là hệ số phụ thuộc chế độ làm việc của loại máy trục, được xác định bằng thực nghiệm

Sau khi tính D theo công thức ta chọn D tăng lên vì D càng lớn thì độ bền của cáp càng tăng vì độ uốn cáp trên một đơn vị chiều dài được giảm đi

Để đảm bảo độ bền, ta lấy e = 30

D = 30 dc = 30.10 = 300 (mm)

Trong đó:

φ - góc ôm của cáp lên puly ma sát (đơn vị radian)

µ - hệ số ma sát tính toán giữa cáp và rãnh puly, tính theo công thức sau:

Ta chọn loại rãnh cáp của puly như hình 2.2

Đối với loại rãnh trên hệ số ma sát tính toán được xác định theo công thức:

µ = trong đó góc nghiêng β của hai thành bên rãnh cáp phải thỏa mãn

điều kiện β ≥ 2 ρ , với ρ là góc ma sát giữa vật liệu cáp và rãnh puly (tgρ = µ0),

để đảm bảo cho cáp không bị kẹt trong rãnh puly

Lấy µ0 = 0,1 vậy ρ = 5,71

Chọn góc β = 400

Thay số 0,292

342 , 0

1 1 , 0 2

40 sin

1 1 , 0 2 sin

1

β µ

Góc ôm θ theo sơ đồ hình 2.1 ta có θ = 3,14

Vậy eµθ = 2,170 , 292 3 , 14 = 3,35

35 , 3 36 , 1 4750

2 5 TÍNH TOÁN CHỌN ĐỘNG CƠ, HỘP GIẢM TỐC

V : Vận tốc nâng của cabin (m/s)

η : Hiệu suất chung, lấy η = 0,80

P : Lực vòng trên trục

) ( 54 , 0 80 , 0 1000

25 , 0

N = = Chọn loại động cơ điện dành cho máy nâng và cần trục MTKF011 - 6 kiểu nằm ngang có các thông số kỹ thuật sau:

Vận tốc vòng n dc = 780 (v/ph)

Công suất trên trục: N dc =2 Kw, 0 ( )

Mô men xoắn lớn nhất Tmax = 42 (Nm)

1 60 25 , 0

D

a v

n ct = = = π

Trong đó a là bội suất ba lăng, được xác định như trong bảng

Với tỷ số truyền như trên, ta có thể thiết kế hoặc chọn mua hộp giảm tốc có sẵn trên thị trường