Tính toán thiết kế và chọn trang thiết bị điện cho thang máy

Tính toán thiết kế và chọn trang thiết bị điện cho thang máy

Mục lục

Lời nói đầu 3

Phần I: Giới thiệu về kĩ thuật thang máy 4

Chương I: Khái niệm chung 5

I Khái niệm chung về thang máy 5

II Lịch sử phát triển của thang máy 7

III Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động thang máy 8

IV Kết cấu chung của thang máy 9

V Phân loại thang máy 12

VI Các nguyên tắc hoạt động cơ bản của thang máy 19

VII Tính chọn công suất động cơ truyền độn thang máy 19

VIII.Đặc điểm phụ tải của thang máy và các yêu cầu truyền động cho thang máy 22

Chương II: Phân tích và lựa chọn phương án 35

I Hệ truyền động chỉnh tiristor có đảo chiều quay 35

II Hệ truyền động xoay chiều 41

III Kết luận 46

Chương III: Những khái niệm cơ bản về hệ truyền động điện và đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 47

I Những khái niệm cơ bản về truyền động điện 47

II Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 56

III Các thông số cơ bản ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 58

IV Điều chỉnh tốc độ của động cơ không đồng bộ bằng cách Thay đổi số đôi cực của động cơ 60

Phần II: tính toán, thiết kế và chọn trang bị điện cho thang máy 63 Chương I: Chọn phương án thiết kế 64

I Tính chọn công suất động cơ điện 64

II Tính cho tiết diện cáp động lực 68

III Tính chọn phanh hãm điện từ 69

IV Chọn aptomat 71

V Chọn khởi động từ 71

VI Chọn rơle trung gian 73

VII Chọn rơle thời gian kiểu điện từ 73

VIII Chọn thiết bị chống mất pha và điện áp lưới thấp 74

IX Chọn khí cụ bảo vệ cho mạch lực 75

X Chọn lắp khí cụ hạn chế và an toàn 75

XI Chọn máy biến áp 76

Chương II: Thiết kế mạch động lực 77

I Động cơ truyền động 77

II Các công tắc tơ 79

III Máy biến áp 79

IV Rơle bảo vệ 79

V Aptomat 80

VI thiết bị chống mất pha và điện áp lưới thấp 80

VII Các loại phanh 80

Chương III: Thiết kế mạch điều khiển 83

I Mạch gọi tầng và chuyển đổi tầng 83

II Mạch dừng chính xác buồng thang 85

III Mạch logic 87

IV Mạch nguyên lí hoạt động của hệ thống tự động điều khiển khống chế truyền động thang máy 90

V Mạch điều khiển ở cửa cabin 94

VI Mạch điều khiển phanh hãm 96

VII Các tín hiệu đèn chiếu sáng và tiện nghi trong thang máy 96

Tài liệu tham khảo 98

Lời nói đầu

Thế kỷ 19, nền khoa học kỹ thuật trên thế giới phát triển rất mạnh mẽ Lúc này trên thế giới đã bắt đầu xuất hiện nhiều nhà cao tầng, vì vậy thang máy cũng bắt đầu xuất hiện để đáp ứng nhu cầu cấp thiết đó Năm 1853, hãng thanh máy OTIS (Mỹ) đã chế tạo và đưa vào sử dụng chiếc thang máy

đầu tiên trên thế giới

Thang máy là một thiết bị không thể thiếu trong việc vận chuyển người và hàng hóa… theo phương thẳng đứng trong các nhà cao tầng, chính vì vậy từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn được nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người

Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã được xây dựng trên khắp mọi miền đất nước và nhờ đó thang máy đã, đang và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều Do vậy các hãng thang máy hàng đầu trên thế giới đã có mặt tại nước ta

Cùng với sự cố gắng của bản thân và nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này Em rất mong nhận được sự góp ý, bổ sung của các thầy cô giáo và các bạn để đồ

án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin gửi tới thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn lời cảm ơn chân thành nhất

Sinh viên Hoàng Trương Quyền

PhÇn I

giíi thiÖu vÒ kÜ thuËt thang m¸y

Chương I

Khái niệm chung

I- 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 sử dụng 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 thanh máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục Ngoài ý nghĩa về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẽ 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 cho người 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 lí 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 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, hàng trong những tòa nhà này không được giải quyết thì các dự án xây dựng các tòa nhà cao tầng 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 cần chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử

dụng và sửa chữa phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu thì chưa đủ điều kiện để đưa và sử dụng, mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như: điện chiếu sáng dự phòng khi mất điện, điện thoại nội bộ (Interphone), chuông báo, bộ hãm bảo hiểm, an toàn cabin, công tắc an toàn cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn v v

Với đối tượng nâng, chuyển khác nhau thang máy có cấu tạo phù hợp, nhưng nhìn chung có thể phân làm 2 phần chính:

+ Buồng thang:

- Buồng thang còn gọi là cabin, là phần chuyển động thẳng đứng trực tiếp mang tải Khung buồng treo trên puli quấn cáp Thông thường là cáp đôi hoặc cáp 4 nhằm tăng độ bám và tăng độ bền cơ khí Cùng chuyển động với buồng thang là đối trọng

- Đối trọng là một khối kết từ các khối gang, chuyển động ngược chiều với buồng thang để giảm công suất cơ cấu kéo và giúp thang nâng hạ nhẹ nhàng Khối lượng đối trọng phụ thuộc trọng lượng buồng thang

và khối lượng tải trọng trung bình

- Buồng thang chuyển động trong một nơi được gọi là hố giếng Hố giếng phần không gian từ mặt tiếp tuyến dưới puli (hay là sàn tầng trên cùng) tới đáy giếng

lò xo sẽ đẩy má phanh ép chặt puli và làm cho buồng thang dừng

chuyển động Phanh bảo hiểm thường dùng trong trường hợp mất điện,

đứt cáp hoặc tốc độ vượt quá mức cho phép từ 20 ữ 40%

II- Lịch sử phát triển thang máy

Cuối thế kỷ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời như: OTIS (Mỹ); SCHINDLER (Thụy Sĩ) Năm 1853, hãng thang máy OTIS đã chế tạo và đưa vào sử dụng chiếc thang máy đầu tiên trên thế giới

Đến năm 1874, hãng thang máy SCHINDLER 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 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như: KONE (Phần Lan); MISUBISHI, NIPPON, ELEVATOR (Nhật Bản); THYSEN (Đức); SABIEM (ý); v v đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong cabin tốt 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 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 600(m/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

điện cảm ứng tuyến tính

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

III- Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện thang máy:

Thang máy thường được lắp đặt bên trong hoặc bên ngoài trời cho các nhà cao tầng, ở nhiều nơi thang máy chở hàng phải làm việc ở môi trường khắc nghiệt, đặc biệt ở các khu công nghiệp, nhà máy lớn…

Các khí cụ điện, thiết bị điện trong hệ thống truyền động và trang bị

điện của thang máy chở hàng phải làm việc tin cậy trong mọi điều kiện làm việc phức tạp của môi trường, nhằm nâng cao năng suất, an toàn trong vận hành và khai thác

Đối với hệ truyền động điện cho thang máy chở hàng phải đảm bảo khởi động động cơ truyền động khi đầy tải, đặc biệt là vào mùa đông khi nhiệt độ môi trường giảm làm tăng mômen ma sát trong các ổ đỡ dẫn đến làm tăng đáng kể mômen cản tĩnh

Động cơ truyền động thang máy, mômen thay đổi theo tải rất rõ rệt

0

10 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8

Năng suất của thang máy chở hàng phụ thuộc vào 2 yếu tố:

+ Tải trọng của thiết bị

+ Số chu kì bốc dỡ trong 1 giờ

Số lượng hàng hóa di chuyển trong mỗi chu kì không giống nhau và nhỏ hơn tải trọng định mức cho nên phụ tải đối với động cơ chỉ đạt 60ữ70% công suất định mức của động cơ

Do điều kiện làm việc của thang máy thất thường, tải trọng luôn thay

đổi, lúc non tải, lúc đầy tải nên thang máy được chế tạo có độ bền cơ cao Tất cả các thiết bị được đặt trong buồng thang và buồng máy

IV- Kết cấu chung của thang máy

Trên hình 1.2 mô tả kết cấu chung của thang máy, đây là kết cấu phần cơ điện được chia làm 2 bộ phận chính: phòng máy và giếng thang

Trong giếng thang bao gồm : tầng hầm 11 (khoảng trống kể từ đáy giếng thang đến phần dưới cùng của buồng thang) Tầng hầm là phần nền móng cho các thanh ray Đây là phần chịu toàn bộ trọng lượng của kết cấu thang máy, trọng lượng thang máy, đối trọng và tải trọng tối đa nên ta phải

xử lí phần móng và nền móng thật tốt để tránh lún, rạn gây mất trọng tâm cho buồng thang, ảnh hưởng đến hành trình lên xuống của buồng thang, nhất là khi đầy tải Vì buồng thang được trượt trên các thanh ray 9 theo phương thẳng đứng Trong tầng hầm còn có cơ cấu lò xo có tác dụng khi thang máy hạ xuống tầng 1, được giảm chấn, hạn chế va chạm cơ khí giúp thang dừng được nhẹ nhàng Tầng hầm có chiều cao từ 1,5ữ2(m) để thuận tiện cho công việc sửa chữa và bảo dưỡng Phía trên tầng hầm là toàn bộ phần thân chính của giếng thang

Phòng máy là nơi đặt tủ điều khiển động cơ nâng hạ buồng thang, là nơi có tác dụng như xà treo, nên khi thang đầy tải nó phải gánh một trọng lực rất lớn nên ta cũng phải tính toán phần kết cấu bê tông đủ lớn để tránh gây sập Phòng máy được lắp đặt ở nơi cao nhất là trên nóc tầng 7 (nóc giếng thang) Giếng thang chạy suốt từ tầng 1 đến tầng 7 có kích thước phù hợp để lắp ghép thanh dẫn hướng cho buồng thang, ngoài ra dọc giếng thang còn lắp các thiết bị bảo vệ và đèn chiếu sáng Thanh ray 9 thường làm bằng thép chịu lực tốt, có hình dáng kích thước phù hợp để dẫn hướng chuẩn và tạo điểm tì của cơ cấu phanh khi phanh dừng buồng thang

Để nâng hạ buồng thang người ta dùng động cơ 6 Động cơ này được nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp, buồng thang được treo trên puli quấn cáp Khi nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ có lắp hộp giảm tốc 5 Khung của buồng thang 3 được treo trên puli quấn cáp kim loại 4

Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có giá treo 7

và những con trượt dẫn hướng (con trượt là loại puli trượt có bọc cao su bên ngoài)

Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm, Phanh bảo hiểm giữ buồng thang tại chổ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển buồng thang vượt quá 20ữ40% tốc độ định mức Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu:

- Phanh bảo hiểm kiểu nêm

- Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm

- Phanh bảo hiểm kiểu kìm

Trong 3 loại phanh bảo hiểm trên phanh bảo hiểm kiểu kìm có tính năng kĩ thuật ưu việt hơn, nó đảm bảo tác động nhanh nhưng dừng vẫn êm buồng thang, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi hơn

Phanh bảo hiểm thường được lắp phía dưới buồng thang, gọng kìm trượt theo thanh dẫn hướng khi tốc độ của buồng thang bình thường Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm gắn với hệ truyền động bánh vít, trục vít Hệ truyền động trục vít có 2 loại ren: ren trái và ren phải

Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị thêm cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu li tâm Khi buồng thang di chuyển sẽ làm cho cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu li tâm quay Khi tốc độ di chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền sẽ làm cho tang quay và kìm sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ của buồng thang

Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy

12

V- Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế và chế tạo rất đa dạng, 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 Theo công dụng (TCVN – 1993) thang máy được phân thành 5 loại

a) 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, tháp truyền hình v v Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin

b) Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm

Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm v v Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin

c) Thang máy chuyên chở bệnh nhân

Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng v v

Đặc điểm của loại này là kích thước thông thủy cabin phải đủ lớn để chứa băng ca 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 Loại thang máy này

điều khiển cả trong và ngoài cabin

d) Thang máy chuyên chở hàng có người đi kèm

Loại này thường dùng trong các nhà máy, công xưởng, kho, thang máy dùng cho nhân viên khách sạn v v Chủ yếu dùng để chở hàng nhưng có người đi kèm để phục vụ Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin

e) Thang máy chuyên chở hàng không có người đi kèm

Loại này chuyên dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các khách sạn, nhà ăn tập thể v v Đặc điểm của loại này là chỉ có điều khiển ở ngoài cabin (trước các cửa tầng)

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

Hình 1.3 Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang

a,b) Dẫn động cabin bằng puly ma sátc) Dẫn động cabin bằng tang cuốn cáp

c)b)

a)

Hình 1.4 Thang máy điện có bộ tời đặt phía dứới giếng thang

a) Cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin

b) Cáp vòng qua đáy cabin

a) b) c)

Hình 1.5 Thang máy thủy lựca) Pittông đẩy trực tiếp từ đáy cabinb) Pittông đẩy trực tiếp từ phía sau cabinc) Pittông kết hợp với cáp gián tiếp đẩy từ phía sau cabin

2 Theo hệ thống dẫn động cabin

a) Thang máy dẫn động điện (hình 1.3)

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 Ngoài ra còn

có loại thang dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên dùng để chở người phục vụ xây dựng các công trình cao tầng)

b) Thang máy thủy lực (bằng xilanh – pittông) (hình 1.5)

Đặc điểm của loại thang máy này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ xilanh – pittông 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

3 Theo vị trí đặt bộ tời kéo

Đối với thang máy điện:

Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang (hình 1.3)

Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang (hình 1.4)

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 1.5)

+ Điều khiển theo nhóm

c) Theo tổ hợp điều khiển:

+ điều khiển trong cabin

+ điều khiển ngoài cabin

+ điều khiển cả trong và ngoài cabin

+ Loại tốc độ rất cao: v > 4(m/s)

b) Theo khối lượng vận chuyển của cabin:

+ Loại nhỏ: Q < 500(kg)

+ Loại trung bình: Q = 500 ữ 1000(kg)

+ Loại lớn: Q = 1000 ữ 1600(kg)

+ Loại rất lớn: Q > 1600(kg)

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: thường dùng cho các loại thang máy có tốc độ cao

+ 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

+ Bộ tời kéo có puli ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin lên xuống

Loại có puli ma sát (hình 1.3a và b): khi puli quay kéo theo cáp chuyển động là nhờ ma sát sinh ra giữa rãnh ma sát của puli và cáp Loại này đều phải có đối trọng

Loại có tang cuốn cáp (hình 1.3c): khi tang cuốn cáp kéo hoặc nhả cáp kéo theo cabin lên hoặc xuống Loại này có hoặc không có đối trọng

c) Theo cách treo cabin và đối trọng:

+ Treo trực tiếp và dầm trên của cabin (hình 1.3a)

+ Có palăng cáp (thông qua các puli trung gian) vào dầm trên của cabin (hình 1.5b)

d) 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 bán tự động: khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa tầng tự đóng mở, khi đóng phải dùng bằng tay hoặc ngược lại Cả 2 loại này thường dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm, thang máy 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 đóng và mở nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cửa cabin Thời gian và tốc độ đóng và mở điều chỉnh được

+ Theo kết cấu của 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, hoặc thang máy dùng cho nhà riêng

- Cánh cửa dạng tấm, 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 phía sau cabin

- Cánh cửa dạng tấm, 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, hai cánh mở chính giữa lùa về hai phía trên và dưới (thang máy chở thức ăn…)

- Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên Loại này thường dùng cho thang máy chở ôtô và thang máy chở hàng… + Theo số cửa cabin

- Thang máy có một cửa

- Hai cửa đối xứng nhau

- Hai cửa vuông góc nhau

e) 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)

7 Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang

a) Đối trọng bố trí phía sau (hình 1.6a)

8 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin

a) Thang máy thẳng đứng: là loại thang máy có cabin di chuyển theo phương thẳng đứng, hầu hết các thang máy đang sử dụng thuộc loại này

b) Thang máy nghiêng: là loại thang máy có cabin di chuyển nghiêng một góc so với phương thẳng đứng

c) Thang máy zigzag: là loại thang máy có cabin di chuyển theo đường zigzag

VI- Các nguyên tắc hoạt động cơ bản của thang máy

+ Căn cứ vào điều kiện làm việc của thang máy và phụ thuộc vào sự an toàn của hệ thống nên cơ cấu điều khiển thang máy cần tuân thủ theo một

số yêu cầu sau:

- Khi buồng thang đang di chuyển lên xuống thì các cửa tầng, cửa buồng thang, cửa tâng hầm phải đóng kín để đảm bảo cho người vận hành và hàng hóa vận chuyển

- Trong các thang máy hiện đại, khi thang máy đang hoạt động vẫn có thể ấn nút gọi tầng vì trong mạch điều khiển có bộ nhớ và có chế độ ưu tiên đối với các lệnh gần đường chuyển rời của buồng thang

+ Nguyên lí chung khi điều khiển thang máy

- Gọi buồng thang tại cửa tầng

- Điều khiển đổi tầng trong buồng thang

- Điều khiển buồng thang khi sửa chữa trên buồng máy

+ Khi có sự cố, hoặc các điều kiện liên động chưa tác động đủ thì thang

sẽ không hoạt động cho dù điều khiển bằng cách nào

+ Điều khiển thang máy đổi tầng bằng nút bấm trong buồng thang, và khi thang đang hoạt động thì việc gọi tại cửa tầng sẽ được nhớ lại và chờ hành trình sau

+ Trong buồng thang, ngoài các nút gọi tầng, đóng mở cửa còn có đèn chiếu sáng, điện thoại, chuông cấp cứu và nút dừng đột ngột khi có sự cố

VII- Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy

+ Để chọn được công suất động cơ truyền động thang máy cần có các

điều kiện và tham số sau:

- Sơ đồ động học của thang máy

- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép

- Trọng tải

- Trọng lượng buồng thang

+ Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng được tính theo công thức:

)kW(10.g.v)

GG(P

3 bt

η : hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5 ữ 0,8), chọn η = 0,8

Vì thang máy có đối trọng, nên tính toán đối trọng phù hợp là cần thiết Tuy nhiên trong thực tế đối trọng có thể được thay đổi trong quá trình hiệu chỉnh chạy thử thang máy Vì vậy, việc tính đối trọng sau đây cần thiết cho tính chọn thiết bị

Khối lượng của đối trọng:

Pch = [(Gbt + G).η + Gđt

η

1]v.k.g.10-3 (kW)

Pcn : công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng

Pch : công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có đối trọng

k : hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng

(1,15 ữ 1,3), chọn k = 1,2

Ta có bảng thông số tương đối về thời gian mở máy, thời gian hãm, thời gian đóng mở cửa và số lần dừng cửa buồng thang khi chuyển động

Buồng thang

có cửa rộng dưới 800mm (mở tự động)

Buồng thang

có cửa rộng dưới 1000mm (mở tự động)0,5

2 2,5

-

-

-

- 6,3 6,3 6,5

k1 : số lần dừng buồng thang

ΔG1 : sự giảm khối lượng tải sau mỗi lần dừng

- Tính mômen tương ứng với lực kéo:

Mômen nâng tải:

)Nm(.i

R.F

Mn

η

= Mômen hạ tải:

)Nm(i

.R.F

Mh = η

- Dựa vào kết quả các bước tính toán trên, tính mômen đẳng trị và tính chọn công suất động cơ

- Xây dựng biểu đồ phụ tải chính xác của động cơ truyền động có tính

đến quá trình quá độ và kiểm nghiệm công suất động cơ theo điều kiện

phát nóng quá tải

VIII- Đặc điểm phụ tải của thang máy và các yêu cầu truyền động cho thang máy

- Phụ tải thang máy là phụ tải thế năng

- Vị trí các điểm dừng của thang máy để đón, trả khách, hàng trên hố thang là các vị trí cố định, đó chính là vị trí sàn các tầng nhà

- Động cơ truyền động thang máy làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại,

mở máy và hãm máy nhiều

- Đây là thang máy chở hàng cho nhà 7 tầng, chọn thang máy có người

đi kèm, nên đòi hỏi cao về độ an toàn và chính xác khi dừng máy

- Đảm bảo gia tốc cabin khi khởi động và khi dừng nằm trong giới hạn cho phép

a) Đặc điểm phụ tải của thang máy

+ Thang máy là phụ tải có tính chất thế năng Tùy vào kiểu thang máy

mà phụ tải có thể ổn định hoặc không Đây là thang máy chở hàng nên thông thường tải khá ổn định, có thể khi nâng đầy tải, khi hạ không tải + Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi, thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau Nhiệt phát nóng

của động cơ ch−a đạt đến mức bảo hòa đã đ−ợc giảm do mất tải, nhiệt độ suy giảm ch−a tới giá trị ban đầu lại tăng lên do tăng tải

Ta có đồ thị phát nhiệt của động cơ:

t P

Hình 1.7

+ Đặc điểm thứ ba của thang máy là sự thay đổi chế độ làm việc của

động cơ Động cơ trong mỗi lần hoạt động đều thực hiện đầy đủ các quá trình khởi động, kéo tải ổn định, hãm dừng Nghĩa là có sự chuyển đổi liên tục của động cơ từ chế độ động cơ sang chế độ máy phát

+ Thang máy khởi động đạt đến tốc độ định mức sau đó chuyển động ổn

định với tốc độ đó trong một lần chuyển động, do đó không có yêu cầu về

điều chỉnh tốc độ

b) Các yêu cầu truyền động cho thang máy

+ Do đặc điểm phụ tải có những điểm riêng nên chuyển động thang máy

có những yêu cầu sau:

Yêu cầu cơ bản của hệ truyền động thang máy là bảo đảm cho buồng thang chuyển động êm Buồng thang chuyển động êm hay không phụ thuộc gia tốc khởi động, khi hãm, phanh Các tham số đặc tr−ng cho chuyển động của thang máy là:

được nhiều thời gian Tuy vậy để tăng tốc thang máy đòi hỏi chi phí thiết kế

tăng, nếu tăng tốc độ của thang máy từ v = 0,75(m/s) lên v = 3,5(m/s) thì

giá thành sẽ tăng lên 4ữ5 lần, bởi vậy tùy theo độ cao của nhà mà phải chọn

thang máy có tốc độ phù hợp với tốc độ tối ưu Với thang máy chở hàng

trong một tòa nhà cao 7 tầng đạt tốc độ v = 1(m/s) là phù hợp

Tốc độ di chuyển trung bình của buồng thang có thể tăng bằng cách

giảm thời gian mở và hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc, nhưng khi gia tốc

lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho người, có thể gây đổ vỡ các hàng hóa và

các chất lỏng… trong khi di chuyển Vậy gia tốc tối ưu là: a = 2(m/s2)

Gia tốc tối ưu đảm bảo năng suất cao và không gây cảm giác khó chịu

cho con người Vậy ta có bảng sau:

Bảng 1.2

Hệ truyền động Tham số

Xoay chiều Một chiều Tốc độ thang máy (m/s) 0,5 0,75 1 1,5 2,5 3,5

Gia tốc cực đại (m/s2) 1 1 0,5 1,5 2 2 Gia tốc tính toán trung bình (m/s3) 0,5 0,5 0,8 1 1 1,5

Đại lượng quan trọng nữa trong yêu cầu truyền động thang máy là độ

giật Độ giật sinh ra do sự thay đổi độ lớn của gia tốc khi khởi động và khi

dừng Độ giật có ảnh hưởng lớn tới chuyển động êm của thang máy Hay

=ρVới thang máy có a ≤ 2(m/s2) thì độ giật cho phép là ρ = 20(m/s3)

Dưới đây là biểu đồ vận tốc, gia tốc, độ giật, quảng đường tối ưu của

một chuyển động thang máy Biểu đồ chia làm 5 giai đoạn:

Hãm xuống tốc độ thấp

a

s: vị trí a

Hình 1.8

Đến tầng Hãm dừng

Biểu đồ tối ưu trên có thể thực hiện bằng hệ F-Đ Với động cơ hai cấp tốc độ có thể đạt gần giống như vậy

Trong trường hợp đơn giản với thang máy chậm và quảng đường nhỏ

Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hàng hóa

Theo TCVN, khi đặt lên thang máy một tải trọng G = 2,5Gđm thang phải đảm bảo dừng chính xác tại sàn với sai lệch không quá 2(cm) Thang máy dừng chính xác giúp cho việc bốc dỡ hàng hóa ra vào dễ dàng, do đó tăng năng suất của thang máy

Để khắc phục hậu quả có thể đạt được độ chính xác khi dừng, nhưng

sẽ gây ra các vấn đề không mong muốn như sau:

- Hỏng các thiết bị điều khiển

- Gây tổn thất năng lượng

- Gây hỏng các thiết bị cơ khí

- Tăng thời gian từ hãm tới dừng

Việc dừng chính xác buồng thang cần tính đến một nữa hiệu số của hai quảng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang không tải theo cùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến dừng chính xác buồng thang bao gồm:

- Mômen cơ cấu phanh

- Mômen quán tính của buồng thang

- Tốc độ khi bắt đầu hãm và một số các yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau: khi buồng thang đến gần sàn tầng, công tắc chuyển đổi tầng cần cấp lệnh lên hệ thống điều khiển

động cơ để dừng buồng thang Trong quảng thời gian Δt, buồng thang đi

được một quảng đường là S’:

S’ = v0.Δt (m) Trong đó:

v0 : tốc độ lúc bắt đầu hãm

Δt : thời gian tác động của thiết bị điều khiển

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang, trong thời gian này buồng thang đi được một quảng đường S”:

S” =

)FF.(

2

v.m

C ph

2 0

± (m) Trong đó:

m : khối lượng các phần chuyển động của buồng thang (kg)

Fph : lực phanh (N)

FC : lực cản tĩnh (N)

Dấu ± trong biểu thức phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực FC Khi buồng thang đi lên biểu thức mang dấu (+) và khi buồng thang đi xuống biểu thức mang dấu (-)

S” có thể viết dưới dạng:

S” =

)MM

.(

i.2

2

D J

C ph

2 0

ω0 : tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh (rad/s)

D : đường kính puli kéo cáp (m)

.(

i.2

2

D J

C ph

2 0

±ω

Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hiệu hai quảng đường trượt khi phanh

đầy tải và không tải

Sai số lớn nhất (độ dừng không chính xác lớn nhất):

2

SS

=Δ

Trong đó:

S1 : quảng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh

S2 : quảng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh

Để dừng chính xác buồng thang cho các thang máy của các nhà cao tầng có tốc độ trung bình, ta phải lưu ý đến yếu tố tốc độ của buồng thang trước khi phanh hãm tốc độ Để hiểu rõ yếu tố này ta phải phân tích theo hình 1.9:

độ nhỏ như vậy thì việc dừng êm và chính xác buồng thang sẽ dễ thực hiện

Do nhiều yếu tố như sự thay đổi của Mhãm, MJ, tốc độ trước khi dừng nên làm cho buồng thang có thể chuyển động với quảng đường Smax và Smin, trị số sai lệch này là ±ΔS và tương ứng với góc quay của tang trống là ±Δφ

v

S ωΔ

=ϕΔ

h

2 2

M.2

J ω

=ϕ

2 h

2 h

M.2

.JdJ.M.2d.M

.J

dϕ = ω ω+ ω ư ω Lấy đạo hàm gần đúng:

ωΔϕ+

Δϕ

=ϕΔ

h

h 2

1

M

MJ

J

tt

Qua sự phân tích các biểu thức trên ta thấy rõ ràng Δφ phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: ω, J, Mh Trong đó J và Mh là hai tham số rất khó điều chỉnh, vì nó phụ thuộc rất nhiều vào các thành phần khác

Do vậy để giảm Δφ thì trước khi dừng thang máy cần phải giảm sơ bộ tốc độ của buồng thang bằng cách giảm tốc độ của động cơ nâng hạ với phạm vi điều chỉnh D = 1:4 Hình 1.10 là đồ thị tốc độ thang máy, đây là đồ thị tối ưu nhất

v

t t

t

P = dt dv

P = dt

v

d2

Hình 1.10+ Bộ cảm biến dừng chính xác:

Hiện nay thường sử dụng hai kiểu cảm biến đó là: cảm biến kiểu chân không và cảm biến kiểu cảm ứng

- cảm biến kiểu cảm ứng:

Bộ cảm biến dừng chính xác buồng thang thực chất là một công tắc phi tiếp điểm và thường được dùng bộ cảm biến vị trí kiểu cảm ứng

Hình 1.11 mô tả cấu tạo và đặc tuyến của bộ cảm biến vị trí

0 0,5 1

1 2

điện cảm L của cuộn dây và dòng đi qua cuộn dây sẽ giảm xuống Sự phụ thuộc điện cảm cuộn dây vào vị trí thang sắt động 1 đ−ợc biểu diễn trên hình 1.11(b)

Nếu đấu nối tiếp với cuộn dây của bộ cảm biến vào một rơle ta sẽ đ−ợc một phần tử phi tiếp điểm để dừng trong hệ thống điều khiển Tùy thuộc vào mục đích sử dụng có thể dùng nó làm công tắc chuyển đổi tầng, cảm biến vị trí để thực hiện dừng chính xác buồng thang hoặc cảm biến chỉ vị trí buồng thang

Sơ đồ nguyên lí của cảm biến cảm ứng mô tả trên hình 1.12

CB

RTrC

Hình 1.12

Cuộn dây của rơle RTr được đấu nối tiếp với cuộn dây của cảm biến kiểu cảm ứng (CB) Để nâng cao độ tin cậy ta đấu thêm tụ C song song với cuộn dây của bộ cảm biến, trị số điện dung của tụ được tính toán sao cho khi thanh sắt 1 che kín mạch từ sẽ tạo được dòng cộng hưởng, khi mạch từ của cảm biến hở, dòng đi qua cuộn dây rơle RTr đủ lớn làm cho nó tác

động Khi mạch từ kín, dòng điện đi qua cuộn dây giảm xuống gần bằng 0, lúc này rơle không tác động Thông thường bộ cảm biến CB được lắp ở thành giếng thang, còn thanh sắt động 1 được lắp ở buồng thang

Ta có bảng các tham số của hệ truyền động thang máy với độ không chính xác khi dừng ΔS

Bảng 1.3

Hệ truyền động

Phạm vi

điều chỉnh tốc độ

Tốc độ di chuyển (m/s)

Gia tốc (m/s2)

Độ không chính xác khi dừng (mm)

NSLá kim loại

Khung đỡNCVC

QT

Hình 1.13Cấu tạo gồm : một nam châm vĩnh cửu (NCVC), tác động vào cặp tiếp

điểm thường mở đặt trong ống thủy tinh đã được hút chân không ở trạng thái buồng thang bình thường dưới tác dụng của lực hút từ trường nam châm làm cho tiếp điểm QT đóng lại, khi bị lá thép kim loại chắn qua cản trở lực tác động của từ trường NCVC làm tiếp điểm mở ra

Để thực hiện cho việc dừng chính xác buồng thang và đảm bảo sao cho sàn buồng thang và sàn tầng nằm trên một mặt phẳng Ta sử dụng một

QT được bố trí như sau: các lá thép kim loại được đặt cố định dọc giếng thang cách vị trí sàn của mỗi tầng một vị trí đã được tính toán Còn cảm biến QT được đặt trên nóc buồng thang, có nghĩa là di động theo sự lên xuống của buồng thang

Nguyên lí hoạt động như sau:

Giả sử khi buồng thang chạy từ tầng 1 lên và dừng ở tầng 5, thì lúc này lá thép đặt ở cách sàn tầng 5 một khoảng xác định sẽ tác động vào cảm biến

QT làm tiếp điểm QT mở ra, Rơle trung gian EX mất điện, tiếp điểm EX

mở ra các nguồn điện cho công tắc tơ D, D mất điện, các tiếp điểm D mở ra cắt nguồn mạch lực làm cho động cơ nâng hạ mất điện, đồng thời các phanh tác động hãm dừng chính xác buồng thang sẽ trôi đi một đoạn do quán tính

là (S) và thang sẽ dừng chính xác ở tại sàn của tầng 5 (sàn tầng 5 và sàn của buồng thang cùng nằm trên một mặt phẳng)

Muốn xác định vị trí chuyển động của buồng thang, ta phải đặt dọc theo giếng thang từ tầng 1 đến tầng 7, mỗi tầng một QT, còn lá thép lúc này

được đặt dài gần hết chiều cao của buồng thang và di động cùng buồng thang, khi buồng thang ở tầng nào thì lá thép tác động vào cảm biến làm cho tiếp điểm của QT ở tầng đó mở ra cắt nguồn điều khiển rơle trung gian tương ứng, các tiếp điểm của rơle này sẽ tác động đóng hoặc mở ra những tín hiệu điều khiển cho mạch logic, giúp cho người điều khiển biết được vị trí buồng thang đang ở tầng nào, tránh không bị điều khiển nhầm, có thể cùng một lúc cả tín hiệu điều khiển buồng thang lên và xuống của buồng thang được tuyệt đối chính xác

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

I- Hệ truyền động chỉnh lưu triristor có đảo chiều quay

Hệ truyền động T-Đ có đảo chiều quay được xây dựng trên 2 nguyên tắc cơ bản :

+ Giữ nguyên chiều dòng điện phần ứng và đảo chiều dòng kích từ của

động cơ

+ Giữ nguyên dòng kích từ và đảo chiều dòng điện phần ứng

1 Từ 2 nguyên tắc cơ bản này ta có 5 loại sơ đồ chính :

Sơ đồ 1 : Truyền động dùng 1 bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng đảo chiều dòng kích từ Loại sơ đồ này dùng cho công suất lớn

và rất ít đảo chiều

Sơ đồ 2 : Truyền động dùng một bộ biến đổi cấp cho phần ứng và đảo chiều quay bằng công tắc tơ chuyển mạch ở phần ứng (từ thông giữ không đổi) Loại này dùng cho công suất nhỏ, tần số đảo chiều thấp

Hình 2.2Sơ đồ 3 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi cấp cho phần ứng điều khiển riêng Loại này có −u điểm là dùng cho mọi dải công suất, có tần số đảo chiều lớn

BBĐ1BBĐ2BA

Hình 2.4Sơ đồ 5 : Truyền động dùng hai bộ biến đổi nối theo sơ đồ chéo điều khiển chung Loại này dùng cho mọi dải công suất vừa và lớn, thực hiện được việc

đảo chiều êm Tuy nhiên kích thước cồng kềnh, vốn đầu tư và tổn thất lớn

Lcb

LcbBBĐ1

2 Mạch điều khiển của 5 loại này có thể chia làm 2 loại chính:

a) Điều khiển riêng:

Nguyên tắc : Khóa các bộ biến đổi mạch phần ứng để cắt dòng, sau đó tiến hành chuyển mạch, như vậy khi điều khiển sẽ tồn tại một thời gian gián

đoạn Sơ đồ hình 2.1, 2.2, 2.3 được điều khiển theo nguyên tắc này

Tại một thời điểm thì chỉ có một bộ biến đổi có xung điều khiển còn

bộ kia thì bị khóa do không có xung điều khiển Trong một khoảng thời gian thì BBĐ1 bị khóa hoàn toàn và dòng phần ứng bị triệt tiêu, tuy nhiên suất điện động phần ứng E vẫn còn dương, sau đó khoảng thời gian này thì phát xung α2 mở BBĐ2 đổi chiều dòng phần ứng động cơ được hãm tái sinh

C

X Y

0

1 0

b

' 2

Nguyên lí truyền động T-Đ đảo chiều điều khiển riêng:

Khi điều khiển riêng 2 BBĐ làm việc riêng rẽ nhau, tại một thời điểm chỉ phát xung vào 1 BBĐ, còn BBĐ kia bị khóa do không có xung điều khiển Hệ có 2 BBĐ (BBĐ1 và BBĐ2) với các mạch phát xung điều khiển tương ứng là FX1 và FX2, trật tự hoạt động của các bộ phát xung phụ thuộc vào b1 và b2 (là các tín hiệu lôgic) Quá trình hãm và đảo chiều được mô tả như sau:

Trong khoảng thời gian từ 0 ữ t1 BBĐ làm việc ở chế độ chỉnh lưu với góc α1 < π/2 BBĐ2 khóa Tại t1 phát lệnh đảo chiều bởi ilđ góc điều khiển

α1 tăng đột biến > π/2, dòng phần ứng giảm dần về 0, lúc này cắt xung điều khiển để khóa BBĐ1 Thời điểm t2 được xác định bởi cảm biến dòng điện

SI1 Trong khoảng thời gian trễ τ = t3 - t2 BBĐ bị khóa hoàn toàn, dòng điện phần ứng bị triệt tiêu Tại t3 suất điện động động cơ vẫn còn dương, tín hiệu lôgic b2 kích cho FX2 phát xung mở BBĐ2 với góc α2 > π/2 và sao cho dòng điện phần ứng không vượt quá giá trị cho phép, động cơ được hãm tái sinh Nếu nhịp điệu giảm α2 phù hợp với quán tính của hệ thì có thể duy trì dòng điện hãm và dòng điện ngược không đổi, điều này được thực hiện bởi các mạch vòng điều chỉnh tự động dòng điện của hệ thống

Trên sơ đồ của khối lôgic thì ilđ, i1L, i2L là các tín hiệu lôgic đầu vào, b1

và b2 là các tín hiệu lôgic đầu ra để khóa các bộ phát xung điều khiển

ilđ = 1 phát xung điều khiển mở BBĐ1

ilđ = 0 phát xung điều khiển mở BBĐ2

i1L(i2L) = 1 có dòng điện chạy qua BBĐ1(BBĐ2)