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

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

Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 1 Mục lục Lời nói đầu 3 Phần I: Giới thiệu về kĩ thuật thang máy 4 Chơng 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 trng 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 Chơng II: Phân tích và lựa chọn phơng án 35 I. Hệ truyền động chỉnh tiristor có đảo chiều quay 35 II. Hệ truyền động xoay chiều 41 III. Kết luận 46 Chơng 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 hởng 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 Chơng I: Chọn phơng 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 Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 2 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 lới 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 Chơng 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 lới thấp 80 VII. Các loại phanh 80 Chơng 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 Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 3 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 đa vào sử dụng chiếc thang máy đầu tiên trên thế giới. Thang máy là một thiết bị không thể thiếu trong việc vận chuyển ngời và hàng hóa theo phơng thẳng đứng trong các nhà cao tầng, chính vì vậy từ khi xuất hiện đến nay thang máy luôn đợc nghiên cứu, cải tiến, hiện đại hóa để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con ngời. Trong những năm gần đây nhiều nhà cao tầng đã đợc xây dựng trên khắp mọi miền đất nớc và nhờ đó thang máy đã, đang và sẽ đợc sử dụng ngày càng nhiều. Do vậy các hãng thang máy hàng đầu trên thế giới đã có mặt tại nớc ta. Cùng với sự cố gắng của bản thân và nhận đợc sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự hớng dẫn của thầy giáo Nguyễn Quang Tuyến em đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Em rất mong nhận đợc sự góp ý, bổ sung của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em đợc 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 Trơng Quyền Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 4 Phần I giới thiệu về kĩ thuật thang máy Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 5 Chơng I Khái niệm chung I- Khái niệm chung về thang máy Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển ngời, hàng hóa, vật liệu, v v 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 đợc sử dụng trong các khách sạn, công sở, chung c, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xởng, v v Đặc điểm vận chuyển bằng thanh máy so với các phơng 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 đợc trang bị thang máy để đảm 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 lí. Đối với những công trình đặc biệt nh bệnh viện, nhà máy, khách sạn, v v tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhng do yêu cầu phục vụ vẫn phải đợc 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 ngời, hàng trong những tòa nhà này không đợc 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 ngời, vì vậy, yêu cần chung đối với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 6 dụng và sửa chữa 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 và sử dụng, mà phải có đầy đủ các 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, công tắc an toàn cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộ cứu hộ khi mất điện nguồn v v Với đối tợng nâng, chuyển khác nhau thang máy có cấu tạo phù hợp, nhng 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 thờng 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 ngợc chiều với buồng thang để giảm công suất cơ cấu kéo và giúp thang nâng hạ nhẹ nhàng. Khối lợng đối trọng phụ thuộc trọng lợng buồng thang và khối lợng tải trọng trung bình. - Buồng thang chuyển động trong một nơi đợc gọi là hố giếng. Hố giếng phần không gian từ mặt tiếp tuyến dới puli (hay là sàn tầng trên cùng) tới đáy giếng. + Buồng máy: - Buồng máy: phần máy thờng đặt trong buồng máy, bố trí ở tầng trên cùng của giếng thang. Phần máy có động cơ kéo nối với puli qua hộp số giảm tốc. Tỉ số truyền của hộp số i = 18 ữ 120. Ngoài ra buồng thang trang bị một phanh cơ khí bảo hiểm, khi có điện má phanh đợc lực điện từ hút tách khỏi puli, khi mất điện không còn lực điện từ, lực lò xo sẽ đẩy má phanh ép chặt puli và làm cho buồng thang dừng Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 7 chuyển động. Phanh bảo hiểm thờng dùng trong trờng hợp mất điện, đứt cáp hoặc tốc độ vợt 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 nh: OTIS (Mỹ); SCHINDLER (Thụy Sĩ). Năm 1853, hãng thang máy OTIS đã chế tạo và đa 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 nh: 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 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 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. Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 8 III- Đặc điểm đặc trng cho chế độ làm việc của hệ truyền động điện thang máy: Thang máy thờng đợc 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 trờng 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 trờng, 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 trờng 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 M C M/M dm O dm G/G dm 0 10 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 Hình 1.1 Khi không tải, mômen của động cơ không vợt quá 15ữ20%M đm . Mômen động cơ phụ thuộc vào tải trọng. Trong hệ truyền động của thang máy yêu cầu quá trình tăng tốc và giảm tốc xảy ra phải êm. Bởi vậy mômen trong quá trình quá độ phải đợc hạn chế theo yêu cầu kĩ thuật rất an toàn. 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. Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 9 Số lợng 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 thờng, tải trọng luôn thay đổi, lúc non tải, lúc đầy tải nên thang máy đợc chế tạo có độ bền cơ cao. Tất cả các thiết bị đợc 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 đợc 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 dới cùng của buồng thang). Tầng hầm là phần nền móng cho các thanh ray. Đây là phần chịu toàn bộ trọng lợng của kết cấu thang máy, trọng lợng 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 hởng đến hành trình lên xuống của buồng thang, nhất là khi đầy tải. Vì buồng thang đợc trợt trên các thanh ray 9 theo phơng thẳng đứng. Trong tầng hầm còn có cơ cấu lò xo có tác dụng khi thang máy hạ xuống tầng 1, đợc giảm chấn, hạn chế va chạm cơ khí giúp thang dừng đợc nhẹ nhàng. Tầng hầm có chiều cao từ 1,5ữ2(m) để thuận tiện cho công việc sửa chữa và bảo dỡng. 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 nh 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 đợc 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 thớc phù hợp để lắp ghép thanh dẫn hớng cho buồng thang, ngoài ra dọc giếng thang còn lắp các thiết bị bảo vệ và đèn chiếu sáng. Thanh ray 9 thờng làm bằng thép chịu lực tốt, có hình dáng kích thớc phù hợp để dẫn hớng chuẩn và tạo điểm tì của cơ cấu phanh khi phanh dừng buồng thang. Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn Hong Trơng Quyền 10 Để nâng hạ buồng thang ngời ta dùng động cơ 6. Động cơ này đợc nối trực tiếp với cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực tiếp, buồng thang đợc 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 đợc treo trên puli quấn cáp kim loại 4. Buồng thang luôn đợc giữ theo phơng thẳng đứng nhờ có giá treo 7 và những con trợt dẫn hớng (con trợt là loại puli trợt 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 vợt quá 20ữ40% tốc độ định mức. Phanh bảo hiểm thờng đợc 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 u việt hơn, nó đảm bảo tác động nhanh nhng dừng vẫn êm buồng thang, vì vậy nó đợc sử dụng rộng rãi hơn. Phanh bảo hiểm thờng đợc lắp phía dới buồng thang, gọng kìm trợt theo thanh dẫn hớng khi tốc độ của buồng thang bình thờng. 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 hớng và hạn chế tốc độ của buồng thang. [...]... lại, mở máy và hãm máy nhiều - Đây là thang máy chở hàng cho nhà 7 tầng, chọn thang máy có ngời 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... ữ 0,8), chọn = 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 đợc 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 lợng của đối trọng: Gđt = Gbt + G (kg) Gđt : khối lợng đối trọng (kg) : hệ số cân bằng (0,3 ữ 0,6), đối với thang máy chở hàng: chọn =... 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 ngời vận hành và hàng hóa vận chuyển - Trong các thang máy hiện đại, khi thang máy đang hoạt động... : (m/s3) Tốc độ thang máy đợc thiết kế đặt căn cứ vào loại tải mà nó mang và vào quảng đờng tổng hoạt động Tốc độ quyết định năng suất của thang máy Với các nhà cao tầng, việc dùng thang máy có tốc độ cao tiết kiệm Hong Trơng Quyền 23 Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn đợc 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)... bên, lùa về một phía Loại này thờng 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 dới (thang máy chở thức ăn) - Cánh cửa dạng tấm, hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía trên Loại này thờng 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 -... 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. .. chuẩn kích thớc 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 ngời đi kèm Loại này thờng dùng trong các nhà máy, công xởng, kho, thang máy dùng cho nhân viên khách sạn v v Chủ yếu dùng để chở hàng nhng có ngời đi kèm để phục vụ Loại thang máy này điều khiển cả trong và ngoài cabin e) Thang máy chuyên chở hàng không có ngời đi kèm... trọng bố trí phía sau b) Giếng thang có đối trọng bố trí một bên 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 đang sử dụng thuộc loại 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... động (m) - Tính tổng thời gian hành trình nâng hạ buồng thang bao gồm: Thời gian buồng thang di chuyển theo tốc độ ổn định, thời gian mở, hãm máy và tổng thời gian còn lại (thời gian đóng, mở cửa buồng thang, thời gian ra vào của hàng hóa) - Dựa vào kết quả các bớc 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... trọng 2 công tắc hành trình 5 6 3 Buồng thang 4 Dây cáp truyền 4 5 Puli 6 Động cơ dẫn động 7 7 Giá treo 8 Đế cabin 9 Thanh ray 10 Xích hạn chế tốc độ 3 11 Tầng hầm 8 12 Tủ điều khiển 9 2 10 1 11 Hình 1.2 Sơ đồ kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy Hong Trơng Quyền 11 Đồ án tốt nghiệp http://www.ebook.edu.vn V- Phân loại thang máy Thang máy hiện nay đã đợc thiết kế và chế tạo rất đa dạng, với nhiều kiểu,