Thiết kế hệ thống thang máy cho tòa nhà hành chính cao 10 tầng

Trong những năm gần đây cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước hàng loạt các công trình và nhà cao tầng đã được xây dựng trên khắp mọi miền đất nước và từ đó thang máy,thang cuốn nói chung thang máy chở người nói riêng đã đang và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều.

I/ GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI :

Trong những năm gần đây cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước hàng loạt các công trình và nhà cao tầng đã được xây dựng trên khắp mọi miền đất nước và từ đó thang máy,thang cuốn nói chung thang máy chở người nói riêng đã đang và sẽ được sử dụng ngày càng nhiều

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 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, đóng mở máy liên tục Ngồi ý nghĩa 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 nhà cao 6 tầng tở lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiêm thời gian và tăng năng suất lao động.Với các nhà tầng có chiều cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc

để phục vụ cho việc đi lại trong tòa nhà

Thang máy là thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an tồn 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 kỹ thuật an tồn được quy định trong các tiêu chuẩn Và việc tính tốn lựa chọn động cơ cho thang máy là một phần quan trọng trong việc thiết kế thang máy cho một nhà cao tầng, do đó sau khi học môn học truyền động điện nhằm củng cố lại kiến thức đã học nên em đã chọn nội dung tính chọn công suất động cơ của môn học để ứng dụng vào việc tính chọn công suất động cơ cho một thang máy lắp đặt cho tòa nhà hành chính cao 10 tầng

I/ Gi ới thiệu chung về thang máy:

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 150 so với phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn

2)Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của thang máy:

Thang máy có nhiều kiểu dáng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận chính như 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 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 bảo đảm an tồn, cửa cabin và các cửa tầng cùng hệ thống khóa liên động

Bộ tời kéo được đặt trong

buồng máy nằm ở trên giếng thang

Giếng thang chạy dọc suốt chiều

cao của công trình và được che

chắn bằng kết cấu chịu lực (gạch,

bê tông hoặc kết cấu thép với lưới

che hoặc kính ) và chỉ để các cửa

vào giếng thang để lắp cửa tầng

Trên kết cấu chịu lực dọc

theo giếng thang có gắn các ray dẫn

hướng cho đối trọng và cabin

Cabin và đối trọng được treo trên

hai đầu của các cáp nâng nhờ hệ

thống treo Hệ thống treo có tác

dụng đảm bảo cho các nhánh cáp

nâng riêng biệt có độ căng như

nhau Cáp nâng được vắt qua các

rãnh cáp của puly ma sát của bộ tời

kéo Khi bộ tời kéo hoạt động, puly

ma sát quay và truyền chuyển động

đến cáp nâng làm cabin và đối trọng

đi lên hoặc đi xuống dọc theo giếng

thang Khi chuyển động, cabin và

đối trọng tựa trên các ray dẫn

hướng trong giếng thang nhờ các

ngàm dẫng hướng

Cửa cabin và cửa tầng

thường là loại cửa lùa sang một bên

hoặc hai bên và chỉ đóng mở được

khi cabin dừng trươc cửa tầng nhờ

cơ cấu đóng mở cửa đặt trên nóc

cabin Cửa cabin và cửa tầng được

trang bị hệ thống khóa liên động và tiếp điểm điện để đảm bảo an

tồn cho thang máy hoạt động (thang không hoạt động được nếu

một trong các cửa tầng hoặc cửa cabin chưa đóng hẳn, hệ thống

khóa liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng và không mở

được từ bên ngồi khi cabin không ở đúng vị trí cửa tầng, đối với

loại cửa lùa đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở tự động thì

khi đóng hoặc mở cửa cabin, hệ thống khố liên động kéo theo cửa tầng cùng đóng hoặc mở) Tại điểm trên cùng và dưới cùng của giếng thang có đặt các công tắc hành trình hạn chế cho cabin

Phần dưới của giếng thang là hố thang để đặt các bộ phận giảm chấn và thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ Khi hỏng hệ thống điều khiển, cabin hoặc đối trọng có thể đi xuống phần

hố thang, vượt qua công tắc hạn chế hành trình và tỳ lên bộ giảm chấn để đảm bảo an tồn cho kết cấu máy va tao khoảng trống cần thiết dưới đáy cabin để có thể đảm bảo an tồn khi bảo dưỡng , điều khiển va sửa chữa

Bộ hạn chế tốc độ được đặt trong buồng máy và cáp của bộ hạn chế tốc độ có liên kết với hệ thống tay đòn của bộ hãm bảo hiểm trên cabin Khi đứt cáp hoặc cáp trượt trên rãnh puly do không đủ ma sát mà cabin đi xuống với tốc độ vượt quá giá trị cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua cáp tác động lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hướng trong giếng thang Ở một số thang máy, bộ hãm bảo hiểm và hệ thống hạn chế tốc độ còn được trang bị cho cả đối trọng

Hệ thống điều khiển thang máy là tồn bộ các trang thiết bị va linh kiện điện, điễn tử, bán dẫn bảo đảm cho thang máy hoạt đông theo đúng chức năng yêu cầu và đảm bảo an tồn

Các nút ấn trong cabin cho phép thực hiện các lệnh chuyển động đến các tầng cần thiết Các nút ấn ở cửa tầng cho phép hành khách gọi cabin đến cửa tầng đang đứng Các đèn tín hiệu ở cửa tầng và trong cabin cho biết trạng thái làm việc của thang máy và vị trí của cabin

II/ CỞ SỞ LUẬN:

1) Xác định các thông số của thang máy và lựa chọn loại, kiểu động cơ truyền động :

a) Các thông số của thang máy và các số liệu liên quan:

-trọng lượng buồng thang -trọng tải

-tốc độ di chuyển và gia tốc lớn nhất cho phép -chiều cao tòa nhà, khoảng cách giữa các tầng

- các số liệu về bộ truyền lực ( tỉ số truyền hay bán kính của puly, hiệu suất cơ cấu truyền…) b) Xác định loại, kiểu động cơ truyền động cho thang máy:

2) Xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh :

* Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng:

Ptải = F.V = m.a.V = mt  m dt g.V, [kW]

Trong đó: mt= mbt + mkhách

mbt – khối lượng buồng thang

mkhách – khối lượng hành khách trên thang máy

v – Tốc độ nâng, [m/s]

g – Gia tốc trọng trường, g = 9,8 [m/s2]

mdt – khối lượng đối trọng

* Khối lượng của đối trọng được tính theo biểu thức sau đây:

mdt = mbt +  mkhách max , [kg]

Trong đó:  - hệ số cân bằng ( = 0,3 ÷ 0,6) Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trong những giờ cao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non tải, cho nên đối với thang máy chở khách nên chọn hệ số  = 0,35 ÷ 0,4

Đối trọng

Xích cân bằng

cabin

Puly

Tính chu kỳ làm việc của thang máy (thời gian khi nâng tải, thời gian khi hạ tải

và thời gian nghỉ của thang máy)

Thời gian của một chuyến chở được tính theo công thức:

T = v h + tp

Trong đó: h – chiều cao nâng cabin (m)

v – vận tốc danh nghiã của cabin

tp – thời gian phụ (s) cần thiết cho việc tập kết cabin ở tầng, thời gian để khách ra khỏi cabin, thời gian mở cửa và đóng cửa, thời gian mở máy chuyển động cabin…

* Sơ bộ thời gian phục vụ tp có thể tính theo công thức:

tp= [ t1(K+1) + t2.z. ].1,1 Với: t1 – thời gian ở mỗi điểm dừng cần thiết cho việc mở và đóng các cửa, cho việc mở máy và dừng máy thang máy (lấy theo bảng 1.3)

K – số điểm dừng xác suất của thang máy ở những tầng cao hơn tầng trệt

t2 – thời gian chi phí cho một hành khách để vào và ra khỏi cabin , tùy thuộc vào chiều rộng của cửa

z – số lượng hành khách

 - hệ số làm đầy cabin

Hệ số 1,1 tính đến sự trễ do không lường trước được

* Bảng 1.3 thời gian t1 ở mỗi tầng để điều khiển các cửa, mở máy và dừng cabin thang máy:

Loại thang máy Tốc độ thang máy

(m/s)

Thời gian t 1 (s) Cửa dẫn động tự động có chiều rộng:

Cửa dẫn động bằng

tay Đến 1000mm

(hai cánh)

Đến 600 mm (một cánh)

0,63

-12- 15

9 – 12

Chở người

1,0 2,5 3,5

6,5 – 7,5 7,5 – 8,5

8 - 10

7 – 9

-10 – 13

-* Số điểm dừng xác suất có thể tính theo xác suất của chúng.Để tính tóan sơ bộ,

số điểm dừng xác suất có thể lấy từ đồ thị trong sách tra cứu:

Từ các số liệu tính tốn ở trên ta vẽ đồ thị phụ tải tương đối của thang máy theo công suất

3) Tính và chọn sơ bộ công suất động cơ:

Chọn công suất động cơ theo phương pháp công suất đẳng trị đảm bảo 2 tiêu chuẩn:

Pđm  Plv= Pđt

Vì thang máy là thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại biến đổi nên qui về làm việc dài hạn

ta phải chọn theo công thức sau:

Pđm



LV

(%)

(%)





Với: Plv= Pđt =





n

i i

n

i i i

t

t

P2

LV

(%)

 - hệ số đóng điện tương đối của động cơ

LV

(%)

 =

0

t t

t

lv

lv

Trong đó: tlv – thời gian làm việc của động cơ

t0 – thời gian nghỉ của động cơ

TC

(%)

 - hệ số đóng điện tương đối của động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại theo tiêu chuẩn thông thường là: 15%, 25%, 40%, 60%

Chọn hệ số đóng điện tiêu chuẩn  (%)TCphù hợp với  (%)LV thực tế Chọn động

cơ chạy dài hạn làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại, trong trường hợp này động cơ chạy dài hạn được chọn với công suất nhỏ hơn để tận dụng khả năng chịu nhiệt động cơ chạy dài hạn được coi là có hệ số đóng điện tương đối là 100% nên công suất động cơ cần chọn sẽ là:

Pđm 

Plv 100 %

(%)LV



4) kiểm tra lại khả năng quá tải, các điều kiện mở máy và điều kiện phát nóng :

a) xác định momen cực đại trên tải:

Mmax =



max

yc

P

có được Pđm từ đồ thị phụ tải,  :hiệu suất cơ cấu nâng b) xác định momen cực đại qui về trên trục động cơ:

Ta có: Mmaxtr =

i

M max

trong đó: i – tỉ số truyền của cơ cấu Với:

i =





yc dc

trong đó: yc -vận tốc góc yêu cầu của thang máy

dc - vận tốc góc của động cơ

*yc =

D

V yc

2

Với: Vyc – tốc độ yêu cầu di chuyển của thang máy

D – bán kính puly

*dc=

60

.

2  ndm

với ndm – tốc độ định mức của động cơ, [vòng/phút]

c) xác định momen cực đại của động cơ đã chọn :

* tính momen định mức của động cơ:

Mđm =



dm.

dm

P

Với: P đm – công suất định mức động cơ, [KW]

dm - vận tốc góc của động cơ, [rad/s]

 - hiệu suất của động cơ

* Tính momen cực đại của động cơ:

Từ cataloge của dộng cơ ta có được tỉ số momen K =

M

M dm

max

 Mmax = K.Mđm

* Từ các số liệu đã tính tốn ở trên ta kiểm tra

Nếu Mmax  Mmaxtr : thì động cơ chọn thỏa mãn

Ngược lại thì ta phải tính chọn lại động cơ cho phù hợp

IV/ Ví dụ thực tế tính chọn công suất động cơ cho một thang máy:

1) Xác định các thông số của thang máy và lựa chọn loại, kiểu động cơ truyền động :

a) Các thông số của thang máy và các số liệu liên quan:

-Trọng lượng buồng thang : mbt= 1000 kg

-Trọng tải tối đa: m= 1000 kg ( 13 người)

-Tốc độ di chuyển lớn nhất cho phép: v= 1(m/s) , gia tốc lớn nhất cho phép: a= 1,5 (m/s2)

- Tòa nhà cao 10 tầng, khoảng cách giữa các tầng 3,6 m  H= 3,6.10 = 36 [m] -Đường kính puly: D= 0,8 [m]

-Hiệu suất cơ cấu nâng: 80%

- Cửa buồng thang máy kiểu dẫn động tự động 2 cánh có chiều rộng: 1000 mm b) Xác định loại, kiểu động cơ truyền động cho thang máy:

-Dùng loại động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc

2) Xây dựng đồ thị phụ tải tĩnh :

* Công suất tĩnh của động cơ có đối trọng:

mđt = mbt +  mkhách max = 1000 + 0,4.1000 = 1400 [kg]

mt= mbt + mkhách

P tải = m  t m dt g.v

* Thời gian của một chuyến chở được tính theo công thức:

T = v h + tp

Thời gian phục vụ tp có thể tính theo công thức:

tp= [ t1(K+1) + t2.z. ].1,1 -Từ bảng 1.3 ta chọn t1= 6,5

- Từ đồ thị ta chọn K= 7

- t2= 1s ( một người ra vào thang máy mất 1s )

- Chọn  = 0,8

Từ các số liệu tính tốn ở trên ta có bảng và đồ thị phụ tải tương đối của thang máy theo công suất :

Số lượng

khách m(kg) khách m (kg)tải m (kg)dt Số tầng dichuyển Thời gianmột chuyến

chở(s)

Công suất phụ tải P (KW)

1400 13 0

* Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị phụ tải của thang máy như sau:

3) Tính và chọn sơ bộ công suất động cơ:

Chọn công suất động cơ theo phương pháp công suất đẳng trị đảm bảo 2 tiêu chuẩn:

Pđm 

Pđt. TC

LV

(%)

(%)





t (s)

P (kW)

5,89

3,9

4,38

5,89

3,63

3,63

2,41

3,16

Với: Pđt=





n

i i

n

i i i

t

t

P2

= 159941873,76,76 = 2,9 [KW]

LV

(%)

 =

76 , 1873

76 , 1615

.100% = 86,23%

TC

(%)

 Pđm 2,9 86100,23 = 2,7 [KW]

 Động cơ chọn phải có Pđm lớn hơn 2,7 KW

Từ yêu cầu trên ta chọn loại động cơ có công suất 3KW

Ta có thông số kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp như sau:

4) Kiểm tra lại khả năng quá tải, các điều kiện mở máy và điều kiện phát nóng :

a) Xác định momen cực đại trên tải:

Mmax =



max

yc

P

Ta có: Pmax= 5,89 [KW]

yc =

2

D

V yc

Với: Vyc= 1[m/s]

Bán kính puly D = 0,8 [m]

 yc=

2

8 , 0

1

= 2,5 [rad/s]

= 0,8

 Mmax =

8 , 0 5 , 2

10 89 ,

= 2945 [Nm]

b) Xác định momen cực đại qui về trên trục động cơ:

Ta có:

dc=

60

.

2  ndm

= 148,7 [rad/s]

 i =





yc

dc

=1482,5,7 = 59,48

Từ đó ta tính được momen max:

Mmaxtr =

i

M max = 592945,48= 49,5 [Nm]

c) Xác định momen cực đại của động cơ đã chọn:

* Tính momen định mức của động cơ:

Mđm =



dm.

dm

P

= 1483,.710.0,82

3

= 24,6 [Nm]

* Tính momen cực đại của động cơ:

Từ cataloge của động cơ ta có được tỉ số momen: K =

M

M dm

max

= 2,2

 Mmax = K.Mđm = 2,2.24,6= 54,12 [Nm]

So sánh với Mmaxtr ta thấy Mmax > Mmaxtr (54,12 > 49,5)

Như vậy động cơ chọn ở trên thỏa mãn điều kiện

V/ Kết Luận:

Thang máy được qui định thuộc nhóm thiết bị có đòi hỏi nghiêm ngặt về kỹ thuật an tồn

và phải được định kỳ bảo trì vì vậy phải tùy thuộc các yêu cầu về tính năng kỹ thuật và tính

kinh tế của nó cho tòa nhà thiết kế do đó ta thường chọn nhiều phương án khác nhau rồi so sánh chúng để tìm ra phương án hợp lý nhất

Phương án tính tốn nêu ở trên chỉ là một trong những cách tính chọn động cơ cho thang máy một cách đơn giản là dựa vào đồ thị phụ tải, ngồi cách tính phụ tải như đã nêu thì còn phải tính đến các yếu tố khác như độ dừng chính xác của thang máy, trọng lượng cáp, các lực cản chuyển động phụ của cabin và tổn thất ở các puly dẫn hướng ( như lực cản chuyển động

do ma sát ở các ray dẫn hướng và nhiều hệ số ma sát khác như ma sát giữa guốc trượt cabin,

ma sát trên puly….)

Việc tính chọn động cơ cho thang máy còn phụ thuộc vào các tiêu chuẩn của nhà nước

và các văn bản qui phạm pháp luật ví dụ như các tiêu chuẩn về : độ dừng chính xác cabin ở mỗi tầng, sự giới hạn trị số tăng tốc và hãm máy khi mở máy và dừng cabin, không ồn khi làm việc cũng như không gây nhiễu cho sự thu vô tuyến…

Vì vậy tùy vào công trình thiết kế mà ta chọn cách tính chọn công suất động cơ cho từng trường hợp cụ thể Nếu có đầy đủ các thông số yêu cầu lắp đặt thang máy thiết kế cho một tòa nhà và các yêu cầu khác (nếu có) ta phải tính chọn công suất động cơ một cách chi tiết chính xác để đáp ứng được nhu cầu đặt ra về khả năng làm việc của thang máy Trong trường hợp chưa có các thông số đầy đủ hoặc nhà cao tầng có lượng hành khách lớn , quá trình chọn thang không đơn giản mà vẫn phải chọn công suất động cơ cho thang máy phù hợp với yêu cầu đặt ra khi đó ta có thể sử dụng các chương trình chọn có sẵn hoặc tham khảo các tài liệu hướng dẫn chọn động cơ từ các bảng có sẵn và cần tham khảo thêm các nhà chuyên môn

Trong việc lựa chọn công suất động cơ có một ý nghĩa quan trọng đối với một hệ thống truyền động điện Nếu nâng cao công suất động cơ chọn so với phụ tải thì động cơ sẽ kéo tải

dễ dàng nhưng giá thành đầu tư tăng cao, hiệu suất kém và làm tụt hệ số công suất cos  của lưới điện do động cơ chạy non tải

Nếu chọn công suất động cơ nhỏ hơn công suất tải yêu cầu thì động cơ có thể hoặc không kéo nổi tải hay kéo tải một cách nặng nề , dẫn tới các cuộn dây bị phát nóng quá mức làm giảm tuổi thọ động cơ hoặc làm động cơ bị cháy hỏng nhanh chóng

Vì vậy tùy theo từng trường hợp cụ thể mà ta chọn lựa phương án tính chọn công suất động cơ cho thang máy phù hợp