Tìm hiểu về thang máy và các phương pháp tính toán thang máy bằng phần mềm solidworks và Ansys

Tìm hiểu về thang máy và các phương pháp tính toán thang máy bằng phần mềm solidworks và Ansys

BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY VÀ RÔ BỐT

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Hà Nội 03/2012 Nhận xét của giảng viên hướng dẫn:

Ngày tháng năm 2012 Giảng viên hướng dẫn:

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

MỞ ĐẦU 4

1, NỘI DUNG THỰC TẬP 5

2, THỜI GIAN, ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP 5

2.1, Thời gian 5

3.2, Địa điểm 5

3, NỘI DUNG 6

3.1, Tìm hiểu về thang máy 6

3.1.1, Thang máy 6

3.1.2, Các bộ phận thang máy 6

3.1.3, Các loại thang máy 13

3.2, Tìm hiểu phần mềm thiết kế cơ khí SolidWorks 22

3.3, Tìm hiểu phần mềm kiểm tra kết cấu ANSYS 25

4, CÁC KẾT QUẢ THU ĐƯỢC SAU THỰC TẬP 29

MỞ ĐẦU

Trong quá trình đô thị hóa ngày nay, các tòa nhà cao ốc và trung tâm thươngmại lớn liên tục được xây dựng ở nước ta Quá trình đó đã mang lại cho con ngườinhiều lợi ích, các văn phòng và nhà ở hiện đại làm cho cuộc sống của con ngườingày càng thoải mái hơn, do đó mà có thể làm việc hiệu quả hơn Khi số lượngtầng nhà liên tục được nâng cao, số lượng người sử dụng nhà cao tầng tăng lên thìnhu cầu đi lại cũng tăng lên theo đó, nếu các tòa nhà được xây dựng mới càngnhiều thì càng phải hiện đại hóa phương tiện vận chuyển trong nhà Từ trước côngnguyên, người ta đã bắt đầu nghĩ đến phương tiện đó, đó là thang máy

Thang máy đã được các nước tiên tiến ngiên cứu và phát triển hàng trămnăm, đến nay đã có rất nhiều loại và kích cỡ, thang máy cũng đã xuất hiện ở nước

ta hàng chục năm về trước, khi các tòa nhà bắt đầu được xây cao

Nghiên cứu và phát triển thang máy trên thế giới ngày nay đã lên đến mộttầm cao mới, gần như thỏa mãn mọi nhu cầu đi lại, tải trọng và chiều cao Tuynhiên, tại Việt Nam, chúng ta vẫn chưa có nhiều các công ty phát triển thang máy,

do phần nghiên cứu lý thuyết còn gặp nhiều hạn chế, do đó mà chúng ta vẫnthường sử dụng các thang máy có nguồn gốc ngoại nhập với độ tin cậy cao

Phần thực tập này chúng em được tìm hiểu về thang máy và các phươngpháp tính toán thang máy thông qua hai phần mềm khá phổ biến và hay được dùngtrong tính toán thiết kế thang máy là SolidWorks và ANSYS Trong quá trình thựctập, chúng em đã thu được rất nhiều kiến thức về thang máy cũng như kỹ năng sửdụng các phần mềm SolidWorks, ANSYS Đó là những tiền đề quan trong chocông việc của một kỹ sư sau khi ra trường

Chúng em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS Trịnh Đồng Tínhcùng tất cả các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình thực tập

để chúng em có thể hoàn thành báo cáo này

Ngày 07/03/2012Sinh viên thực hiên

1, NỘI DUNG THỰC TẬP

1 Tìm hiểu về thang máy

2 Tìm hiểu phần mềm thiết kế cơ khí SolidWorks

3 Tìm hiểu phần mềm kiểm tra kết cấu ANSYS

2, THỜI GIAN, ĐỊA ĐIỂM THỰC TẬP

2.1, Thời gian

Từ tuần 02 đến tuần 07 kỳ 20112

3.2, Địa điểm

Bộ môn Cơ sở thiết kế máy và Rôbốt

Phòng 302 – 304 nhà D3 trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Số 1, Đại Cồ Việt, Q Hai Bà Trưng, Hà Nội

khác Có nhiều loại thang máy như: thang máy tải khách, thang máy gia đình,thang máy tải giường bệnh, thang máy tải hàng, thang tải thực phẩm Thangmáy thường được trang bị động cơ điện tạo lực kéo dây cáp và hệ thống đốitrọng như cần trục, hoặc máy bơm chất lỏng thủy lực để nâng cao một pistonhình trụ.

 Ray dẫn hướng cabin

 Ray dẫn hướng đối trọng

a, Thiết bị trong cabin

+ Máy kéoTrong buồng máy lắp đặt hệ thống tời nâng hạ cabin (cơ cấu nâng) tạo

ra lực kéo chuyển động cabin và đối trọng

Cơ cấu nâng gồm có các bộ phận sau : bộ phận kéo cáp (puli hoặctang quấn cáp), hộp giảm tốc độ, phanh hãm điện từ và động cơ truyền động.Tất cả các bộ phận trên được lắp đặt trên tấm đế bằng thép Trong thang máythường dùng hai cơ cấu nâng:

- Cơ cấu nâng có hộp giảm tốc.

- Cơ cấu nâng không dùng hộp giảm tốc

Cơ cấu nâng không có hộp giảm tốc thường được sử dụng trong các thangmáy tốc độ cao

+ Tủ điện: trong tủ điện lắp ráp cầu dao tổng, cầu chì các loại, côngtắc tơ và các loại rơle trung gian

+ Puli dẫn hướng + Bộ phận hạn chế tốc độ làm việc phối hợp với phanh bảo hiểm bằngcáp liên động 10 để hạn chế tốc độ di chuyển của cabin

b, Thiết bị trong giếng thang

+ Buồng thang: Trong quá trình làm việc, cabin di chuyển trong giếngthang máy dọc theo các ray dẫn hướng Trên nóc cabin có lắp đặt phanh bảohiểm, động cơ truyền động đóng – mở cửa cabin Trong cabin lắp đặt hệthống nút bấm điều khiển, hệ thống đèn báo, đèn chiếu sáng cabin, công tắcliên động với sàn của cabin và điện thoại lên lạc với bên ngoài trong trườnghợp thang máy mất điện Cung cấp điện cho cabin bằng dây cáp mềm

+ Hệ thống cáp treo là hệ thống cáp hai nhánh một đầu nối với cabinđầu còn lại nối với đối trọng cùng với puli dẫn hướng

+ Trong giếng của thang máy còn lắp đặt các bộ cảm biến vị trí dùng

để chuyển đổi tốc độ động cơ, dừng cabin ở mỗi tầng và hạn chế hành trìnhnâng – hạ của thang máy

c, Thiết bị lắp đặt trong hố thang.

Trong hố giếng thang máy lắp đặt hệ thống giảm xóc là hệ thống giảmxóc dùng lò xo và giảm xóc thuỷ lực tránh sự va đập của buồng thang và đốitrọng xuống sàn của giếng thang máy trong trường hợp công tắc hành trìnhhạn chế hành trình di chuyển xuống bị sự cố (không hoạt động)

Cơ cấu nâng thang

d, Các thiết bị cố định trong giếng thang

Ray dẫn hướng

Ray dẫn hướng đợc lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hướng cho cabin

và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang Ray dẫn hướng đảm bảo chocabin và đối trọng luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong giếng thang vàkhông bị dịch chuyển theo phuơng nằm ngang trong quá trình chuyển động.Ngoài ra ray dẫn hướng còn phải đủ cứng vững để trọng lượng của cabin vàtải trọng trong cabin tựa lên dẫn hướng cùng các thành phần tải trọng độngkhi bộ hãm bảo hiểm làm việc (trong trường hợp bị đứt cáp hoặc cabin đixuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép)

Giảm chấn

Giảm chấn được lắp đặt dới đáy hố thang để dừng và đỡ cabin và đốitrọng trong trường hợp cabin hoặc đối trọng chuyển động xuống dưới vượtquá bị trí đặt của công tắc hành trình cuối cùng Giảm chấn phải có độ cao

đủ lớn để khi cabin hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiếtphía dưới phù hợp cho ngời có trách nhiệm thực hiện kiểm tra, điều chỉnh,sửa chữa

e Cabin và các thiết bị liên quan

Cabin là bộ phận mang tải của thang máy Cabin phải có kết cấu sao cho

có thể tháo rời nó thành từng bộ phận nhỏ Theo cấu tạo,cabin gồm 2 phần:kết cấu chịu lực(khung cabin) và các vách che, trần, sàn tạo thành buồngcabin rên khung cabin có lắp các ngàm dẫn hướng, hệ thống treo cabin, hệthống tay đòn và bộ hãm bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa….Ngoài ra, cabin của thang máy chở người phải đảm bảo các yêu cầu về thônggió, nhiệt độ và ánh sáng

Khung cabin

Khung cabin là phần xương sống của cabin thang máy Được cấu tạobằng các thanh thép chịu lực lớn Khung cabin phải đảm bảo cho thiết kếchịu đủ tải định mức

Ngàm dẫn hướng

Ngàm dẫn hướng có tác dụng dẫn hướng cho cabin và đối trọng chuyểnđộng dọc theo ray dẫn hướng và khống chế dịch chuyển ngang của cabin vàđối trọng trong giếng thang không vượt quá giá trị cho phép Có hai loạingàm dẫn hướng: ngàm trượt (bạc trượt) và ngàm con lăn

Hệ thống treo ca bin

Do cabin và đối trọng được treo bằng nhiều sợi cáp riêng biệt cho nênphải có hệ thống treo để đảm bảo cho các sợi cáp nâng riêng biệt có độ căngnhư nhau Trong trường hợp ngược lại, sợi cáp chịu lực căng lớn nhất sẽ bịquá tải còn sợi cáp chùng sẽ trượt trên rãnh puly ma sát nên rất nguy hiểm.Ngoài ra, do có sợi chùng sợi căng nên các rãnh cáp trên puly ma sát sẽ bịmòn không đều Vì vậy mà hệ thống treo cabin phải được trang bị thêm tiếpđiểm điện của mạch an toàn để ngắt điện dừng thang khi một trong các sợicáp chùng quá mức cho phép để phòng ngừa tai nạn Khi đó thang chỉ cóthể hoạt động được khi đã điều chỉnh độ căng của các cáp như nhau Hệthống treo cabin được lắp đặt với dầm trên khung đứng trong hệ thống chịulực của cabin

Buồng cabin

Buồng cabin là một kết cấu có thể tháo rời được gồm trần, sàn và váchcabin Các phần này có liên kết với nhau và liên kết với khung chịu lực của

cabin Buồng cabin phải đảm bảo được các yêu cầu cần thiết về mặt kỹ thuậtcũng như mặt mỹ thuật.

Hệ thống cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin và cửa tầng là những bộ phận có vai trò rất quan trong trongviệc đảm bảo an toàn và có ảnh hưởng lớn đến chất lượng, năng suất củathang máy Hệ thống cửa cabin và cửa tầng được thiết kế sao cho khi dừngtại tầng nào thì chỉ dùng động cơ mở cửa buồng thang đồng thời hệ thống cơkhí gắn cửa buồng thang liên kết với cửa tầng làm cho cửa tầng cũng được

mở ra Tương tự khi đóng lại thì hệ thống liên kết sẽ không tác động vào cửatầng nữa mà buồng thang lại di chuyển đi đến các tầng khác

f Hệ thống cân bằng trong thang máy

Đối trọng, cáp nâng, cáp điện, cáp hoặc xích cân bằng là những bộ phậncủa hệ thống cân bằng trong thang máy để cân bằng với với trọng lượng củacabin và tải trọng nâng Việc chọn sơ đồ động học và trọng lượng các bộphận của hệ thống cân bằng có ảnh hưởng lớn đến mômen tải trọng và côngsuất động cơ của cơ cấu dẫn động, đến lực căng lớn nhất của cáp nâng vàkhả năng kéo của puly ma sát

Đối trọng

Đối trọng là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng củathang máy Đối với thang máy có chiều cao nâng không lớn, người ta chọnđối trọng sao cho trọng lợng của nó cân bằng với trọng lượng của cabin vàmột phần tải trọng nâng, cáp điện và không dùng cáp hoặc xích cân bằng.Khi thang máy có chiều cao nâng lớn, trọng lượng của cáp nâng và cáp điện

là đáng kể nên ngời ta phải dùng cáp hoặc xích cân bằng để bù trừ lại phầntải trọng của cáp điện và cáp nâng chuyển từ nhánh treo cabin sang nhánhtreo đối trọng và ngược lại khi thang máy hoạt động

Xích và cáp cân bằng

Khi thang máy có chiều cao trên 45 m hoặc trọng lượng cáp nâng và cápđiện có giá trị trên 0,1 Q thì ngời ta phải đặt thêm cáp hoặc xích cân bằng để

bù trừ lại phần trọng lượng của cáp nâng và cáp điện chuyển từ nhánh treocabin sang nhánh treo đối trọng và ngợc lại khi thang máy hoạt động, đảmbảo mômen tải tương đối ổn định trên puly ma sát Xích cân bằng thườngđược dùng cho thang máy có tốc độ dới 1,4 m/s Đối với thang máy có tốc

độ cao, ngời ta thường dùng cáp cân bằng và có thiết bị kéo căng cáp cânbằng để không bị xoắn Tại thiết bị kéo căng cáp cân bằng phải có tiếp điểmđiện an toàn để ngắt mạch điều khiển của thang máy khi cáp cân bằng bị đứthoặc bị dãn quá lớn và khi có sự cố với thiết bị kéo căng cáp cân bằng

Cáp nâng

Có cấu tạo bằng sợi thép cacbon tốt có giới hạn bền 1400 – 1800N/mm2 Trong thang máy thường dùng từ 3 đến 4 sợi cáp bện Cáp nângđược chọn theo điều kiện sau:

S

SMAX*n  d

Trong đó:

Smax - lực căng cáp lớn nhất trong quá trình làm việc của thang máy;

Sd - tải trọng phá hỏng cáp do nhà chế tạo xác định và cho trongbảng cáp tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào loại cáp, đường kính cáp và giới hạnbền của vật liệu sợi thép bện cáp

n - hệ số an toàn bền của cáp, lấy không nhỏ hơn giá trị quy địnhtrong tiêu chuẩn, tuỳ thuộc vào tốc độ, loại thang máy và loại cơ cấunâng

Bộ kéo tời

Tuỳ theo sơ đồ dẫn động mà bộ tời kéo đợc đặt ở trong phòng máy dẫnđộng nằm ở phía trên, phía dưới hoặc nằm ở cạnh giếng thang Bộ tời kéo dẫnđộng điện gồm có hộp giảm tốc và loại không có hộp giảm tốc Đối với thangmáy có tốc độ lớn người ta dùng bộ tời kéo không có hộp giảm tốc

g Thiết bị an toàn cơ khí

Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn chothang máy và hành khách trong trờng hợp xảy ra sự cố như: đứt cáp, cáp trượttrên rãnh puly ma sát, cabin hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép Thiết bị antoàn cơ khí trong thang máy gồm có:

Phanh hãm điện từ :

Về kết cấu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động giống như phanh hãm điện từ dùngtrong các cơ cấu của cầu trục

Phanh bảo hiểm :

(có một số tên gọi khác như : phanh dù hoặc cơ cấu tổ đớp) Chức năng củaphanh bảo hiểm là hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạncho phép và giữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào hai thanh dẫn hướngtrong trường hợp bị đứt cáp treo Về kết cấu và cấu tạo, phanh bảo hiểm có baloại :

- Phanh bảo hiểm kiểu nêm dùng để hãm khẩn cấp

- Phanh bảo hiểm kiểu kìm dùng để hãm êm

- Phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm dùng để hãm khẩn cấp

Phanh bảo hiểm lắp đặt trên nóc của buồng thang, hai gọng kìm 2 trượt dọctheo hai thanh dẫn hướng 1 Nằm giữa hai cánh tay đầu của gọng kìm có nêm 5gắn chặt vối hệ thống truyền lực trục vít và tang - bánh vít 4 Hệ truyền lựcbánh vít - trục vít có hai dạng ren: bên phải là ren phải, còn phần bên trái là rentrái Khi tốc độ của buồng thang thấp hơn trị số giới hạn tối đa cho phép, nêm 5

ở hai đầu của trục vít ở vị trí xa nhất so với tang – bánh vít 4, làm cho hai gọngkìm 2 trượt bình thường dọc theo thanh dẫn hướng 1 Trong trường hợp tốc độcủa buồng thang vượt quá giới hạn cho phép,

Hình 1.4 Phanh hãm bảo hiểm kiểu kìm1.Thanh dẫn hướng; 2 Gọng kìm; 3 Dây cáp liên động cơ với bộ hạn chế tốc

độ ; 4 Tang – bánh vít ; 5 Nêm

Tang – bánh vít 4 sẽ quay theo chiều để kéo dài hai đầu nêm 5 về phía mình,làm cho hai gọng kìm 2 ép chặt vào thanh dẫn hướng, kết quả sẽ hạn chế đượctốc độ di chuyển của cabinvà trong trường hợp bị đứt cáp treo, sẽ giữ chặtbuồng thang vào hai thanh dẫn hướng

3.1.3, Các loại thang máy

a, Thang máy kéo

Thang máy kéo dùng điện ngày nay có thể được sử dụng trong hầu nhưtất cả các công trình mà không có bất kỳ hạn chế đáng kể nào về chiều cao, tốc

độ và tải trọng Nó có thể hoạt động trong một dải tốc độ rộng từ 0,25 m/s đến

17 m/s – có thể tải từ một số ít hàng hóa cho tới tải trọng vượt quá 10.000 kgmặc dù thông thường chỉ hoạt động ở tốc độ rất thấp

Trong thang máy kéo, cabin được treo bằng dây cáp quấn quanh ròng rọc

và được kéo bởi một động cơ điện Trọng lượng của cabin thường được cânbằng bởi một đối trọng có khối lượng bằng khối lượng của cabin cộng với 45%đến 50% tải trọng định mức

Mục đích của đối trọng là để đảm bảo một sự cân bằng lực duy trì trong

hệ thống nhằm khống chế sự tăng của lực căng cáp ở hai bên ròng rọc Ngoài

ra, nó duy trì một mức tiêu thụ năng lượng ít thay đổi trong hệ thống, nó làmgiảm tiêu thụ năng lượng rất nhiều so với khi không sử dụng đối trọng.

Thông thường, thang máy kéo điện được trang bị với động cơ một chiều

để dễ dàng điều khiển, nhưng sự phát triển rộng rãi của các loại biến tần nên cóthể sử dụng các loại động cơ xoay chiều và động cơ một chiều dùng nam châmvĩnh cửu Các động cơ này cho một điều kiện sử dụng tốt hơn, với gia tốc êm

và các cấp tốc độ chính xác

Có hai loại thang máy kéo chính là thang máy kéo sử dụng hộp giảm tốc

và loại không có hộp giảm tốc Thang máy kéo sử dụng hộp giảm tốc sử dụnghộp giảm tốc làm giảm tốc độ của cabin trong khi trong thang máy kéo không

sử dụng hộp giảm tốc thì dùng cáp để dẫn động trực tiếp từ động cơ qua ròngrọc

Biểu diễn đơn giản cách lắp đặt thang máy kéo thông thường

(nguồn: Fraunhofer ISI)

Sơ đồ của phòng máy trong thang máy kéo có hộp giảm tốc

(Nguồn: Mitsubishi)

Sơ đồ của phòng máy trong thang máy kéo không sử dụng hộp giảm tốc

(Nguồn: Mitsubishi)

Thang máy kéo sử dụng hộp giảm tốc

Thang máy kéo sử dụng hộp giảm tốc thường được sử dụng ở cáccông trình có chiều cao trung bình (7 đến 20 tầng), nơi tốc độ cao khôngphải là một mối quan tâm lớn (tốc độ phổ biến từ 0,1 m / s đến 2,5 m / s) Cơcấu hộp giảm tốc cho phép việc sử dụng các động cơ nhỏ hơn, ít tốn kém