Đối với thang máy dẫn động cáp ta có nhiều cách mắc và bố trì tùy theo các điều kiện cụ thể như kết cấu công trình, tốc độ định mức, tải trọng định mức,.. từ đó có những phương án tối ưu phù hợp nhất. Dựa vào tài liệu [3] ta có các sơ đồ và phương án sau.
a. b. c. d.
Hình 2. 3: Các phương án bố trí sơ đồ dẫn động
a. Phương pháp dùng palăng cáp.
Loại này giảm lực căng cáp lên mỗi nhánh, tuy nhiên tốc độ thang giảm, sử dụng nhiều puly đổi hướng nên chiếm không gian trong giếng lớn. Không phù hợp với thang có tốc độ cao.
b. Phương án dùng puly phụ cuốn cáp 2 lần.
16
- Tăng góc ôm của cáp cuốn lên puly ma sát, tăng khả năng kéo của puly ma sát. - Có thể điều chỉnh được khoảng cách giữa tâm cáp nối cabin và tâm cáp nối đối
trọng
- Cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt và bảo dưỡng - Hình trình lớn
Nhược điểm:
+ Làm tăng ứng suất trong cáp, giảm tuổi thọ cáp + Kích thước công trình tăng
+ Tính kinh tế không cao.
c. Phương án dùng puly đổi hướng cáp.
Ưu điểm:
- Có cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt và bảo dưỡng - Hành trình lớn
- Cáp ít bị mòn
- Có thể điều chỉnh được khoảng cách giữa tâm cáp nối cabin và tâm cáp nối đối trọng nhờ dịch chuyển puly đỡ phụ
Nhược điểm:
- Làm tăng chiều cao công trình do có thêm phòng máy
d. Phương án không dùng puly đổi hướng.
Ưu điểm:
- Có cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt và bảo dưỡng - Hành trình lớn
- Giá trị lực vòng ổn định trên puly Nhược điểm:
- Đường kính puly lớn
- Chỉ sử dụng cho các loại thang có cabin nhỏ, không sử dụng cho các loại thang máy có tải trọng lớn vì dễ xảy ra hiện tượng trượt cáp.
17
Từ những so sánh phân tích trên ta thấy phương án dẫn động có bộ tời đặt trên giếng thang dùng puly đỡ phụ đổi hướng cáp là hiệu quả nhất so với đề bài đặt ra.
Hình 2. 4: Sơ đồ mắc cáp cơ cấu nâng.
1,Tời kéo ; 2 Puly đỡ phụ ; 3 Cabin ; 4 Đối trọng. Phần tính toán Rãnh puly tham khảo ở tài liệu [1]
- Puly dùng để đổi hướng cáp và thay đổi lực căng cáp. Puly dùng trong cơ cấu nâng với chế độ làm việc nhẹ và trung bình thường được đúc bằng gang xám. - Mặt cắt rãnh puly có hình dạng như ở hình 3.2 Bề mặt làm việc của puly phải được gia công cơ khí. Kích thước rãnh puly phải đảm bảo cho cáp vòng qua dễ dàng, không bị kẹt và bề mặt tiếp xúc giữa cáp và đáy rãnh lớn để giảm ứng suất tiếp xúc, cáp đỡ mòn. Đáy rãnh puly là một cung tròn có bán kính
0, 53 0, 6 c
r d . Góc nghiêng của hai thành bên rãnh puly 2 40 60. Chiều sâu rãnh puly h được chọn tùy theo công dụng nơi đặt puly. Trong mọi trường hợp phải đảm bảo h2 2, 5 dc .
- Cáp vòng qua puly phải đảm bảo nằm dọc theo rãnh puly, phải đảm bảo sao cho cáp không đè lên thành bên của rãnh cáp tức thỏa điều kiện sau. [1]
1 tg tg D h
18
trong đó nếu góc giữa 2 thành bên của rãnh puly 2α = 60o thì góc lệch cho phép 6
.
Hình 2. 5: Rãnh puly đổi hướng cáp 2.3 Lựa chọn cảm biến.
2.3.1 Photocell
Khi thang máy đang đóng cửa, đột ngột gặp vật cản thì sẽ tự động mở cửa ra, chức năng này có là do thang máy được trang bị photocell. Photocell có 2 loại đó là photocell dạng điểm và photocell dạng thanh.
a. Photocell dạng điểm.
Nó gồm hai cặp mắt được gắn ở hai mép cácnh cửa thang máy, ở khoảng cách từ 50cm đến 90cm so với mặt sàn cabin. Do chỉ có 2 cặp mắt nên phạm vi bảo vệ hẹp, chỉ có 2 đường thẳng, do đó khi thang đang đóng cửa, vật cản phải cắt đúng đường thẳng đó thì thang máy mới tự động mở cửa ra. Đây là một yếu điểm của lại photocell này, vì vậy hiện nay nó rất ít khi được sử dụng, chủ yếu xuất hiện ở các loại thang máy có giá thành thấp.
b. Photocell dạng thanh.
Để giải quyết nhược điểm của Photocell dạng điểm, Photocell dạng thanh đã ra đời. Đây là loại Photocell thang máy có chiều dài mỗi thanh khoảng 2000mm, gồm hai thanh được gắn ở hai bên cửa thang máy. Do đó phạm vi bao bảo vệ của nó bao trùm gần như
19
toàn bộ khoảng mở cửa của thang nên khi gặp vật cản ở bất cứ điểm nào thang máy đều sẽ tự động mở cửa, giúp tránh tình trạng bị kẹt tay, người vào cánh cửa thang máy.
a. Photocell dạng điểm b. Photocell dạng thanh
Hình 2. 6: Các dạng photocell
2.3.2 Cảm biến từ
Cảm biến dừng tầng là thiết bị quan trọng xác định vị trí dừng thang chính xác, để cửa cabin thang máy khớp với vị trí cửa tầng.
Hình 2. 7: Cảm biến dừng tầng. 2.4 Các loại mở cửa.
Mỗi loại thang máy, mỗi thương hiệu có một số dạng cửa nhất định. Ngoài ra kích thước hố thang máy cũng ảnh hưởng lớn đến việc sử dụng các loại cửa như thế nào. Có 2 loại mở cửa phổ biến là Cửa mở từ trung tâm – Center Opening (CO) và Cửa mở lùa – Slide Opening (SO).
20
Có các loại cửa phổ biến như CO là hai cánh cửa mở về 2 phía, hay 2CO có 4 cánh cửa mở về 2 phía.
b. Cửa mở lùa (SO).
Cửa SO là loại cửa mở dồn về một phía như loại 2SO, 3SO và 4SO…
a. Loại CO b. Loại 2SO c. Loại 3SO d. Loại 2CO
Hình 2. 8. Các loại kiểu mở cửa. 2.5 Shoe dẫn hướng
Shoe dẫn hướng cabin và dẫn hướng đối trọng có chức năng giúp cabin thang máy và đối trọng di chuyển lên xuống đưuọc êm ái, định vị chuyển động tránh cabin rung lắc trong quá trình hoạt động lên hoặc xuống.
a. b.
21
Shoe hình chữ U thường dùng cho các loại thang có tốc độ trung bình như các loại thang thấp lầu hay các loại thang máy gia đình…
Shoe dẫn hướng bánh xe được sử dụng cho các thang máy có tốc độ cao dùng trong các tòa nhà cao lầu.
2.6 Hệ điều khiển.
Điều khiển thang máy có hai phần chính gồm: Điều khiển động lực và Điều khiển tín hiệu. Điều khiển động lực chính là phần điều khiển tốc độ chạy của thang. Điều khiển tín hiệu là trung tâm xử lý và điều khiển mọi tác vụ của hệ thống thang máy.
Điều khiển tín hiệu có hai hệ điều khiển thông dụng đó là PLC (Programable Logic Controller) và hệ điều khiển dùng board Vi xử lý Microprocessor.
Tùy thuộc vào nhu cầu và khả năng về kinh tế sẽ có những lựa chọn đáp ứng phù hợp. a. Điều khiển tín hiệu thang máy bằng PLC.
Ưu điểm:
- Lập trình điều khiển cho thang máy dễ dàng. Dễ lắp đặt và sửa chữa
- Độ bền cao, có thể kết nối dễ dàng với máy tính để bổ sung thêm các module mở rộng với chi phí hợp lý.
- Giá thành rẻ, mẫu mã đa dạng dễ dàng tìm kiếm và thay thế khi bị hư hỏng Nhược điểm:
- Thang máy dùng điều khiển PLC không có chức năng xóa lệnh khi gọi tầng sai hay do bấm nhầm.
- PLC không dùng được cho thang máy tốc độ cao ( từ 1,5 m/s trở lên ) và điểu khiển nhóm.
b. Điều khiển thang máy dùng board vi xử lý.
Ưu điểm :
- Hiện đại thông minh hơn so với PLC, Board vi xử lý khắc phục được tất cả những nhược điểm của PLC như chức năng xóa lầu và điều khiển gọi nhóm, tốc độ di chuyển của thang.
Nhược điểm. - Giá thành cao
22
- Khó sửa chửa, chi phí thay thế thiết bị khi bị hỏng hóc cao, Khó tìm kiếm để thay thế
:TL a, điều khiển thang máy bằng
PLC
b, Điều khiển thang máy bằng Vi điều khiển
Hình 2. 10: Các hệ điều khiển thang máy. 2.7 Tổng kết.
Sau khi tìm hiểu và phân tích lựa chọn so sánh giữa các thiết bị, để đảm bảo độ tin cậy và làm việc tương thích giữa các thiết bị ta nên chọn lựa cùng một hãng sản xuất để đạt được độ an toàn cao khi làm việc của thang máy và tính ổn định cũng như tuổi thọ sử dụng của thiết bị. Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi đề tài.
Mục tiêu
Nghiên cứu thiết kế tính toán, lựa chọn phương án phù hợp với yêu cầu đặt ra Nhiệm vụ.
- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống thang máy, đặt ra yêu cầu thiết kế - Lựa chọn phương án và thiết kế cơ khí.
- Tính toán thiết kế mạch điện. - Thiết kế giải thuật điều khiển.
Phạm vi đề tài
- Thiết kế hệ thống thang máy có tải trọng 630 kg. - Tốc độ di chuyển của thang 1m/s.
23
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ 3.1 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐỘNG CƠ.
Phần tính toán và chọn Cáp thép, puly thì tham khảo tài liệu [4], phần tính động cơ và các mục khác tham khảo tài liệu [1] và [2]
3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
a. Sơ đồ truyền dộng của cơ cấu nâng
Hình 3. 1: Sơ đồ truyền động của cơ cấu nâng.
1.Động cơ 2.Phanh 3.Puly 4.HGT trục vít bánh vít.
b. Cấu tạo.
Tời kéo dùng trong cơ cấu nâng của thang máy là một khối thống nhất. Trong đó bao gồm động cơ điện, phanh, Puly và HGT trục vít bánh vít.
c. Nguyên lý hoạt động.
Động cơ điện 1 được đưa qua trục khớp nối trung gian và là phanh 2 sau đó được nối vào hộp giảm tốc 4. Hộp giảm tốc 4 nối với Puly 3, động cơ quay truyền momen qua trục của hộp giảm tốc nhờ động cơ và hộp giảm tốc có cùng trục. HGT vừa có nhiệm vụ biến đổi tốc độ cao của động cơ xuống tốc độ thấp hơn theo yêu cầu và vừa có nhiệm vụ truyền momen cho puly. Puly quay thực hiện công việc nâng hạ đồng thời giữa Cabin và đối trọng.
24
3.1.2 Số liệu ban đầu tính toán của cơ cấu nâng.
Sức nâng: Q = 630 kg
Trọng lượng bộ phận mang hàng (buồng thang) Gcb = 500 kg Chiều cao nâng: Hn =15m
Tốc độ di chuyển: Vn = 1m/s Gia tốc nâng : a = 1,5 m/s2
3.1.3 Tính và chọn cáp thép:
Trong máy trục nói chung và thang máy nói riêng cáp thép được sử dụng rất phổ biến rộng rãi và đặc biệt là cơ cấu nâng. Có nhiều loại cáp thép như cáp bện kép, cáp bện ba lớp, cáp bện xuôi, cáp bện chéo, cáp bện hỗn hợp… Nhưng được sử dụng rộng rãi nhất là loại cáp bện kép lõi đay gồm 6 tao, mỗi tao lại gồm 19 sợi cáp nhỏ và linh hoạt. Cáp lõi thép bên trong là một sợi cáp độc lập, sợi cáp này có tác dụng tăng cường khả năng chịu tải cho cáp, khi sử dụng trong công việc thì sợi cáp độc lập vặn xoắn sẽ tiết dầu giúp cáp có độ bền cao và an toàn khi hoạt động.
Khi chọn cáp thép cho thang máy nên ưu tiên chọn loại cáp thép có sợi tiếp súc đường vì có độ bền mòn cao hơn. Đối với các bộ tời có puly dẫn cáp nên chú ý đến độ mài mòn của các sợi thép của cáp khi trượt trên puly dẫn cáp.
Hình 3. 2: Hình dạng cáp 6x19
25
a. Lực trong dây cáp cuộn vào puly.
Theo quy phạm an toàn thì cáp dùng để treo cabin được tính toán theo lực căng tĩnh do trọng lượng của cabin Gcabin, trọng lượng danh nghĩa của vật nâng Q và trọng lượng riêng lớn nhất của Gcáp (khi cabin ở vị trí dưới cùng)
cabin cap Q G G S i Trong đó:
Q = 630 kg: Tải trọng danh nghĩa
Gcabin = 500 kg: Tải trọng cabin
i: số sợi cáp treo. Thông thường i = 3~5, chọn i = 3
a: bội suất palăng cáp cabin và đối trọng. Theo lựa chọn thiết kế thì cabin và đối trọng treo trực tiếp lên các sợi cáp nâng nên a = 1.
Gc Tải trọng cáp nâng: 18 0, 364 6, 55 kg G 18 0,1246 2, 24 kg c c c capgov G H q
Trong đó: - Hc là chiều dài cáp nâng. Hc H 3m = 15+3 = 18 m Trọng lượng trên 1 mét cáp qc = 0,364 kg/m (tra bảng 6x19-fc) Sau khi có được các thông số trên ta được:
630 500 5, 46 378,5 kg 3 cabin cap Q G G S i b. Tải trọng phá hủy cáp.
Theo tài liệu [1] PS k.
Trong đó: - S = St = 378,5kg: Tải trọng lớn nhất tác dụng vào cáp k: Hệ số an toàn lấy theo [1]. Lấy k = 11
378,5 11 4163,5 kg
P S k
26 Đường kính cáp: dc = 10 mm Giới hạn bền: 2 160 kg / mm b Tải trọng phá hủy: P = 60,20 KN
Vậy ta chọn loại cáp bện kép loại K_P cấu tạo 6x19 theo OCΓ2688 - 69.
Độ bền dự trữ thực tế của cáp: 6020 15, 9 11 378, 5 t k k 3.1.4 Tính chọn puly a. Puly dẫn động.
Trong thang máy puly dùng để đổi hướng cáp hoặc để thay đổi lực căng cáp. Bộ tời máy kéo của thang máy ta dùng puly thay cho tang cuốn cáp.
Đường kính tối thiếu cho phép của puly dẫn cáp được xác định theo [4]
D d e
Trong đó: d = 10 mm: đường kính của dây cáp chọn
e – hệ số phụ thuộc vào loại thang máy và tốc độ thang máy. Tra bảng theo tài liệu [1] chọn e30
Vậy: D d e 10 30 300 mm
Chiều dài phần xẻ rãnh của tang được xác định theo chiều dài của cáp quấn trên tang Lc
và số cáp trên đó treo cabin Z. Cũng chính số cáp này được dùng để treo đối trọng [4] 18 3 3 3, 02 ( ) (300 10) c x L Z D d
3 vòng xẻ thêm cho mỗi trường hợp này là cần thiết để đỡ tải trọng cho cụm kẹp các cáp treo đối trọng và cabin trên tang.
Bước xẻ rãnh được xác định từ điều kiện sao cho giữa các vòng cáp được quấn trên tang còn lại một khe hở khoảng 1~3mm.
(1 3) 10 (1 3) 3, 02 22, 08
27
Chiều dài phần xẻ rãnh của tang.
3, 02 11 33, 22
x x
L Z t
Trong đó với t dc (với là hệ số do các vòng cáp không sít nhau, thường =1,1) Chiều rộng của puly dẫn cáp (khoảng cách giữa cá đường của các sợi cáp ngoài cùng):
(1, 242) ( 1) 49,9mm
b d Z . Chọn b = 50mm.
b. Hình dạng rãnh puly.
Do hệ số giữa cáp thép và puly dẫn động nhỏ nên đảm bảo cho cáo thép không bị trượt trơn trên rãnh puly thì puly phải được làm rãnh để tăng hệ số ma sát.
Hình dạng rãnh puly được lấy sao cho đảm bảo đủ hệ số ma sát giữa cáp và puly để nâng cabin và đối trọng.
Biên dạng hình nêm:
Hình 3. 3: Biên dạng hình nêm của rãnh puly
Loại này được sử dụng phổ biến hơn, với biên dạng này thì góc nghiêng của các thành bên được lấy làm hệ số ma sát.
c. Puly dẫn hướng.
Đường kính của puly dẫn hướng có thể lấy bằng 70% puly dẫn động. 0, 7 0, 7 300 210 mm
dh
28
d. Hệ số kéo cần thiết của puly ma sát.
Cabin đầy tải Cabin đầy tải
Lực căng lớn nhất S2 ở phía cabin Lực căng lớn nhất S2 ở phía đối trọng Cabin ở vị trí dưới
cùng
Cabin ở vị trí trên cùng
Đối trọng ở vị trí
dưới cùng Đối trọng ở vị trí trên cùng
Hình 3. 4: Sơ đồ xác định 2
1
S
S trong trạng thái làm việc.
Ở trạng thái tĩnh: 2 1 2 cb c dt x G Q G S S G G Ta có tỷ số: 2