Đồ án thiết kế thang máy trở hàng

Đồ án thiết kế thang máy trở hàng có sử dụng biến tần và mạch điều khiển rơ le. Đồ án có đầy đủ các phần từ tổng quan về thang máy, lựa chọn thiết bị, thiết kế hệ thống điều khiển và tủ điều khiển. Đồ án thiết kế thang máy trở hàng có sử dụng biến tần và mạch điều khiển rơ le. Đồ án có đầy đủ các phần từ tổng quan về thang máy, lựa chọn thiết bị, thiết kế hệ thống điều khiển và tủ điều khiển.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

THANG MÁY CHỞ HÀNG

Giảng viên hướng dẫn : THS PHẠM THỊ HƯƠNG SEN

TRẦN TRUNG HIẾU - 18810430180

LỜI MỞ ĐẦU Trước sự hội nhập của nền kinh tế thế giới, nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ Nước ta đã và đang xuất hiện nhiều doanh nghiệp đầu tư trong nước và ngoài nước, không chỉ về mặt kinh tế, nền công nghiệp nước ta đang dần được cải thiện về quy mô lẫn công nghệ, nhiều công ty xí nghiệp, nhà máy, khu công nghiệp đã và đang hình thành Đi kèm với

sự phát triển ấy, số lượng sản phẩm, hàng hóa công nghiệp được tăng nhanh Xã hội phát triển, con người được chú trọng về cả thể chất lẫn tinh thần Các phát minh hiện đại phục vụ con người tận dụng máy móc thay thế sức lao động của con người ngày càng xuất hiện nhiều Thang máy tải hàng, thang máy chở hàng hóa đã đi vào cuộc sống, ứng dụng như một điều tất yếu nhằm mục đích giải phóng sức lao động của con người

Để cải thiện được điều này, ở nhiều khu công nghiệp, công ty, nhà máy trên thế giới đã phát minh ra nhiều bộ phận máy móc, robot dùng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm một cách khoa học nhất

Chính vì vậy, với sự giúp đỡ của thầy cô trong bộ môn, nhóm chúng em đã tìm hiểu và xây dựng một mô hình “Thang máy nâng hàng”

Đề tài được thực hiện gồm những nội dung chính sau:

 Chương 1: Tổng quan về thang máy chở hàng

 Chương 2: Lựa chọn phương án mạch lực, mạch điều khiển

 Chương 3: Tính toán thiết kế mạch lực, mạch điều khiển

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, xong do trình độ còn hạn chế nên bài làm không tránh khỏi những sai sót, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, cô để đề tài được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn Cô đã cung cấp cho chúng em những tài liệu về đề tài giúp chúng em dễ dàng hơn trong quá trình thực hiện đề tài Trong quá trình làm

đề tài cô đã chỉ chúng em tận tình mỗi khi gặp khó khăn để có thể hoàn thành

đề tài

Chúng em xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa đã tận tình dạy dỗ chúng em trong những năm học vừa qua đã giúp chúng em có đủ kiến thức cơ bản để làm đề tài này

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY CHỞ HÀNG 1

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thang máy chở hàng 1

1.1.1 Phân loại thang máy chở hàng 2

1.1.2 Ưu và nhược điểm của thang máy chở hàng 4

1.2 Cấu tạo của thang máy nâng hàng 4

Chương 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN 7

2.1 Tính chọn công suất động cơ nâng hạ hàng 7

2.2 Lựa chọn phương án khởi động động cơ mạch lực 9

2.2.1 Các phương pháp khởi động động cơ điện 3 pha 9

2.3 Lựa chọn phương án mạch điều khiển 12

2.3.1 Lựa chọn biến tần 12

2.3.2 Tính chọn Aptomat 14

2.3.3 Tính chọn Relay trung gian 16

2.3.4 Lựa chọn công tắc hành trình 16

Chương 3 THIẾT KẾ MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN 18

Kết luận 29

Tài liệu tham khảo 30

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY CHỞ HÀNG

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống thang máy chở hàng

Ngày nay thang máy không còn xa lạ đối với mỗi chúng ta Ngoài tác dụng vận chuyển người ở các tòa nhà cao tầng như hàng ngày chúng ta vẫn sử dụng, còn có loại thang máy chở hàng dùng cho các nhà xưởng, khu công nghiệp hay nhà kho Thang máy chở hàng hay tải hàng, nâng hàng là loại thang máy vận chuyển hàng hóa theo phương thẳng đứng hoặc nằm ngang tại các phân xưởng, nhà kho, nhà máy Thang máy này hỗ trợ rất tốt con người tiết kiệm thời gian công sức và chi phí

Hình 1.1 Thang máy chở hàng Thang máy chở hàng là thiết bị vận tải dùng để chở hàng theo phương thẳng đứng Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp, hệ truyền động, hệ thống khống chế phức tạp - nhằm nâng cao năng suất, vận hành tin cậy, an toàn Thang máy chở hàng thường được lắp đặt trong nhà máy, khu công nghiệp, khu sản xuất, trong nhà hàng, khách sạn…

Thang máy chở hàng giúp tối ưu hóa việc vận chuyển hàng hóa tiết kiệm tối đa nguồn nhân lực và tăng năng xuất lao động Do tính năng vận chuyển hàng hóa nên yêu cầu đối với thang máy chở hàng có khả năng chịu trọng tải lớn, độ bền bỉ cao, di chuyển nhanh chóng và đặc biệt độ an toàn cũng được bảo đảm tuyệt đối, tránh dẫn đến sự cố xảy ra Khác với hệ thống thang chở khách, thang máy chở hàng hóa đề cao sức bền,

chịu lực còn thang máy chở, tải khách ngoài đảm bảo tính an toàn còn phải tăng tính thẩm mỹ cho không gian nơi lắp đặt

1.1.1 Phân loại thang máy chở hàng

a, Phân loại theo cách thức vận hành

Thang máy chở hàng có 2 loại chính chúng ta thường thấy:

 Thang máy chở, tải hàng loại đơn giản : Có thể gọi là thang máy tời hàng , là loại thang sử dụng hệ thống cửa bán tự động, dễ sử dụng với thiết kế đơn giản, tối đa được diện tích Sản phẩm sử dụng máy tời để kéo cabin Tải trọng tối đa có thể lên tới 5 tấn, Số điểm dừng tối đa là 5 tầng

 Thang máy chở, tải hàng tự động : Loại thang máy này có cấu tạo, cách thức hoạt động tương tự như các loại thang máy chở người (cabin, phòng máy, cửa tự động) Tải trọng từ 500 – 5000kg, số tầng phục vụ từ 2 – 10 tầng Đây là hệ thống thang máy điều khiến phức tạp, mục đích sử dụng lâu dài, không theo thời vụ

b, Phân loại theo nhu cầu

 Thang máy chở hàng trong các nhà máy (thang máy công nghiệp)

 Thang máy vận chuyển xe ô tô, xe máy

 Thang tải chuyên chở rác chung cư, cao ốc

 Thang máy tải thực phẩm

 Thang máy xây dựng phục vụ chuyên chở hàng hóa, công nhân tại các công trình cao ốc

c, Phân loại theo nguyên lý hoạt động

Tương tự như thang máy chở người, thang máy tải hàng cũng có 2 loại thang máy với 2 nguyên lý hoạt động chính

 Thang máy chở hàng cáp kéo: Sử dụng động cơ kéo cáp với công suất lớn, tải trọng tối đa lên đến 8 tấn, có thể không cần phòng máy hoặc có phòng máy Hệ thống điều khiển với nhiều tính năng ưu việt kết hợp với các tính năng an toàn

Hình 1.2 Thang máy chở hàng cáp kéo

 Thang máy chở hàng thủy lực : Loại thang máy này sử dụng công nghệ piston thủy lực để nâng hoặc hạ cabin Công nghệ cao nên chi phí lớn và chỉ giới hạn số tầng nhất định

Hình 1.3 Thang máy chở hàng thủy lực

d, Phân loại theo tải trọng

 Thang máy tải hàng tải trọng nhỏ 50 - 500kg

 Thang máy chở hàng tầm trung 1 - 2 tấn

 Thang máy chở hàng loại lớn 2 - 8 tấn

1.1.2 Ưu và nhược điểm của thang máy chở hàng

 Ưu điểm:

Thang máy chở hàng ngày nay đều có thiết kế tối ưu cho việc sử dụng và hoạt động, mang lại năng suất tốt nhất Hiện nay các loại thang chở hàng đều được trang bị các tính năng an toàn quan trọng như báo quá tải, báo giới hạn cuối, bảo vệ vượt tốt, bảo

vệ quá dòng điện, giúp giảm tải nhân công và công sức lao động góp phần tăng năng suất và hiệu quả công việc Có thể vận chuyển đa dạng nhiều loại hàng hóa

Thang máy chở hàng hóa có thể chở cả người là dòng thang máy đa năng vừa có thể trở hàng lại vừa có thể trở người mà vẫn đảm bảo an toàn thuận lợi di chuyển hàng hóa một cách nhanh chóng nhất Thang máy chở hàng hóa này cho phép bạn di chuyển bất cứ loại hàng hóa nào chỉ cần không vượt quá trọng lượng mà thang máy cho phép Loại thang máy này được sử dụng tương đối phổ biến vì nó mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng

 Nhược điểm:

Có lẽ nhược điểm lớn của dòng thang máy này đó là vấn đề kích thước của thiết

bị Kích thước của phòng thang máy chở hàng khá lớn do đó tốn khá nhiều diện tích khi thiết kế thang máy

Một nhược điểm nữa đó là khả năng hoạt động của thang máy nâng hàng không cao, có thể phải mất nhiều lực nâng để nâng được hàng công kềnh

1.2 Cấu tạo của thang máy nâng hàng

Cấu tạo chính của thang máy chở hàng hóa:

 Hố thang máy: Hố thang máy nâng hàng có chiều cao tương đương với chiều cao của nhà máy, được kéo dài thông suốt từ trên xuống dưới

 Đối trọng và cabin thang máy nâng hàng: Đối trọng sẽ chuyển động ngược chiều với cabin Đối trọng có thể di chuyển lên xuống ngay khi không chứa người hoặc hàng hóa Cabin dùng để vận chuyển, chuyên chở hàng hóa

 Ray dẫn hướng: Bộ phận được lắp đặt xuyên suốt cùng với hố thang Có nhiệm vụ điều hướng cho đối trọng và cabin thang tời chuyển động theo chiều dọc trong hố thang

 Cửa tầng và cửa cabin: Có nhiệm vụ đóng mở mỗi khi thang máy đến tần đích, bảo đảm an toàn tốt nhất cho hàng hóa được vận chuyển ở bên trong

 Tủ điều khiển: Gồm rất nhiều thiết bị điện tử và điện đã được lập trình sẵn trước

đó Nhằm bảo đảm rằng thang máy vẫn hoạt động tốt và ổn định theo sự điều khiển của người dùng

 Máy tời kéo: Được lắp đặt ở trên hố thang, được liên kết với đối trọng thông qua các sợi dây cáp Bộ phận này mức độ ổn định, vận tốc di chuyển của thang nâng hang khi di chuyển

 Phòng máy: Trên thực tế, phòng máy có cũng được, không có cũng không sao vì nhiều loại thang tời không cần sử dụng đến phòng máy Trường hợp không có phòng máy, hố pit được đặt ở đỉnh của hố thang, ngược lại, nếu có sử dụng phòng máy thì hố pit sẽ được đặt ở dưới đáy bên dưới sàn thấp nhất của tòa nhà

 Bộ hãm: Bộ hãm bảo hiểm của thang máy được đặt ở phía trên các cabin cũng là thiết bị có nghĩa vụ đảm bảo sự an toàn cho thang máy trong quá trình hoạt động

Hình 1.2 Cấu tạo thang máy chở hàng cáp kéo

Kết luận: Từ những phương pháp phân loại, ưu nhược điểm của ác hệ thống thang máy nâng hàng, chúng em lựa chọn Thang máy nâng hàng 500kg loại đơn giản dùng cáp kéo hành trình có 3 điểm dừng (3 tầng) để tính toán thiết kế trong đồ án này Loại thang này sử dụng nhiều và rộng rãi trong các ngành xây dựng, công nghiệp,

xí nghiệp,…Thang nâng hàng 500kg được thiết kế đơn giản, không chiếm nhiều diện tích tại nơi làm việc, không cồng kềnh Có thể tự do chọn vị trí lắp đặt phù hợp sao cho thuận tiện khi di chuyển hàng hóa

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU

KHIỂN

Ở chương 2 ta sẽ đi lựa chọn phương án mạch lực, mạch điều khiển để tính toán

và thiết kế, cụ thể là những phần sau:

 Tính chọn công suất động cơ cho mạch lực

 Lựa chọn phương án khởi động cho động cơ

 Lựa chọn phương án mạch điều khiển

 Tính chọn khí cụ điện

2.1 Tính chọn công suất động cơ nâng hạ hàng

Dựa vào giáo trình “Trang bị điện – điện tử máy công nghiệp dùng chung” để tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy

Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải:

Khối lượng của đối trọng được tính bằng:

Gdt = Gbt + α G Trong đó:

α: hệ số cân bằng ( α = 0,3 ÷ 0,6 thang máy chở hàng nên chọn α = 0,5) Vậy:

Gdt = Gbt + α G = 550 [kg]

Khi có đối trọng, công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải bằng:

Pcn = {[G + Gbt] – Gdt η}v.k.g.10 [kW]

Trong đó:

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

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

Gdt : khối lượng của đối trọng [kg]

k : hệ số ma sát thanh dẫn hướng và đối trọng ( k = 1,15 ÷ 1,3 chọn k =1,2 ) Vậy công suất nâng tải với trọng lượng tối đa là:

Hình 2.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha 7,5kW của hãng Transmax

Thông số động cơ: Điện áp 3 pha 380V, tần số 50Hz và tốc độ 3000 v/p

2.2 Lựa chọn phương án khởi động động cơ mạch lực

2.2.1 Các phương pháp khởi động động cơ điện 3 pha

a, Mở máy trực tiếp động cơ điện

Đặc điểm:

Đây được xem là phương pháp đơn giản nhất khi mở máy trực tiếp, dòng điện

mở máy lớn, momen mở máy lớn

- Ưu điểm: Đơn giản, dễ thực hiện, chi phí thấp

- Nhược điểm: Đối với động cơ trung bình và lớn thì quán tính của tải lớn dẫn đến thời gian mở máy kéo dài, có thể làm động cơ điện phát nóng, ảnh hưởng đến điện áp lưới điện vì thời gian giảm áp quá lâu

Các biện pháp khắc phục:

 Nối nối tiếp với điện kháng ở mạch stato

- Ưu điểm: Thiết bị đơn giản

- Nhược điểm: Khi giảm dòng điện mở máy thì momen mở máy giảm bình phương lần

 Dùng biến áp tự ngẫu giảm điện áp mở máy

- Ưu điểm: Dòng điện mở máy nhỏ, momen mở máy lớn

- Nhược điểm: Nhược điểm là giá thành thiết bị mở máy đắt tiền hơn phương pháp dùng điện kháng

 Nối thêm điện trở phụ vào Roto

- Ưu điểm: Dòng điện mở máy nhỏ, momen mở máy lớn

- Nhược điểm: Động cơ roto dây quấn chế tạo phức tạp hơn động cơ roto lồng sóc Bảo quản, vận hành khó khăn, hiệu suất thấp hơn động cơ roto lồng sóc

b, Đổi sao-tam giác

Động cơ ban đầu chạy ở chế độ nối dây kiểu sao (Y) sau một thời gian sẽ chuyển sang chế độ nối dây kiểu tam giác (D)

 Ưu điểm

- Giảm dòng mở máy xuống √3 lần so với mởi máy trực tiếp

- Giảm momen khởi động còn khoảng 25%

- Chi phí không quá cao, vận hành dễ dàng, dễ dàng lắp đặt

 Nhược điểm

- Đối với động cơ lớn khi dừng đột ngột dễ phá hỏng các thành phần cơ khí

- Nếu tải của động cơ là quá lớn thì phương pháp này không đủ mô men xoắn để đẩy nhanh tốc độ động cơ trước khi chuyển sang chế độ tam giác

- Momen tải cao hơn 50% momen danh định của động cơ sẽ không thể sử dụng khởi động bằng đổi nối sao-tam giác

c, Mở máy bằng khởi động mềm

 Đặc điểm:

- Thiết bị khởi động mềm sử dụng thyristors để điều khiển điện áp cấp cho động

cơ do vậy làm giảm dòng khởi động và làm gia tốc của động cơ không bị tăng đột ngột và đồng thời hạn chế được sụt áp của máy biến áp khi động cơ khởi động

 Ưu điểm:

- Hạn chế dòng khởi động đồng thời điều chỉnh momen mở máy một cách hợp lý

- Hiện nay, hầu như tất cả các khởi động mềm đều có tích hợp sẵn các chức năng

- Có chức năng dừng mềm như biến tần, nó loại trừ được các hiện tượng xấu như xung áp lực nước, tăng vọt áp suất trong hệ thống bơm và tránh các hư hỏng cho các vật liệu dễ vỡ khi được tải trên băng chuyền, làm tăng tuổi thọ các chi tiết truyền dẫn lực

- Khởi động mềm chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động rất mịn và êm

Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, chức năng trên vẫn chưa đủ Khi đó ta phải dùng bộ khởi động mềm điều khiển được momen nhằm giảm lực và dừng động cơ theo cách tối ưu nhất

 Khởi động động cơ bằng biến tần

 Đặc điểm: Có thể nói, đây là phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha toàn diện nhất

- Các dòng biến tần đặc biệt là biến tần có khả năng tiết kiệm lên đến 60% năng lượng tiêu thụ, và tuổi thọ cao, giá thành rất tương xứng với giá trị mà nó mang lại nên biến tần được xem là giải pháp hoàn hảo nhất cho các ứng dụng công nghiệp

 Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu cao

Từ những đặc điểm đã nêu trên của các phương pháp khởi động động cơ và công suất động cơ hệ thống Ta quyết định chọn Biến tần để ứng dụng vào hệ thống để phục

vụ cho việc khởi động đồng thời dễ dàng trong việc thực hiện hãm động năng cho động

cơ

Hình 2.2 Dòng biến tần FR – A700 của hãng Mitsubishi

 Lợi ích của khi sử dụng biến tần:

- Giúp động cơ khởi động êm, giảm mài mòn cơ khí

- Thay đổi tốc độ của động cơ dễ dàng giúp đáp ứng các yêu cầu công nghệ của thiết bị và hệ thống khác nhau

- Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ như quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha… giúp tăng tuổi thọ động cơ

- Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị trong hệ thống

- Tích hợp nhiều chức năng điều khiển khác nhau giúp cải tiến công nghệ và tăng năng suất sản xuất

2.3 Lựa chọn phương án mạch điều khiển

Ta tính toán và thiết kế mạch điều khiển bằng hệ thống tiếp điểm Relay