TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
Tổng quan
1.1.1 Khái niệm chung về thang máy a) Lịch sử phát triển thang máy
Thang hoặc tời nâng thô sơ đã được sử dụng từ thời trung đại, có thể từ thế kỷ III TCN, hoạt động bằng sức người, sức vật hoặc cơ cấu cơ khí vận hành bằng nước Thang máy hiện đại được phát triển vào thế kỉ 19, sử dụng hơi nước hoặc sức nước để nâng chuyển Thang máy công suất lớn đầu tiên xuất hiện ở Hoa Kỳ vào thế kỉ XIX, là tời nâng hàng đơn giản giữa hai tầng ở New York.
Vào thế kỉ XIX, động cơ điện được Werner Von Siemens tích hợp vào thang máy, sử dụng cơ cấu bánh răng và thanh răng Đến năm 1887, thang điện ở Baltimore phát triển hệ thống trống xoay và cáp.
Ngày nay, thang máy hiện đại tích hợp hệ thống điều khiển tốc độ phức tạp, đảm bảo an toàn trong mọi tình huống Nút nhấn được tích hợp vào bàn phím nhỏ gọn, và hầu hết thang máy tự động hiện nay đều mang tính thương mại.
Thang máy là thiết bị chuyên dụng vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng dưới 15 độ trên tuyến định sẵn, đóng vai trò quan trọng trong các công trình cao tầng hiện đại.
Thang máy là thiết bị vận chuyển quan trọng trong các công trình cao tầng như khách sạn, văn phòng, chung cư và bệnh viện, giúp giảm thiểu việc sử dụng cầu thang bộ Đặc điểm nổi bật của thang máy là thời gian vận chuyển ngắn, tần suất lớn và khả năng đóng mở liên tục, đáp ứng nhu cầu di chuyển nhanh chóng và hiệu quả.
Thang máy là thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an toàn nghiêm ngặt, liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người Do đó, thang máy cần tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu kỹ thuật an toàn trong thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa Thang máy cần có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như điện chiếu sáng dự phòng, điện thoại nội bộ, chuông báo và bộ hãm bảo hiểm.
Thang máy là thiết bị vận tải dọc, phục vụ nhu cầu di chuyển người và hàng hóa giữa các tầng, giúp tăng năng suất và giảm chi phí lao động Sự ra đời của thang máy xuất phát từ nhu cầu vận chuyển nhanh chóng theo phương thẳng đứng, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Thang máy được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế quốc dân, từ công nghiệp đến các tòa nhà cao tầng Trong công nghiệp, thang máy vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu và công nhân, đặc biệt quan trọng trong khai thác mỏ, xây dựng và luyện kim Ngoài ra, thang máy còn đóng vai trò thiết yếu trong các tòa nhà cao tầng, cơ quan, bệnh viện và khách sạn, giúp tiết kiệm thời gian di chuyển.
Thang máy giúp tiết kiệm thời gian, công sức và tăng năng suất công việc, trở thành yếu tố quan trọng trong cạnh tranh xây dựng và kinh doanh hệ thống.
Thang máy hiện nay được thiết kế đa dạng để phù hợp với từng mục đích sử dụng của công trình Có nhiều nguyên tắc và đặc điểm để phân loại thang máy.
1.1.2.1 Theo công dụng a) Thang máy chở khách (có ký hiệu là P (Passenger))
Thang máy tải khách là giải pháp lý tưởng cho các công trình có tần suất sử dụng cao như chung cư, văn phòng, trung tâm thương mại và khách sạn, đáp ứng nhu cầu vận chuyển hành khách hiệu quả và an toàn.
Hình 1-1 Thang máy chở người b) Thang máy bệnh viện (có ký hiệu là B (Bed))
Thang máy bệnh viện là hệ thống thang máy được thiết kế riêng cho các cơ sở y tế như bệnh viện và trạm y tế Ưu điểm của thang máy bệnh viện là kích thước cabin rộng rãi, đủ sức chứa băng ca, giường bệnh cùng với bác sĩ, y tá và thiết bị y tế Thang máy vận hành êm ái, không rung lắc, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho bệnh nhân trong quá trình di chuyển.
Hình 1-2 Thang máy bệnh viện c) Thang máy tải chở hàng (có ký hiệu là F (Freight))
Thang máy tải hàng là hệ thống thang máy chuyên dụng với tải trọng lớn, lên đến 10 tấn, được sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp và nhà xưởng Thiết kế đặc thù của thang chở hàng có cabin lớn, cho phép xe nâng dễ dàng di chuyển vào và ra, đồng thời đảm bảo thang vận hành êm ái, không gây ảnh hưởng đến hàng hóa.
Hình 1-3 Thang máy chở hàng 1.1.2.2 Theo hệ thống dẫn động cabin a Thang máy dẫn động điện
Thang máy cabin, sử dụng động cơ điện truyền qua hộp giảm tốc puli ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cabin lên xuống, nổi bật với hành trình không bị hạn chế nhờ cabin được treo bằng cáp.
5 bin lên xuống nhờ bánh răng, thanh răng (chuyên dùng để chở người phục vụ xây xựng các công trình cao tầng)
Thang máy điện có bộ tời đặt phía trên giếng thang, dẫn động cabin bằng puli ma sát hoặc tang cuốn Thang máy dẫn động thủy lực sử dụng pít tông - xylanh đẩy cabin từ dưới lên, giới hạn hành trình tối đa khoảng 18m, phù hợp với công trình thấp tầng Mặc dù kết cấu đơn giản và tiết kiệm diện tích giếng thang, thang máy thủy lực có ưu điểm về chuyển động êm, an toàn và giảm chiều cao tổng thể công trình.
Hình 1-5 Thang máy thủy lực
1.1.2.2 Theo vị trí đặt bộ tời treo Đối với thang máy điện:
Thang máy có bộ tời kéo đặt dưới giếng thang
Hình 1-6 Thang máy điện có bộ tời đặt phía dưới giếng thang a, cáp treo trực tiếp vào dầm trên của cabin b, cáp vòng qua đáy cabin
1.1.2.3 Theo hệ thống vận hành a Theo mức độ tự động
+ Loại tự động + Loại bán tự động b Theo tổ hợp điều khiển
+ Điều khiển kép + Điều khiển theo nhóm c Theo vị trí điều khiển
+ Điều khiển trong ca bin + Điều khiển ngoài ca bin
+ Điều khiển cả trong và ngoài ca bin
1.1.2.4 Theo các thông số cơ bản a Theo tốc độ di chuyển của ca bin
+ Loại tốc độ thấp: V< 1m/s + Loại tốc trung bình: V=1-2,5m/s + Loại tốc độ cao: V=2,5-4m/s
+ Loại tốc độ rất cao: V> 4m/s b Theo khối lượng vận chuyển của ca bin
+ Loại nhỏ: Q 00kg + Loại trung bình: Q P0-1000kg + Loại lớn: Q 00-1600kg + Loại rất lớn: Q >1600kg
Cấu trúc điển hình của thang máy
Thang máy có cấu trúc phức tạp (hình 1.7) nhưng nhìn chung được cấu tạo gồm một số bộ phận như sau:
+ Cơ cấu nâng hạ bao gồm: Đ/C KĐB đảo chiều
+ Puly (tang cuốn cáp nâng hạ)
+ Hệ thống phanh giữ (phanh từ)
+ Bộ phận dẫn hướng (gồm một hệ thống ray)
+ Bộ phận treo ca bin (hệ thống cáp)
+ Bộ phận hạn chế tốc độ
+ Bộ giảm chấn đáy hầm
+ Hệ thống các thiết bị an toàn và phục vụ khác
+ Tủ điện và hệ thống điều khiển
Các thiết bị của thang máy được bố trí trong giếng thang, buồng máy (trên sàn tầng cao nhất) và hố buồng thang (dưới mức sàn tầng 1), đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống.
Hình 1-7 Kết cấu và bố trí thiết bị của thang máy
Các hệ truyền động trong thang máy
Hiện nay, nhiều dạng hệ truyền động được sử dụng cho thang máy Trước đây, động cơ một chiều chiếm ưu thế, nhưng với sự phát triển của biến tần công nghiệp, động cơ không đồng bộ đã được ứng dụng rộng rãi Việc lựa chọn hệ truyền động cần dựa trên các yêu cầu cụ thể.
- Độ dừng chính xác buồng thang
- Tốc độ di chuyển buồng thang
- Trị số gia tốc lớn nhất cho phép
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu
Hệ truyền động động cơ không đồng bộ được ứng dụng rộng rãi trong thang máy và máy nâng hạ tốc độ trung bình và thấp Động cơ không đồng bộ cho phép lựa chọn linh hoạt các phương án truyền động khác nhau, đáp ứng đa dạng yêu cầu vận hành.
- Hệ truyền động với động cơ không đồng bộ, roto lồng sóc thường dùng trong các thang máy và máy nâng có tốc độ thấp và tải trọng nhỏ
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto dây quấn được ứng dụng rộng rãi trong các thang máy và máy nâng tải trọng lớn, giúp nâng cao chất lượng hệ thống truyền động trong quá trình tăng, giảm tốc và đảm bảo độ chính xác khi dừng.
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc hai cấp độ được ứng dụng rộng rãi trong thang máy tốc độ trung bình, sử dụng hai dây quấn stato độc lập mắc hình sao Số đôi cặp cực dây quấn stato thường nằm trong khoảng 2p = 6 đến 2p = 24 hoặc 2p = 4 đến 2p = 20, tương ứng với tốc độ đồng bộ của động cơ là 1000/250 (vòng/phút) hoặc 1500/300 (vòng/phút).
Hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, được cấp nguồn từ bộ biến tần, là lựa chọn ưu việt cho thang máy tốc độ cao (v > 1,5m/s) Giải pháp này giúp hạn chế gia tốc và độ giật, đồng thời đảm bảo độ chính xác cao khi dừng, đáp ứng các yêu cầu khắt khe về an toàn và tiện nghi.
Hệ truyền động động cơ đồng bộ được ứng dụng trong thang máy tải trọng lớn với công suất trên 300kW, đặc biệt phổ biến trong ngành khai thác mỏ.
- Hệ truyền động với động cơ một chiều thường dùng trong các thang máy
10 có tốc độ cao (V ≥ 1,5m/s) Có hai dạng hệ truyền động thường được ứng dụng:
Hệ F-Đ là hệ máy phát một chiều - động cơ một chiều, được ứng dụng trong thang máy cao tốc nhờ khả năng đảm bảo sơ đồ chuyển động hợp lý và nâng cao độ chính xác khi dừng Tuy nhiên, hệ thống này có nhược điểm là công suất lắp đặt cao, lớn gấp 3-4 lần so với hệ xoay chiều, đồng thời phức tạp trong vận hành và sửa chữa.
Hệ truyền động T-Đ máy phát một chiều đã được thay thế bằng bộ chỉnh lưu thyristor, một bước tiến quan trọng nhờ sự phát triển của điện tử công suất lớn, và hiện nay hệ truyền động này đã được ứng dụng rộng rãi thay thế cho hệ F-Đ.
Hệ truyền động thang máy đa dạng, sử dụng cả động cơ một chiều và xoay chiều, tuy nhiên động cơ xoay chiều đang dần chiếm ưu thế Động cơ xoay chiều có thiết kế đơn giản, dễ chế tạo và linh hoạt trong lựa chọn hệ truyền động Về mặt kinh tế, động cơ không đồng bộ có giá thành thấp và ít bảo dưỡng hơn so với động cơ một chiều.
Thang máy chở người sử dụng động cơ không đồng bộ điều khiển bằng biến tần nhờ ưu điểm điều khiển đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao và ổn định, đồng thời cho phép điều chỉnh tốc độ trong dải rộng và khả năng hãm dừng chính xác, đáp ứng yêu cầu quan trọng của thang máy.
Kết Luận
Ngày nay, thang máy có cấu trúc đa dạng, việc lựa chọn đòi hỏi khắt khe về kinh tế và an toàn cho người sử dụng Do đó, việc trang bị kiến thức lý thuyết là vô cùng cần thiết trước khi bắt tay vào thực tế.
THIẾT KẾ CƠ KHÍ MÔ HÌNH THANG MÁY
Cấu trúc thang
Giếng thang là không gian cho phép thang máy di chuyển lên xuống, chứa các rail dẫn hướng, cáp chịu lực và truyền động cho cabin Đáy hố thang được trang bị các giảm chấn (lò xo, cao su, thủy lực) để đảm bảo an toàn Đối trọng được thiết kế với khối lượng bằng khối lượng cabin cộng thêm một nửa tải trọng định mức.
Hệ thống điện dọc hố thang sử dụng thanh cam trên cabin để tác động các tiếp điểm của hộp giới hạn hành trình, điều khiển giảm tốc độ và ngắt chiều điều khiển dịch chuyển khi cabin vượt quá giới hạn cho phép Các thiết bị như đèn chiếu sáng dọc hố, tiếp điểm cửa tầng, mạch hiển thị, nút nhấn, đèn nhớ, thiết bị an toàn và switch nhận biết đứt cáp được gọi chung là Govenor, bao gồm puly chính ở phòng máy và puly đối trọng dưới hố thang, kết nối với tay giật ổ thắng lắp trên cabin.
Tại mỗi tầng thang máy, ta thấy cửa tầng và hộp điều khiển, bao gồm hiển thị trạng thái hoạt động (vị trí, chiều phục vụ, chế độ bảo dưỡng, báo lỗi), nút nhấn gọi thang có đèn nhớ, và ổ khóa (hoạt động/gọi thang).
Hình 2-2 : a) Cửa tầng thiết kế trên NX b) Cửa tầng chế tạo thực tế
Các cửa tầng thang máy thường được đóng kín bằng cơ cấu khóa cơ khí, yêu cầu chìa khóa đặc biệt để mở từ bên ngoài và được trang bị tiếp điểm điện để xác nhận trạng thái đóng Thang máy chỉ vận hành khi tất cả các cửa tầng đóng hoàn toàn; khi cabin dừng đúng tầng, cửa cabin sẽ mở, kéo theo cửa tầng mở đồng bộ Nếu tiếp điểm điện không xác nhận cửa đã đóng, hệ thống điều khiển sẽ hiểu là cửa chưa đóng và ngăn thang máy hoạt động.
2.1.3 Phòng điều khiển Đa số máy kéo thang máy hiện nay sử dụng động cơ 3 pha 380V được kết nối với hộp số (giảm tốc độ, tăng hệ số chịu tải), máy kéo có tiêu chuẩn riêng cho từng loại thang và được sản xuất đồng bộ Đối với thang tốc độ cao người ta sử
Máy kéo thang máy có hai loại chính: động cơ có hộp số và động cơ không hộp số (Gearless), mỗi loại phù hợp với thông số chịu tải và tốc độ kéo cabin riêng Ngoài puly chính, các puly đỡ phụ được sử dụng để điều chỉnh hướng cáp tải, đảm bảo góc ôm hợp lý để tránh trượt cáp hoặc làm mỏi cáp Vị trí lắp đặt máy kéo linh hoạt, có thể ở trên giếng thang, tầng dừng trên cùng, tầng dừng thấp nhất hoặc trong hố thang (đối với thang không phòng máy) tùy thuộc vào thiết kế thang máy.
Phần điều khiển được sử dụng để điều khiển toàn bộ hoạt động của thang máy Kết hợp điều khiển bằng PLC và VĐK
Khi thang máy gặp sự cố như đứt cáp hoặc trượt cáp, hệ thống an toàn sẽ được kích hoạt theo nhiều giai đoạn: Đầu tiên, **switch an toàn trên puly Governor chính sẽ ngắt toàn bộ hệ thống điều khiển thang máy** Nếu cabin vẫn tiếp tục di chuyển, **cơ cấu lực ly tâm của puly Governor chính sẽ nêm chặt cáp**, giật tay giật của ổ thắng, và **cơ cấu ổ thắng sẽ ép chặt rail dẫn hướng để giữ cabin lại**, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Hệ thống phanh cơ khí, thường được bố trí cạnh máy kéo với thắng đĩa hoặc thắng càng, đóng vai trò quan trọng trong việc cố định phòng thang Trạng thái bình thường của phanh cơ khí sử dụng lực ma sát tĩnh để ngăn trục moto quay, giữ thang cố định Để thang di chuyển, cần cấp điện vào cuộn thắng để mở phanh cơ khí.
Bảng điều khiển ngoài cabin thang máy, gồm hai nút nhấn mũi tên lên và xuống, cho phép người dùng gọi thang theo hướng mong muốn Tại tầng trệt chỉ có nút gọi lên, và ở tầng trên cùng chỉ có nút gọi xuống.
Hình 2-3 Điều khiển ngoài cabin
*Bảng điều khiển trong cabin (hình 2.4)
Tùy thuộc vào số tầng, bảng điều khiển thang máy có các nút nhấn tương ứng, ký hiệu G cho tầng trệt Khi di chuyển, hệ thống chỉ nhận lệnh theo hướng hiện tại, các lệnh khác được lưu lại để thực hiện sau.
Ngoài các nút ấn đánh số các tầng, trên bảng điều khiển trong buồng thang còn có một số nút nhấn khác:
Nút nhấn Open Door (kí hiệu: ) và nút nhấn Close door (kí hiệu: >
