BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ------ HỌC PHẦN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử “Thang máy đơn 5 tầng dẫn động cáp”
NỘI DUNG THIẾT KẾ
Phân tích nhiệm vụ thiết kế
1.1.1 Phân tích nhu cầu thị trường
Hiện nay, Việt Nam là một trong những nền kinh tế tăng trưởng nhanh nhất châu Á, dẫn đến nhu cầu sử dụng thang máy ngày càng tăng, đặc biệt ở các thành phố lớn và khu vực đô thị hóa cao Sự xuất hiện của các tòa nhà cao tầng và nhà ở 4-5 tầng với mật độ dày đặc đã thúc đẩy nhu cầu sử dụng thang máy để giải quyết vấn đề di chuyển giữa các tầng Tại các công trình công cộng như chung cư và văn phòng, thang máy trở thành thiết bị thiết yếu, giúp con người di chuyển một cách đơn giản và hiệu quả Thang máy ngày càng trở nên phổ biến và quen thuộc với mọi đối tượng, từ người già đến trẻ em, người lao động, sinh viên và học sinh.
Qua đó, nhóm chúng em đang hướng đến nhóm khách hàng tiềm năng để phát triển dự án của mình Đối tượng khách hàng hướng tới:
- Cư dân sống trong các chung cư và chung cư mini
- Công ty, văn phòng, chủ doanh nghiệp
Các sản phẩm có trên thị trường hiện nay
STT Tên máy Thông số kĩ thuật Giá thành
1 Mitsubishi An toàn, tiện nghi, tốc độ nhanh 350 triệu
2 Hitachi Có khả năng giảm tiếng ồn, tiêu hao ít năng lượng
3 Otis Thanh lịch, tiết kiệm điện, tích hợp được bộ khống chế vận tốc, cứu hộ
4 Fuji Chi phí bảo trì và bảo dưỡng thấp
5 Nippon Công nghệ xử lí mượt, khóa cửa an toàn, tiết kiệm điện, theo tiêu chuẩn châu âu
6 Thyssenkpp Sử dụng các vật liệu chất lượng, khung cơ khí tốt và đẹp
7 Schindler Cung cấp tính linh hoạt an toàn, đáng tin cậy và thân thiện với môi trường
8 Hyundai Đa dạng thiết kế phong phú 350 triệu
9 Kone Đa dạng thiết kế, thông minh, tiện dụng
10 Sanyo Đa dạng, hiện đại, có tính thẩm mĩ cao
Kết quả khảo sát nhu cầu người dùng (Khảo sát online với Google Form)
13 Các tiêu chí mong muốn về thang máy
1.1.2 Xác định phân khúc khách hàng
Từ kết quả khảo sát cho thấy:
- Khách hàng có mức lương chủ yếu từ 20 – 50 triệu đồng
- Có công việc ổn định
- Nhu cầu xây nhà cao tầng và sử dụng thang máy lớn
- Khách hàng chủ yếu làm trong lĩnh vực cơ điện tử, cơ khí
1.1.3 Các phương án giải quyết
- Thang máy dẫn động cáp:
Hình 1.1: Thang máy dẫn động cáp
- Thang máy dẫn động bánh răng:
Hình 1.2: Thang máy dẫn động bánh răng
- Thang máy dẫn động trục vit me:
Hình 1.3: Thang máy dẫn động trục vít me
1.1.4 Lựa chọn ý tưởng thiết kế
Lựa chọn theo thang điểm từ 1 đến 4
Cáp Bánh Răng Trục Vít Me
Bảng tổng hợp đánh giá
Vì vậy, nhóm quyết định chọn phương án thiết kế sản phẩm thang máy 5 tầng dẫn động cáp
- Huy động vốn đầu tư trong nước lẫn nước ngoài, quảng bá tuyên truyền qua nhiều áp hay ứng dụng quảng cáo qua nhiều sản phẩm
- Khả năng của công ty: có thể sản xuất 5 - 6 sản phẩm/ngày
- Nguồn nhân lực: Có 350 nhân viên trong đó có 330 công nhân và 20 kĩ sư cơ điện tử
- Ray dẫn hướng, cáp tải
- Động cơ đóng mở cửa
- Các thiết bị phụ: đèn, bộ rung, bộ báo tải, loa, nút bấm,
- Sử dụng module, vật liệu có sẵn:
+ Thiết bị nhận biết chấn động
+ Ốc vít, đai ốc + Màn hình hiển thị
- Chiến lược phát triển sản phẩm:
Tập trung vào nghiên cứu và phát triển hệ thống thang máy theo nhu cầu thực tế
Có các ưu đãi khi người dùng mua sản phẩm để thu hút khách hàng
Thường xuyên cải tiến và tối ưu hóa hệ thống để người dung dễ dàng sử dụng và đạt hiệu quả cao
Vòng đời của một sản phẩm là: 20 năm
Chế độ bảo hành bảo dưỡng tốt nhất
Thiết lập danh sách yêu cầu
Danh sách yêu cầu cho thang máy cáp 16/04/2022
• Độ dày vỏ máy: 120-180 mm
• Chiều ngang: 800-1000mm Động học:
• Loại chuyển động: tịnh tiến
• Hướng chuyển động: thẳng đứng
• Vận tốc: Loại tốc độ trung bình: v = 2 ÷ 2,5 m/s
• Khối lượng( trọng lượng tải): Q = 750 ÷ 800 kg
• Khối lượng( trọng lượng tải): Q
• Vỏ buồng thang: Thép phủ sơn
• Dây cáp: thép phủ nhựa cho thang máy( độ bền sợi cáp 1570n/ mm2 )
• Tủ điện: làm bằng vật liệu cách điện có khả năng tái chế pvc
Tiêu thụ điện ít P= 2kW,tuổi thọ lên đến
Nguồn động cơ 220V Nguồn bộ điều khiển 220V Điều khiển:
• Hệ thống điều khiển: Điều khiển bằng nút bấm
• Màn hình thông báo điều khiển: Màn hình thông hiển thị rõ nét Full HD
• Điều khiển thông qua bộ điều khiển- sử dụng bộ điều khiển PLC -An toàn
• Ray dẫn hướng: phải đảm bảo độ cứng khoảng 3000N để giữ trọng lượng cabin và tải trọng trong cabin tựa lên ray
• Phanh thang: Lắp ở trên motor kéo giúp thang máy đứng không di chuyển - Tính linh hoạt:
• Đảm bảo tính ổn định, an toàn và độ bền cao
• Khoảng thời gian bảo dưỡng: 6 tháng
THIẾT KẾ SƠ BỘ
Xác định các vấn đề cơ bản
Yêu cầu Danh sách yêu cầu Ghi chú
- Độ dày vỏ máy: 120 -180 mm
- Chiều ngang: 800 - 1000mm Cáp tải:
- Đường kính của cáp không nhỏ hơn 8 mm
- Cáp có các sợi thép Động học:
- Loại chuyển động: tịnh tiến
- Hướng chuyển động: thẳng đứng
- Hành trình tối đa: 30m (5 tầng)
- Khối lượng( trọng lượng tải):
- Momen xoắn của dây cáp 0 Nm
- Đường kính dây từ 8-15mm
- Công suất tiêu thụ ít 14 năm
0 1 1 Vừa có thể hiện thị khi quá ồn ,vừa có thể thông báo
Bộ xử lí trung tâm
1 0 0 Giá thành rẻ,có nhiều trên thị trường
Tủ điện 0 1 1 Ít tốn kém cách điện tốt
Phanh 0 1 1 Đảm bảo an toàn ,sử dụng cả cơ và điện khi 1 trong 2 gặp sự cố
0 1 1 Đảm bảo độ cứng từ 4000N trở lên
Tổng hợp lựa chọn yêu cầu
=> Nhóm lựa chọn giải pháp concept thứ 2
THIẾT KẾ CỤ THỂ
Nhận diện phương án và làm rõ các ràng buộc về không gian
3.1.2 Xác định điều kiện biên hoặc không gian cưỡng bức của bước thiết kế cụ thể
• Độ dày vỏ máy: 120-180 mm
+ Sai số chế tạo của chi tiết: 1-1,5mm
+ Dung sai khi lắp ráp chi tiết: 1mm
+ Động cơ kéo: Có hộp số giảm tốc
+ Tải trọng tối đa: 900kg
+ Động cơ: Động cơ điện ba pha, tuổi thọ ít nhất 10 năm làm việc
+ Động cơ đảm bảo tốc độ tối đa của thang là 2m/s
+ Cảm biến tầng, cảm biến cửa và cảm biến quá tải
+ Cảnh báo quá tải 900kg
3.1.1 Bắt đầu với giải pháp nguyên tắc và danh sách yêu cầu
+ Đảm bảo kích thước, khối lượng theo danh sách yêu cầu
+ Đảm bảo an toàn, công thái học và tính thẩm mỹ
+ Chế tạo, lắp ráp chính xác trong dung sai cho phép
+ Động cơ kéo hoạt động tốt, bền bỉ, an toàn
+ Động cơ có tuổi thọ lâu dài, hoạt động bền bỉ
+ Thang máy hoạt động ít gây tiếng ồn, an toàn, cách điện tốt
+ Chiếu sáng: Ánh sáng bao quát toàn bộ buồng thang máy
+ Đèn báo ở nút chọn tầng
+ Bộ điều khiển xử lí chính xác với tốc độ cao
+ Màn hình hiển thị đầy đủ rõ nét, làm việc ổn định trong môi trường nhiều rung động
+ Các nút bấm hoạt động chính xác
+ Màn hình hiển thị và loa rõ nét
+ Phần mềm vận hành đơn giản trực quan
+ Có hỗ trợ tiếng việt
− Các yêu cầu ràng buộc khác về hệ thống:
+ Năng suất yêu cầu: 8h/ngày
+ Ít rung lắc và tiếng ồn trong quá trình hoạt động
+ Giá thành khoảng 300 triệu đồng
+ Linh kiện, bộ phận tiêu chuẩn, dễ dàng thay thế, sửa chữa
3.1.3 Xác lập các layout thô - xác định các bộ phận thực hiện chức năng chính
1 Buồng thang Vận chuyển người và hàng hóa
2 Ray dẫn hướng Giữ cho buồng thang luôn di chuyển theo phương thẳng đứng
3 Đối trọng Giảm lực kéo cho động cơ, tăng tuổi thọ động cơ, thang máy vận hành ổn định hơn
4 Ray đối trọng Giúp đối trọng di chuyển theo hướng thẳng đứng
5 Cáp tải Nối giữa buồng thang và đối trọng, kết nối với động cơ để vận hành thang máy di chuyển
6 Động cơ đóng mở cửa Đóng mở cửa thang
7 Bộ giảm chấn Lắp đặt ở sàn tầng thấp nhất, triệt tiêu rung động khi thang máy tiếp xúc với sàn
8 Hộp số giảm tốc Tăng sức kéo cho động cơ tải
9 Bộ chống quá tốc Hãm dừng buồng thang trong những tình huống vượt quá tốc độ cho phép
1 Động cơ điện Tạo sức kéo cho thang máy
2 Đèn Chiếu sáng không gian trong thang máy
3 Nguồn điện Cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống
4 Màn hình Hiển thị thông tin tầng
5 Nút khẩn cấp Thông báo cứu hộ cho đơn vị quản lý tòa nhà
6 Loa Thông báo tầng hiện tại hoặc thông báo khẩn cấp Điện tử
1 Cảm biến tầng Đo vị trí của thang máy
2 Cảm biến tải trọng Đo trọng lượng thang máy khi hành khách vào
Kiểm tra sự có mặt của hành khách ở vị trí cửa
3.1.4 Phát triển các layout sơ bộ
Sử dụng biến áp - Máy biến áp ba pha
Công suất phụ tải P = 12kW, cos φ =0,85
Công suất của máy biến áp: M = 𝑃
=> Lựa chọn máy biến áp 3 pha có công suất 20KVA
Tên sản phẩm: Máy biến áp Litanda 20KVA 3 pha
Mã sản phẩm: LT-BA-3F-20KVA
Hình 3.1 Máy biến áp Litanda 20 kVA 3 pha Thông số kĩ thuật Điện áp vào 380V 3 pha Điện áp ra 380V/220V/200V
Nhiệt độ môi trường -5 oC đến +40 o C Độ bền cách điện Lớn hơn 3MΩ ở điện áp 1 chiều
Khi thang máy gặp sự cố và chạy quá tốc độ xuống, hệ thống giảm chấn đóng vai trò là biện pháp an toàn cuối cùng, giúp giảm thiểu tác động trực tiếp lên buồng thang.
- Mặt ngoài: Sơn tĩnh điện
- Mặt trong: phủ sơn bóng
- Bộ chống quá tốc và thắng cơ
Bộ chống vượt tốc là thiết bị quan trọng giúp dừng cabin thang máy ngay lập tức khi phát hiện thang chạy vượt quá tốc độ định mức Bộ thắng cơ giữ cho cabin bám chặt vào ray dẫn hướng, đảm bảo thang dừng tại tầng gần nhất Các nguyên nhân gây ra tình trạng vượt tốc có thể bao gồm lỗi phần mềm điều khiển, đứt cáp hoặc tuột cáp Thiết bị này được kích hoạt khi tốc độ thang vượt quá 15% so với vận tốc định mức, với tiêu chuẩn nâng lên 40% cho thang có vận tốc từ 0.5 m/s đến 1.4 m/s, 33% cho thang từ 1.4 m/s đến 4.0 m/s, và không vượt quá 25% đối với thang có tốc độ trên 4 m/s.
Hình 3.3.1 Bộ chống quá tốc
Hình 3.3.2 Bộ quá tốc và thắng cơ
- Bảo vệ an toàn cho người và thiết bị
35 Ray T89: Thép đúc dạng chữ T, dùng cho thang máy tải 600 – 1000kg
- Dầy sóng giữa chữ T: 17mm
- Dầy cạnh ngang chữ T: 10mm
Dây cáp thang máy bao gồm nhiều tao cáp, mỗi tao cáp được hình thành từ nhiều sợi thép có đường kính từ 0,2 đến 3 mm, được bện và xoắn lại với nhau.
Theo tiêu chuẩn TCVN 7550:2005 về cáp thang máy gia đình cần tuần thủ đó là:
- 1570N/mm2, hoặc 1770 N/mm2 đối với cáp có các sợi thép cùng độ bền;
- 1370N/mm2 đối với sợi ngoài và 1770 N/mm2 đối với sợi trong, khi độ bền của các sợi khác nhau
- Trọng lượng : từ 22kg/100m đến 62kg/100m
- Tải trọng tối đa 1200kg
Hình 3.5: Cáp tải Động cơ đóng mở cửa
- Nguồn điện động cơ cửa: 3 pha 380V AC
- Nguồn nuôi biến tần cửa: 220V AC
- Nguồn out biến tần cửa: 3 pha 380V AC
Bộ truyền động cửa đóng - mở 2 cấp tốc độ giúp cửa thang máy đóng - mở êm
Hình 3.6 Sơ đồ bộ truyền cửa tầng
Hình 3.7 Bộ truyền cửa tầng
Hình 3.8 Động cơ và hộp số Động cơ kéo thang máy Fuji có hộp số
- Nguồn điện: 3 phase 380V AC – 50Hz
- Số lần khởi động: 240 lần/giờ
- Tải trọng tối đa: 5000 Kg
Hình 3.9 Đối trọng thang máy
- Giải pháp cho các chức năng phụ trợ
+ Màn hình hiển thị: LCD thông báo số tầng
+ Loa: thông báo khi đến tầng hoặc cảnh báo quá tải
+ Cảm biến tầng: nhận diện vị trí của thang
+ Cảm biến cửa: tránh đóng cửa gây va chạm
+ Cảm biến trọng lượng: tính toán và đưa ra cảnh báo khi quá tải
+ Nút gọi cứu hộ khần cấp
Tích hợp hệ thống
Lưu đồ thuật toán điều khiển thang máy
Hình 3.10 Lưu đồ thuật toán
Phác thảo sản phẩm
Bản vẽ tổng thể, hình chiếu
Hình 3.11 Sơ đồ cửa thang máy
Hình 3.12 Mặt cắt ngang hố thang
Hình 3.13 Bảng điều khiển trong thang máy
Hình 3.14 Bảng điều khiển bên ngoài thang máy tại các tầng
Hình 3.15 Nóc cabin (Buồng thang)
Hình 3.16 Mặt cắt hông thang máy
Hình 3.17 Sơ đồ tổng thể thang máy
Hình 3.18 Sơ đồ các cơ cấu chính của thang máy
Hình 3.19 Vị trí lắp đặt đông cơ kéo & hộp số (Đỉnh thang)
Hình 3.20 Hình ảnh mô phỏng cụ thể hệ thống
Thang máy dẫn động cáp là một hệ thống thiết yếu trong cuộc sống hiện đại Nhận thức được tầm quan trọng này, nhóm đã tiến hành nghiên cứu và hoàn thành giai đoạn thiết kế sản phẩm.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng mô hình quy trình thiết kế cho "Hệ thống thang máy đơn 5 tầng dẫn động cáp", từ phân tích nhiệm vụ thiết kế đến xác định các vấn đề cơ bản và cấu trúc chức năng của hệ thống Nhiều nguyên tắc làm việc đã được đưa ra, tạo ra các biến thể hệ thống khác nhau, và báo cáo đã trình bày phương pháp chọn lọc các biến thể này cho thiết kế cụ thể Quá trình nghiên cứu diễn ra nhanh chóng nhờ vào môi trường học tập năng động, cơ sở vật chất đầy đủ và sự hỗ trợ từ Internet Sự hướng dẫn của giảng viên có kinh nghiệm cũng giúp sinh viên dễ dàng trao đổi về các vấn đề gặp phải Các thành viên trong nhóm thể hiện sự năng động và tích cực, với kế hoạch thực hiện rõ ràng, tạo tính thống nhất và hiệu quả trong hoạt động nhóm Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khó khăn trong quá trình nghiên cứu, dẫn đến một số sai sót trong đồ án Nhóm sẽ nghiêm túc tiếp thu ý kiến và góp ý từ thầy cô và người đọc để hoàn thiện hệ thống.
