Tìm hiểu và xây dựng hệ thống điều khiển thang máy nhờ bộ điều khiển khả trình PLC s7 300

Trong quá trình cơ giới hoá thì đòi hỏi thang máy phải nâng cao năng xuất và giảm được thời gian vận chuyển giữa các bộ phận khác nhau trong cùng một quá trình sản xuất, đối với thang má

T×m hiÓu vµ x©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn thang m¸y nhê bé ®iÒu khiÓn khả tr×nh PLC S7-

300 CPU314

Tủ sách Free4vn.org

lythanhthuan@free4vn.org

Chương i

Tổng quan về thiết bị và phương pháp đIều khiển thang máy

I Giới thiệu thiết bị hợp thành thang máy

I.1 Mở đầu

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, tại các trung tâm công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các nhà cao tầng Bởi lẽ tại các khu công nghiệp và thương mại tập trung nhiều cơ quan, xí nghiệp, thêm vào đó là sự gia tăng dân số và lực lượng lao động tập trung về

đây lớn, tốc độ đô thị hoá ngày càng nhanh Đất đai thì ngày càng thu hẹp lại do nhu cầu về xây dựng và sản xuất quá lớn Chính vì vậy mà việc xây dựng những toà nhà cao tầng tại thành phố và các khu công nghiệp là rất cần thiết Đi đôi với việc xây dựng những toà nhà cao tầng thì thang máy là bộ phận không thể tách rời, chúng ta giả sử rằng với một toà nhà cao tầng mà không có thang máy thì năng xuất lao động sẽ giảm đi rất nhiều, còn về mặt thời gian thì không thể chấp nhận được, trong công cuộc công nghiệp hoá đất nước hiện nay thì yếu tố thời gian quyết định đến thành công Thang máy không những

sử dụng trong các toà nhà cao tầng mà còn được sử dụng rộng rãi trong các nghành công nghiệp như việc nâng hạ, vận chuyển hàng hoá từ nơi này đến nơi khác…

Trên thế giới thang máy được sử dụng từ rất sớm, không những nó được sử dụng trong các toà nhà cao tầng mà nó còn

được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác Các hãng thang máy nổi tiếng trên thế giới như OTIS của Mỹ, MITSUBISHI của Nhật Trong đó hãng OTIS của Mỹ có lịch sử phát triển lâu

đời Năm 1852 Elishavraves Otis lần đầu tiên thử độ an toàn của thang máy(đúng hơn là cần trục), đến năm 1853 công ty thang máy OTIS được thành lập, một năm sau đó ông thuyết minh phát minh của mình tại Crýtal Plece và gửi phát minh về xậy dựng toà nhà cao tầng và tiết kiệm đất trồng trọt cho các khu công nghiệp Ngày nay các hãng thang máy lần lượt ra đời

và phát triển mạnh mẽ, các thang máy ngày càng được cỉa tiến

và hoàn thiện hơn nhằm nâng cao chất lượng phục vụ Sự phát triển nhanh về công nghệ đã cho ra đời các thiết bị hiện đại phục vụ cho quá trình xây dựng và hoàn thiện thang máy một cách tốt nhất,các thiết bị này đã du nhập vào Việt nam giúp cho các kỹ sư Việt Nam có thể tiếp cận và làm chủ các thiết bị này

Là một sinh viên nghành điều khiển học tôi có ý định tìm hiểu

và xây dựng hệ thống điều khiển thang máy nhờ bộ điều khiển khr trình PLC S7-300 CPU314 do hãng SIEMENS của Đức cung cấp

I.2 Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là loại thiết bị vận tải dùng để vận chuyển người và hàng theo phương thẳng đứng Thang máy nói riêng

và máy nâng nói chung ngày càng được sử dụng rộng rãi với các yêu cầu khắt khe về kỹ thuật nhằm đảm bảo cho thang máy

có tính phục vụ cao Trong quá trình cơ giới hoá thì đòi hỏi thang máy phải nâng cao năng xuất và giảm được thời gian vận chuyển giữa các bộ phận khác nhau trong cùng một quá trình sản xuất, đối với thang máy dùng trong các toà nhà cao tầng thì

đòi hỏi phải phục vụ hàng khách một cách toót nhất và thuận lợi nhất, đảm bảo an toàn tốt nhất cho hành khách

I.2.1 Các thiết bị hợp thành thang máy

I.2.2.1 Các thiết bị cơ khí

1 Cáp thép:

Cáp thép là chi tiết rất quan trọng được sử dụng hầu hết

trong các máy nâng nói chung và thang máy nói riêng

Yêu cầu chung đối với cáp phải là:

máy, đảm bảo độ êm dịu không gây ồn khi làm việc trong cơ cấu và máy nói chung

thời hạn sử dụng lớn

Cáp thép được chế tạo từ sợi thép các bon tốt (ít lưu huỳnh và phốt pho), được chế tạo bằng công nghệ kéo nguội có đường kính từ 0.5á2.3mm Các sợi này được bện thành cáp chuyên dùng Để chống rỉ, người ta tráng lớp kẽm, bôi dầu mỡ, sau khi tráng kẽm thì dộ bền của cáp giảm 10% Trong thang máy thì người ta dùng từ 3á5 sợi làm cáp treo, treo buồng thang

2 Puly-Puly ma sát

Puly là chi tiết dùng để dẫn cáp bằng ma sát(gọi tắt là Puly

ma sát), thường được dùng phổ biến trong thang máy Puly ma sát có các rãnh riêng biệt mà không theo hình xoắn ốc Số rãnh cáp trên Puly ma sát tuỳ thuộc vào số sợi cáp dẫn động trong

máy và cách mắc cáp Một số Puly ma sát có phủ chất dẻo để tăng ma sát Rãnh Puly và cáp có cùng độ cứng sẽ đảm bảo độ mòn ít nhất đối với cả cáp và rãnh Puly Hình dạng mặt cắt rãnh cáp trên Puly có ảnh hưởng lớn đến khả năng kéo và tuổi thọ của nó

Có ba loại rãnh: rãnh tròn, rãnh tròn có xẻ dưới và rãnh hình thang

Đối với Puly ma sát, hệ số ma sát trong công thức Euler là hệ

với rãnh Puly f và phụ thuộc vào dạng rãnh cáp:

động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới cáp và các bộ phận khác

Tang ma sát là một loại tang có đặc điểm là không cố định

đầu cáp trên tang mà cuốn lên tang một số vòng, khi tang quay

thì thì một nhánh cáp cuốn vào với lực căng Fc = Fmax và nhánh kia nhả ra với lực căng Fn = Fmin

Tang truyền chuyển động nhờ ma sát giữa cáp và tang Tang

ma sát gồm loại hình trụ và loại có đường kính thay đổi

Khả năng kéo cần thiết của tang ma sát U để dịch chuyển tải

trọng được tính từ lực cản dịch chuyển tải trọng và các điều kiền làm việc với hệ số an toàn cần thiết Lực căng cáp nhỏ nhất

để truyền lực bằng ma sát hoặc từ điều kiện độ võng cho phép

của cáp Vậy lực căng cáp lớn nhất Fmax trên nhánh cuốn cần

thiết để dịch chuyển tải trọng là:

F F

lg 2

min lg max lg

p

-Tang ma sát hình trụ thường dược xẻ rãnh cáp theo hình xoắn ốc Để tăng hệ số ma sát, ngoài rãnh tròn người ta có thể làm các rãnh cáp đặc biệt khác, tuy nhiên với các rãnh cáp này

sẽ làm tuổi thọ của cáp bị giảm

Tang ma sát hình trụ có chiều dài tang được tính theo công thức sau:

4t : các vòng thừa ở hai đầu tang

Vì cáp di chuyển dọc theo trục tang trong quá trình làm việc, nên với chiều dài vận chuyển lớn, chiều dài tang rất lớn Khi đó

có thể dùng tang ma sát có đương kính thay đổi Khi cáp di chuyển theo chiều trục tang, nó sẽ bị trượt về vị trí cũ và vì thế tang rất gọn song cáp sẽ rất chóng mòn Điều kiện để cáp có thể

trượt về vị trí cũ là góc nghiêng thay đổi đường kính j phải lớn hơn góc ma sát r giữa tang và cáp;

tgj > tgr hay j > r trong đó f= tgj

Để có hai tốc độ người ta dùng tang ma sát có đường kính thay đổi với hai bậc khác nhau

Các đường kính Dmax và Dmin của loại tang này xác định

từ các tốc độ cho trước v mzx , v min Để thay cáp được tiện lợi và

do tang ngắn, tang ma sát có đường kính thay đổi thường được lắp côngxôn với trục dẫn động của nó

Để tăng lực bám giữa cáp và tang, có thể làm các gân nhỏ trên bề mặt tang dọc theo trục tang

4 Phanh an toàn

Để tránh cho ca bin rơi trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép, phanh an toàn tự động dừng và giữ ca bin tựa trên các ray dẫn hướng Ca bin của tất cả các loại thang máy đều phải được trang bị phanh an toàn Phanh an toàn còn được được trang bị cho đối trọng khi đối trọng nằm trên lối đi hoặc phần diện tích có người đứng Theo nguyên tắc làm việc có loại phanh dừng đột ngột và phanh dừng êm dịu, phanh dừng đột ngột thường được áp dụng đối với loại thang máy có vận tốc cỡ 0.71m/s, theo kết cấu có các loại phanh như phanh kiểu nêm và kiểu cam Đối với loại thang máy có tốc độ trên 1m/s và các loại thang máy được sử dụng trong bệnh viện thì thường dùng loại phanh dừng êm dịu với bộ phận công tác là nêm hoặc kẹp Phanh an toàn thường lắp với cáp nâng(được sử dụng cho thang máy dùng tang cuốn cáp) và mắc với bộ hạn chế tốc độ(dùng cho thang máy sử dụng Puly

ma sát)

a> Phanh dừng đột ngột mắc với cáp nâng:

Loại phanh này thường dùng cho thang máy với tang cuốn cáp và thang máy chở hàng Có nhiều phương pháp dẫn động

+Phanh an toàn kiểu hình cam mắc với cáp nâng

đòn(3), đầu của tay đòn nối với cáp nâng bằng xích(4) Khi ca bin treo trên cáp nâng, cáp có độ căng và qua xích kéo tay

đòn(3) làm trục xoay và tạo ra khe hở giữa bánh cam(2) và ray dẫn hướng để ca bin có thể chuyển động bình thường Khi đứt cáp thì xích (4) chùng và lò xo(5) xoay trục(1) để ép bánh cam vào ray dẫn hướng Dưới tác động của lực ma sát giữa bánh cam và ray, ca bin đi xuống làm bánh cam tiếp tục xoay với

điểm tiếp xúc có đường kính lớn dần cho đến khi đủ giữ ca bin tựa trên trục dẫn hướng Hiện nay loại phanh này ít dùng và chỉ cho thang chở hàng loại nhỏ

+Phanh dừng đột ngột kiểu nêm mắc với cáp nâng

nêm (6) dịch lên trong vỏ của nó, đi hết khe hở và ép chặt vào thanh dẫn hướng (7),thực hiện một quá trình tự nêm để phanh

ca bin tựa trên các thanh dẫn hướng

b>Phanh dừng đột ngột mắc với bộ hạn chế tốc độ:

Tất cả các loại thang máy dùng Puly ma sát đều phải mắc phanh an toàn với bộ hạn chế tốc độ Sơ đồ nguyên lí đơn giản của cách mắc này như sau:

(Hình vẽ)

Khi làm việc ở chế độ bình thường lò xo (8) kéo tay đòn (4) xuống để đảm bảo cho quả nêm (6) không tiếp xúc với ray dẫn hướng (7) và ụ tì (10) đảm bảo khe hở giữa chúng Do đầu cánhtay đòn (4) nối với cáp hạn chế tốc độ màkhi ca bin chuyển

động nó kéo cáp (3) và quay bộ hạn chế tốc độ (9) Khi ca bin hạ với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép, tốc độ quay của bộ hạn chế tốc độ cũng tăng và tự dừng làm cáp (3) cũng dừng theo nhưngca bin vẫn tiếp tục đi xuống Do vậy mà cáp (3) của bộ hạn chế tốc độ qua đầu nối (2) tác động lên tay đòn (4), tay treo (5) và quả nêm (6) làm chúng có chuyển động tương đối đi lên

so với ca bin Quả nêm ăn hết khe hở với thanh dẫn hướng và tiếp xúc với nó, ca bin được dừng lại

5 Bộ hạn chế tốc độ

Bộ hạn chế tốc độ dùng để tác độnglên phanh an toàn để dừng ca bin khi tốc độ hạ ca bin vượt quá giá trị cho phép Giá trị cho phép này lớn hơn tốc độ danh nghĩa ít nhất là 15% vì Nếu lấy giá trị cho phép thấp hơn thì dễ xảy ra hiện tượng dừng

ca bin một cách ngẫu nhiên

Bộ hạn chế tốc độ có liên hệ với ca bin và quay khi ca bin chuyển động nhờ cáp của bộ hạn chế tốc độ Bộ hạn chế tốc độ thường được đặt trong buồng máy ở phía trên và để cáp không

bị xoắn và có độ căng đủ để truyền lực bằng ma sát người ta sử dụng một thiết bị gọi là thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ

Sơ đồ và nguyên lí hoạt động của bộ căng cáp hạn chế tốc độ như sau:

(Hình vẽ)

Khung (7) được gắn cứng với thanh dẫn hướng (3) của ca bin Dọc theo khung (7) có đối trọng (5) với ngàm dẫn hướng tựa lên khung (7).Đối trọng (5) được treo vào trục củaPuly (1) để kéo căng cáp (2) của bộ hạn chế tốc độ Trên khung (7) có vấu (6) còn trên đối trọng (5) có công tắc (4) để khi đứt cáp (2) hoặc hành trình của đối trọng đi quá giới hạn thì vấu (6) chạm vào công tắc (4) để ngắt mạch điện điều khiển động cơ dẫn động Một số thang máy còn sử dụng đối trọng dưới dạng công xôn để kéo căng cáp hạn chế tốc độ

Sơ đồ nguyên lí hoạt động của bộ hạn chế tốc độ:

(Hình vẽ)

Trên vỏ (15) có gắn cứngtrục nhờ đai ốc (16) Trên trục có lắp đĩa (1) cùngcác Puly (13) và (14) bằng ổ bi để chúng có thể quay tự do quanh trục Trên đĩa (1) có các chốt (2) để lắp các quảvăng (6) Các quả văng này liên hệ với nhau bằng thanh kéo (9) trên có lắp lò xo chịu nén (5) Lò xo (5) có một đầutì lên vấu (4) gắn trên đĩa (1), đầu kia tì lên vòng đệm (7) và đai ốc (8) trên thanh kéo (9) để có thể điều chỉnh độ nén của lò xo Như vậy, do vấu (4) gắn cố định trên đĩa nên lò xo (5) luôn có xu hướng đẩy thanh kéo (9) sang trái để đầu các quả văng (6) không chạm vào các vấu (3) của vỏ khi quay đĩa Với tốc độ quay bình thường, ứng với tốc độ danh nghĩa của ca bin, đĩa (1) quay dễ dàng và các quả văng ở vị trí không chạm vào vấu (3) trên vỏ Khi tốc độ ca bin vượt quá giới hạn cho phép, qua cáp hạn chế tốc độ vắt trên rãnh Puly (14), đĩa (1) cũng quay nhanh ứng với tốc độ tương ứng và lực li tâm của các quả văng tăng lên, ép lò xo (5) và tách các quả văng ra xa tâm quay làm đầu quả văng mắc vào vấu (3) và đĩa cùng Puly (13), (14) dừng lại Puly có rãnh hình thang nên với hệ số ma sát tính toán lớn nên khi nó dừng lại nó làm cho cáp hạn chế tốc độ vắt qua Puly dừng theo, cabin vẫn tiếp tục đi xuống nên cáp hạn chế tốc

độ tác động lên hệ tay đòn để phanh an toàn hoạt động Lò xo (5) càng bị nén thì lực ly tâm cần thiết để tách quả văng ra càng lớn, Nếu lực nén lò xo nhỏ thì dễ gây ra hiện tượng dừng ngẫu nhiên khi nó chuyển động với tốc độ danh nghĩa dẫn đến cần phải điều chỉnh lò xo sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt động với giá trị tốc độ quy định trong quy phạm của từng loại thang máy

6 Cabin, cửa cabin và cửa tầng

Cabin có dạng khối hộp được làm bằng các tấm thép ghép lại với nhau, trong thiết kế thang máy thì người ta phải tính toán diện tích sàn cabin sao cho phù hợp với yêu cầu, ví dụ như

đối với thang máy sử dụng trong bệnh viện thì phải thiết kế sao cho sàn cabin có diện tích lớn để có thể đưa cáng và bệnh nhân

đứng trong cabin được thoải mái, hoặc như đối với yêu cầu bài toán là thiết kế thang máy là 320kg thì phải thiết kế sao cho đủ diện tích ít nhất là 4 người trong thang

Cửa cabin và cửa tầng: Đây là các thiết bị yêu cầu có độ chính xác cao Một vấn đề đặt ra là phải có hệ thống liên động giữa cửa cabin và cửa tầng sao cho khi cabin đến cửa tầng thì

đồng thời cửa tầng và cửa cabin cùng mở ra để cho hành khách

ra hoặc để xếp dỡ hàng hoá, khi cabin chưa đến tầng thì cửa tầng phải thường xuyên đóng lại

7 Đối trọng

Đối trọng là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng Đối với thang máy có chiều cao nâng không lớn, người ta chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng lượng cabin và một phần tải trọng nâng, bỏ qua trọng lượng cáp nâng, cáp điện và không dùng cáp hoặc xích cân bằng Khi thang máy có chiều cao nâng lớn hơn 45m, trọng lượng cáp nâng và cáp điện là đáng kể nên người ta phải dùng cáp hoặc xích cân bằng và tính chính xác lại trọng lượng đối trọng Người

ta thường tính khối lượng của đối trọng theo công thức:

G đt =G bt +a.G (kg) Trong đó:

G bt :khối lượng buồng thang

G: khối lượng hàng

I.2.1.2 Thiết bị điện trong thang máy

Mạch điện của thang máy bao gồm những mạch sau:

1 Mạch động lực :

Là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động thang máy để đóng

mở động cơ dẫn động và phanh cơ khí của cơ cấu Hệ thống phải đảm bảo việc điều chỉnh tốc độ chuyển động của ca bin sao cho quá trình mở máy và phanh được êm dịu và dừng chính xác trước cửa tầng

2 Mạch điềukhiển :

Là hệ thống điều khiển tầng có tác dụng thực hiện một chương trình điều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng yêu cầu của thang máy Hệ thống điều khiển tầng có nhiệm vụ lưu trữ các lệnh di chuyển từ ca bin, các lệnh gọi tầng của hành khách và thực hiện các lệnh di chuyển hoặc dừng theo một thứ

tự ưu tiên nào đó của mạch điều khiển Sau khi thực hiện xong lệnh điều khiển thì xoá bỏ ; xác định và ghi nhận thường xuyên

vị trí ca bin và hướng chuyển động của nó

Hiện nay, hệ thống điều khiển bán tự động bằng tay gạt có người điều hành rất ít sử dụng, tất cả các hệ thống điều khiển hiện nay đều sử dụng dạng nút bấm gắn ở trong ca bin

3 Mạch tín hiệu :

Là hệ thống các đèn tín hiệu với các kí hiệu đã thống nhất hoá để báo hiệu trạng thái của thang máy, vị trí và hướng chuyển động của ca bin

4 Mạch chiếu sáng và quạt thông gió :

Mạch chiếu sáng là hệ thống đèn chiếu sáng cho ca bin,buồng thang máy, hố thang, đảm bảo được ánh sáng cho người sử dụng thang máy

Quạt thông gió được lắp trong cabin để đảm bảo cho người trong cabin cảm thấy luôn thoáng mát, chống gây tâm lý khó chịu cho người sử dụng thang máy, đối với các loại thang máy chở hàng thì đảm bảo cho hàng hoá không bị hư hoảng do tác

động của nhiệt độ

5 Mạch an toàn:

Là hệ thống các công tắc, rơ le, tiếp điểm nhằm bảo đảm

an toàn cho thang máy khi hoạt động Cụ thể là: bảo vệ quá tải cho động cơ, thiết bị hạn chế tải trọng nâng, các công tắc tơ hạn chế hành trình, các tiếp điểm tại cửa ca bin, cửa tầng, bộ hạn chế tốc độ

Mạch an toàn tự động ngắt điện đến mạch động lực để dừng thang hoặc không cho thang hoạt động được trong các trường hợp sau:

- Mất điện điều khiển, mất đường tiếp đất

(bộ hạn chế tốc độ và phanh an toàn làm việc )

căng cáp )

Ngoài ra, thang máy còn có cửa đẩy, đóng mở tự động Khi

đóng Nếu gặp chướng ngại vật thì mở cửa ra rồi đóng lại hoặc quá tải sẽ không đóng Thang máy chở người có nút bấm cấp cứu trong trường hợp khẩn cấp như: khi có hoả hoạn, hành khách bị mắc các chứng bệnh đột ngột (tim, huyết áp cao…) tức là khi bấm nút này thì ca bin hạ xuống tầng một và mở cửa

I.2.1.3 Các thiết bị dẫn động

Ngày nay hệ truyền động trong thang máy là dùng động cơ một chiều và xoay chiều Xu hướng hiện nay người ta thường chế tạo hệ truyền động với động cơ xoay chiều vì nó hiệu quả

kinh tế hơn và đáp ứng được yêu cầu về điều khiển và khởi

động động cơ Đi đôi với hệ truyền động thang máy bằng động cơ xoay chiều là các bộ biến tần, hệ thống này có ưu điểm là làm việc rất tin cậy vì không có tiếp điểm và có thể điều khiển được tốc độ động cơ để đạt được biểu đồ tốc độ tốt nhất của cabin Yêu cầu chung đối với động cơ điện là ít ồn, Roto của động cơ

có mô men quán tính lớn(để hạn chế gia tốc khi mở máy)

* Tính toán công suất động cơ truyền động thang máy:

Để tính chọn công suất động cơ thang máy cần phải có các thông số kỹ thuật sau

60

.w p

w(vòng/phút)

h : hiệu suất của cơ cấu nâng

Công suất tĩnh của động cơ khi có đối trọng được tính theo công thức sau:

Khi nâng

( ).1 ỳ 10-3

ỷ

ự ờ

ở

ộ

+

ở

ộ

+ +

=

h h

Trong đó:

k: Là hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và

đối trọng k = 1.15á1.3

G đt : Khối lượng của đối trọng

Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trọng ở những giờ cao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non

tải Cho nên đối với thang máy chở khách nên chọn a =0.35 –

0.4, còn đối với thang máy chở hàng, khi nâng thường là đầy tải

và khi hạ là không tải nên chọn a= 0.5

Tuy nhiên trong quá trình tính toán ta phải tính đến các lực cản trong quá trình truyền động

+ Lực vòng trên Puly ma sát do sự chênh lệch lực căng trên 2 nhánh cáp

+ Lực ma sát giữa ngàm dẫn hướng và ray dẫn hướng, lực này phụ thuộc vào ngàm dẫn hướng, độ chính xác khi lắp ráp và bôi trơn

+ Đối với thang máy tốc độ cao xuất hiện lực cản không khí trong giếng khi cabin chuyển động

Nhìn chung các lực này là không đáng kể do đó khi chọn thiết

bị ta chỉ việc nhân thêm với hệ số gọi là hệ số dự trữ từ 1.1á1.2

là đủ

Ngoài động cơ dùng để dẫn động cabin thì ta cũng phải tính toán đến động cơ dùng để mở cửa cabin và cửa tầng

I.2.2 Cấu tạo chung của thang máy

(Hình vẽ)

Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp,

hệ truyền động, hệ cơ khí phức tạp nhằm nâng cao năng suất và

đảm bảo an toàn khi vận hành Kết cấu sơ đồ bố trí của thang máy được giới thiệu như hình trên

Buồng thang 3 có hình khối hộp được treo lên Puly quán cáp kim loại (4) (thường từ 1 đến 5 sợi cáp) Buồng thang luôn được giữ thẳng đứng nhờ giá treo (7) và những con trượt dẫn hướng(là loại Puly có vỏ bọc cao su bên ngoài) Con trượt này cùng buồng thang và đối trọng di chuyển dọc thành giếng theo thanh trượt (9) Buồng thang được nâng lên hạ xuống nhờ thanh trượt dẫn hướng và động cơ (6) Động cơ này được nối trực tiếp qua cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp buồng thang sẽ được treo lên Puly quấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa Puly quấn cáp và động cơ có lắp hộp giảm tốc (5) với tỉ số truyền 18á120 Các thiết bị phụ như Puly truyền động của đối trọng và các thiết bị hành trình( báo thang đến tầng thấp nhất) thường được đặt trong hố giếng (11) Hố giếng của thang máy (11) là khoảng không gian từ mựt bằng sàn tầng (1)

đến đáy giếng Nếu hố giếng có độ sâu >2m thì phải làm thêm cửa ra vào Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm Phanh bảo hiểm giữ buồng thanh tại nơi đứt cáp, mất điện và khi tốc

độ vượt quá tốc độ cho phép, trước đây người ta hay sử dụng loại phanh bảo hiểm kiểu nêm nhưng hiện nay thì loại phanh kiểu kìm được sử dụng rộng rãi hơn, nó đảm bảo cho buồng thang dừng êm dịu hơn Phanh bảo hiểm kìm được lắp ở dưới buồng thang Khi tốc độ của thang bình thường thì 2 gọng kìm

sẽ trượt theo thanh dẫn hướng cùng với buồng thang Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có một cái nêm, khi tốc độ thang máy tăng thì nêm sẽ chin vào giữa 2 cánh tay đòn của kìm để hãm tốc độ nhờ được gắn với hệ thống truyền động bánh vit trục vít

Cùng với phanh bảo hiểm thang máy còn bố trí thêm cơ cấu hạn chế tốc độ Khi buồng thang di chuyển sẽ làm cho cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm quay Khi tốc độ buồng thang tăng, cơ cấu truyền đai sẽ làm cho hệ bánh vít-trục vít quay và gang kìm sẽ áp chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng do đó đã làm hạn chế được tốc độ của buồng thang

I.2.3 Phân loại

Tuỳ thuộc vào chức năng của thang máy có thể phân loại theo các nhóm sau:

thang máy có yêu cầu kỹ thuật rất cao, nó buộc phải có những tính năng kỹ thuật vượt trội so với các loại thang máy khác để

đáp ứng yêu cầu đó Loại thang máy này có thể cùng một lúc phục vụ nhiều tín hiệu trong một hành trình

thuật cao Ngoài các tính năng như chạy êm thì nó còn phải đáp ứng một yêu cầu kỹ thuật khác nữa là không phục vụ bất cứ tín hiệu nào khác khi đang phục vụ

kỹ thuật về đảm bảo an toàn không cao, quá trính chạy không cần êm, cơ cấu ít phức tạp

Ngoài phân loại theo chức năng người ta còn có thể dựa vào tải trọng

hoặc theo tốc độ của Thang máy để phân loại thang máy

Phân loại thang máy theo tốc độ di chuyển

I.2.4 Quá trình chuyển động không ổn địng của thang máy

Quá trình chuyển động không ổn định của thang máy gồm quá trình mở máy, quá trình phanh, quá trình tăng giảm tốc

độ với các thông số đặc trưng là gia tốc, thời gian mở máy, thời gian phanh, quãng đường mở máy, quãng đường phanh Việc tính toán chính xác và điều chỉnh hợp lí các thông số trên

có ý nghĩa quyết định đến mức độ chuyển động êm dịu của người và hàng trong ca bin, đến độ dừng chính xác của ca bin trước tầng

Phương trình chuyển động của ca bin:

M M t

dt

dn G

±

= 375

D 2

Trong đó:

GD 2 - mômen vôlăng tương đương của cơ cấu quy về trục động cơ (gồm các chi tiết máy quay và phần chuyển động tịnh tiến)

n - tốc độ quay của trục độnh cơ

thống cân bằng và do lực ma sát giữa ngàm và ray dẫn hướng quy về trục động cơ

M - mômen ở máy của động cơ (Mm) trong quá trình mở máy hoặc momen phanh trong quá trình phanh cabin (Mph)

I.2.4.1 Quá trình mở máy

Khi mở máy, động cơ điện thường có Mm ạ const và khi đó

phương trình vi phân trên có lời giải phức tạp Trong phép tính

thực tế, người ta coi Mm =const và quá trình mở máy là quá trình chuyển động nhanh dần đều Khi đó phương trình có dạng:

GD dt

t m

m =375 ±

2

Dẫn đến thời gian mở máy:

( ) o

t m

M M

GD t

±

= 375

2

Trong đó :

n o - tốc độ quay ổn định của động cơ Với tốc độ quay no,

n o:tính theo vg/ph

i o = a.i tỉ số truyền chung với i là tỉ số truyền của cơ cấu

và a là bội suất của palăng (Nếu

3 2

2

10 45

.

2 1

GD i

M M gD t

v a

M M i

n GD D v

t S

o

t m

m m

t m o

o o

m m

.

0

i

D P

M t = Trong đó :

h : hiệu suất chung của truyền động

I.2.4.2.Quá trình phanh

Để đảm bảo mức độ êm dịu và độ dừng chính xác khi phanh, trong các thang máy chở người, trước khi phanh cơ khí làm việc, người ta thường hạ tốc độ quay của động cơ xuống tốc độ

quay nhỏ n 0 Ta xét hai trường hợp : Động cơ một tốc độ và

động cơ hai tốc độ Đối với động cơ có thể điều chỉnh nhiều tốc

GD dt

t ph ph

) (

375

.

' 0 2

t ph ph

M M

n GD t

0 2

10 45

.

t ph ph

M M i

n GD D S

'

.

2

GD i

M M D g

Dấu của mô men tĩnh cũng lấy theo trạng làm việc như sau:

năng) để giảm tốc độ quay từ n0xuống n n

Các thông số đặc trưng của giai đoạn 1:

) (

375

) (

' 0 2 1

t dc

n ph

M M

n n GD t

10 45

) (

.

' 0

3 0 2 1

t dc

n ph

M M i

n n GD D S

.

) (

2

GD i

M M D g

Giai đoạn 2, phanh cơ khí, vớí mô men phanh M ph , hoạt và

tốc độ quay giảm từ n n xuống 0 Các thông số t ph2 , s ph2 và a ph2

được xác định như sau:

) (

375

.

'

2 2

t ph

n ph

M M

n GD t

±

=

) (

10 45

.

' 0

3

2 2

t ph

n ph

M M i

n GD D S

.

) (

2

GD i

M M D g

=

I.2.4.3 ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ dật đối với hệ truyền

động thang máy

Một trong những yêu cầu quan trọng đối với hệ truyền động

của thang máy là phải đảm bảo độ êm diụ khi chuyển động

Cabin thang khi chuyển động êm hay không phụ thuộc chính

vào gia tốc khi mở máy và khi hãm máy(phanh) Các tham số

chính đặc trưng cho các quá trình mở máy và hãm là: tốc độ di

chuyển v(m/s), gia tốc a(m/s 2 ), độ giật J(m/s 3 )

Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của

thang máy và có ý nghĩa quan trọng nhất là đối với các nhà cao

tầng Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy

cao tốc (v=3,5 m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển

trung bình của thang đạt gần bằng tốc độ định mức Nhưng

việc tăng tốc độ lại dẫn dến tăng giá thành của thang máy Nếu

tăng tốc độ của thang máy v=0.75 m/s lên v=3.5 m/s giá thành

tăng lên từ 4 đến 5 lần Như vậy tuỳ độ cao tong nhà và các yêu cầu kỹ thuật mà ta chọn tốc độ thang máy sao cho phù hợp Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và hãm máy có nghĩa là tăng gia tốc Nhưng một vấn đề khó khăn là khi gia tốc lớn sẽ gây cảm giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, ngạt thở…), bởi

vậy gia tốc tối ưu là a Ê 2 m/s 2

Số liệu gia tốc đối với mỗi loại thang máy phổ biến được đưa ra

Độ giật là đại lượng đặc trưng cho tốc độ tăng của gia tốc khi

mở máy và độ giảm của gia tốc khi hãm, hay nói cách khác đó

là đạo hàm bậc nhất của gia tốc và là đạo hàm bậc 2 đối với vận tốc J= da/dt Độ giật có ảnh hưởng lớn đến đệ êm dịu của cabin Khi gia tốc a<2m/s 2 thì độ giật <20m/s 3

Hình dưới đây là biểu đồ làm việc của thang máy ở tốc độ trung bình và tốc độ cao, ở biểu đồ làm việc này thì chia chu kỳ làm việc thành 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của cabin:

mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, cabin đến tầng, hãm dừng Biểu đồ này đạt được khi dùng hệ truyền động một chiều Nếu dùng hệ truyền động với động cơ xoay chiều thì chỉ đạt được biểu đồ gần giống

I.4.2.4 Dừng chính xác buồng thang

Buồng thang của thang máy cần dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi ấn nút dừng ( hay gặp lệnh dừng trong mạch điều khiển) là một trong các yếu tố quan trọng trong yêu cầu kỹ thuật điều khiển thang máy Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau :

vào khó khăn, tăng thời gian ra vào của hành khách dẫn đến

a, J S,v

giảm năng suất, gây nên tâm lý khó chịu cho hành khách mỗi khi

ra vào cabin

bốc xếp hàng hoá, có thể một số trường hợp gây ra không thể bốc giở được

hiểm đến tính mạng của bệnh nhân, gây khó khăn trong việc di chuyển bệnh nhân từ cabin lên sàn tầng

Để khắc phục hậu quả đó, tức là khi ấn nút bấm hoặc gặp lệnh điều khiển thì cabin của thang máy dừng đúng sàn tầng nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau:

- Hỏng thiết bị điều khiển

Để dừng chính xác buồng thang theo yêu cầu đặt ra thì cần tính đến một nửa hiệu số hai quãng đường trượt khi phanh buồng thang đầy tải và phanh buồng thang khi không tải theo cùng một hướng di chuyển Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dừng chính xác buồng thang gồm: mômen của cơ cấu phanh, mômen quán tính của buồng thang và tốc dộ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác

Quá trình hãm buồng thang xảy ra như sau:

-Khi buồng thang đến gần sàn tầng, công tắc tầng chuyển

đổi tầng cấp lệnh lên hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang Trong thời gian Dt (thời gian tác động của thiết bị điều khiển ) buồng thang đi được một quãng đường là:

S' = v0 Dt (m)

Trong đó:

v 0: tốc độ lúc bắt đầu hãm

Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang, trong quá trình này buồng thang đi được một quãng đường là: (F ph F c)

v m S

±

= 2

2 0

2

2 0

"

c

ph M M i

D J S

w 0 : tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh(rad/s)

D: đường kính Puly kéo cáp

2

2

D J t

v S S S

± +

D

= +

Các công tắc tầng(các senser) đặt cách sàn tầng một khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở hiệu hai quãng

-= D

Trong đó:

S1:quãng đường trượt nhỏ nhất của buồng thang khi phanh S2 : quãng đường trượt lớn nhất của buồng thang khi phanh

Thường sai số này nằm trong khoảng DS = ±5á150(mm), sai số lớn hay bé tuỳ thuộc vào việc chúng ta sử dụng loại động cơ nào trong hệ truyền động Các thông số được thể hiện qua bảng

Hệ truyền động

điều chỉnh tốc độ

Tốc độ

di chuyển v(m/s)

Gia tốc a(m/s 2

)

dừng chính xác khi dừng DS(mm)