TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ TỐI ƯU HOÁ KẾT CẤU CƠ KHÍ THANG MÁY TẢI THỰC PHẨM DESIGN, MANUFACTURING AND OPTIMIZING THE MECHANICAL STRUCTURE OF FOOD ELEVATOR NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Trang 1ĐOÀN MẠNH CƯỜNG
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ TỐI ƯU HOÁ KẾT CẤU CƠ KHÍ
THANG MÁY TẢI THỰC PHẨM
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 60520103
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2020
Trang 2Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Thanh Long
4 PGS TS Nguyễn Ngọc Phương (Uỷ viên)
5 TS Bành Quốc Nguyên (Thư ký)
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)
PGS TS Nguyễn Hữu Lộc PGS TS Nguyễn Hữu Lộc
Trang 3NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Đoàn Mạnh Cường MSHV: 1770525
Ngày, tháng, năm sinh: 02/05/1991 Nơi sinh: DakGlei – Kon Tum
Chuyên ngành: Cơ khí Chế tạo máy Mã số : 6520103
I TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ TỐI ƯU HOÁ KẾT CẤU CƠ KHÍ THANG
MÁY TẢI THỰC PHẨM (DESIGN, MANUFACTURING AND OPTIMIZING THE
MECHANICAL STRUCTURE OF FOOD ELEVATOR)
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng Quan, Phương Pháp Nghiên Cứu, Phân Tích Và Chọn
Lựa Phương Án Thiết Kế, Tính Toán Thiết Kế Và Mô Phỏng 3d, Chế Tạo Các Chi Tiết Chịu Lực, Hệ Thống Điều Khiển, Hướng Dẫn Vận Hành Bảo Hành Và Bảo Trì Thang Máy Thực Phẩm, Kết Luận Và Hướng Phát Triển
II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019
III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TIẾN SĨ LÊ THANH LONG
Tp HCM, ngày 05 tháng 08 năm 2020.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
TS Lê Thanh Long GS TS Nguyễn Thanh Nam
TRƯỞNG KHOA
PGS TS Nguyễn Hữu Lộc
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Tiến Sĩ Lê Thanh Long đã tận
tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Đó
là nguồn động lực lớn nhất giúp Em có thể hoàn thành đề tài này
Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể anh em Công ty TNHH Kỹ thuật Thương mại Thái Hoàng Phát đã đồng hành thời gian và kinh nghiệm để giúp em về kỹ thuật
và máy móc để thực hiện mô hình trong Luận Văn
Bên cạnh đó, Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy, Cô đã trực tiếp giảng dạy Em trong suốt khoá học, những người bạn đã quan đã quan tâm, chia sẻ những kiến thức trong quá trình học cũng như nghiên cứu luận văn
Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, chia sẻ, hỗ trợ và hết lòng động viên của gia đình trong suốt thời gian qua Đây là thành quả nỗ lực của học viên thực hiện, tuy nhiên còn nhiều sai sót do trình độ hạn chế
Sau cùng, Em xin gửi lời chúc sức khoẻ, hạnh phúc đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè
Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 8 năm 2020
Học viên thực hiện
Đoàn Mạnh Cường
Trang 5TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Hiện nay nhu cầu về thang máy của Việt Nam ta đang rất lớn, so với các đất nước phát triển, tiềm năng cho ngành thang máy là thật sự đáng để đầu tư lâu dài Bắt kịp xu hướng đó cũng như là chuẩn bị kỹ lưỡng để gia nhập vào ngành cơ khí đầy tiềm năng này, cần có đầu tư nghiêm túc (vật chất, công nghệ, con người, kỹ thuật…) Chính vì lý do đó, em lựa chọn đề tài này để chuẩn bị chuẩn hóa kỹ thuật cũng như công nghệ sẽ áp dụng cho thang thực phẩm (vì lý do thời gian không cho phép, em xin được nghiên cứu thang thực phẩm để làm tiền đề phát triển cho thang máy tải
khách, tải hàng và thang homelift) Đề tài: Thiết kế, chế tạo và tối ưu hoá kết cấu cơ khí thang máy tải thực phẩm là phần đầu cho quá trình sản xuất và đưa ra thị trường
1 dòng thang được chuẩn hóa, tính toán được và có thể áp dụng phổ phông trên thị trường Luận văn có dựa trên kinh nghiệm áp dụng thực nghiệm, thay đổi và phát triển thêm để ra kết quả cuối cùng Luận văn gồm 6 phần: Phần 1: Tổng Quan, Phần 2: Phương Pháp Nghiên Cứu, Phân Tích Và Chọn Lựa Phương Án Thiết Kế, Phần 3: Tính Toán Thiết Kế Và Mô Phỏng 3d, Phần 4: Chế Tạo Các Chi Tiết Chịu Lực, Phần 5: Hệ Thống Điều Khiển, Phần 6: Hướng Dẫn Vận Hành Bảo Hành Và Bảo Trì Thang Máy Thực Phẩm, Phần 7: Kết Luận Và Hướng Phát Triển
Trang 6ABSTRACT
Currently, Vietnam's demand for elevators is huge, compared to developed countries, the potential for the elevator industry is really worth a long-term investment Catching up with that trend is well prepared to enter this potential mechanical industry, which requires serious investment (material, technology, people, engineering ) For that reason, I chose this topic to prepare to standardize the techniques as well as the technology that will apply to the food elevator (because time does not allow, I would like to study the food elevator to do development premise for passenger lift, freight elevator and homelift elevator) Thesis: Designing, manufacturing and optimizing the mechanical structure of the food elevator is the first part of the production and marketing process of a standardized, computable and applicable elevator lines fonts on the market Thesis is based on the empirical application, change and further development to produce the final results The thesis consists of 6 parts: Part 1: Overview, Part 2: Research Methodology, Analysis and Selection of Design Plan, Part 3: Computation of Design and 3d Simulation, Part 4: Manufacturing Details Bearing, Part 5: Control System, Part 6: Manual for Food Elevator Warranty and Maintenance, Part 7: Conclusion and Development Direction
Trang 7LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết rằng Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ :” THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ TỐI ƯU HOÁ KẾT CẤU CƠ KHÍ THANG MÁY THỰC PHẨM” là công trình nghiên cứu cá nhân dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Lê Thanh Long Nếu có bất cứ sự gian lận nào tôi xin chịu hoàn hoàn toàn trách nhiệm và mọi kỷ luật theo quy định của Khoa và Nhà trường đề ra
Tp Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 08 năm 2020
Học viên thực hiện
Đoàn Mạnh Cường
Trang 8MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ V ABSTRACT VI LỜI CAM ĐOAN VII MỤC LỤC VIII DANH MỤC HÌNH ẢNH X DANH MỤC BẢNG BIỂU XIIII
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Tổng quan về sự phát triển thang máy 1
1.2 Tổng quan về thang máy 2
1.3 Tổng quan về thang máy tải thực phẩm 4
1.4 Mục tiêu và ý nghĩa 5
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ CHỌN LỰA PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 6
2.1 Yêu cầu chung 6
2.2 Phương pháp nghiên cứu 7
2.3 Cơ sở lý thuyết và các nguyên lý có thể sử dụng 7
2.4 Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế 9
2.5 Thiết kế hình dáng tổng quan thang máy 11
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 3D 15
3.1 Đặt vấn đề 15
3.2 Tính toán thiết kế sơ bộ thang máy thực phẩm 15
3.2.1 Cơ sở tính toán công suất và lựa chọn động cơ 15
3.2.2 Bản vẽ tổng thể 27
3.2.3 Chi tiết các thành phần chịu lực chính 27
3.3 Phân tích động lực học 32
3.4 Lựa chọn vật liệu và ứng suất chảy dẻo 33
3.5 Phát triển bài toán tối hưu hoá 37
3.5.1 Lựa chọn kết cấu hình học……… 37
3.5.2 Các điều kiện ràng buộc……….37
3.6 Sử dụng phương pháp quy hoạch hỗn hợp đối xứng bậc hai dạng B để giải bài toán tối ưu hoá 40
Trang 9CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT CHỊU LỰC 69
4.1 Mô hình hoá chi tiết 69
4.2 Quy trình chế tạo chi tiết 69
4.2.1 Sử dụng phần mềm Autocad 2D 69
4.2.2 Vận hành thao tác trên máy CNC Plasma 72
4.2.3 Xử lí bavia 72
4.2.4 Chấn chi tiết theo bản vẽ chế tạo 72
4.2.5 Xử lí hoàn thiện chi tiết 72
4.2.6 Sơn hoàn thành sản phẩm 72
4.3 Bản vẽ chi tiết chế tạo 72
4.4 Thực hiện các quy trình 73
4.5 Lắp ghép và thử nghiệm thực tế 73
CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, HƯỚNG DẪN VẬN HÀNH BẢO HÀNH VÀ BẢO TRÌ THANG MÁY THỰC PHẨM 78
5.1 Hệ thống điều khiển 78
5.1.1 Tính tiết diện dây động lực 78
5.1.2.Thiết bị điện 79
5.1.3.Tủ điện điều khiển 82
5.1.4 Hệ thống an toàn 83
5.2 Hướng dẫn vận hành và bảo trì thang máy thực phẩm 84
5.2.1 Hướng dẫn vận hành thang máy 84
5.2.2 Bảo trì thang máy 87
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO 98
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 99
Trang 10x
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Máy cày xới đất – nông nghiệp 1
Hình 1.2 Máy tưới nước – nông nghiệp 1
Hình 1.3 Điện thoại di động – thiết bị thiết yếu cho con người 1
Hình 1.4 Thang máy buổi còn sơ khai 3
Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế ý tưởng 11
Hình 2.2 Sơ đồ tổng quan thang máy 12
Hình 2.3 Nhóm yếu tố trong lượt đồ hệ thống thang máy 12
Hình 2.4 Sơ đồ bố trí thang máy trong hố thang 13
Hình 2.5 Giản đồ bố trí thang máy 14
Hình 2.6 Hình chiếu thang máy có đối trọng nằm sau cabin 14
Hình 3.1 Giản đồ moment 16
Hình 3.2 Moment cản thế năng 16
Hình 3.3 Moment ma sát 17
Hình 3.4 Trạng thái làm việc động cơ 18
Hình 3.5 Giản đồ động cơ có hộp số 19
Hình 3.6 Động cơ Mitsubishi 2,2Kw 26
Hình 3.7 Bản vẽ tổng thể mặt bằng thang máy 27
Hình 3.8 Hình ảnh 2D đầu trâu trên Cabin 28
Hình 3.9 Hình ảnh 3D đầu trâu trên Cabin 28
Hình 3.10 Hình ảnh 2D đầu trâu dưới Cabin 28
Hình 3.11 Hình ảnh 3D đầu trâu dưới Cabin 29
Hình 3.12 Hình ảnh 2D gióng Cabin 29
Hình 3.13 Hình ảnh 3D gióng Cabin 29
Hình 3.14 Hình ảnh 2D đầu trâu trên Đối trọng 30
Hình 3.15 Hình ảnh 3D đầu trâu trên Đối trọng 30
Hình 3.16 Hình ảnh 2D đầu trâu dưới Đối trọng 30
Hình 3.17 Hình ảnh 3D đầu trâu dưới Đối trọng 31
Hình 3.18 Hình ảnh 2D gióng Đối trọng 31
Hình 3.19 Hình ảnh 3D gióng Đối trọng 31
Hình 3.20 Thép tấm SS400 34
Hình 3.21 Giản đồ thiết kế và chế tạo sản phẩm 41
Hình 3.22 Mặt cắt đầu trâu trên Cabin 42
Hình 3.23 Sử dụng Simulation trong Solidwork kiểm nghiệm hệ số an toàn FOS 44
Hình 3.24 Biểu đồ anh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy 45
Hình 3.25 Biểu đồ anh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy sau khi điều chỉnh 46
Hình 3.26 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy 48
Hình 3.27 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy sau khi điều chỉnh 49
Hình 3.28 Hình ảnh đầu trâu trên Cabin sau khi đã kiểm nghiệm 51
Trang 11Hình 3.29 Hình ảnh đầu trâu dưới Cabin sau khi đã kiểm nghiệm 51
Hình 3.30 Sử dụng Simulation trong Solidwork kiểm nghiệm hệ số an toàn FOS 52
Hình 3.31 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy 54
Hình 3.32 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy sau khi sau khi đã điều chỉnh 55
Hình 3.33 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy 57
Hình 3.34 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy sau khi đã điều chỉnh 57
Hình 3.35 Hình ảnh đầu trâu trên Đối trọng sau khi đã kiểm nghiệm 59
Hình 3.36 Hình ảnh đầu trâu dưới Đối trọng sau khi đã kiểm nghiệm 60
Hình 3.37 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy 62
Hình 3.38 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy sau khi điều chỉnh 62
Hình 3.39 Hình ảnh Gióng Cabin sau khi đã kiểm nghiệm 64
Hình 3.40 Biểu đồ ảnh hưởng ẩn đến phương trình hồi quy 66
Hình 3.41 Hình ảnh Gióng Đối trọng sau khi đã kiểm nghiệm 68
Hình 4.1 Bản vẽ gộp chi tiết 69
Hình 4.2 Cài đặt các thông số 70
Hình 4.3 Các kiểu cắt và thông số liên quan 70
Hình 4.4 Đường cắt vật liệu 71
Hình 4.5 Mô phỏng dao 71
Hình 4.6 File G Code 72
Hình 4.7 Cài đặt và chạy máy cắt CNC Plasma 73
Hình 4.8 Chấn chi tiết 74
Hình 4.9 Loại bỏ bavia bằng máy mài 74
Hình 4.10 Đầu trâu trên và dưới Cabin 75
Hình 4.11 Đầu trâu trên và dưới Đối trọng 76
Hình 4.12 Gióng Cabin 77
Hình 4.13 Gióng Đối trọng 77
Hình 5.1 Aptomat Panasonic 79
Hình 5.2 Khởi động từ Chint 80
Hình 5.3 Mạch điều khiển chiều quay động cơ 80
Hình 5.4 Biến tần FUJI 3.7Kw 81
Hình 5.5 PLC Mitsubishi Fx-3G 81
Hình 5.6 Tủ điều khiển thang máy 82
Hình 5.7 Bảng gọi tầng thang máy 84
Trang 12DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Bảng thiết lập ý tưởng 9
Bảng 2.2 Bảng so sánh ý tưởng 10
Bảng 3.1 Cơ tính của thép tấm SS400 34
Bảng 3.2 Độ cứng và nhiệt luyện thép tấm SS400 35
Bảng 3.3 Các sản phẩm thép tấm SS400 35
Bảng 3.4 Bảng tra thép cùng cấp bền 4,6 36
Bảng 3.5 Bảng giá trị đầu vào phương trình hồi quy Cabin 42
Bảng 3.6 Bảng giá trị sử dụng phương pháp Response Surface trong Minitab 43
Bảng 3.7 Bảng giá trị đầu trâu trên Cabin 44
Bảng 3.8 Bảng giá trị đầu trâu dưới Cabin 47
Bảng 3.9 Bảng giá trị đầu vào phương trình hồi quy Đối trọng 52
Bảng 3.10 Bảng giá trị đầu trâu dưới Đối trọng 53
Bảng 3.11 Bảng giá trị đầu trâu dưới Đối trọng 56
Bảng 3.12 Bảng giá trị Gióng Cabin 61
Bảng 3.13 Bảng giá trị Gióng đối trọng 65
Bảng 5.1 Danh mục kiểm tra định kỳ mỗi tháng 92
Bảng 5.2 Danh mục kiểm tra định kỳ 6 tháng 94
Trang 13CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về sự phát triển máy móc
Hiện nay, với nhu cầu phát triển kinh tế thị trường nhanh chóng kéo theo sự phát triển về đời sống của người dân được nâng cao Con người dần đưa thiết bị máy móc vào
để phục vụ đời sống của con người qua hàng ngàn thế hệ Từ máy móc sử dụng trong nông nghiệp đến máy móc sử dụng cho đời sống cá nhân con người tốc độ phát triển đã trở thành một phần tất yếu cho con người ngày nay
Hình 1.1 Máy cày xới đất – nông nghiệp Hình 1.2 Máy tưới nước – nông nghiệp
Hình 1.3 Điện thoại di động – thiết bị thiết yếu cho con người
Trang 141.2 Tổng quan về thang máy
Khi mà đất ngày càng thu hẹp, con người ngày càng có nhu cầu sử dụng cao, hình thành các tầng lầu, và để di chuyển giữa các tầng liên tục với nhau con người hiện đang
sử dụng cầu thang bộ, tuy nhiên vì nhiều lý do đặc thù, di chuyển cầu thang bộ khó khăn nên con người đã sáng chế ra thang máy
Thang máy là một dạng của máy nâng chuyển, là phương tiện con người chế tạo ra
để vận chuyển người hoặc hàng hóa theo phương thẳng đứng Thang máy có quá trình phát triền lâu dài, từ cơ cấu kéo đơn sơ từ thời xa xưa đến cơ cấu chấp hành và điều khiển hiện đại như ngày nay
Thang máy đầu tiên được chế tạo năm 1743 dưới thời vua LOUIS XV Ở thời kỳ
đó, người ta thiết kế thang máy rất đơn giản dựa theo nguyên lý đối trọng, chỉ chở một người lên những ngôi nhà 2 tầng Sau đó, thang máy dần được cải tiến để phổ biến hơn vào những thập niên 80 với thang máy cơ học, thang máy thuỷ lực- piston, thang máy điện có khả năng đưa nhiều người hơn, lên những ngôi nhà 5 tầng Lúc đầu bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng bằng tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp
Cơ cấu có đối trọng – đơn giản, thang máy xưa chỉ đơn giản gồm một đầu nối với cần trục thông qua dây thừng hay dây cáp, đầu kia nối với bệ đỡ vận chuyển với cơ cấu truyền động là hơi nước và piston thuỷ lực:
Trang 15Hình 1.4 Thang máy buổi còn sơ khai
Việc vận chuyển con người và hàng hóa trên thang máy đã khẳng định sự hiệu quả
so với cầu thang bộ, ròng rọc kéo : Tốc độ cao, độ ổn định lớn, độ an toàn cao, không gian tiết kiệm hơn với cầu thang bộ Tuy có rất nhiều ưu điểm như vậy, song bên cạnh
đó việc chế tạo thang máy phải đảm bạo độ an toàn rất khắt khe, quá trình vận hành phải đảm bảo qua trình bảo trì, duy tu, bảo dưỡng đúng thời hạn và đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Dần đà con người đã thiết kế, chế tạo và cải tiến ra nhiều dòng thang máy khác nhau để phục vụ nhu cầu tất yếu đó, ví dụ như:
Thang máy tải khách: Thang máy thông dụng chuyên phục vụ cho các văn phòng, Công ty, khách sạn, siêu thị… cho bạn cảm giác nhẹ nhàng, thoải mái
Thang cuốn: Thang máy phù hợp cho các nhà hàng, khách sạn, siêu thị với
vẻ đẹp sang trọng và hiện đại
Thang máy tải hàng: Thang máy được dùng để vận chuyển hàng hóa Tải trọng lớn, kích thước cabin rộng có thể chở được nhiều hàng hóa hay dùng cho các khu công nghiệp, xưởng sản xuất
Trang 16 Thang máy bệnh viện (thang máy tải giường bệnh): Thang máy chuyên dụng cho các bệnh viện để chở băng ca và bệnh nhân đem lại cảm giác yên tâm, dễ chịu cho người bệnh
Thang máy thủy lực: Thang máy chuyên chở các vật siêu nặng Chỉ cần nhấn nút hàng tấn hàng trong nháy mắt đã ở vị trí bạn mong muốn
Thang máy tải ô tô: Thang chuyên dùng để nâng ô tô, an toàn nhanh chóng
và chính xác Thích hợp cho các chung cư, khu để xe ô tô…
Thang máy thực phẩm: Thang chuyên dùng để vận chuyển thức ăn đồ uống nhanh chóng và giảm thiểu thời gian cũng như nhân lực
Đối với đề cương luận văn này thì đi sâu vào nhu cầu thang thực phẩm đón đầu xu thế ngày nay
1.3 Tổng quan về thang máy tải thực phẩm
Trong một nhà hàng, hay trường học lớn, để phục vụ bữa ăn cho số lượng lớn người
ở các tầng, người ta thường chế biến thực phẩm thức ăn ở bên dưới tầng trệt Sau đó vận chuyển lên trên các tầng để người phục vụ bưng đến thực khách Việc này đòi hỏi phải
có thang máy tải thực phẩm Tất nhiên là tòa nhà cao tầng ắt hẳn phải có thang máy tải khách, để vận chuyển con người lên xuống, nhưng việc bưng bê thức ăn trong thang máy tải khách rất bất tiện và mất vệ sinh, không có tính chuyên nghiệp cao
Tầm quan trọng thang máy tải thực phẩm không chỉ nói miệng mới thấy rõ được,
mà chỉ có những người thường hay sử dụng loại thang máy này mới thấu hiểu được sự cần thiết của nó trong công việc Với sự cạnh tranh giữa các nhà hàng, quán ăn thì tốc
độ phục vụ món ăn cho thực khách luôn luôn là yếu tố xem xét đầu tiên Với lượng thức
ăn nhiểu, người phục vụ nhà bếp không thể nào bưng bê thức ăn bằng cầu thang bộ trong suốt giờ làm việc Điều này rất mất thời gian, chi phí và chất lượng món ăn, đôi khi thức
ăn có thể bị đổ hay nguội
Trang 17Cấu tạo đơn giản của hệ thống này có những đặc điểm sau:
Có tải trọng nhỏ, chỉ dùng để vận chuyển thực phẩm, có 2 loại cơ bản: thang máy chở hàng có kèm người đi kèm hoặc không kèm người
Điểm dừng ở ngang lưng chừng, giúp người sử dụng dễ dàng lấy thực phẩm, thực ăn đồ uống mà không cần phải kiễng chân hay cúi thấp người xuống
Thiết kế thang máy tải hàng với kích thước rất nhỏ, con người không thể
đi vào trong cabin
Sang trọng, đảm bảo vệ sinh, hầu hết các kết cấu cabin, cánh cửa đều được làm bằng inox cao cấp, không gỉ, sáng bóng, kháng va chạm, chầy xước tối đa
1.4 Mục tiêu và ý nghĩa
Hiện nay trên thế giới có nhiều thang thực phẩm từ nhiều hãng khác nhau như:
Mitsubishi, Kone, Hitachi… Tuy nhiên mang đặc thù là nhập nguyên chiếc từ nước ngoài
nên giá các loại thang này còn cao và khách hàng khó tiếp cận các dòng thang này Vậy nên đã xuất hiện dòng thang này đã sản xuất trong nước (phần động cơ, tủ điện và linh kiện qua trọng được nhập khẩu, chỉ có phần khung sắt được sản xuất trong nước) làm cho giá thang đã thấp và góp phần đưa dòng thang này đến tận tay khách hàng nhanh chóng hơn, tuy nhiên vì lợi nhuận và tìm hiểu cơ cấu chưa thực sự quan trọng nên gây
ra nhiều trường hợp hư hỏng thang và chi phí đội cao nhiều lần
Trang 18CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ
CHỌN LỰA PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1 Yêu cầu chung
2.1.1 Yêu cầu chung khi thiết kế và chế tạo
Máy phải đảm bảo được khả năng làm việc kiên tục, các chi tiết máy được thiết kế phải đảm bảo độ bền, độ cứng vững, độ ổn định
Tính công nghệ cao: Các chi tiết được thiết kế phải đảm bảo dễ chế tạo, tốn ít thời gian và chi phí, tốn ít nguyên vật liệu…
Mức độ tiêu chuẩn hóa cao: sử dụng nhiều chi tiết tiêu chuẩn để hạ giá thành sản phẩm và dễ dàng thay thế sau này
Yêu cầu về nguyên vật liệu: Vật liệu các chi tiết máy được chọn sao cho phù hợp với điều kiện làm việc, đảm bảo khả năng làm việc với lượng vật liệu tiêu tốn là ít nhất Máy có kích thước nhỏ gọn
Giá cả đảm bảo được nhu cầu của khách
2.1.2 Yêu cầu khi vận hành
Đảm bảo được năng suất là 24 m/phút (0.4 m/s)
2.1.3 Yêu cầu về vệ sinh an toàn
Được che chắn tốt, đảm bảo thức ăn không ra ngoài trong quá trình vận chuyển
Hạn chế mùi thức ăn ra ngoài
Vệ sinh sạch sẽ trong khi sử dụng hoặc nghĩ giữa giờ
Trang 192.2 Phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Đặc tính sử dụng
Mục đích chủ yếu là vận chuyển vận chuyển hàng hóa nhẹ hoặc thực phẩm (thức
ăn, đồ uống) trong nhà hàng, nhà ăn, nơi ăn uống cao cấp
2.2.2 Về đặc tính
Hệ thống thang máy phải làm việc hoàn toàn tự động, dễ vận hành, vận chuyển nhanh, ổn định, liên tục trong thời gian làm việc
2.2.3 Mức độ an toàn
Phải đảm bảo tuyệt đối an toàn cho người sử dụng thang máy
Qua kết quả khảo sát ở trên ta rút ra các yêu cầu khách hàng như sau:
Trang 20bộ chống rơi (Governor), hệ thông phanh cơ khi có sự cố, hệ thống chống quá tải, sụt áp, mất pha…
b Phương án 2:
Thang máy được cấp năng lượng hoạt động bằng hệ thống thủy lực đẩy trực tiếp từ phía dưới cabin Cơ cấu dừng ở các tầng là dùng các cử hành trình với sự điều khiển của PLC Toàn bộ cơ cấu thủy lực đều đặt ở phía dưới hố thang Thiết bị an toàn gồm các Valve cân bằng, hệ thống liên lạc
c Phương án 3:
Thang máy được cấp năng lượng hoạt động bằng động cơ điện một chiều có thông qua hộp giảm tốc Ca bin lên xuống nhờ hệ thống xích Cơ cấu dừng ở các tầng là dùng phanh hãm động cơ Hệ thống an toàn bao gồm bộ điều tốc, giới hạn tốc độ, hệ thông liên lạc
Trang 21Bảng 2.1 Bảng thiết lập ý tưởng
2.4 Đánh giá ý tưởng, chọn phương án thiết kế
Cả 3 phương án đều có kết cấu đơn giản:
Phương án 1: Có ưu điểm là kết cấu bộ phận điều khiển thay đổi tốc độ để tăng
hay giảm momen thì đơn giản hơn, vì được điều khiển bằng tín hiệu điện, độ êm tốt hơn
và không gây tải liên tục lên động cơ
Phương án 2: Điều khiển bằng hệ thống thủy lực, an toàn nhưng bị hạn chế bởi
chiều cao mà thang máy loại này có thể đáp ứng Việc điều khiển cũng khá đơn giản nhưng vận tốc thì chậm hơn so với các loại kia
năng lượng
Động cơ điện xoay
Động cơ điện 1 chiều chuyển động xích
Vô cấp bằng biến đổi tần số và điện áp (VVVF) Tang cuốn
bánh răng
Đẩy từ phía dưới
ca bin
Phía trên nóc ca bin
Bộ giới hạn vận tốc, chống quá tải
Trang 22 Phương án 3: Sử dụng bộ biến tốc bằng cơ nên kết cấu sẽ phức tạp nhưng tính ổn
định của nó cao Bộ truyền xích gây tiếng ồn lớn và gây nguy hiểm và gây tải liên tục lên động cơ
Ma trận ra quyết định cho bài toán thiết kế thang máy tải thực phẩm:
Bảng 2.2 Bảng so sánh ý tưởng
hợp nhất cho quá trình thiết kế sản phẩm thang máy
Trang 232.5 Thiết kế hình dạng tổng quan thang máy
Sau khi ta đã có ý tưởng thiết kế thang máy, ta tiến hành thiết kế sản phẩm thang
máy
Trung tâm của việc thiết kế này là ta sẽ thiết kế quay quanh chức năng chủ yếu của thang máy là “vận chuyển thực phẩm lên xuống các tầng” trong nhà ăn 3 tầng trong phần thiết kế này
Khi thiết kế ta tiến hành như sau:
Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế ý tưởng
Lựa chọn hình dáng của thang máy
Thiết kế hệ
thống cơ
khí
Thiết kế mạch điều khiển
Vận chuyển thực phẩm
Lựa chọn thiết bị đảm bảo tính năng
Trang 24Thông số ban đầu
Tải trọng: 200kg
Vận tốc thang máy: 0,4 m/s
Thiết kế hình dáng tổng quan thang máy
Đề thiết kế hình dáng của thang máy, ta đi như sơ đồ sau:
Hình 2.2 Sơ đồ tổng quan thang máy
Quá trình lựa chọn hình dáng sản phẩm
Kết hợp với nhóm những yếu tố trong lược đồ:
Hình 2.3 Nhóm yếu tố trong lượt đồ hệ thống thang máy
Động
cơ
điện
Dẫn động
vô cấp
Cabin
Hãm động
cơ
PLC
ứng + PLC Thang máy
Trang 25 Ta có hình dáng thang máy như sau:
Trang 26Hình 2.5 Giản đồ bố trí thang máy
Vị trí cabin
Hình 2.6 Hình chiếu thang máy có đối trọng nằm sau cabin
Trang 27CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 3D
3.1 Đặt vấn đề
Nhu cầu thực của khách hàng như sau:
- Kích thước hố thang: 1,000 x 1,000 (phủ bì bao gồm cả khung thép)
- Số tầng: 3 cửa mở trước (mở tay lên xuống)
- Vận tốc tối đa: 24 m/phút
3.2 Tính toán thiết kế thang máy thực phẩm
Sau khi tính toán ta có được bản vẽ sơ bộ thang máy với các kích thước như sau:
- Sử dụng inox 1ly
3.2.1 Cơ sở tính toán công suất và lựa chọn động cơ:
Đặc tính cơ của máy:
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng và được biểu diễn bằng biểu thức tổng quát:
(3.1)
Trang 29Mômen phản kháng luôn chống lại chiều quay như mômen ma sát:
Hình 3.3 Moment ma sát
Trạng thái làm việc của truyền động điện:
Trong hệ truyền động điện, bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện cơ Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái làm việc của truyền động điện Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như có chiều quay từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công suất cơ Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất Công suất này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra có cùng chiều quay với tốc độ quay Nếu ngược lại, dòng công suất điện có giá trị âm, nếu nó có chiều từ động cơ đi về nguồn
Công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay
Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản MC Nó cũng được định nghĩa dấu âm và dấu dương ngược lại với dấu mômen của động cơ Phương trình cân bằng công suất của hệ truyền động:
Trang 30Pđ = PC + ΔP (3.2) Trong đó:
Pđ : công suất điện
PC : công suất cơ
ΔP : tổn thất công suất
Tùy thuộc vào biến đổi năng lượng trong hệ mà ta có trạng thái hãm được mô tả trên hình:
Hình 3.4 Trạng thái làm việc động cơ
Trạng thái động cơ bao gồm chế độ có tải và không tải
Trạng thái hãm bao gồm :
- Hãm tái sinh Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới
Trang 31- Hãm ngược Pđiện > 0, Pcơ < 0, điện năng và cơ năng trở thành tổn thất ΔP
- Hãm động năng Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành công suất tổn thất ΔP
Quy đổi momen cản, lực cản và moment quán tính
Trong mỗi một cơ cấu truyền động đều có các đại lượng: ω, M, v, F và mômen quán tính J Để thuận tiện cho tính toán người ta thường tính quy đổi tất cả các đại lượng
về trục động cơ nhưng phải theo nguyên tắc là đảm bảo năng lượng của hệ trước và sau quy đổi không thay đổi
Trang 32Đặc tính cơ của động cơ:
Động cơ điện 3 pha được sử dụng rất rộng rãi trong cuộc sống Do có những đặc tính phù hợp, tính ổn định, độ bền, phổ biến và giá thành khá rẽ
Ưu điểm nổi bật của loại này:
- Giá thành rẻ
- Hệ truyền động có thể đáp ứng tốt những chỉ tiêu kĩ thuật
- Phổi biến rộng rãi, có tìm kiếm ngay trên thị trường
- Sử dụng được điện xoay chiều 3 pha từ nhà ăn
- Sửa chữa hay thay thế cũng dễ và ổn định
Nhược điểm của động cơ:
- Khả năng điều chỉnh vô cấp tốc độ thấp Để đạt được yêu cầu cao cần có đầu tư lớn
- Khả năng tự động hóa kém
Tính toán công suất
Phụ tải của thang máy chủ yếu do tải trọng quyết định, vì thang máy có đối trọng nên trong tính toán ta phải lưu ý đến trọng lượng của đối trọng và trọng lượng của cơ cấu nâng Để xác định phụ tải một cách chính xác và khoa học ta cần phải xây dựng sơ
đồ động học của hệ thống truyền động thang máy, từ sơ đồ động học ta phân tích các quá trình nâng hạ ở chế độ định mức và ở chế độ khi không tải để tính toán các thông số
kỹ thuật liên quan
Cơ cấu truyền động thang máy có hộp điều tốc nên trong tính toán ta phải tính đến
tỉ số truyền vì tỉ số này có ảnh hưởng rất nhiều đến mômen nâng hạ của động cơ truyền động và tốc độ di chuyển của buồng thang
Trang 33Trạng thái làm việc của truyền động phụ thuộc vào mômen quay do động cơ sinh
ra và mômen cản tĩnh do phụ tải quyết định Mỗi mômen trên đều có thể là mômen gây chuyển động hoặc mômen hãm, như vậy rõ ràng là động học của truyền động được xác định bởi mômen tổng của 2 mômen trên
Để xác định phụ tải tĩnh, giả sử rằng thang máy trong quá trình đi lên mang tải định mức và tải không thay đổi trong suốt quá trình Đây là trường hợp nâng nặng nề nhất
Và khi hạ thang máy cũng mang tải định mức
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:
(3.3)
Trong đó:
Gbt: khối lượng buồng thang (kg)
G : Khối lượng hàng hóa (kg)
v : tốc độ nâng (m/s)
g : gia tốc trọng trường (m/s2), chọn g = 9,8(m/s2)
η : hiệu suất của cơ cấu nâng (0,5 0,8), chọn = 0,7
Trang 34 Theo số liệu đã cho:
Khối lượng của đối trọng:
(3.5)
Trong đó:
Gđt : khối lượng đối trọng (kg)
a : hệ số cân bằng (0,3 - 0,6), đối với thang máy thực phẩm ta chọn a = 0,4
Trang 35(3.7)
Trong đó:
Pcn : công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng
Pch : công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải có đối trọng
k : hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (1,15 - 1,3), chọn k = 1,2
Trang 36Lực kéo đặt lên puli cáp kéo buồng thang khi có tải định mức
Trang 37Thời gian toàn bộ một chu kì làm việc của thang máy có thể tính theo năng suất và tải trọng định mức:
(3.11)
Trong đó:
t1 : thời gian ra, chọn t1 = 10(s)
t2 : thời gian vào, chọn t2 = 10(s)
t3 : thời gian đóng mở cửa buồng thang, chọn t3 = 4(s)
tlv = 2.28,5+10+10+4 = 81 (s)
Hệ số tiếp điện tương đối:
Mômen tương ứng với lực kéo:
Mômen nâng tải:
= ƞ=
Trang 38Công suất động cơ khi nâng tải tốc độ nhanh:
Hình 3.6 Động cơ Mitsubishi 2,2Kw
Trang 393.2.2 Bản vẽ tổng thể thang máy thực phẩm
Hình 3.7 Bản vẽ tổng thể mặt bằng thang máy 3.2.3 Chi tiết các thành phần chịu lực chính
Vì kết cấu đồng bộ đầu trâu trên và dưới nên để dễ thiết kế và thi công, người thiết
kế sẽ thiết kế giống nhau, tuy nhiên tuỳ vào lực chịu của mỗi chi tiết, sẽ thiết kế phù hợp hơn và cách thức sử dụng khác nhau
Để tránh ảnh hưởng quá trình thiết kế nên trong luận văn này sẽ thiết kế giống nhau
và tính toán lực đảm bảo phù hợp cho cả 2 chi tiết (chịu nén và chịu uốn)
Trang 40 Đầu trâu trên của cabin:
- Hình chiếu 2D với các kích thước tính toán sơ bộ:
Hình 3.8 Hình ảnh 2D đầu trâu trên Cabin
- Hình vẽ 3D của chi tiết:
Hình 3.9 Hình ảnh 3D đầu trâu trên Cabin
Đầu trâu dưới của cabin:
Hình 3.10 Hình ảnh 2D đầu trâu dưới Cabin