Thiết kế hệ thống cơ điện tử thang máy đơn 5 tầng dẫn động thanh răng

Hoạt động của sinh viên Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế - Thiết lập danh sách yêu cầu Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ - Xác định các vấn đề cơ bản - Thiết lập cấu trúc chức năn

Hà Nội: 2021

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

- -

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

- -

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

- -

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ

- -

Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN VĂN TRƯỜNG

Sinh viên thực hiện: Vũ Minh Đức – 2018603884

Phạm Văn Giang – 2018603943 Nguyễn Minh Hoàng– 2018605201

Lớp: ĐH CƠ ĐIỆN TỬ 2 – K13

ĐỒ ÁN MÔN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SẢN PHẨM CƠ ĐIỆN TỬ THANG MÁY ĐƠN 5 TẦNG DẪN ĐỘNG THANH RĂNG

ĐỒ ÁN MÔN

ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ XỬ LÍ TÍN HIỆU SỬ DỤNG CẢM BIẾN PHÁT HIỆN LỬA, CẢM BIẾN NHIỆT ĐỂ CẢNH BÁO VÀ CHỮA CHÁY

ĐỒ ÁN MÔN

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

1 Tên lớp: ME6061.2 Khóa: 13

2 Tên nhóm: Nhóm 10

Họ và tên thành viên: Vũ Minh Đức_2018603884

Nguyễn Minh Hoàng_2018605201

Phạm Văn Giang_2018603943

II Nội dung học tập

1 Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử thang máy đơn 5 tầng dẫn

động thanh răng

2 Hoạt động của sinh viên

Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế

- Thiết lập danh sách yêu cầu

Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ

- Xác định các vấn đề cơ bản

- Thiết lập cấu trúc chức năng

- Phát triển cấu trúc làm việc

- Lựa chọn cấu trúc làm việc

Nội dung 3: Thiết kế cụ thể

- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể

- Tích hợp hệ thống

- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác Áp dụng các công cụ hỗ trợ: Mô hình hóa mô phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản phẩm

3 Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch bài tập lớn

IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án

1 Tài liệu học tập: Bài giảng môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử và các tài liệu tham khảo

2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính

KHOA CƠ KHÍ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS Nguyễn Anh Tú TS Nguyễn Văn Trường

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, hệ thống thang máy không còn quá xa lạ vơi chúng ta Nó được ra đời

từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống con người Vì vậy, Cơ điện

tử đã trở thành một nghành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu, ứng dụng các sản phẩm của ngành cơ điện tử vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người

Những ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống ngày nay thì việc điều khiển vị trí tnag máy và tốc độ của động cơ đã và đang được sử dụng một cách rộng rãi, được ứng dụng nhiều trong ngành cơ điện tử, tự động hóa Việc hiểu và ứng dụng

sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người Để góp phần nhỏ vào việc này, nhóm em đã thực hiện đề tài thiết kế concept “Hệ thống thang máy 5 tầng sử dụng thanh răng”

Thông qua đề tài này nhóm em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu bổ sung vào hành trang của mình trên con đường đã chọn Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thức sẵn

có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Trường để hoàn thành bài tập lớn này

Trong quá trình thực hiện đề tài này còn nhiều sai sót hi vọng quý thầy cô thông cảm và chỉ dạy cho chúng em, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ 4

1.1 Yêu cầu thị trường, công ty, môi trường 4

1.1.1 Nhu cầu thị trường 4

1.1.2 Tính cấp thiết 8

1.1.3 Phân tích thị trường 9

1.1.4 Khả năng của công ty 10

1.1.5 Tìm kiếm và lựa chọn ý tưởng xây dựng thang máy cho gia đình, văn phòng 5 tầng 10

1.2 DANH SÁCH YÊU CẦU: 12

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 18

2.1 Xác định các vấn đề cơ bản 18

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng 21

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 25

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 27

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CỤ THỂ 30

3.1 Xây dựng các bước thiết kế cụ thể 30

3.1.1 Làm rõ bước phát triển bố cục và các bộ phận thực hiện chức năng chính 33 3.2 Tích hợp hệ thống 43

3.3 Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm Solidworks 45

3.3.1 Chi tiết cabin 46

3.3.2 Cabin kết nối với thanh răng 50

3.3.3 Cửa cabin 52

3.3.4 Bánh răng dùng trong hệ thống 53

PHỤ LỤC 55

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Biểu đồ khảo sát nghề nghiệp khách hàng 4

Hình 1.2: Biểu đồ khảo sát nơi sử dụng thang máy 5

Hình 1.3: Biểu đồ khảo sát số tầng của thang máy 5

Hình 1.4: Biểu đồ khảo sát số lượng người trong thang máy 5

Hình 1.5: Biểu đồ khảo sát tốc độ thang máy 6

Hình 1.6: Biểu đồ khảo sát việc lắp đặt camera trong thang máy 6

Hình 1.7: Biểu đồ khảo sát việc lắp điều hòa trong thang máy 6

Hình 1.8: Biểu đồ đánh giá chi phí lắp đặt thang máy 7

Hình 1.9: Mẫu thang máy thịnh hành những năm qua 9

Hình 3.1: Hình chiếu đứng của Cabin thang máy 33

Hình 3.2: Khung đỡ Cabin 35

Hình 3.3: Hộp giảm tốc thang máy 36

Hình 3.4: Động cơ điện 3 pha 37

Hình 3.5: Màn hình hiển thị SN-LCD-064001 của hãng SUNNY 38

Hình 3.6: PLC S7-200 của hãng SIEMENS 39

Hình 3.7: Cảm biến cửa thang WECO-917B71-AC220 41

Hình 3.8: Cảm biến trọng lượng thang máy XCL-171 42

Hình 3.9: Thiết bị đo tốc độ encoder 43

Hình 3.11: Tổng thế Cabin thang máy được phác thảo qua phần mềm Solidworks 45

Hình 3.12: Cabin thang máy 46

Hình 3.13: Hình chiếu cạnh của Cabin 47

Hình 3.14: Hình chiếu đứng của Cabin 48

Hình 3.15: Tổng quan Cabin thang máy 49

Hình 3.16: Cabin đã kết nối với thanh răng 50

Hình 3.17: Tổng quan về Cabin 50

Hình 3.18: Mô hình 3D 51

Hình 3.19: Cửa thang máy 52

Hình 3.20: Mô phỏng cửa thang máy 53

Hình 3.21: Thanh răng truyền động trong thang máy 53

Hình 3.22: Liên kết ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Nhu cầu sử dụng thang máy của khách hàng 4

Bảng 1.2: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng trục vit-me 11

Bảng 1.3: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng thang răng 11

Bảng 1.4: Danh sách yêu cầu cho bộ phận cơ khí 12

Bảng 1.5: Danh sách yêu cầu cho bộ phận điện 12

Bảng 1.6: Danh sách yêu cầu cho bộ phận điều khiển 14

Bảng 1.7: Danh sách yêu cầu chung cho Cabin thang máy 15

Bảng 2.1: Các cấu trúc làm việc của thang máy 25

Bảng 2.2: Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc 27

Bảng 3.2: Bảng Checklist cho thiết kế cụ thể 44

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1 Yêu cầu thị trường, công ty, môi trường

1.1.1 Nhu cầu thị trường

Bảng 1.1: Nhu cầu sử dụng thang máy của khách hàng

Số tầng cần sử dụng thang máy >=5 tầng

Số người tối đa trong một lượt di chuyển 7 người

Chi phí lặp đặt thang máy <=450 triệu đồng

Nơi sử dụng thang máy Tất cả tòa nhà >= 5 tầng

Phiếu khảo sát nhu cầu sử dụng thang máy của khách hàng

Hình 1.1: Biểu đồ khảo sát nghề nghiệp khách hàng

Hình 1.2: Biểu đồ khảo sát nơi sử dụng thang máy

Hình 1.3: Biểu đồ khảo sát số tầng của thang máy

Hình 1.4: Biểu đồ khảo sát số lượng người trong thang máy

Hình 1.5: Biểu đồ khảo sát tốc độ thang máy

Hình 1.6: Biểu đồ khảo sát việc lắp đặt camera trong thang máy

Hình 1.7: Biểu đồ khảo sát việc lắp điều hòa trong thang máy

Hình 1.8: Biểu đồ đánh giá chi phí lắp đặt thang máy

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ hay hộ gia đình thì việc lắp đặt

và sử dụng thang may là chưa thực sự phổ biến vì một số lí do như thang máy cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, chi phí đắt đỏ vì vậy khiến cho cuộc sống vẫn chưa thực sự tiện lợi trong sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp, khoa học hiên nay

Những lợi ích mà hệ thống thang máy đem lại cho chúng ta, cụ thể như:

 Giảm sức lực di chuyển

 Giảm thời gian di chuyển

 Giúp cho công trình giảm diện tích sử dụng thang như thang bộ thông thường

 Tăng tính thẩm mỹ cho ngôi nhà

 Sử dụng thang máy giúp giải quyết rất nhiều vấn đề vướng mắc liên quan tới các toà nhà cao tầng, từ đó xây dựng có điều kiện phát triển hơn trước Một công trình thiết kế có cầu thang máy giúp giảm thiểu, tiết kiệm một khoản chi phí vô cùng lớn cho việc giải quyết vấn đề đi lại của con người khi sử dụng công trình đó

Yếu tố quyết định đế sự thành công cho hệ thống là ứng dụng thực tiễn của nó vào thực tế bên cạnh đó là những tính năng đa dạng và nổi bật hơn so với những thiết kế trước đó, tiết kiệm và ổn định với hiệu suất làm việc cao

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh lời như chi phí sản xuất, thị trường tiềm năng, chiến lược marketing, chất lượng của hệ thống khi đưa vào vận hành

1.1.3 Phân tích thị trường

Thang máy là một trong những ngày phát triển khá mới mẻ trên thị trường hiện nay Sản xuất thang máy gia đình Mitsubishi tại Việt Nam luôn đứng đầu trong ngành sản xuất thang máy tại Đông Nam á

Một thống kê mới nhất của bộ xây dựng thì lượng sản xuất và doanh thi riêng về kinh doanh thang máy của nước ta đạt 7.6 nghìn tỷ đồng Con số này chỉ mới tính riêng nữa đầu năm nay Những thống kê cho thấy sự phát triển vươt bậc của ngành thang máy tại Việt Nam đối với thị trường quốc tế

Hình 1.9: Mẫu thang máy thịnh hành những năm qua

Sản xuất thang máy tại Việt Nam được update công nghệ ngày càng cao

Ngành thang máy Việt Nam bắt đầu được biết đến với các công trình nhà cao tầng cách đây từ năm 1975 Trong thời gian hình thành đến nay nó không ngừng phát triển và ngày một vững mạnh hơn

Sản xuất thang máy là một khái niệm khá mới mẻ tại nước ta bởi lẽ các thiết bị chính của thang máy như hệ điều khiển hay động cơ thang máy thì chúng ta vẫn chưa

đủ công nghệ để sản xuất Các công ty liên doanh gần như chỉ sản xuất phần cơ khí cho

thang máy Hiện nay bên cạnh các công ty lớn như Gia Định, Thái Bình hay thang máy Thiên Nam thì các công ty nhỏ, công ty thương mại mọc lên rất nhiều

-Trên thị trường ngày nay có vô số loại thang máy được tạo ra dựa vào nguyên lí hoạt động, cấu tao để áp dụng vào từng mục đích sử dụng trong cuộc sống như dùng cho các tòa nhà, gia đình,và sử dụng trong các công trình thi công

Dựa vào cấu tạo của thang máy chúng ta có thể phân loại thành 5 loại chính: + Thang máy sử dụng công nghệ dẫn động bằng ròng rọc

+ Thang máy sử dụng công nghệ dẫn động bằng thủy lực

+ Thang máy sử dụng công nghệ dẫn động bằng chân không

+ Thang máy sử dụng cáp treo dẫn động bằng truyền thống

+ Thang máy sử dụng dẫn động bằng thanh răng

1.1.4 Khả năng của công ty

- Khả năng của công ty: có thể sản xuất 1200 sản phẩm /năm

- Chiến lược phát triển sản phẩm:

+ Tập trung vào nghiên cứu và phát triển hệ thống thang máy dành cho gia đình + 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

1.1.5 Tìm kiếm và lựa chọn ý tưởng xây dựng thang máy cho gia đình, văn phòng

5 tầng

+ Công nghệ dẫn động bằng trục vit-me

Bảng 1.2: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng trục vit-me

-Chi phí lắp đặt và bảo dưỡng cao

+ Công nghệ dẫn động bằng thanh răng

Bảng 1.3: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng thang răng

Các vấn đề cần được giải quyết đó là:

- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa

- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động

- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng trong quá trình vận hành sử dụng, đưa ra các giải pháp khi có sự cố xảy ra

Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống thang máy 5 tầng nhỏ gọn, êm ái,

an toàn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa, chi phí hợp lý

1.2 DANH SÁCH YÊU CẦU:

Cabin -Vật liệu: bền, nhẹ, không gỉ

Động cơ -Động cơ 3 pha, công suất lớn

truyền lực khỏe

Bộ phận

thanh răng

-Độ cứng cao -Truyền động êm ái không gây tiếng ồn

Bộ phận

âm thanh

-Hệ thống loa cảnh báo, tín hiệu

Cảm biến -Cảm biến tiệm cận

Bản điều khiển -Bảng điều khiển sử dụng

phím bấm Chương trình

Bảng 1.7: Danh sách yêu cầu chung cho Cabin thang máy

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

Vỏ buồng thang: Thép mạ kẽm- inox

Thanh Răng: thép cho thang máy( độ bền mỏi tanh răng 1300n/ mm2 )

Tủ điện: làm bằng vật liệu cách điện 220v có khả năng tái chế pvc -Năng lượng:

Tiêu thụ điện ít P= 2kW,tuổi thọ lên đến 25 năm

Nguồn điện 3 pha -Điều khiển:

Hệ thống điều khiển: Điều khiển bằng nút bấm, màn điều khiền cảm ứng Màn hình thông báo điều khiển: Màn hình thông hiển thị rõ nét full hd -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

Bộ hạn chế tốc độ: Hãm tốc độ thang máy khi trượt xuống thang máy

di chuyển không quá nhanh,hoặc hãm thang máy khi thang bị vỡ bánh răng Phanh: Lắp ở trên motor kéo giúp thang máy đứng không di chuyển

-Tính linh hoạt:

Dễ sử dụng -Chất lượng:

Đảm bảo tính ổn định và an toàn -Bảo trì, bảo dưỡng:

Khoảng thời gian bảo dưỡng: 6 tháng

Vệ sinh: quét dọn hàng ngày -Chi phí sản xuất: trong khoảng 300-500 tr

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ

Vật liệu: khung thép mạ kẽm, vỏ inox

Bảng điều khiển thang máy:

Bảng điều khiển bên ngoài: gồm nút bấm lên và nút bấm xuống

Bảng điều khiển bên trong: gồm nút mở cửa, nút đóng cửa, các nút số tầng, nút intercom và chuông

Màn hình LCD hiển thị số tầng

Vật liệu làm bề mặt bảng điều khiển: Inox gương

Giếng thang máy

Bước 3: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng thành các tuyên bố thiết yếu

Photocell cảm biến vật cản

Khóa cửa an toàn cho thang

Bảng điều khiển bên ngoài: gồm nút bấm lên và nút bấm xuống

Bảng điều khiển bên trong: gồm nút mở cửa, nút đóng cửa, các nút số tầng, nút intercom và chuông

Màn hình LCD hiển thị số tầng

Nguồn điện cung cấp

Sử dụng kết cấu khung thép

Bước 4: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước

Bấm nút lên hoặc nút xuống ở bảng điều khiển bên ngoài

Photocell cảm biến xem có vật cản không, bấm nút đóng cửa, khóa cửa an toàn cho thang máy

Bấm nút chọn số tầng cần lên, màn hình LCD hiển thị vị trí số tầng của cabin

Bước 5: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp

Thiết kế thang máy đơn 5 tầng dẫn động thanh răng

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng

Chức năng tổng thể:

Tín hiệu điều khiển

Vận chuyển người

Tín hiệu điện

Xử lý và điều khiển

Nhập liệu

Chiếu sáng

Kiểm soát an toàn

Tín hiệu cảnh báo

Tín hiệu hiển thị

Tín hiệu

điều khiển

Điện

năng

Chức năng con:

Bộ biến đổi năng lượng:

Bộ ổn tốc

Hệ thống cửa:

Vận chuyển người đến tầng yêu cầu

Cảm biến vật cản

Động

cơ cửa cabin (đóng cửa )

Cảnh báo quá tải:

Bộ xử lý và hiển thị:

Hiển thị

Còi cảnh báo

Xử lý và

điều khiển

Lựa chọn tầng muốn đến

Đóng(mở) cửa nhanh

Báo quá trọng tải

Hiển thị

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc

Bảng 2.1: Các cấu trúc làm việc của thang máy

3 phase 3 kw (To, khẻo,tiêu tốn ít điện năng)

3 phase 3,5 kw (To, khẻo,tiêu tốn

ít điện năng)

2 Chất liệu

cabin

Inox 201 ( rẻ, có thể bị han gỉ)

Inox 304 (đắt, bền, bóng, không gỉ)

Thép mạ kẽm (rẻ, bền, bị han gỉ theo thời gian)

3 Giảm tốc

động cơ

Giảm tốc bánh răng hành tinh

Hộp giảm tốc bánh răng côn

Hộp giảm tốc trục vít, bánh vít

4 Truyền động

thang

Bánh răng – Thanh răng Dây cáp Trục vít-bánh vít

5 Cơ cấu cửa

Cửa đơn ( cấu tạo đơn giản)

Cửa kép ( thời gian mở cử nhanh )

Của kép (thời gian mở cửa nhanh)

trở(MRE)

7 Bộ điều kiển Plc s7-200 Plc s7-300 Plc Mitsubishi

8 Cảm biến Cảm biến siêu

âm Cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận

10 Đo tải trọng Load sensor

XCL-171

Load sensor XCS-131

Load sensor X-133

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc

Bảng 2.2: Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc

Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc

(?) Thiếu thông tin

(!) Kiểm tra danh sách yêu cầu

Chức

năng con

Giải pháp

9 Cảm biến cửa

Nhạy bén, có độ chính xác cao, phổ thông trên thị trường

Chuẩn xác, phổ biến trên thị trường