Tính toán thiết kế thang máy 6 tầng

Tính toán thiết kế thang máy Thang máy là thiết bị vận tải dùng để vận chuyển người và hàng hóa theo phương thẳng đứng. Thang máy được lắp ráp trong các nhàcao tầng,chung cư,khách sạn,công sở,bệnh viện,siêu thị...để phục vụ cho đời sống nhân dân.Đặc điểm vận chuyển của thang máy so với các thiết bị khác là thời gian vận chuyển của 1 chu kỳ vận chuyển là nhỏ, tần suất vận chuyển lớn,đóng mở máy liên tục. Tất cả các thiết bị được lắp đặt ở trong giếng buồngthang(khoảng không gian từ trần của tầng cao nhất đén mức sâu tầng 1),trong buông máy(trên trần của tầng cao nhất) và hố buồng thang(dưới mức sàn tầng).1.2 Ứng dụng của thang máy Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v... Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục. Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện nghi của công trình.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước, sự nghiệp giáo dục của nước ta cũng đang từng bước chuyển mình mạnh mẽ với tốc độ phát triển nhanh chóng Một trong những mục tiêu mà ngành giáo dục đưa ra là giúp Việt Nam có được một đội ngũ giáo viên kỹ thuật nòng cốt, kỹ sư chuyên ngành có năng lực, đủ đức, đủ tài phục vụ cho sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá Để đạt được mục tiêu đó thế

hệ trẻ đặc biệt là những sinh viên chúng ta phải chủ động tìm hiểu và ứng dụng những thành tựu khoa học xây dựng nền công nghiệp nước nhà ngày một vững mạnh Xuất phát từ nhu cầu thiết thực của cuộc sống và niềm đam mê khoa học, nhóm sinh viên chúng em đã nghiên cứu đề tài: “Tính toán,thiết kế tủ điều khiển thang máy nhà 6 tầng”.Đề tài đề cập đến lĩnh vực đang được ứng dụng rất phổ biến trong cuộc sống, thế nhưng đây lại là khối kiến thức rất mới mẻ đối với sinh viên chúng em CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN THANG MÁY

1.1 Khái quát chung về thang máy

- Thang máy là thiết bị vận tải dùng để vận chuyển người và hàng hóa theo phươngthẳng đứng

- Thang máy được lắp ráp trong các nhàcao tầng,chung cư,khách sạn,công sở,bệnhviện,siêu thị để phục vụ cho đời sống nhân dân.Đặc điểm vận chuyển của thang máy sovới các thiết bị khác là thời gian vận chuyển của 1 chu kỳ vận chuyển là nhỏ, tần suất vậnchuyển lớn,đóng mở máy liên tục

- Tất cả các thiết bị được lắp đặt ở trong giếng buồngthang(khoảng không gian từ trầncủa tầng cao nhất đén mức sâu tầng 1),trong buông máy(trên trần của tầng cao nhất) và

hố buồng thang(dưới mức sàn tầng)

1.2 Ứng dụng của thang máy

Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh viện, cácđài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng v.v Đặc điểm vận chuyểnbằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là thời gian của một chu kỳ vậnchuyển bé, tần suất vận chuyển lớn, đóng mở máy liên tục

Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp

và tiện nghi của công trình

1.3 Phân loại thang máy

1.3.1 Theo chức năng

- Thang máy chở người

+ Gia tốc cho phép được quy định theo cảm giác của hành khách:a ≤ 1,5 m/g2

o Dùng trong các tòa nhà cao tầng: có tốc độ trung bình hoặc lớn,đòi hỏi vận hành êm,antoàn và có tính mỹ thuật

o Dùng trong bệnh viện: phải đảm bảo an toàn,sự tối ưu về độ êm khi dịch chuyển,thời giandịch chuyển,tính ưu tiên theo quy định của bệnh viện

-Thang máy chở hàng : được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và kinh doanh nóyêu cầu cao về việc dừng chính xác trong buồng thang,đảm bảo cho việc vận chuyểnhàng hóa lên xuống được dễ dàng thuận lợi

1.3.2 Theo trọng tải

-Thang máy loại nhỏ : Q < 160kg

-Thang máy loại vừa : Q=500÷2000kg

-Thang máy loại lớn : Q>2000kg

1.3.3 Phân loại theo tốc độ

-Thang máy chạy chậm : v=0.5m/s

-Thang máy tốc độ trung bình : v= 0.75÷1.5m/s,thường dùng trong các tòa nhà từ 6÷

12 tầng

-Thang máy cao tốc : v=2.5÷5m/s , thường dùng trong các tòa nhà lớn hơn 16 tầng

1.3.4 Phân loại theo chế độ làm việc

- Thang máy làm việc với chế độ ngắn hạn

-Thang máy làm việc với ché độ dài hạn

1.4 Cấu tạo thang máy

Kết cấu cơ khí của thang máy được giới thiệu trên hình vẽ

Hố giếng của thang máy Là khoảng không gian từ mặt sàn tầng trệt cho đến đáygiếng Để nâng hạ buồng thang người ta dùng động cơ 9 Động cơ 9 được nối trực tiếpvới cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc Nếu nối trực tiếp buồng thang được nâng quapuli quấn cáp Nếu nối gián tiếp thì giữa puli quấn cáp và động cơ lắp hộp giảm tốc

Cabin 1 được treo lên puli quấn cáp kim loai 8 ( thương dùng từ 1 dến 4 sợi cáp).Buồng thang luôn được giữ theo phương thẳng đứng nhờ có ray dẫn hướng 3 và nhữngcon trượt dẫn hướng 2 ( con trượt là loại puli có bọc cao su bên ngoài) Buồng thang vàdối trọng di chuyển dọc theo chiều cao của thành giếng theo các thanh dẫn hướng 6

1 Cabin

2 Con trượt dẫn hướng Cabin

3 Ray dẫn hướng Cabin

1.4.1 Cabin

Là một phần tử chấp hành quan trọng nhất trong thang máy , nó sẽ là nơi chứa hàng ,chở người đến các tầng , do đó phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về kích thước, hình dáng ,thẩm mỹ và các tiện nghi trong đó

Hoạt động của cabin là chuyển động tịnh tiến lên xuống dựa trên đường trượt, là hệthống hai dây dẫn hướng nằm trong một phẳng để đảm bảo chuyển động êm nhẹ , chínhxác không dung dật trong cabin trong quá trình làm việc Để đảm bảo cho cabin hoạtđộng đều cả trong quá trình lên và xuống , có tải hay không có tải người ta xử dụng mộtđối trọng có chuyển động tịnh tiến trên hai thanh khác đồng phẳng giống như cabinnhưng chuyển động ngược chiều với cabin do cáp được vắt qua puli kéo

Do trọng lượng của cabin và trọng lượng của đối trọng đã được tính toán tỷ lệ và kỹlưỡng cho nên mặc dù chỉ vắt qua puli kéo cũng không xảy ra hiện tượng trượt trênpulicabin,hộp giảm tốc đối trọng tạo nên một cơ hệ phối hợp chuyển động nhịp nhàng dophần khác điều chỉnh đó là động cơ

1.4.2 Động cơ

Là khâu dẫn động hộp giảm tốc theo một vận tốc quy định làm quay puli kéo cabinlên xuống Động cơ được sử dụng trong thang máy là động cơ 3 pharôto dây quấn hoặcrôto lồng sóc , vì chế độ làm việc của thang máy là ngắn hạn lặp lại cộng vớiyêu cầu sửdụng tốc độ, momen động cơ theo một dải nào đó cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế vàcảm giác của người đi thang máy.Độngcơ là một phần tử quan trọng được điều chỉnh phùhợp với yêu cầu nhờ một hệ thống điện tử ở bộ xử lý trung tâm

1.4.3 Phanh

Là khâu an toàn , nó thực hiện nhiệm vụ giữ cho cabin đứng im ở các vị trí dừngtầng, khối tác động là hai má phanh sẽ kẹp lấy tang phanh, tang phanh gắn gắn đồng trụcvới trục động cơ Hoạt động đóng mở của phanh được phối hợp nhịp nhàng với quá trìnhlàm việc của đông cơ

1.4.5 Cửa

Gồm cửa cabin và cửa tầng

Cửa cabin để khép kín cabin trong quá trình chuyển động không tạo ra cảm giácchóng mặt cho khachs hàng và ngăn không cho rơi khỏi cabin bất cứ thứ gì Cửa tầng để

che chắn bảo vệ toàn bộ giếng thang và các thiết bọi trong đó Cửa cabin và cửa tầng cókhoá tự động để đảm bảo đóng mở kịp thời.

1.4.6 Bộ hạn chế tốc độ

Là bộ phận an toàn khi vận tốc thay đổi do một nguyên nhân nào đó vượt quá vạn tốccho phép , bộ hạn chế tốc độ sẽ bật cơ cấu khống chế cắt điều khiển động cơ và phanhlàm việc

Các thiết bị phụ khác: như quạt gió, chuông điện thoại liên lạc , các chỉ thị số báochiều chuyển động… được lắp đặt trong cabin để tạo ra cho khách hàng một cảm giác dễchịu khi đi thang máy

1.4.7 Một số loại phanh và cảm biến dùng trong thang máy

a Phanh hãm điện từ

- Là cơ cấu điện từ chấp hành dùng để hãm các hiết bị đang quay

- Ngoài chức năng hãm,nó còn dùng để đo moment của động cơ điện

-Là bộ phận không thể thiếu được của thang máy, cầu trục

b Phanh bảo hiểm (phanh dự)

- Dùng để hạn chế tốc độ di chuyển của buồng thang vượt quá giới hạn cho phép vàgiữ chặt buồng thang tại chỗ bằng cách ép vào 2 thanh dẫn hướng trong trường hợp bị đứtcáp treo

c Cảm biến vị trí

- Bộ phận cảm biến dùng để :

+ phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

+ chuyển đổi tốc độ động cơ chuyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồngthang đến gần tầng cần dừng,để nâng cao độ chính xác

-Có 3 loại cảm biến vị trí

+ Cảm biến vị trí kểu cơ khí(công tắc chuyển đổi tầng)

o Ưu điểm: kết cấu đơn giản,thực hiện đủ 3 chức năng của bộ cảm biến

o Nhược điểm : tuổi thọ không cao, đặc biệt đối với thang máy tốc độ cao

+ Cảm biến vị trí kiểu cảm ứng:làm việc dựa trên sự thay đổi trị số điện cảm L củacuộn dây có mạc từ khi mạch từ kín và mạch từ hở

+ Cảm biến vị trí kiểu quang điện:nâng cao độ tin cậy của bộ cảm biến không bị ảnhhưởng bởi độ sang của môi trường thường dùng phần tử phát quang và thu quang hồngngoại.

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 mô men nâng hạ của động cơ truyềnđộng và tốc độ di chuyển của buồng thang

Để xác định phụ tải tĩnh,giả sử thang máy đang đi lên mang tải định mức và tải khôngthay đổi trong suốt quá trình.Đây là trường hợp nâng nặng nhất.Và khi hạ thang máycũng mang tải định mức

Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng:

3 bt

C

(G G)V.g.10

ηĐơn vị: KW

Vì thang máy có đối trọng ,nên tính toán đối trọng phù hợp là cần thiết.

Khối lượng của đối trọng:

Gdt = Gbt + α.G (kg)

Gdt :khối lượng đối trọng (kg)

α: hệ số cân bằng, ta chọn α = 0,5Suy ra: Gdt = 500+0,5.300=650(kg)

Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải có đối trọng:

Pcn: công suất tĩnh khi nâng tải có đối trọng

Phn: công suất tĩnh khi hạ tải có đối trọng

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

Chọn k=1,2

3 cn

3 ch

ck lv 1 2 3

t =2.t + + +t t t

Trong đó:

t1: thời gian ra, chọn = 5s

t2: thời gian vào, chọn = 5s

Mô men tương ứng với lực kéo:

Mô men nâng tải:

Công suất động cơ:

Công suất động cơ khi nâng tải tốc độ nhanh:

3 n

P =F.v.η =1411,2.10 0,8 1,12896(Nm)− =Công suất định mức của động cơ:

Khối lượng(tấn) Số tầng di chuyển Thời gian một

chuyến(s)

Công suất tải(W)

P t

1470 16 1470 22 1470 28 1470 34 1470 40

16 22 28 34 40t

Lựa chọn phương pháp khởi động động cơ

Đối với động cơ nâng hạ có công suất là 2,2kW ta lựa chọn phương án khởi động động

cơ bằng phương pháp khởi động trực tiếp

2.1.2 Tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ

a.Tính chọn Atomat

Là thiết bị điện ra đời nhằm thay thế cho cầu dao tổng ngày xưa CB hay còn gọi

là aptomat sẽ ngắt nguồn điện vào hệ thống hay phụ tải một cách tự động khi có sự cố ngắn mạch

- Phân biệt các loại Aptomat

+ Theo tính năng

• MCB : Máy cắt loại nhỏ

• MCCB : Máy cắt kiểu khối

• ACB : máy cắt không khí

Đều Có chức năng bảo vệ mạch điện, chống quá tải và ngắn mạch

KCĐ ở trên được dùng trong mạng Hạ Áp và Trung Áp

- Theo tính năng

• MCCB: apomat khối (dòng cắt cao, thường làm apomat tổng)

• MCB: apomat tép ( dòng cắt thấp, thường dùng làm apomat nhánh)

• ACB: là máy cắt có dòng cắt cao

Ta có:

3 os

dm dm

dm

P I

η - hiệu suất động cơ, chọn η=91%

cos - hệ số công suất, thường cos = 0,8

 Đối với động cơ cho cơ cấu di chuyển nâng hạ với công suất 2,2kW

3

2, 2.10

4,591[ ]3.380.0,8.0,91

Chọn Aptomat bảo vệ động cơ loại 6A

=> Chọn CB bảo vệ động cơ loại 6A

b.Tính chọn Contactor

Contactor hay còn gọi là khởi động từ, là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóngngắt thường xuyên các mạch điện động lực có dòng điện ngắt không vượt quá giới hạndòng điện quá tải của mạch điện Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thựchiện bằng nam châm điện Thủy lực hay khí nén Thông thường ta gặp loại đóng cắt bằngnam châm điện hay một cách gọi khác là contactor điện từ

 Contactor được chọn theo điều kiện như sau:

 Đối với động cơ cho cơ cấu di chuyển nâng hạ với công suất 2,2kW

 Relay nhiệt được chọn theo điều kiện như sau:

 Đối với động cơ cho cơ cấu di chuyển nâng hạ với công suất 2,2kW

o

G f

Trong đó:

Go – trọng lượng bản thân cơ cấu, [N]

Rb – bán kính bánh xe, [cm]

f – hệ số ma sát lăn, [cm]

Nếu bánh xe lăn trên đường ray thì f = (0,05÷0,1) cm

Theo số liệu ta thiết kế:

Đối với các cơ cấu có bánh xe sắt lăn trên đường ray, phải tính đến lực cản

ma sát giữa mép bánh xe và đường ray Lực đó được tính toán thêm bằng hệ số

dự trữ k (2,5÷4), và toàn bộ lực cản trong trường hợp này sẽ là:

c c

 Chọn động cơ điện cửa có công suất170W

Lựa chọn phương án khởi động

- Với động cơ có P = 170W, lựa chọn phương án khởi động động cơ trực tiếp

Chọn Aptomat bảo vệ động cơ loại 1,6A

=> Chọn CB bảo vệ động cơ loại 1,6A

b. Tính chọn Contactor

Contactor được chọn theo điều kiện như sau:

Động cơ cho cơ cấu di chuyển theo phương ngang với công suất 170W

Relay nhiệt được chọn theo điều kiện như sau:

 Đối với động cơ cho cơ cấu di chuyển phương ngang với công suất 170kW

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Lựa chọn phương án điều khiển

3.1.1.Lựa chọn PLC

Khái quát về PLC

- Thiết bị điều khiển khả trình(PLC,Programmable logic controller) là loại máy tính điều khiển chuyên dụng cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua 1 ngôn ngữ lập trình

a.Đặc điểm của PLC

- Thiết bị chống nhiễu

- Có thể kết nối thêm các module mở rộng ngõ vào/ra

- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

- Dễ dàng thay đổi chương trình

- Độ tin cậy cao,kích thước nhỏ

- Bảo trì dễ dàng

=> Cho phép người điều hành không mất thời gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển chỉ cần lập trình mới thay cho chương trình cũ

- Để đánh giá một PLC người ta dựa vào hai tiêu chuẩn chính:

+ Dung lượng bộ nhớ vào số tiếp điểm vào ra của nó

+ Các chức năng như: bộ vi xử lý,chu kỳ xung clock,ngôn ngữ lập trình,khả năng mởrộng ngõ vào/ra

Với PLC, việc giải quyết các bài toán tự động hoá khác nhau nhưng không biến đổi

gì về cơ cấu ngoài việc thay đổi chương ừình điều khiển sao cho phù hợp PLC có khả nàng tuyệt đối về khả nàng linh động, mềm dẻo và hiệu quả về giải quyết các bài toán caohơn so với các kỳ thuật cổ điển

b.Các ứng dụng chính của PLC.

Simatic S7- 200 cung cấp hầu hết các giải pháp khác nhau cho các hệ thống thống tựđộng hóa như:

• Kỳ thuật sản xuất (Production engineering)

• Công nghiệp ô tô (Automobile industry)

• Điều khiển máy chuyên dụng trong xây dựng (Specialized machine

construction)

• Xử lý nhựa (Processing of plastics)

• Công nghiệp đóng gói (Packing industry)

• Thức ăn và nước uông công nghiệp (Food and drink industry )

• Xử lý công nghiệp (Processing engineering)

c.Giá vận hành thấp

Card nhớ vi nhỏ (MMC - Micro Memory Card) làm nhiệm vụ lưu trữ dữ dữ liệu vàchương ừình khi bị mất nguồn MMC này có thể hiệu chỉnh hoàn thành một dự án(project) bao gồm các biểu tương và chú thích để cho việc quản lý dể dàng hơn

MMC này có thể cập nhật chương trình dễ dàng, nó cho phép truy cập đọc và ghitrong quá trình thực hiện chương trình Chính vì vậy mà việc đo các giá trị lưu trữ hay xử

lý chúng được thực hiện dễ dàng hơn

d.Giao tiếp đa chức năng: (MPI - Multi-point Interface).

Giao tiếp đa chức nàng là giai pháp rẻ nhất cho truyền thông thiết bị và lập trình máytính (PC) Hệ thống giao diện với người máy HMI (Human Machine Interface) và mộtvài chương trình điều khiển khác của S7/C7/WinAC Có tổng cộng 125 trạm MPI có thểkết nốiđường truyền với tốc độ 187,5 kbit/s

e.Giới thiệu PLC s7-1200

1: Bộ phận kết nối nguồn

2: Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được( phía sau các nắp che).2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

3: Các LAD trạng thái giành cho vào ra thích hợp

4: Các bộ kết nối profinet( phía trên của CPU).hình

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

Chức năng CPU 1211C CPU1212C CPU1214C

50KB2MB2KBI/O tích hợp của

bộ

Kiểu số

Kiểu tương tự

6 ngõ vào /4 ngõ ra

2 ngõ ra

8 ngõ vào/ 6 ngõ ra

2 ngõ ra

14 ngõ vào / 10 ngõra

2 ngõ ra

Kích thước ảnh

tiến trình

1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

6

• 3 tại 100kHz

1 tại 80kHz

3 tại 80kHz 1 tại 20kHz

Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ

đồng hồ thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40

16 x DC IN/ 16 DC Out

16 x DC In/ 16 x Relay Out

Kiểutươngtự

4 x analog In

8 x analog In

2 x analogIn

4 x analogIn

4 x analog In/2 x analog Out