Thiết kế hệ thống thang máy 5 tầng dẫn động bằng thanh răng

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 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.

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM

I Thông tin chung

Tên nhóm: Nhóm 10

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.

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, Cơđiện tử đã trở thành một nghành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu, ứng dụng cácsản 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 việcđiều khiển vị trí tnag máy và tốc độ của động cơ đã và đang được sử dụng một cáchrộng rãi, được ứng dụng nhiều trong ngành cơ điện tử, tự động hóa Việc hiểu và ứngdụng sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người Để góp phần nhỏ vào việc này, nhóm em đãthực 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 lũykinh nghiệm quý báu bổ sung vào hành trang của mình trên con đường đã chọn Nhậnthức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thứcsẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫncủa thầy để hoàn thành bài tập lớn này

Trong quá trình thực hiện đề tài này còn nhiều sai sót hi vọng quý thầy cô thôngcảm 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 3

1.1 Yêu cầu thị trường, công ty, môi trường 3

1.1.1 Nhu cầu thị trường 3

1.1.2 Tính cấp thiết 7

1.1.3 Phân tích thị trường 8

1.1.4 Khả năng của công ty 9

1.1.5 Tìm kiếm và lựa chọn ý tưởng xây dựng thang máy cho gia đình, văn phòng 5 tầng 9

1.2 DANH SÁCH YÊU CẦU: 11

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ 17

2.1 Xác định các vấn đề cơ bản 17

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng 20

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc 24

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc 26

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CỤ THỂ 27

3.1 Xây dựng các bước thiết kế cụ thể 27

3.2 Tích hợp hệ thống 31

3.3 Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm Solidworks 32

3.3.1 Chi tiết cabin 33

3.3.2 Cabin kết nối với thanh răng 37

3.3.3 Cửa cabin 39

3.3.4 Bánh răng dùng trong hệ thống 40

PHỤ LỤC 42

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Biểu đồ khảo sát nghề nghiệp khách hàng 3

Hình 1.2: Biểu đồ khảo sát nơi sử dụng thang máy 4

Hình 1.3: Biểu đồ khảo sát số tầng của thang máy 4

Hình 1.4: Biểu đồ khảo sát số lượng người trong thang máy 4

Hình 1.5: Biểu đồ khảo sát tốc độ thang máy 5

Hình 1.6: Biểu đồ khảo sát việc lắp đặt camera trong thang máy 5

Hình 1.7: Biểu đồ khảo sát việc lắp điều hòa trong thang máy 5

Hình 1.8: Biểu đồ đánh giá chi phí lắp đặt thang máy 6

Hình 1.9: Mẫu thang máy thịnh hành những năm qua 8

Hình 3.1: Tổng thế Cabin thang máy được phác thảo qua phần mềm Solidworks 32

Hình 3.2: Cabin thang máy 33

Hình 3.3: Hình chiếu cạnh của Cabin 34

Hình 3.4: Hình chiếu đứng của Cabin 35

Hình 3.5: Tổng quan Cabin thang máy 36

Hình 3.6: Cabin đã kết nối với thanh răng 37

Hình 3.7: Tổng quan về Cabin 37

Hình 3.8: Mô hình 3D 38

Hình 3.9: Cửa thang máy 39

Hình 3.10: Mô phỏng cửa thang máy 40

Hình 3.11: Thanh răng truyền động trong thang máy 40

Hình 3.12: Liên kết ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng 41

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Nhu cầu sử dụng thang máy của khách hàng 3

Bảng 1.2: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng trục vit-me 10

Bảng 1.3: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng thang răng 10

Bảng 1.4: Danh sách yêu cầu cho bộ phận cơ khí 11

Bảng 1.5: Danh sách yêu cầu cho bộ phận điện 11

Bảng 1.6: Danh sách yêu cầu cho bộ phận điều khiển 13

Bảng 1.7: Danh sách yêu cầu chung cho Cabin thang máy 14

Bảng 2.1: Các cấu trúc làm việc của thang máy 24

Bảng 2.2: Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc 26

Bảng 3.1: Bảng Checklist cho thiết kế cụ thể 31

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

Tốc độ thang máy Vừa phải ( 60m/phút)

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

1.1.2 Tính cấp thiết.

Ngày nay cùng sự phất triển của các ngành khoa học kĩ thuật, kỹ thuật điện tử màtrong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoahọc kĩ thuật, quản lí, công nghiệp hóa, cung cấp thông tin hay gần nhất là trong cuộcsống hàng ngày của chúng ta… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cáchhiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật nói chung và trong sựphát triển kỹ thuật điều khiển tự động hóa nói riêng Một trong những ứng dụng cấpthiết của khoa học kỹ thuật trong đời sống chính là thang máy

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ hay hộ gia đình thì việc lắpđặt và sử dụng thang may là chưa thực sự phổ biến vì một số lí do như thang máy cồngkềnh 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 tớicác 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 khoảnchi phí vô cùng lớn cho việc giải quyết vấn đề đi lại của con người khi sử dụngcông trình đó

Yếu tố quyết định đế sự thành công cho hệ thống là ứng dụng thực tiễn của nóvào 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 tiềmnăng, 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 hiệnnay Sản xuất thang máy gia đình Mitsubishi tại Việt Nam luôn đứng đầu trong ngànhsản xuất thang máy tại Đông Nam á

Một thống kê mới nhất của bộ xây dựng thì lượng sản xuất và doanh thi riêng vềkinh doanh thang máy của nước ta đạt 7.6 nghìn tỷ đồng Con số này chỉ mới tínhriêng nữa đầu năm nay Những thống kê cho thấy sự phát triển vươt bậc của ngànhthang 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 caotầng cách đây từ năm 1975 Trong thời gian hình thành đến nay nó không ngừng pháttriển và ngày một vững mạnh hơn

Sản xuất thang máy là một khái niệm khá mới mẻ tại nước ta bởi lẽ các thiết bịchính 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 thangmáy 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 líhoạt động, cấu tao để áp dụng vào từng mục đích sử dụng trong cuộc sống như dùngcho 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 củacác 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 bịhỏng 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 ánh

sáng -Sử dung bóng led chiếusáng

Các Tiện ích phụ -Điều hòa, quạt, camera

3, Bộ phận điều khiển:

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

Danh sách yêu

cầu

Cảm biến -Cảm biến tiệm cận

Bản điều khiển -Bảng điều khiển sử dụng

phím bấmChương trình

điều khiển

-Bộ điều khiển PLC 200

S7-Thiết lập danh sách yêu cầu:

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

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

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ SƠ BỘ

 Vật liệu: Inox hoặc tole phủ sơn

 Khóa cửa an toàn cho thang

 Rail dẫn hướng:

 Hình dáng: chữ T

 Vật liệu: gỗ hoặc thép

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

 Cơ cấu dẫn động: Thanh răng- bánh răng

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

o Photocell cảm biến vật cản.

o Khóa cửa an toàn cho thang.

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

o Bảng điều khiển bên trong: gồm nút mở cửa, nút đóng cửa, các nút số tầng, nút

intercom và chuông

o Màn hình LCD hiển thị số tầng.

o Nguồn điện cung cấp.

o 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

Kiểm soát antoàn

2.2 Thiết lập cấu trúc chức năng

Chức năng tổng thể:

Tín hiệu điều khiển

Vận chuyển người

Người và vật liệu Người và vật liệu

Tín hiệucảnh báo

Biến áp

Nhập liệu

Xử lý vàđiều khiển

Cảm biếnBáo hiệuGiám sátChiếu sáng

Chức năng con:

Bộ biến đổi năng lượng:

Tín hiệu điều chỉnh

Điện

năng

Cơ năn g

Bộ ổn tốc

Hệ dẫn động Motor

Hệ thống cửa:

Vận chuyển người đến tầng yêu cầu

Cảmbiến vậtcản

Động cơcửa cabin (

Cảnh báo quá tải:

Bộ xử lý và hiển thị:

Còicảnhbáo

Xử lý

và điềukhiển

Hiển thị

Đóng(mở) cửa nhanh

Lựa chọn tầng muốn đến

Xử lý và

điều khiển

Báo quá trọng tải

2.3 Phát triển cấu trúc làm việc.

Bảng 2.8: Các cấu trúc làm việc của thang máy.

1 Phát động lực kéo- động cơ

1 phase 3,7 kw

(Nhỏ, gọn, nhẹ)

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 bánhrăng 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)

6 Đo tốc độ Encoder Cảm biến từ Cảm biến từ trở(MRE)

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

8 Cảm biến Cảm biến siêuâm Cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận

9 Cảm biến cửa thang Hãng Weco Hãng Vega Hãng ACG

Chức

năng con

Giải pháp

10 Đo tải trọng Load sensorXCS-131 Load sensorXCL-171 Load sensorX-133

11 Khe dẫn hướng Kiểu trượt Kiểu con lăn Kiểu con lăn

12 Cảm biến báo cháy ACV-V SPC24 ALN-V

14 Hệ thống điềuhòa Hãng Carrierapa Hãng SOJI Hãng Gree

15 Giá thành 380 triệu 450 triệu 550 triệu

2.4 Lựa chọn cấu trúc làm việc.

Bảng 2.9: Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc.

Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc

(?) Thiếu thông tin

(!) Kiểm tra danh sách yêu cầu

Hình dạng: Hình hộp chữ nhật

Bên ngoài: động cơ và hộp giảm tốc lắp trên nóc cabin

2 Thanh răng đặt dọc giếng tnang máy Bên trong: bảng phím bấm số tầng và màn hình hiển thị số tầng.Chất liệu: khung thép mạ kẽm

Vỏ làm bằng inox 304

Lựa chọn layout như trênVật liệu: khung thép mạ kẽm, vỏ inox304

Phần Bo bên trong sử dụng ngàm, ốc vít để cố định Bo mạch vào bệ đỡ

Sử dụng 4 chân đế cao su chống trượt khi con lắc hoạt động

Chức năng phụ trợ: điều hòa, camera,

gương, khe thông gió

Phát triển các layout chính

Phát triển chi tiết các chức năng phụ

Kinh tế: giá thành phù hợp, vật liệu phổ biến

Mô tả cấu trúc xây dựng hệ

thống hoàn chỉnh: Thể hiện

trên bản vẽ chi tiết

Điểu yếu

Tìm lỗi thiết kế của layout

Chuẩn bị tài liệu sản xuất vào

lắp ráp

Chốt lại layoutChuyển sang giai đoạnthiết kế chi tiết