Thiết kế hệ truyền động thang máy chở người

Lêi nãi ®Çu Ngµy nay, víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ trong lÜnh vùc tù ®éng ho¸ xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp, dÉn ®Õn nh÷ng thay ®æi to lín c¶ vÒ mÆt lý thuÊt lÉn thùc tÕ trong hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn. Sù ra ®êi cña PLC, biÕn tÇn lµm phong phó, linh ho¹t qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn, dÔ dµng l¾p ®Æt thay thÕ, hiÖu qu¶ vµ n¨ng suÊt ®­îc t¨ng cao nhiÒu lÇn. Sau thêi gian thùc tËp t¹i C«ng ty Cæ ph¶n dÖt len mïa ®«ng. §­îc tiÕp xóc víi thùc tiÔn s¶n xuÊt, em cµng nhËn thøc ®­îc r»ng tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt lµ yÕu tè quan träng, then chèt trong mét xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i, nh»m cã nh÷ng kiÕn thøc nhÊt ®Þnh vÒ vÊn ®Ò thiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu nµo ®ã, em ®­îc giao ®Ò tµi: "ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng thang m¸y chë ng­êi" néi dung ®å ¸n gåm c¸c phÇn c¬ b¶n sau" - Giíi thiÖu vÒ c«ng nghÖ thang m¸y. - §Æc ®iÓm hÖ truyÒn ®éng ®iÖn - TÝnh chän c«ng suÊt ®éng c¬. - Tæng quan vÒ PLC - BiÕn tÇn ACS - 800 - LËp tr×nh S7 - 200 Sau mét thêi gian lµm viÖc, víi sù nç lùc cña b¶n th©n vµ cña Anh ChÞ Em kü s­ cña C«ng ty Cæ phÇn dÖt len mïa ®«ng, ®Æc biÖt em göi lêi c¶m ¬n ®Õn ThÇy c« gi¸o Lª Minh Hµ ®· trùc tiÕp h­íng dÉn em hoµn thµnh ®å ¸n nay. Do kinh nghiÖm cßn h¹n chÕ, ®å ¸n nµy ch¾c ch¾n cßn cã nh÷ng thiÕu sãt. Em rÊt mong nhËn ®­îc sù h­íng dÉn, gãp ý cña c¸c thÇy c« gi¸o ®Ó ®å ¸n cña em hoµn thiÖn h¬n. lêi cam ®oan Em xin cam ®oan b¶n ®å ¸n tèt nghiÖp: " ThiÕt kÕ hÖ truyÒn ®éng thang m¸y", do em tù thiÕt kÕ d­íi sù h­íng dÉn cña ThÇy c« gi¸o Lª Minh Hµ. C¸c sè liÖu vµ kÕt qu¶ hoµn toµn ®óng víi sù thËt. §Ó hoµn thµnh b¶n ®å ¸n nµy em chØ sö dông nh÷ng tµi liÖu ®· ®­îc ghi trong b¶ng nh÷ng tµi liÖu tham kh¶o mµ kh«ng sö dông bÊt cø mét tµi liÖu nµo kh¸c. NÕu ph¸t hiÖn ra cã sù sao chÐp em xin hoµn toµn chÞu tr¸ch nhiÖm. Sinh viªn Huúnh M¹nh Th¾ng néi dung thiÕt kÕ Ch­¬ng I Yªu cÇu c«ng nghÖ thang m¸y . Giíi thiÖu thiÕt bÞ hîp thµnh thang m¸y 1.1.1 §Æt vÊn ®Ò: Thang m¸y lµ thiÕt bÞ vËn t¶i dïng ®Ó chë ng­êi vµ hµng ho¸ theo ph­¬ng th¼ng ®øng. Nã lµ mét lo¹i h×nh m¸y n©ng chuyÓn ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c ngµnh s¶n xuÊt cña nÒn kinh tÕ quèc d©n nh­ trong ngµnh khai th¸c hÇm má, trong ngµnh x©y dùng, luyÖn kim, c«ng nghiÖp nhÑ... ë nh÷ng n¬i ®ã thang m¸y ®­îc sö dông ®Ó vËn chuyÓn hµng ho¸, s¶n phÈm, ®­a c«ng nh©n tíi n¬i lµm viÖc cã ®é cao kh¸c nhau... Nã ®· thay thÕ cho søc lùc cña con ng­êi vµ ®· mang l¹i n¨ng suÊt cao. Trong sinh ho¹t d©n dông, thang m¸y ®­îc sö dông réng r·i trong c¸c toµ nhµ cao tÇng, c¬ quan, kh¸ch s¹n... Thang m¸y ®· gióp cho con ng­êi tiÕt kiÖm ®­îc thêi gian vµ søc lùc... ë ViÖt Nam tõ tr­íc tíi nay thang m¸y chØ chñ yÕu ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp ®Ó trë hµng vµ Ýt ®­îc phæ biÕn. Nh­ng trong giai ®o¹n hiÖn nay nÒn kinh tÕ n­íc ta ®ang cã nh÷ng b­íc ph¸t triÓn m¹nh th× nhu cÇu sö dông thang m¸y trong mäi lÜnh vùc ngµy cµng t¨ng lªn. Cã thÓ ph©n lo¹i thang m¸y nh­ sau: + Ph©n lo¹i theo c«ng dông : Cã 3 lo¹i thang m¸y sau . - Thang m¸y chë kh¸ch trong c¸c nhµ cao tÇng - Thang m¸y chë hµng cã ng­êi ®iÒu khiÓn. - Thang m¸y võa chë kh¸ch võa chë hµng . + Ph©n lo¹i theo tèc ®é di chuyÓn cña buång thang : - Thang m¸y ch¹y chËm : v = 0,5 ¸ 0,65 m/s - Thang m¸y tèc ®é trung b×nh : v = 0,75 ¸ 1,5 m/s - Thang m¸y cao tèc : v = 2,5 ¸ 5 m/s. + Ph©n lo¹i theo träng t¶i : - Thang m¸y lo¹i nhá : Q <160 kg - Thang m¸y lo¹i trung b×nh : Q = 500 ¸ 2000 kg - Thang m¸y lo¹i lín : Q > 2000 kg VÒ kÕt cÊu c¬ khÝ , thang m¸y thuéc lo¹i m¸y c¬ cÊu n©ng cã d©y c¸p 2 ®Çu §Ó b¶o ®¶m an toµn cho hµnh kh¸ch vµ thiÕt bÞ ë thang m¸y ®­îc sö dông phanh h·m c¬ ®iÖn, ngoµi ra ë buång thang cã trang bÞ bé phanh b¶o hiÓm (phanh dï) . Phanh b¶o hiÓm nµy cã nhiÖm vô gi÷ buång thang t¹i chç khi ®øt c¸p, mÊt ®iÖn vµ khi tèc ®é di chuyÓn v­ît qu¸ (20 ¸ 40)% tèc ®é ®Þnh møc . Ngoµi truyÒn ®éng n©ng h¹ buång thang ( truyÒn ®éng chÝnh theo ph­¬ng th¼ng ®øng) ë thang m¸y cßn cã c¸c truyÒn ®éng phô ( lµ truyÒn ®éng ®ãng më cöa buång thang). TruyÒn ®éng nµy cã 1 ®éng c¬ lång sãc kÐo qua mét hÖ thèng tay ®ßn. 1.1. 2. CÊu t¹o cña thang m¸y: 1.1.2.1)C¸p thÐp : C¸p thÐp lµ chi tiÕt rÊt quan träng ®­îc sö dông hÇu hÕt trong c¸c m¸y n©ng nãi chung vµ thang m¸y nãi riªng. Yªu cÇu chung ®èi víi c¸p ph¶i lµ: An toµn trong sö dông §é mÒm cao dÔ uèn cong, ®¶m b¶o nhá gän cña c¬ cÊu vµ m¸y, ®¶m b¶o ®é ªm dÞu kh«ng g©y ån khi lµm viÖc trong c¬ cÊu vµ m¸y nãi chung. Träng l­îng riªng nhá, gi¸ thµnh thÊp, ®¶m b¶o ®é bÒn l©u, thêi h¹n sö dông lín. Trong thang m¸y th× ng­êi ta dïng tõ 3¸5 sîi lµm c¸p treo, treo buång thang. 1.1.2.2)Puly-pulyma s¸t Puly lµ chi tiÕt dïng ®Ó dÉn c¸p b»ng ma s¸t(gäi t¾t lµ Puly ma s¸t), th­êng ®­îc dïng phæ biÕn trong thang m¸y. Puly ma s¸t cã c¸c r·nh riªng biÖt mµ kh«ng theo h×nh xo¾n èc. Sè r·nh c¸p trªn Puly ma s¸t tuú thuéc vµo sè sîi c¸p dÉn ®éng trong m¸y vµ c¸ch m¾c c¸p. Mét sè Puly ma s¸t cã phñ chÊt dÎo ®Ó t¨ng ma s¸t. R·nh Puly vµ c¸p cã cïng ®é cøng sÏ ®¶m b¶o ®é mßn Ýt nhÊt ®èi víi c¶ c¸p vµ r·nh Puly. H×nh d¹ng mÆt c¾t r·nh c¸p trªn Puly cã ¶nh h­ëng lín ®Õn kh¶ n¨ng kÐo vµ tuæi thä cña nã. 1.1.2.3)Tang cuèn c¸p Ng­êi ta th­êng sö dông tang cuèn c¸p ®èi víi thang m¸y chë hµng(kh«ng cã ®èi träng), lo¹i nµy cã kÝch th­íc cång kÒnh vµ ®ßi hái c«ng suÊt ®éng c¬ lín so víi c«ng su©t ®éng c¬ dïng Puly ma s¸t. Trong m¸y n©ng nãi chung ng­êi ta dïng tang cuèn c¸p mét líp, trong tr­êng hîp dung l­îng cuèn c¸p trªn tang lín ®Ó gi¶m dung l­îng cña tang ng­êi ta dïng tang nhiÒu líp c¸p. Khi tang quay ®· biÕn chuyÓn ®éng quay thµnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn vµ truyÒn lùc dÉn ®éng tíi c¸p vµ c¸c bé phËn kh¸c. Tang ma s¸t lµ mét lo¹i tang cã ®Æc ®iÓm lµ kh«ng cè ®Þnh ®Çu c¸p trªn tang mµ cuèn lªn tang mét sè vßng, khi tang quay th× th× mét nh¸nh c¸p cuèn vµo víi lùc c¨ng Fc = Fmax vµ nh¸nh kia nh¶ ra víi lùc c¨ng Fn = Fmin. Tang truyÒn chuyÓn ®éng nhê ma s¸t gi÷a c¸p vµ tang. Tang ma s¸t gåm lo¹i h×nh trô vµ lo¹i cã ®­êng kÝnh thay ®æi. Kh¶ n¨ng kÐo cÇn thiÕt cña tang ma s¸t U ®Ó dÞch chuyÓn t¶i träng ®­îc tÝnh tõ lùc c¶n dÞch chuyÓn t¶i träng vµ c¸c ®iÒu kiÒn lµm viÖc víi hÖ sè an toµn cÇn thiÕt. Lùc c¨ng c¸p nhá nhÊt Fmin trªn nh¸nh nh¶ ®­îc tÝnh tõ ®iÒu kiÖn lùc c¨ng ban ®Çu ®Ó truyÒn lùc b»ng ma s¸t hoÆc tõ ®iÒu kiÖn ®é vâng cho phÐp cña c¸p. VËy lùc c¨ng c¸p lín nhÊt Fmax trªn nh¸nh cuèn cÇn thiÕt ®Ó dÞch chuyÓn t¶i träng lµ: Fmax = U + Fmin 1.1.2.4)Phanh an toµn: §Ó tr¸nh cho ca bin r¬i trong giÕng thang khi ®øt c¸p hoÆc h¹ víi tèc ®é v­ît qu¸ gi¸ trÞ cho phÐp, phanh an toµn tù ®éng dõng vµ gi÷ ca bin tùa trªn c¸c ray dÉn h­íng. Ca bin cña tÊt c¶ c¸c lo¹i thang m¸y ®Òu ph¶i ®­îc trang bÞ phanh an toµn. Phanh an toµn cßn ®­îc ®­îc trang bÞ cho ®èi träng khi ®èi träng n»m trªn lèi ®i hoÆc phÇn diÖn tÝch cã ng­êi ®øng. Theo nguyªn t¾c lµm viÖc cã lo¹i phanh dõng ®ét ngét vµ phanh dõng ªm dÞu, phanh dõng ®ét ngét th­êng ®­îc ¸p dông ®èi víi lo¹i thang m¸y cã vËn tèc cì 0.71m/s, theo kÕt cÊu cã c¸c lo¹i phanh nh­ phanh kiÓu nªm vµ kiÓu cam. §èi víi lo¹i thang m¸y cã tèc ®é trªn 1m/s vµ c¸c lo¹i thang m¸y ®­îc sö dông trong bÖnh viÖn th× th­êng dïng lo¹i phanh dõng ªm dÞu víi bé phËn c«ng t¸c lµ nªm hoÆc kÑp. Phanh an toµn th­êng l¾p víi c¸p n©ng(®­îc sö dông cho thang m¸y dïng tang cuèn c¸p) vµ m¾c víi bé h¹n chÕ tèc ®é(dïng cho thang m¸y sö dông Puly ma s¸t). 1.2.Yªu cÇu c«ng nghÖ 1.2.1 .Tèc ®é: Tèc ®é di chuyÓn cña buång thang quyÕt ®Þnh ®Õn n¨ng suÊt cña thang m¸y vµ cã ý nghÜa quan träng nhÊt lµ ®èi víi c¸c nhµ cao tÇng .§èi víi nhµ chäc trêi ,,tèi ­u nhÊt lµ dïng thang m¸y cao tèc (v»3.5m/s)gi¶m thêi gian qu¸ ®é di chuyÓn trung b×nh cña than m¸y ®Æt gÇn b»ng tèc ®é ®Þnh møc .Nh­ng viÖc t¨ng tèc ®é l¹i dÉn ®Õn sù ph¸t triÓn gi¸ tiÒn . Tèc ®é di chuyÓn cña thang m¸y cã thÓ t¨ng b»ng c¸nh gi¶m thêi gian më m¸y vµ h·m m¸y dÉn tíi t¨ng tèc ®é . 1.2.2. Gia tèc :VÊn ®Ò khã kh¨n lµ gia tèc sÏ g©y c¶m gi¸c khã chÞu cho hµnh kh¸ch (nh­ chãng mÆt ,ng¹t thë ) Th­êng th× gia tèc tèi ­u a£2m/s2 §é giËt lµ ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cho tèc ®é t¨ng cña gia tèc khimë n¸y vµ ®é gi¶m cña gia tèc h·m ,hay nãi c¸ch kh¸c lµ ®¹o hµm bËc nhÊt cña gia tèc vµ lµ ®¹o hµm bËc hai ®èi víi vËn tèc da/dt . §é giËt cã ¶nh h­ëng lín tíi ®é ªm dÞu cña ca bin .Khi gia tèc a£2m/s2 th× ®é giËt £20 m/s3 1.2.3. Dõng chÝnh x¸c buång thang : Buång thang cña thang m¸y cÇn dõng chÝnh x¸c so víi mÆt b»ng cña tÇng cÇn dõng sau khi Ên nót dõng ,(hay gÆp lÖnh dõng trong m¹ch ddieeuf khiÓn )lµ mét tr«ng ch÷ng yªu cÇu quan träng trong yªu cÇu kü thuËt ®iÒu khiÓn thang m¸y . NÐu buång thang dõng kh«ng chÝnh x¸c sÏ g©y ra c¸c hiÖn t­îng sau :§èi víi thang m¸y chë kh¸ch sÏ lµm cho hµnh kh¸ch ra vµo khã kh¨n ,t¨ng thêi gian ra vµo dÉu ®Õn gi¶m n¨ng suÊt . 1.2.4.C¸c yªu cÇu ®Æt ta cho bµi to¸n ®iÒu khiÓn thang m¸y: §ßi hái ng­êi thiÕt kÕ thang m¸y ph¶i gi¶i quyÕt chÝnh x¸c vµ triÖt ®Ó c¸c yªu cÇu vÒ kü thuËt nµy : -C¸c yªu cÇu vÒ an toµn ,®©y lµ nh÷ng yªu cÇu rÊt quan träng vÝ dô nh­ thang m¸y chØ ®­îc phÐp vËn hµnh khi cöa tÇng vµ cöa cabin ®· ®ãng hay khi thang m¸y qu¸ t¶i th× kh«ng vËn hµnh . -C¸c yªu cÇu vÒ ®iÒu khiÓn vÞ trÝ cabin :khi dõng thang m¸y ®ßi hái ph¶i dõng chÝnh x¸c so víi sµn tÇng vµ qu¸ tr×nh h·m sao cho cabin dõng ®óng t¹i sµn tÇng víi yªu cÇu ®é chÝnh x¸c cao nhÊt . -C¸c yªu cÇu vÒ ®iÒu khiÓn gia tèc vµ vËn tèc ,ph¶i ®¶m b¶o sinh lý cho hµnh kh¸ch ®i trªn thang m¸y .Ng­êi ®iÒu khiÓn ph¶i ®iÒu chØnh tèt tèc ®é ,gia tèc cña thang m¸y sao cho kh«ng g©y nªn t©m lý ho¶ng lo¹n ,thiÕu tin cËy ë kh¸ch hµng Bảng 1.1. Gia tốc tối ưu, không gây cảm giác khó chịu cho hành khách Tham số Hệ truyền động Xoay chiều Một chiều Tốc độ thang máy (m/s) Gia tốc cực đại (m/s) Gia tốc tính toán trung bình (m/s) 0,5 1 0,5 0,75 1 0,5 1 1,5 0,8 1,5 1,5 1 3,5 2 1,5 Hình 1.2. Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của quãng đường S , tốc độ V , gia tốc a và độ dật theo thời gian . Bảng 1.2. Tham số của hệ truyền động điện với độ không chính xác khi dừng Hệ truyền động điện Phạm vi điều chỉnh tốc độ Tốc độ di chuyển (m/s) Gia tốc (m/s) Độ không chính xác khi dừng Động cơ KĐB roto lồng sóc 1 cấp tốc độ Động cơ KĐB roto lồng sóc 2 cấp tốc độ Động cơ KĐB roto lồng sóc 2 cấp tốc độ Hệ máy phát – động cơ (F - Đ) Hệ máy phát – động cơ có khuyếch đại trung gian 1 : 1 1 : 4 1 : 4 1 : 30 1 : 100 0,8 0,5 1 2,0 2,5 1,5 1,5 1,5 2,0 2,0 120-150 10 -15 25-35 10-15 5-10 CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ Đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc của hệ TĐĐ máy nâng Hệ truyền động dung trong máy nâng vận chuyển nói chung Hiện nay, hệ truyền động điện trong máy nâng - vận chuyển sử dụng phổ biến là hệ truyền động với động cơ xoay chiều và một chiều. Xu hướng chủ yếu khi thiết kế và chế tạo hệ truyền động điện cho máy nâng là thường chọn hệ chuyển động với động cơ xoay chiều vì có hiệu quả kinh tế cao, đạt yêu cầu về đặc tính khởi dộng cũng như đặc tính điều chỉnh. Để đáp ứng các yêu cầu về an toàn, độ tin cậy khi làm việc dài hạn của hệ truyền động điện các máy nâng vận chuyển, nâng cao tuổi thọ của các khí cụ điều khiển, nên dung các khí cụ phi tiếp điểm thay cho khí cụ tiếp điểm ( rơ le – công tắc tơ). Các khí cụ phi tiếp điểm đó có thể chế tạo, lắp ráp từ các phần tử điện từ, điện tử và bán dẫn. Những năm gần đây, do sự phát triển nhanh của kĩ thuật bán dẫn, kĩ thuật biến đổi điện năng công suất lớn, các hệ truyền động cho máy nâng - vận chuyển nói chung, cũng như hệ truyền động cho thang máy nói riêng. Đã dung nhiều các bộ biến đổi thyristor thay thế cho các hệ cổ điển dung máy điện khuyếch đại cũng như khuyếch đại từ … Bộ biến đổi thyristor có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với bộ biến đổi quay : quán tính nhỏ, độ nhạy cao, kích thước và trọng lượng bé hơn, cho phép chế tạo được những hệ truyền động có các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật cao. Hệ truyền động dung trong thang máy vận chuyển Khi thiết kế hệ trang bị điện - điện tử cho thang máy, việc lựa chọn một hệ truyền động, chọn loại động cơ phải dựa trên các yêu cầu sau : Độ chính xác khi dừng Tốc độ di chuyển buồng thang Gia tốc lớn nhất cho phép Phạm vi điều chỉnh tốc độ Hệ truyền động điện xoay chiều dung động cơ không đồng bộ roto lồng sóc và roto dây quấn được dung khá phổ biến trong trang bị điện - điện tử thang máy và máy nâng. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc thường dung cho thang máy chở hang tốc độ chậm. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto dây quấn thường dung cho các máy nâng có trọng tải lớn ( công suất động cơ truyền động tới 200kw). Nhằm hạn chế dòng khởi động để không làm ảnh hưởng đến nguồn điện cung cấp. Hệ truyền động một chiều máy phát - động cơ có khuyếch đại trung gian thường dung cho các thang máy cao tốc. Hệ này đảm bảo biên độ chuyển động hợp lý, nâng cao độ chính xác khi dừng tới I (5 – 10)mm. Nhược điểm của hệ này là công suất đặt lớn gấp (3 – 4) lần so với hệ xoay chiều, phức tạp trong vận hành và sửa chữa. Những năm gần đây, do sự phát triển của kỹ thuật điện tử công suấy lớn, các hệ truyền động một chiều dung bộ biến đổi tĩnh đã được áp dụng khá rộng lớn trong các tahng máy cao tốc đạt tới 5m/s. Trong phạm vi thiếu kế thang máy chở người cho toà nhà cao tầng của một khu chung cư mới xây dựng. Em xin phép được lựa chọn hệ truyền động điện xoay chiều, động cơ không đồng bộ roto lồng sóc một cấp tốc độ. Dung biến tần ACS-800, được điều khiển bằng PLC SIMEN. Do vậy hệ này đảm bảo những yêu cầu kĩ thuật cao, như dừng chính xác buồng thang bằng cách giảm tốc độ từ cao xuống thấp (giảm tần số) trước khi dừng buồng thang. Mặt khác quá trình khởi hãm và chuyển tốc độ sẽ êm đạt được những yêu cầu về công nghệ Tính chọn công suất động cơ trong hệ truyền động điện 2.2.1 Các chế độ làm việc của truyền động điện Căn cứ vào đặc tính phát nóng và nguội lạnh của máy điện, người ta chia chế độ làm việc của truyền động thành ba loại : dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại. Chế độ dài hạn : do phụ tải duy trì trong suốt thời gian, cho nên nhiệt độ của động cơ có đủ thời gian đạt tới chỉ số ổn định. Chế độ ngắn hạn : do phụ tải duy trì trong suốt thời gian ngắn, thời gian nghỉ dài, cho nên nhiệt độ động cơ chưa kịp đạt tới giá trị ổn định và nhiệt độ động cơ sẽ giảm về giá trị ban đầu. Chế độ ngắn hạn lặp lại : phụ tải có tính chất chu kì, thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt độ động cơ chưa tăng đến trị số ổn định thì giảm do mất tải. Nhiệt độ động cơ suy giảm chưa về giá trị ban đầu thì lại tăng lên do có tải. Do vậy người ta đưa ra khái niệm thời gian đóng điện tương đối kí hiệu là ε 2.2.2. Chọn công suất động cơ Thang máy làm việc trong chế độ phụ tải ngắn hạn lặp lại. Do vậy ta chỉ cần quan tâm đến trường hợp này. Ta có thể chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại hoặc chọn động cơ chuyên dụng ngắn hạn lặp Hinh 2.1. Đồ thị phụ tải ngắn hạn lặp lại không đổi Tính chọn động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại : Thường động cơ dài hạn được chọn ở công suất < = để tận dụng hết khả năng phát nóng cho phép của động cơ. Như vậy hệ số quá tải về nhiệt độ được tính : δ = (2.1) trong đó: ∆Uod : giá trị phát nóng ổn định khi động cơ làm việc với công suất ∆Umax : giá trị phát nóng cực đại max cho phép Hệ số tiếp điện : ε’ = với β = (2.2) T : hằng số thời gian phát nóng của động cơ β : hệ số xét đến điều kiện làm mát bị xấu đi trong thời gian nghỉ (β = 0.5 đối với máy điện một chiều , β = 0.25 với máy không đồng bộ ) Để chọn được động cơ dài hạn làm việc với phụ tải ngắn hạn lặp lại, ta dựa vào đồ thị phụ tải để có yêu cầu , từ đó chọn sơ bộ công suất động cơ để có T và để tính ε’ và cuối cùng là δ. Sử dụng phương pháp tính lặp cho <= ∆ Pdm của động cơ chọn thì kết thúc việc tính chọn. Tính chọn công suất động cơ ngắn hạn lặp lại cho phụ tải ngắn hạn lặp lại : Động cơ ngắn hạn lặp lại được chế tạo chuyên dụng có độ bền cơ khí cao, quán tính nhỏ (để đảm bảo chế độ khởi động và hãm thường xuyên) và khả năng quá tải lớn ( từ 2.5 đến 3.5 lần ). Đồng thời được chế tạo chuẩn với thời gian đóng điện ε% = 15%, 25%, 40% và 60%. Động cơ được chọn cần có 2 tham số. Pdm chọn >= Plv ε% dm chọn phù hợp với ε%làm việc Trong trường hợp εev không phù hợp với ε%dm chọn chọn thì cần chỉnh lại công suất định mức theo công thức : Pdm chọn = Plv (2.3) Trong trường hợp phụ tải biến đổi, thì phải dùng công thức tính các đại lượng đẳng trị : Pdt = (2.4) Và εdt % = (2.5) Hình 2.2 Đồ thị phụ tại ngắn hạn lặp lại biến đổi Tính chọn công suất động cơ TĐ thang máy Hình 2.3 Sơ đồ động học của thang máy Để tính chọn được công suất động cơ truyền động thang máy cần có các điều kiện sau : Sơ đồ động học của thang máy Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép Trọng tải Trọng lượng buồng thang Công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải, dung đối trọng được tính theo biểu thức ( 3.2 _TBĐ_page 30) Pcn = {[G + Gbt]. - Gdt.η}.V .k.g. (2.6) Trong đó Gbt : khối lượng buồng thang (kg) G : khối lượng hang ( hoặc hành khách) (kg) V : tốc độ nâng (m/s) g : gia tốc trọng trường (m/) η : hiệu suất của cơ cấu này Pcn : công suất tĩnh của động cơ khi nâng tải k : hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (k = 1.15 – 1.3) Công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải : Pch = {[ G + Gbt].η + Gdt. }.V.k.g. Pch : công suất tĩnh của động cơ khi hạ tải Khối lượng của đối trọng được tính theo biểu thức sau đây : Gdt = Gbt +α. G (kg) (2.8) Trong đó : α : hệ số cân bằng (α =0.3 – 0.6) phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trọng vào những giờ cao điểm. Thời gian còn lại thường làm việc non tải, cho nên đối với thang máy chở khách nên chọn hệ số α = 0.35 – 0.4 Thông số tương đối để tính toán các thời gian ( thời gian đóng, mở cửa và số lần dừng của buồng thang khi chuyển động) được đưa ra trong bảng sau Bảng 2.1 Gia tốc tối ưu Tốc độ di chuyển (m/s) Thời gian mở máy và hãm máy với khoảng cách giữa của tầng (s) Tổng thời gian còn lại (s) 3,6 m >= 7,2 m Buồng thang có cửa rộng dưới 800mm (mở bằng tay) Buồng thang có cửa rộng dưới 800mm (mở tự động) Buồng thang có cửa rộng dưới 1000mm (mở tự động) 0,5 0,75 1,0 1,5 2,5 3,5 1,6 1,6 1,8 1,8 2,8 3,2 1,6 1,6 1,8 1,8 2,0 2,5 12,0 12,0 13,0 - - - 7,0 7,0 7,0 7,2 - - - - 6,3 6,3 6,5 7,0 Thời gian ra, vào buồng thang được tính gần đúng 1s/1 người, số lần dừng (tính theo xác suất ) của buồng thang có thể tìm theo các đường cong trên hình sau : Hình 2.4 Đường cong xác định số lần dừng ( theo xác suất) của buồng thang. md : số lần dừng, mt : số tầng, E: số người trong buồng thang. Xét thang máy làm việc với tải tối đa Gmax = 680kg tương đương với 13 người. Vận chuyển hành khách trong 1 toà nhà cao 10 tầng với khoảng cách giữa các tầng là 4m. Buồng thang có cửa rộng là dưới 800mm, mở cửa tự động. Tốc độ di chuyển v = 1m/s (được phân loại theo tốc độ di chuyển trung bình). Trọng lượng của cabin G = 700kg. Gia tốc a = 1,5m/, có đường kính puli d = 0.4 m, tỷ số truyền i = 20 , hiệu suất η = 0.8. Giả thiết đến mỗi tầng có 2 người ra và 2 người vào. Tra đồ thị H.02 (TBĐ. ĐTDC-p.31). Ta được số lần dừng md = 6.6 lần - trọn md =7 lần theo xác suất. Trong 7 lần dừng có 2 lần dừng ở tầng 1 và 10 thì tất cả 13 người đều ra và vào. Có 5 lần dừng ở các tầng còn lại Tính toán hệ số tiếp điện của động cơ Tính thời gian làm việc của thang máy : thời gian mở máy và hãm máy trong một chu kỳ : ( gồm cả lên và xuống) Tra bảng có thời gian mở và hãm với khoảng cách tầng 4m là t = 1.8s. Gồm 7 lần dừng cabin thì tương ứng ta có : t mh = 2.7.1,8 = 80 (s) thời gian cabin đi với vận tốc 1m/s sau các lần dừng đón trả khách tính cả chu kỳ tođ = ().14 h : khoảng cách tầng . h = 4 (m) v : vận tốc ổn định của cabin . v = 1m/s Sm-h : quãng đường cabin chạy được sau khi mở và hãm máy : Sm-h = vot + = 0 + (m) Vậy tođ = ().14 = 19,6 (s) thời gian cabin chạy ở các tầng ( 3 tầng) không phải dừng đón trả khách trong một chu kỳ : to = =12 (s) Vậy thời gian làm việc của thang máy : tlv = tmh + tođ + to tlv = 80 + 19,6 + 12 = 111,6 (s) Thời gian nghỉ của thang máy trong một chu kỳ : Thời gian chờ đón trả khách bao gồm : Tầng 1 α 10 , giả sử trong cabin có tối đa là 13 người, thì 13 người trong cabin ra, và 13 người khác vào : ( thời gian 1s/1 người) t110 = 4.13 = 52 (s) Tầng còn lại cứ mỗi tầng có 2 người ra, 2 người vào ( 5 tầng còn lại) t5 =2.5.4 = 40 (s) Vậy thời gian đón trả khách là : tkhách = t110 + t5 = 52 + 40 = 92 (s) Thời gian đóng mở (tự động) buồng thang. Tra bảng 1 được 7 (s) tcửa = 2.7.7 = 98 (s) Vậy trong 1 chu kỳ thời gian nghỉ của thang máy được tính như sau : tng = tkhách + tcửa = 92 + 98 = 190 (s) Tổng thời gian trong một chu kỳ : T ck = tlv + tng T ck = 111,6 +190 = 301,6 (s) Hệ số đóng điện tương đối : ε %=. 100% (2.9) ε % = . 100% = 37% Chọn sơ bộ công suất động cơ : Thay số tính toán Pcn : Pcn = {[ 680 + 700]. - 0,8. Gdt}.1.k.9,8.10 Với k = hệ số ma sát giữa thanh dẫn hướng và đối trọng (k=1,15 đến 1,3) chọn k = 1,2 Gđt =Gbt + α.G chọn α = 0,4 Gđt = 700 + 0,4.680 = 972 (kg) Vậy Pcn (kw) Thay số tính toán Pch : Pch = {[ G + Gbt].η + Gdt. }.V.k.g. = {[680 + 700].0,8 + }.1.1,2.9,8. Pch = 27,27 (kw) Để chọn động cơ ta phải tính được công suất đẳng trị gây ra trên trục động cơ : Pđt = (2.10) Pđt = Pđt = 17,92 (kw) Mô men tương ứng với lực kéo : M= nếu F>0 (Nm) (2.11) Hoặc M = nếu F < 0 (Nm) (2.12) Với F= (G + Gbt – k1∆G1 – Gđt).g (N) (2.13) với k1 : số lần dừng của buồng thang ∆G1 : thay đổi (giảm) khối lượng tải mỗi lần dừng g : gia tốc trọng trường (m/) F= (680 + 700 – 7.0 – 972).9,8 F= 3998,4 N Thay F vào (2.6) ta có : M = = 50 (Nm) Tốc độ của động cơ được xác định bằng biểu thức sau : i = (2.14) Trong đó : v : tốc độ nâng tải (m/s) n : tốc độ quay của động cơ (vòng/s) Rt : bán kính của puli Suy ra : n = = = 15,91 (vòng/s) = 955 (vòng/phút) Xây dựng đồ thị phụ tải với các thông số đã được tính toán ở trên tevN : tổng thời gian khởi động mở máy và hãm máy, thời gian làm việc của động cơ lúc nâng tải tevH  : tổng thời gian khởi động mở máy và hãm máy, thời gian làm việc của động cơ lúc hạ tải với tlvN = tlvH = 1/2. tlv tlvN = tlvH = 111,6/2 = 55,8 tng = 190 (s) Pcn = 11,14 (kw) Pch = 27,27 (kw) Tck = 301,6 (s) Hình 2.5 Đồ thị phụ tải Từ Pdt = 17,12 kw, tra loại động cơ trong quyển “ Các đặc tính cơ của động cơ trong truyền động điện” – Bùi Đình Tiến và Lê Tông dịch, ta chọn được động cơ : Động cơ xoay chiều – rôto lồng sóc Udm = 380v, Pdm = 22 kw có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại εdd% = 40% Kiểm nghiệm công suất động cơ : Động cơ đã chọn là đúng nếu thoả mãn yêu cầu : Ptc < Pđm (2.15) Ptc = Pđt (2.16) Trong đó Ptc : là công suất quy đổi về hệ số tiếp điện tiêu chuẩn. ε%tc : hệ số tiếp điện tiêu chuẩn : 15%, 25%, 40%, 60% Thay số vào (2.16) có : Ptc = 17,92. = 17,23 kw Ptc = 17,23 kw So sánh kết quả với công thức (2.15) ta có động cơ đã chọn là phù hợp : Ptc = 17,23 kw < Pđm =22 kw Thông số động cơ : động cơ không đồng bộ roto lồng sóc mã hiệu MTKM 412_6 Bảng 2.2. Thông số của động cơ Công suất định mức Pđm =22 kw Rst = 0,218 Ω Tốc độ động cơ n= 940 v/ph Xst =0,312 Ω A Ω Ω Cos φ khởi động Cos φ = 0,64 Định mức Cos φ = 0,86 Không tải Cos φ = 0,07 Hệ số tính đổi điện trở kr = ke = 0,69.10 Istđm =46 A Momen quán tính J = 0,637(kg/m) Isto = 21,9 A Khối lượng động cơ Q = 315 kg Hệ số tiếp điện TĐ = 40% 2.2 Tính toán và chọn phanh hãm : Phanh hãm là một bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu chính của thang máy. Phanh dung trong cơ cấu thường có ba loại : phanh guốc, phanh đĩa và phanh đai. Nguyên lý hoạt động của các loại phanh nói trên về cơ bản là giống nhau. Khi động cơ của cơ cấu đóng vào lưới điện thì đồng thời cuộn dây của nam châm phanh hãm cũng có dòng điện. Lực hút của nam châm thắng lực hút cản của lò xo, giải phóng trục động cơ để động cơ làm việc. Khi cắt điện cuộn nam châm cũng mất điện, lực căng của lò xo sẽ ép chặt má phanh vào trụ động cơ để hãm. Phanh hãm điện từ thường được chế tạo theo hai kiểu : hành trình phần ứng dài ( hang chục mm) và hành trình phần ứng ngắn (vài mm). Loại hành trình dài yêu cầu lực hút nhỏ, nhưng kết cấu cơ khí cồng kềnh và phức tạp. Trên thực tế thường dung phanh hãm hành trình ngắn. Hình 2.6. Sơ đồ động học phanh guốc. Khi cuộn dây của nam châm có điện, lực hút của nam châm sẽ nâng cánh tay đòn L lên làm cho phanh guốc không ép chặt vào trục động cơ. Khi mất điện, do tự trọng của nam châm Gnc và đối trọng phanh Gph, cánh tay đòn hạ xuống và đai phanh ghì chặt trụ động cơ. Đối với loại phanh hành trình ngắn, khi mất điện, do tự trọng của nam châm Gnc và đối trọng phanh Gph , cánh tay đòn hạ xuống và đai phanh ghì chặt trụ động cơ. Đối với loại phanh hành trình ngắn, khi mất điện, dưới tác dụng của lực lò xo, đai phanh sẽ ép chặt lấy trụ động cơ. Khi chọn cơ cấu phanh cần chú ý tới 3 thông số cơ bản : điện áp làm việc, hệ số tiếp điện tương đối (ε %) và độ dài của hành trình phần cứng hoặc trị số góc quay lớn nhất. Tính toán và lựa chọn phanh cho cơ cấu nâng - hạ Lực tác dụng lên trục động cơ khi phanh phụ thuộc vào trị số mô men của cơ cấu phanh và chế độ làm việc của cơ cấu nâng hạ. Mô men cản tĩnh khi hạ tải với tải định mức : Mch = [Nm] (2.17) Trong đó : Gđm : tải trọng định mức [ N] Go : trọng lượng của cơ cấu bốc hàng [N] Rt : bán kính của tang [m] i : tỷ số truyền u : số mạch nhánh của ròng rọc ( U=3) η : hiệu suất của cơ cấu. vậy Mch = = 345 Nm Tuỳ theo chế độ làm việc, cần them hệ số dự trữ k. Hệ số này phụ thuộc vào chế độ làm việc trong bảng sau : Bảng 2.3. Hệ số dự trữ Chế độ làm việc Hệ số k Nhẹ nhàng (Nh) Trung bình (Tb) Nặng nề (Ng) Rất nặng nề (RNg) 1,5 1,75 2,0 2,5 Cơ cấu truyền động điện của thang máy là nặng nề. Tra bảng 2 ta có hệ số k =2 Từ đó mô men của cơ cấu phanh : Mph = Mch.k (2.18) Mph = 345.2 = 680 (Nm) Tính chọn nam châm điện cho cơ cấu phanh : Lực cần thiết đặt lên má phanh ( lực hướng tâm) bằng : F = Trong đó : Fh : lực tác dụng đặt lên puli 3998,4 [N] μ : hệ số ma sát ( nếu má phanh là từ chất liệu amiăng và puli hãm bằng gang thì μ =0,35) Lực hút của nam châm Fnc, hành trình của phần ứng yêu cầu hư được xác định theo biểu thức sau : ( Fnc. hư )yc = F.h. (2.19) Trong đó : Fnc : lực hút của nam châm hư : hành trình phần ứng chọn bằng 5mm h : hành trình hãm chọn bằng 7mm η : hiệu suất 0,85 k : hệ số dự trữ 0,8 Thay số liệu vào công thức (2.18) ta có : F = (N) F = 11424 (N) Thay số liệu vào công thức ( 2.18) ta có : (Fnc.5.10)yc = 11424.7.10. (Fnc)yc = 23520 [N] Nam châm hãm phải có tích số : ( Fnc. hư ) > ( Fnc. hư )yc Giả sử giữ nguyên lực hút của nam châm Fnc =const Thì hành trình phần ứng hu phải lớn hơn 5mm Suy ra hu =6mm Phanh dù Ngoài bộ phanh hãm điện từ ra, buồng thang phải có trang bị bộ phanh bảo hiểm là phanh dù, có tác dụng giữ buồng thang tại chỗ khi đứt cáp, mất điện và đặc biệt khi tốc độ di chuyển vượt quá (20 đến 40) % tốc độ định mức Phanh bảo hiểm thường được chế tạo theo 3 kiểu : phanh bảo hiểm kiểu nêm, phanh bảo hiểm kiểu lệch tâm và phanh bảo hiểm kiểu kìm. Trong các loại phanh trên, phanh bảo hiểm kiểu kìm được sử dụng rộng rãi hơn, nó đảm bảo cho buồng thang dừng êm hơn. Kết cấu pahnh bảo hiểm kiểu kìm được biểu diễn trên hình (2. 7). Phanh bảo hiểm kiểu kìm thường được lắp phía dưới buồng thag, gọn kìm 2 trượt theo thanh dẫn hướng 1 khi tốc độ của buồng thang bình thường. Nằm giữa hai cánh tay đòn của kìm có nêm 5 gắn với hệ truyền động bánh vít 4. Hệ truyền động trục vít có hai loại ren : ren phải và ren trái. Cùng với kết cấu của phanh bảo hiểm, buồng thang có trang bị them cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm. Khi buồng thang di chuyển sẽ làm cho cơ cấu hạn chế tốc độ kiểu ly tâm quay. Khi tốc độ di chuyển của buồng thang tăng, cơ cấu đai truyền 3 sẽ làm tang 4 quay và kìm 5 sẽ ép chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng và hạn chế tốc độ quay của buồng thang. Hình 2.7 . Phanh bảo hiểm kiểu kìm Thanh dẫn hướng Gọng kìm trượt Đai truyền Hệ thống động bánh vít - trục vít Nêm Dừng chính xác buồng thang : Buồng thang của thang máy cần phải dừng chính xác so với mặt bằng của tầng cần dừng sau khi ấn nút dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau Đối với thang máy chở khách, làm cho hành khách ra, vào khó khăn, tăng thời gian ra, vào của hành khách, dẫn đến giảm năng suất. Đối với thang máy chở hang, gây khó khăn trong việc xếp và bốc dỡ hàng. Trong một số trường hợp có thể không thực hiện được việc xếp và bốc dỡ hang. Để khắc phục hậu quả đó có thể ấn nhấp nút bấm để đạt được độ chính xác khi dừng, nhưng sẽ dẫn đến các vấn đề không mong muốn sau : Hỏng các thiết bị điều khiển. Gây tổn thất năng lượng. Gây hỏng hóc cacc thiết bị cơ khí. Tăng thời gian từ lúc hãm đến dừng. Để dừng chính xác buồng thang cần tính đến một nửa hiệu suất của 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 dừng chính xác buồng thang bao gồm : mô men của cơ cấu phanh, mô men quan tính của buồng thang, tốc độ khi bắt đầu hãm và một số yếu tố phụ khác. Quá trình hãm buồng thang xẩy ra như sau : khi buồng thang đi đến gần sát tầng, công tắc chuyển đổi tầng cấp lệch lên hệ thống điều khiển động cơ để dừng buồng thang. Trong quãng thời gian ∆t ( thời gian tác động của thiết bị điều khiển), buồng thang đi được quãng đường là : S’ = v0 ∆t [m] (2.20) Trong đó : vo : tốc độ lúc bắt đầu hãm [ m/s]. Khi cơ cấu phanh tác động là quá trình hãm buồng thang. Trong thời gian này, buồng thang đi được một quãng đường S’’ S’’ = (m) (2.21) Trong đó : m : khối lượng các phần chuyển động của buồng thang [kg]. Fph : lực phanh [N] Fc : lực cản tĩnh [N]. Dấu cộng (+)hoặc trừ (-) trong biểu thức () phụ thuộc vào chiều tác dụng của lực Fc : khi buồng thang đi lên (+) và khi buồng thang đi xuống ( - ) S’’ cũng có thể viết dưới dạng sau : S’’ = (m) (2.22) Trong đó : J : mô men quán tính hệ qui đổi về chuyển động của buồng thang [kg/ m2] Mph : Mô men ma sát [N] Mc : Mô men cản tĩnh [N] ωo: tốc độ quay của động cơ lúc bắt đầu phanh [rad/s] D : đường kính puli kéo cáp [m] i : tỉ số truyền. Quãng đường buồng thang đi được từ khi công tắc chuyển đổi cho lệnh dừng đến khi buồng thang dừng tại sàn tầng là : S = S’ + S’’ = Vo∆t + (2.23) Công tắc chuyển đổi tầng đặt cách sàn tầng 1 khoảng cách nào đó làm sao cho buồng thang nằm ở giữa hai quãng đường trượt khi phanh đầy tải._.