Thiết kế bộ truyền động cho thang máy chở người nhà cao tầng

đồ án :TH I ếT Kế Bộ TRUYềN ĐộNG CHO thang máy
chở ng ời NH à CAO TầNG.
Cho mô hình thang máy nh sau:
Động cơ Hộp số
puli chủ động
Thanh dẫn

Đối trọng



puli bị động
Hình 1
Các số liệu cho nh sau:
Loại động cơ : Động cơ điện một chiều .
Tốc độ : V = 1,5 m/s.
Gia tốc : a = 0,5 m/s
2
Chiều cao mỗi tầng : h
0
= 4 m.
Số tầng : n = 10 tầng.
Chiều cao làm việc của thang : H = 40 m.
Trọng lợng Cabin : G
0
= 1000 kg.
Trọng lợng tải : G
đm
= 630 kg.
Đờng kính puli : D = 0,45 m.
Hiệu suất cơ cấu : = 0,75 .

Tỷ số truyền cơ cấu : i
NộI DUNG THIếT Kế.

CHƯƠNG I : MÔ Tả CÔNG NGHệ Và YÊU CầU TRUYềN ĐộNG.
I.Giới thiệu chung về thang máy.
Thang máy là thiết bị vận tải dùng để chở ngời và hàng hoá theo
phơng thẳng đứng.Thang máy đợc dùng nhiều trong các công tr-
ờng,xí nghiệp và các nhà cao tầng để phục vụ cho công nghiệp và
đời sống nhân dân.Thang máy thuộc loại vận chuyển thẳng đứng
nên thời gian vận chuyển nhỏ so với các loại thang xiên.Những loại
thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp,nhằm nâng caonăng
suất vận hành tin cậy, an toàn cho con ngời.Tất cả các thiết bị điện
đợc lắp đặt trong buồng thang và buồng máy.Buồng máy đợc bố trí
ở tầng trên cùng của giếng thang máy.
Để đảm bảo an toàn cho hành khách và thiết bị,ở thang máy đợc
sử dụng phanh hảm cơđiện ,ngoài ra ở buồng thang có trang bị bộ
phanh bảo hiểm(phanh dù) .Phanh bảo hiểm này có nhiệm vụ giử
buồng thang tại chổ khi đứt cáp, mất điện và khi tốc độ di chuyển
của buồng thang vợt quá(20-40)% tốc độ định mức.
Ngoài truyền động nâng hạ buồng thang(truyền động chính theo
phơng thẳng đứng) ở thang máy còn có các truyền động phụ (là
truyền động đóng mở cửa buồng thang).Truyền động này có một
động cơ lồng sóc kéo qua một hệ thống tay đòn.
I.1 Phân loại thang máy nh sau:
I.1.1.Phân loại theo chức năng:
a.Thang máy chở ngời:
Gia tốc cho phép đợc quy định theo cảm giác của hành khách: a
1,5 m/g
2
+Dùng trong các toà nhà cao tầng: loại này có tốc độ trung

bình hoặc lớn, đòi hỏi vận hành êm, an toàn và có tính mỹ thuật...
+Dùng trong bệnh viện: phải đảm bảo rất an toàn, sự tối u về
độ êm khi dịch chuyển, thời gian dịch chuyển, tính u tiên đúng theo
các yêu cầu của bệnh viện...
+Trong các hầm mỏ, xí nghiệp: đáp ứng đợc các điều kiện làm
việc nặng nề trong công nghiệp nh tác động của môi trờng làm việc:
độ ẩm, nhiệt độ; thời gian làm việc, sự ăn mòn...
b.Thang máy chở hàng:
Đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong kinh
doanh...Nó đòi hỏi cao về việc dừng chính xác buồng thang máy
đảm bảo cho việc vận chuyển hàng hoá lên xuống thang máy đợc dễ
dàng thuận lợi...
I.1.2.Phân loại theo tốc độ dịch chuyển:
Thang máy tốc độ chậm: V = 0,5 m/s
Thang máy tốc độ trung bình: V = 0,75 ữ 1,5 m/s
Thang máy tốc độ cao: V = 2,5 ữ 5 m/s
I.1.3.Phân loại theo tải trọng:
Thang máy loại nhỏ: Q
Tm
< 160 KG
Thang máy loại trung bình: Q
Tm
= 500 ữ 2000 KG
Thang máy loại lớn: Q
Tm
> 2000 KG.
I.2.Cấu tạo thang máy.
Thang máy có nhiều loại ,tuy nhiên các thiết bị chính của nó
vẫn là :buồng thang,tời nâng, dây căng,đối trọng,động cơ,cơ cấu
hãm cơ điện và các khí cụ khống chế khác.

Trên hình vẽ là sơ đồ vẽ các thiết bị cơ bản của thang máy,các
thiết bị chính đợc chú thích dới hình 2,trong đó:
1>Tời nâng(buli chủ động).
2>Dây treo.
3>Bộ phận hạn chế tốc độ kiểu ly tâm.
4>Buồng thang.
5>Đệm dầu.
6>Đối trọng.
7>Dây chảo.
8>Buli dẩn hớng đặt dới hầm(buli bị động).



Sau đây là một số cơ cấu đáng chú ý trong thang máy:
I.2.1 .Động cơ nâng:
1
8
6 4
2
5
3
7
Hình 2.
Động cơ nâng thang máy nối liền với bánh xe đại ma sát bằng
hộp giảm giảm tốc hay nối trực tiếp.Do đó có hai loại truyền động:
+Loại có hộp giảm tốc.
+Loại không có hộp giảm tốc.
-Loại truyền động có hộp giảm tốc ngày càng đợc trang bị bằng
các động cơ có tốc độ định mức 600ữ1500v/ph.Vì thế kích thớc của
nó nhỏ,nhng hộp giảm tốc tơng đối đắt tiền và làm việc ồn ào.

-Loại truyền động không có hộp giảm tốc dùng các động cơ chạy
chậm có tốc độ quay định mức là 60ữ120 v/ph,kích thớc và trọng l-
ợng động cơ tơng đối lớn,tuy vậy do không có hộp giảm tốc nên hệ
thống làm việc êm hơn.Mặt khác trong truyền động không có hộp
giảm tốc ,phần ứng của động cơ nối liền với trục bánh xe đại ma
sát,lại quay với tốc độ nhỏ nên tổn thất trongu quá trình quá độ nhỏ.
I.2.2.Tổ đớp(phanh hảm bảo hiểm):Đặt phía trong buồng thang có
tác dụng ngoạm chặt lấy gờ trợt khi bị đứt dây căng hay khi tốc độ
buồng thang tăng quá trị số cho phép,khi đó tổ đớp ghìm chặt lấy
buồng thang lại.Cấu tạo tổ đớp nh hình vẽ:
1>Gờ trợt.
2>Kìm.
3>Nêm.
4>Trống tời.
5>Lò xo.
Khi thang máy chuyển động bình thờng,lò xo 5kéo mạnh làm cho
kìm 2 mở ra và tổ đớp sẽ trợt trên gờ trợt cùng với buồng thang
.Trống 4 của tổ đớp có dây cuốn liên hệ với một bộ phận của dây
chảo 8.Khi thang máy chuyển động bình thờng trống 4 cha làm
việc.Khi tốc độ của buồng thang tăng quá trị số cho phép thì bộ phận
hạn chế tốc độ kiểu ly tâm đè lên dây chảo 8 làm cho trống 4 quay
theo sự di chuyển của buồng thang.Nhờ trục vít mà nêm 3 đợc đẩy
vào đuôi kìm làm cho kìm ngoạm chặt lấy gờ trợt nh vậy buồng
thang bị dừng lại.Lúc tổ đớp làm việc thì lực hãm
ban đầu còn bé ,sau đó đợc tăng dần lên.ở các buồng thang có tốc
Hình 3.
độ chạy nhanh,từ khi tổ đớp làm việc đến khi buồng thang dừng
hẳn,buồng thang còn chạy đợc thêm vài mét,ở buồng thang chạy
chậm ,quảng đờng đó chừng 10 cm.
I.2.3.Đệm dầu:

Đệm dầu có tác dụng làm cho buồng thang và đối trọng rơi
xuống sàn hầm đợc êm,không bị chấn động mạnh.Đệm dầu làm việc
theo nguyên tắc thuỷ lực,bộ phận chính là một ống xy lanh đựng
dầu,thân xylanh có nhiều lỗ nhỏ.Nếu buồng thang hay đối trọng rơi
mạnh xuống pittông,dầu sẽ đợcchuyển từ xylanh qua các lỗ đó đến
nơi có thể tích lớn hơn,làm cho sự va chạm đợc êm, giảm chấn động
cho thang máy.
II.Đồ thị tốc độ tối u của thang máy.
Để tăng năng suất của thang ,ta có thể tăng tốc độ di chuyển của
buồng thang và giảm thời gian các quá trình mở máy và hãm máy.
Đối với loại thang máy chạy chậm trị số tốc độ ổn định có ảnh h-
ởng lớn đến năang suất.
Đối với loại thang máy chạy trung bình , nhanh và cao tốc thì thời
gian các quá trình quá độ lại có ảnh hởng lớn đến năng suất.
s,v
O
v,m/s
a
a
t
v
s
a
mo may c.d on dinh
ham xuong
toc do thap
a,
a,m/s
,m/s
Vmin = 0,2m/s

s : vi tri
Hình 4.
Tuy nhiên điều này lại mâu thuẩn với yêu cầu về độ êm dịu khi
mở máy và hãm máy.
Cảm giác của hành khách không phụ thuộc vào tốc độ v mà phụ
thuộc ít nhiều vào gia tốc a và độ giật .
Độ giật =
dt
da
=
2
2
dt
vd
.
Để đảm bảo cho hành khách có cảm giác dễ chịu cần phải tạo ra
một quá độ êm dịutừ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển
độngvề trạng thái dừng.
Muốn vậy ,vào giai đoạn đầu và giai đoạn cuối của quá trình mở
máy và hãm máy cần giữ cho độ giật không đổi.
Trên đồ thị tốc độ tối u biểu diễn đồ thị các đờng:
v=v(t),s=s(t),a=a(t), =(t).
Trị số cực đại của độ giật của các thang máy chạy nhanh khoảng3
đến 10 m/s
3
,gia tốc cực đại cho phép khoảng 2 đến 2,5 m/s
2
,nh vậy
ta có thể suy ra tốc độ cực đại củabuồng thang không thể vợt quá 5
m/s.

Đồ thị đợc chia làm 5 đoạn dựa theo tính chất thay đổi của buồng
thang:
-Mở máy.
-Chế độ ổn định.
-Hãm xuống tốc độ thấp.
-Buồng thang đi đến tầng.
-Hãm dừng.
Đối với các thang máy chạy chậm đồ thị chỉ có 3 giai đoạn:
-Mở máy.
-Chế độ ổn định.
-Hãm dừng.
III.Các yêu cầu công nghệ chủ yếu đối với thang máy.
Các yêu cầu chung nhất đối với hệ thống truyền động là:
-Dễ điều khiển và hiệu chỉnh(tính đơn giản cao).
-An toàn tuyệt đối cho ngời và thiết bị.
-Dừng máy chính và không gây ra nhữnh cảm giác khó chịu
cho hành khách.
Thang máy đợc bố trí ở các công sở ,nhà ở,ngời sử dụng không có
trình độ nghề nghiệp cao nên trong mọi trờng hợp các hệ thống điện
càng đơn giản càng tốt .Cũng chính vì vậy ngời ta thích dùng động
cơ điện không đồng bộ rô to lồng sóc và rô to dây quấn.Tuy nhiên
động cơ rô to lồng sóc chỉ dùng cho thang máy chạy chậm vì nó
không đáp ứng dợc các yêu cầu về dừng máy chính xác,đồ thị tốc độ
tối uvà số lần đóng điện trong một gì bị hạn chế.Ngày nay nhờ sự
phát triển của công nghệ bán dẫn mà động cơ một chiều cũng đã đợc
sử dụng phổ biến.
Để đảm bảo tính chất an toàn trong mạch khống chế ngời ta bố trí
nhiều công tắc chuyển đổi,công tắc hành trình và tiếp diểm điều
kiện,dùng phanh hãm cơ điện và phanh hãm bảo hiểm.
Dừng máy chính xác nhằm bảo đảm tính thuận tiện và an toàn

cho ngời sử dụng,ở các thang máy chạy nhanh,trớc khi dừng buồng
thang,tốc độ động cơ đợc giảm sơ bộ.
Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ đợc xác định theo tỷ số giữa
tốc độ làm việc và tốc độ trớc lúc hãm.
Thông thờng các thang máy chạy chậm không yêu cầu điều chỉnh
tốc độ.
Các thang máy chạy nhanh và các thang máy có yêu cầu về dừng
máy chính xác có phạm vi điều chỉnh tốc độ từ3:1tới 10:1.
Ngoài ra hệ truyền động còn có các yêu cầu sau:
-Yêu cầu về truyền động:Truyền động trong hệ thang máy phải là
loại truyền động có đảo chiều quay.
-Yêu cầu về gia tốc:gia tốc <=2 m/s
2
.
gia tốc cực đại a
max
=1,5 m/s
2
.
-Yêu cầu về cơ cấu hãm:
+ Buồng thang phải dừng chính xác
+ Không đợc rơi tự do khi mất điện hoặc đứt dây treo.
+ Quá trình hãm êm và chính xác.1
+ Cơ cấu hãm phải giữ buồng thang tại chỗ khi tốc độ di
chuyển >=20 % tốc độ định mức .
- Yêu cầu về tính chất mômen quán tính J = const
- Yêu cầu về vận hành : Không đợc vận hành trong trạng thái bất
bình thờng , nếu cần đảo chiều tốc độ phải êm , tốc độ không đợc
giảm đột ngột .
Dựa vào đồ thị tốc độ của thang máy ta thấy rằng phụ tải

trong hệ truyền động là loại phụ tải ngắn hạn lặp lại, quá trình
mở máy, chuyển động với vận tốc ổn định, hãm máy đợc diễn
ra liên tục lặp đi lặp lại trong suốt quãng đờng từ tầng 1 cho tới
tầng trên cùng(tầng 10).
chơng 2 : tính chọn công suất động cơ.
Việc tính chọn đúng đắn công suất động cơ truyền động là hết
sức quan trọng Nếu nh ta chọn công suất động cơ lớn hơn trị số cần
thiết thì vốn đầu t sẽ tăng lên , động cơ thờng xuyên chạy non tải
làm cho hiệu suất và hệ số cos giảm xuống . Nếu nh chọn công
suất động cơ nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ không đảm bảo đợc
năng suất .
Để có thể tính chọn đợc công suất động cơ truyền động điện
cho thang máy cần có các điều kiện và tham số sau :
+ Sơ đồ động học của thang máy
+ Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
+ Trọng tải
+ Trọng lợng buồng thang
Hệ điện - cơ của thang máy mà em đang thiết kế có các yêu cầu
sau:
- Tốc độ : v = 1,5 m/s.
- Gia tốc a = 0,5 m/s
2
- Trọng lợng buồng thang : G
bt
=
1000 kg.
-Trọng lợng tải : G
đm
=
300 kg.

- Đờng kính pu li cáp : D = 0,45 m.
-Số tầng : 10 tầng.
- Chiều cao tầng : 4 m.
-Hiệu suất : = 0,75.
1.Xác định phụ tải tĩnh.
-Phụ tải tĩnh là do trọng lợng buồng thang,trọng lợng tải trọng l-
ợng đối trọng,và trọng lợng cáp gây nên ở trạng thái tĩnh,thông qua
puli,hộp giảm tốc tác dụng lên trục động cơ.
-Giả sử có cơ cấu nh hình vẽ:Đó là sơ đồ động học điển hình của
thang máy.Khi không có dây cáp cân bằng,lực tác dụng trên
puli chủ động theo các nhanh cáp sẽ là:

F
1
=(G
0
+ G + g
C
.x).g ,N.
F
2
=(G
dt
+ g
C.
.(H-x) ).g ,N.

Lực tổng tác động lên puli chủ động khi nâng và khi hạ tải là:
F
n

=F
1
-F
2
=(G
0
+G-G
đt
+g
c
(2.x-H)).g,N.
F
h
=F
2
- F
1
=(G
đt
-G
o
-G+g
c
(H-2.x)).g,N.
Trong đó: G,G
o
: trọng lợng bản thân buồng thang và trọng lợng
tải,kg.
g
c

: trọng lợng một đơn vị chiều dài cáp ,kg/m.
H : chiều cao nâng , m.
x : khoảng cách từ buồng thang đến puli chủ động ,m.
G
đt
: Trọng lợng đối trọng , kg.
Mục đichsử dụng đối trọng là giảm phụ tải của cơ cấu,do đó
giảm đợc công suất truyền động.Điều kiện chọn trọng lợng đối trọng
là tạo ra phụ tải tĩnh nhỏ nhất.Trọng lợngcủa đối trọng đợc chọn
D



5
Hình 5.
G
dt
BT
x
H
theo công thức: G
đt
=G
0
+.G
đm
, đối với thang máy chọn =
0,4.Thay vào ta có :
F
n

=(G-.G
đm
+g
c
(2.x-H)).g,
F
h
=(.G
đm
-G+g
c
(H-2.x)).g.
Ta thấy lực Fx,nghĩa là phụ thuộc vào vị trí buồng thang.Khi
x=H, tức là khi buồng thang ở vị trí thấp nhất,F có trị số cực đại và
gây ra phụ tải cực đại cho động cơ.Sau đó F nhỏ dần và động cơ non
tải dần cho đến vị trí cao nhất của buồng thang.Đó là điểm bất lợi
trong điều kiện làm việc của động cơ và cơ cấu.Để khắc phục nhợc
điểm này ,ngời ta dùng dây cáp cân bằng.Dây cáp cân bằng đợc
chọn cùng loại ,cùng chiều dài với dây cáp nâng.Nhờ vậy ta có biểu
thức:
F
n
=(G-.G
đm
).g,
F
h
=(.G
đm
-G).g.

Khi tính toán công suất động cơ ta xét động cơ luôn làm việc ở
tải định mức.Tức là G = G
đm
, và ta có:
F
n
= G
đm
.(1-.).g, F
n
>0,
F
h
= G
đm
.(-1).g, F
h
<0.
Nh vậy để cho thang máy chạy đều với vận tốc v thì công suất
trên trục động cơ khi thang lên,xuống là:
P
1đm
=

.
v.F
n
1000
=

.
v.g).G.G(
dm
1000
(kW).
P
2đm
=

.
v.F
h
1000
=


.
v.g.G).(
dm
1000
1
(kW).
Trong đó: - P
1đm
:ứng với trờng hợp máy điện làm việc ở chế
độ động cơ (nâng tải).
- P
2đm
:ứng với trờng hợp máy điện làm việc ở chế

độ máy phát (hạ tải).
- v(m/s) : tốc độ buồng thang.
- : hiệu suất cơ cấu,
Thay số vào ta có:
P
1đm
=
51819
7501000
630350630
,.,.
,.
).,(

=8 (kW)
P
2đm
=
75051819
1000
630630350
,.,.,.
).,(

=-4,5 (kW).
2. Xác định hệ số đóng mạch tơng đối

%.
Để xác định hệ số đóng điện tơng đối,ta phải vẽ đợc đồ thị phụ
tải tĩnh của cơ cấu.Để làm đợc điều này,ta cần xác định khoảng thời

gian làm việc cũng nh thời gian nghỉ của thang máy trong một chu
kỳ lên xuống.Xét thang máy luôn làm việc với tải định mức
G
đm
=630 (kg)

tơng đơng với khoảng 12 ngời.Để đơn giản ,ta cho
rằng qua mỗi tầng thang chỉ dừng một lần để đón,trả khách.Ta có
các thời gian giả định nh sau:
-Thời gian vào/ra buồng thang đợc tính gần đúng 1s/1ngời.
-Thời gian mở cửa buồng thang là 1s.
-Thời gian đóng cửa buồng thang là 1s
-Giả sử ở mỗi tầng có một ngời ra và một ngời vào,do đó thời
gian nghỉ là t
ng
= 4 (s).
Ta có đồ thị vận tốc gần đúng của thang máy nhm hình vẽ 6.

Hình 6.
Tra bảng 3-1,sách trang bị điện máy công nghiệp dùng chung thì
thời gian mở máy và hãm máy là:t
kđ
=t
h
=0,9(s).
Quảng đờng đi đợc trong khoảng thời gian mở máy và thời gian
hãm là:
1,5 m
t
kd

t
h
T
ck
v(m/s
)
t(s)