Luận văn tốt nghiệp ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy

Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Lời nói đầu
Thang máy là một thiết bị không thể thiếu đợc trong việc vận chuyển
ngời và hàng hoá theo phơng thẳng đứng trong các toà nhà cao tầng hay
trong các nhà máy xí nghiệp. Ngày nay trên thế giới thang máy luôn đợc nghiên
cứu cải tiến hiện đại hoá để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.
Đất nớc ta đang trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Lúc
này bộ mặt đô thị đã có nhiều thay đổi xuất hiện nhiều nhà cao tầng, các
nhà máy xí nghiệp xuất hiện ngày càng nhiều do đó thang máy và thang cuốn
nói chung, thang máy chở ngời nói riêng đã và đang đợc sử dụng ngày càng
nhiều. Do vậy đã có nhiều hãng thang máy hàng đầu xuất hiện ở nớc ta.

Tuy nhiên so với các nớc trong khu vực thì số lợng thang máy đợc
lắp đặt ở nớc ta còn cha lớn và đây vẫn còn là thiết bị mới, sự hiểu
biết về thang máy còn giới hạn nhiều trong các nhà chuyên môn.
Trong thời gian học tập tại trờng ĐH Nông nghiệp I - Hà Nội tôi đã
đợc đào tạo có hệ thống, tiếp thu đợc các kiến thức hiện đại tiên tiến
nhất trong lĩnh vực Tự động hoá. Để kết thúc khoá học tôi đợc nhận đề
tài ứng dụng PLC trong điều khiển thang máy.
Do thang máy là một thiết bị vận chuyển ngời và hàng hoá nên vấn đề
về an toàn, vận hành chính xác và tối u về quãng đờng đi là vấn đề đợc
quan tâm hàng đầu, nên mục đích của đề tài này là Nghiên cứu cấu tạo, các
yêu cầu của thang máy, các thiết bị cơ khí trong thang máy, an toàn của thang
máy. Nêu ra đợc các phơng án truyền động cho thang máy truyền động và
xây dựng mô hình thang máy nhà 4 tầng bằng việc ứng dụng PLC.

Nội dung cơ bản của quyển đồ án này bao gồm 5
chơng: Chơng I: Giới thiệu chung về thang máy.

Chơng II: Các hệ truyền động cơ bản.

Khoa Cơ Điện

1

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Chơng III: Hệ thống điện và các hệ thống điều khiển trong
thang máy. Chơng IV: Giới thiệu về bộ lập trình PLC.
Chơng V: Xây dựng mô hình thang máy nhà 4 tầng.
Dới sự hớng dẫn khoa học và tận tình của thầy giáo: ThS. Nguyễn
Văn Đạt cùng các thầy cô trong bộ môn Điện kỹ thuật - khoa Cơ Điện trờng Đại học Nông nghiệp I - Hà Nội, cùng với sự cố gắng của bản thân
tôi đã hoàn thành bản đồ án trên.
Do còn hạn chế của bản thân và thời gian nên bản đồ án này không
thể tránh khỏi những sai sót tôi rất mong đợc sự chỉ bảo tiếp của các
thầy cô trong bộ môn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày 17 tháng 2 năm 2006

Sinh viên: Phạm Văn Thuận

Khoa Cơ Điện

2

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Chơng i
Giới thiệu chung về thang máy
1.1 Giới thiệu chung
Thang máy là một thiết bị vận tải theo phơng thẳng đứng dùng trong các
công trình xây dựng, trong các nhà máy, xí nghiệp hoặc trong các công trình
nhà dân dụng. Xuất phát từ nhu cầu thực tế cần dùng máy để nâng hạ các
thiết bị trong các công trình xây dựng, vận chuyển hàng hoá nặng hoặc vật
liệu xây dựng lên các tầng cao, vận chuyển ngời trong các toà nhà cao tầng
nên thang máy xuất hiện tơng đối sớm. Xuất phát là thang tải hàng từ thế kỷ
19, dùng để giải quyết vấn đề vận tải hàng hoá và vật liệu xây dựng, nhng
khi đó khâu an toàn cha đợc thiết kế thoả mãn để dùng chở ngời.

Sau này khi nhu cầu vận chuyển ngời ở các toà nhà cao tầng ở đô
thị rất bức bách, ngời ta đầu t nhiều để nghiên cứu về hệ thống
phanh cho thang máy, và một kỹ s ngời Mỹ là Otis đã thành công trong
việc chế tạo ra hệ thống phanh an toàn cho thang máy, mở ra một ngành
công nghiệp chế tạo thang máy cho nhà cao tầng, góp phần phát triển
mạnh mẽ cho tốc độ phát triển đô thị hoá của toàn thế giới.
Với một toà nhà cao tầng thì chi phí của việc trang bị hệ thống thang máy
chiếm một phần không nhỏ trong vốn đầu t cơ bản (đối với nhà > 20 tầng thì
nó chiếm 20% giá thành toàn bộ ngôi nhà), nhng việc sử dụng thang máy,
máy nâng trong các hạng mục công trình sẽ làm giảm đáng kể thời gian xây

dựng, giảm bớt sức ngời (khoảng 10 lần), giảm đáng kể chi phí xây dựng cơ
bản. Việc sử dụng thang máy trong các toà nhà cao tầng, trong khách sạn, công
sở giảm đáng kể thời gian, sức ngời, sức lực của con ngời, góp phần lớn vào
việc khai thác các toà nhà cao tầng, vào các mục đích kinh doanh và sinh hoạt.

Khoa Cơ Điện

3

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Thang máy nói chung đợc phân loại nh sau :
1.1.1Theo chức năng phân theo các nhóm
+ Thang máy dùng trong nhà ăn, bệnh viện.
+ Thang máy chở ngời trong các toà nhà cao tầng.
+ Thang máy chở hàng có ngời điều khiển.
1.1.2Theo tải trọng phân thành các nhóm
+ Thang máy loại nhỏ có tải trọng Q < 160 kg
+ Thang máy loại trung bình có Q = 500 ữ 2000 kg.
+ Thang máy loại lớn có Q > 2000 kg
1.1.3Theo tốc độ di chuyển phân thành các nhóm
+ Thang máy tốc độ chậm : v = 0,5m/s
+ Thang máy tốc độ trung bình : v = 0,75 ữ 1,5 m/s
+ Thang máy cao tốc : v = 2,5 ữ 5 m/s
Ngày nay nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong kỹ thuật truyền động

điện nh : Công nghệ biến đổi công suất lớn bằng thiết bị bán dẫn; công nghệ
vi điện tử, kỹ thuật vi điều khiển, máy tính nhờ đó mà công nghệ thang máy có
những bớc tiến nhảy vọt. Nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến mà thang máy
ngày càng đạt các yêu cầu khắt khe đề ra : An toàn hơn, chất lợng điều khiển
tin cậy cao, chuyển động êm hơn phù hợp với sinh lý ngời, dừng tầng chính xác
hơn, hiệu suất truyền động cao. Trên thị trờng Việt Nam trớc đây, thang máy
ít đợc sử dụng, chủ yếu là các máy nâng hàng dùng cho các nhà máy, xí nghiệp
hoặc trên các công trình xây dựng. Từ khi có chính sách mở cửa, nền kinh tế thị
trờng mà sản phẩm của nó một phần là các toà nhà cao ốc 20 24 tầng ra đời,
các toà nhà chung c cao tầng trong đô thị đợc quy hoạch mọc lên thì cũng là
lúc nhu cầu thang máy trong nớc tăng lên một cách cấp bách và có yêu cầu số lợng
lớn, hàng loạt các loại thang máy xuất hiện từ nhiều nguồn khác nhau, một số công
ty thang máy trong nớc xuất hiện, trong đó công ty Thang máy Thiên

Khoa Cơ Điện

4

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Nam (Thien Nam Elerator-Co) là một trong những công ty đầu tiên hoạt
động trong lĩnh vực thiết kế, thi công, lắp đặt và cung ứng thang máy lớn
nhất trong nớc, sánh vai cùng các Công ty thang máy Tự động (Tu dong
Elerator-Co), Công ty thang máy Thái Bình (Thai Binh Elerator-Co). Các công
ty này có cùng mục đích là nghiên cứu và lắp đặt các loại thang máy có

chất lợng cao của các hãng nổi tiếng thế giới nh : Otit Elerator (Mỹ);
Mitsubishi (Nhật); Nippon Elerator, Fuji Elevator (Nhật); LG Elevator (Hàn
Quốc). Đồng thời tự sản xuất các loại thang có chất lợng và giá thành cạnh
tranh trong các công trình có yêu cầu về chất lợng tơng đối cao.

1.2 Các yêu cầu đối với thang máy
1.2.1 Yêu cầu về an toàn
+ Đối với thang máy chở ngời, yêu cầu về an toàn là yếu tố tối quan
trọng, vì nếu chẳng may xảy ra sự cố thì sự mất an toàn có thể trả giá
bằng tính mạng của hành khách. Để đảm bảo cho thang làm việc tuyệt đối
an toàn thì mọi bộ phận của thang phải đạt độ tin cậy cao nhất.

Giữa phần điện và phần cơ của thang phải có các khoá liên động
chặt chẽ, các bộ phận cơ khí phải thoả mãn các yêu cầu về an toàn thì
phần điện mới đợc phép hoạt động, ví dụ : Cửa tầng, cửa buồng thang
phải đợc đóng kín thì thang mới làm việc; khi trọng tải không vợt quá
mức cho phép thì thang mới hoạt động, khi thang chạy quá tốc độ cho
phép thì bộ phận phanh cơ phải hoạt động hãm chặt buồng thang.
1.2.2 Yêu cầu dừng chính xác buồng thang
Buồng thang của thang máy yêu cầu phải dừng chính xác so với mặt
bằng của tầng cần dừng, khi mà buồng thang đó đến đúng tầng cần
dừng. Nếu buồng thang dừng không chính xác (mặt sàn buồng thang
không cùng độ cao với mặt sàn của tầng) thì sẽ xảy ra các hiện tợng sau :

+ Đối với thang chở khách : Làm cho khách ra vào khó khăn tăng thời
gian chờ đợt, dẫn đến giảm năng suất của thang.

Khoa Cơ Điện

5

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

+ Đối với thang chở hàng : Khó khăn trong việc xếp dỡ thậm chí
không chuyển đợc hàng ra - vào buồng thang.
1.2.3 Yêu cầu về hạn chế độ giật của thang máy
Một trong những yêu cầu cơ bản đối với thang máy, nhất là thang máy chở
ngời là phải đảm bảo chở buồng thang chuyển động phải êm. Buồng thang
chuyển động êm hay không phụ thuộc vào gia tốc khi mở máy và khi dừng máy.
Tốc độ trung bình của thang quyết định đến năng suất của thang. Tốc độ di
chuyển trung bình của thang có thể tăng bằng cách giảm thời gian mở máy và
hãm máy, có nghĩa là tăng gia tốc của buồng thang. Nhng khi gia tốc quá lớn sẽ
gây cảm giác khó chịu cho hành khách (chóng mặt, hụt hẫng). Theo thực
nghiệm thì gia tốc tối u là a 2m/s 2. Độ giật của thang là đạo hàm bậc nhất
của gia tốc, nó quyết định bởi các phơng pháp mở máy và hãm máy.

Yêu cầu về gia tốc lại càng quan trọng đối với thang máy chở bệnh
nhân trong các trờng hợp bệnh nặng, vì vậy trong trờng hợp này ngời
ta thiết kế loại thang dùng thuỷ lực trong truyền động.
(m/s3)
a (m/s2)
v (m/s)

Chạy tốc
Hãm xuống độ thấp và

tốc độ thấp hãm dừng

Chế độ
Mở máy ổn định

0

Vh
a0
V1

0

t(s)
t0
v0

t

t

t

t1 2 3
v1 v2 vh

4

vh

t

5

v3

t6
v4

t

7

v1

t

8

v0

Hình I - 1 Đờng cong biểu diễn sự phụ thuộc ,,,s vào thời gian

Khoa Cơ Điện

6

TRờng ĐHNNI - HN

Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

1.2.4 Các yêu cầu khác
Vì thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên yêu cầu mạch
đóng cắt động lực phải đảm bảo làm việc an toàn chắc chắn và có khả năng
chịu đợc tần số đóng cắt cao. Vì ngời sử dụng thang máy hầu hết là
không phải là chuyên nghiệp nên các vị trí gọi tầng, đóng mở cửa phải đơn
giản, dễ hiểu, dễ sử dụng, lôgíc điều khiển thang phải chặt chẽ và đầy đủ.

1.3 Cấu tạo chung của thang máy
1.3.1 Cấu tạo chung của
thang máy
Những loại thang máy hiện
đại thờng có kết cấu cơ khí phức
tạp nhằm nâng cao năng suất, vận
hành tin cậy, an toàn. Hình I.2 là
hình cấu tạo chung của thang máy
chở ngời. Tất cả các thiết bị điện
đợc lắp đặt kín và an toàn trong
buồng thang, buồng máy. Buồng
máy thờng bố trí ở trên cùng của
thang (mặt sàn trên cùng). Tủ điện 1
đợc đặt trong buồng máy 22 bên

I.2

cạnh đó bộ hạn chế tốc độ 2 cũng
đợc đặt trên buồng máy. Cáp của

I.2

bộ hạn chế tốc độ 8 có liên kết với
hệ thống tay đòn của bộ hãm bảo
hiểm 17 trên cabin. Khi đứt cáp
hoặc cáp trợt trên rãnh puly do
không đủ ma sát mà cabin đi xuống
vợt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ qua cáp 8 tác động lên bộ hãm bảo

Khoa Cơ Điện

7

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

hiểm 17 để dừng cabin tựa trên các ray dẫn hớng trong giếng thang. ở một số
thang máy, bộ hãm bảo hiểm và bộ phận hạn chế tốc độ còn đợc trang bị cho cả
đối trọng. Cabin và đối trọng đợc treo trên hai đầu cáp nâng 20 nhờ vào hệ
thống treo 19 hệ thống này đảm bảo cho các nhánh cáp riêng biệt có sức căng nh
nhau. Cáp nâng đợc vắt qua các rãnh cáp của puly ma sát của bộ tời kéo. Khi bộ
tời kéo hoạt động, puly ma sát quay và truyền chuyển động đến cáp nâng làm
cabin và đối trọng chuyển động lên hoặc xuống dọc theo giếng thang. Khi
chuyển động, cabin và đối trọng tựa trên các ray dẫn hớng trong giếng thang nhờ
các ngàm dẫn hớng 16. Giếng thang 15 chạy dài theo suốt chiều cao toà nhà hay

công trình đợc che chắn bằng kết cấu chịu lực nh(bê tông, gạch hoặc kết cấu
thép, lới che hoặc kính) và chỉ để các cửa vào giếng thang để lắp cửa tầng
7. Trên kết cấu chịu lực dọc theo giếng thang có gắn các ray dẫn hớng12 và 13
cho đối trọng 14 và cabin 18. Bộ tời kéo 21 đợc đặt trong buồng máy 22 nằm ở
phía trên giếng thang 15. Cửa cabin 4 và cửa tầng 7 thờng là loại cửa lùa sang
một bên hoặc hai bên và chỉ đóng mở khi cabin dừng trớc cửa tầng nhờ cơ cấu
đóng mở cửa 3 đặt trên nóc cabin. Cửa cabin và cửa tầng đợc trang bị khoá liên
động và các tiếp điểm điện để đảm bảo an toàn cho thang máy hoạt động.
Thang máy sẽ không hoạt động đợc nếu một trong các cửa tầng hoặc cửa cabin
cha đóng hẳn, hệ thống khoá liên động đảm bảo đóng kín các cửa tầng và
không mở đợc từ bên ngoài khi cabin không ở đúng vị trí cửa tầng, đối với loại
cửa lùa đóng mở tự động thì khi đóng hoặc mở cửa cabin, hệ thống khoá liên
động kéo theo cửa tầng cùng đóng hoặc mở. Tại các điểm trên cùng và dới cùng
có đặt các công tắc hạn chế hành trình cho cabin.

Phần dới của cabin là hố thang10 để đặt các giảm chấn 11 và thiết bị
căng cáp hạn chế tốc độ 9. Khi hỏng hệ thống điều khiển, cabin hoặc đối
trọng có thể đi xuống phần hố thang 10 vợt qua công tắc hành trình và tỳ lên
giảm chấn 11 để đảm bảo an toàn cho kết cấu máy và tạo khoảng trống cần
thiết dới đáy cabin để có thể đảm bảo an toàn khi sửa chữa và bảo dỡng.

Khoa Cơ Điện

8

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Hệ thống điều khiển thang máy là toàn bộ các trang thiết bị và linh
kiện điện, điện tử, bán dẫn đảm bảo cho thang máy hoạt động theo đúng
chức năng yêu cầu và đảm bảo an toàn. Thang máy chở ngời thờng dùng
nguyên tắc điều khiển kết hợp cho năng suất cao(cùng lúc có thể nhận
nhiều lệnh điều khiển hoặc gọi tầng cả khi thang dừng và khi chuyển
động ). Các nút ấn trong cabin cho phép thực hiện các lệnh chuyển động
đến các tầng cần thiết. Các nút ấn ở cửa tầng cho phép hành khách gọi
cabin đến cửa tầng đang đứng. Các đèn tín hiệu ở cửa tầng và trong
cabin cho biết trạng thái làm việc của thang máy và vị trí của cabin.

1.4 Thiết bị cơ khí của thang máy
1.4.1 Các thiết bị cố định trong giếng thang
Các thiết bị cố định trong giếng thang gồm: Hệ thống ray dẫn hớng,
giảm chấn, bộ tời kéo, hệ thống hạn chế tốc độ và hệ thống các cửa tầng.

* Ray dẫn hớng
Ray dẫn hớng đợc lắp đặt dọc theo giếng thang để dẫn hớng
cho cabin và đối trọng chuyển động dọc theo giếng thang. Ray dẫn hớng
đảm bảo cho đối trọng và cabin luôn nằm ở vị trí thiết kế của chúng trong
giếng thang và không bị dịch chuyển theo phơng ngang trong quá trình
chuyển động. Ngoài ra ray dẫn hớng phải đảm bảo độ cứng để giữ trọng
lợng cabin và tải trọng trong cabin tựa lên ray dẫn hớng cùng với các thành
phần tải trọng động khi bộ hãm bảo hiểm làm việc (trong trờng hợp đứt cáp
hoặc cabin đi xuống với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép ).

* Giảm chấn
Giảm chấn đợc lắp đặt dới đáy hố thang để dừng và đỡ cabin và đối trọng
trong trờng hợp cabin hoặc đối trọng chuyển động xuống dới vợt quá vị trí đặt

công tắc hạn chế hành trình cuối cùng. Giảm chấn phải có độ cao đủ lớn để khi
cabin hoặc đối trọng tỳ lên nó thì có đủ khoảng trống cần thiết phía dới cho việc
kiểm tra và sữa chữa. Giảm chấn phải có độ cứng và hành trình cần thiết

Khoa Cơ Điện

9

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

sao cho gia tốc dừng cabin hoặc đối trọng không vợt quá giá trị cho
phép đợc quy định trong tiêu chuẩn.

Hình I.3 Giảm chấn kiểu lò xo
1. Lò xo; 2. Đĩa tỳ; 3. Đệm cao xu; 4,5. ống dẫn; 6.Đế.
Giảm chấn bằng lò xo đợc dùng thông dụng cho các loại thang máy
có tốc độ 0,5 - 1 m/s. Trên hình I.3 là sơ đồ cấu tạo của giảm chấn lò xo.
Bộ phận chính của nó là lò so 1, phía trên có đĩa tỳ 2 và đệm cao su
3. Các ống dẫn 4 và 5 có tác dụng giữ ổn định ngang cho lò xo. Vì
cabin và đối trọng đi xuống luôn luôn tựa trên các day dẫn hớng nên trong
nhiều trờng hợp ngời ta bỏ các ống dẫn 4 và 5. Đế 6 của giảm chấn
đợc bắt với đáy hố thang bằng bulông hoặc vít nở.

Khoa Cơ Điện

10

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Hình I.4 Giảm chấn kiểu thuỷ lực.
1. đầu đỡ; 2. lò xo chịu nén; 3. pittông; 4. khoang chứa dầu; 5.
xylanh; 6. lõi; 7,8. lỗ dầu; 9.đai ốc; 10. lò xo.
Giảm chấn bằng thuỷ lực là loại tốt nhất và thờng dùng cho thang máy có
tốc độ trên 1m/s. Hình I.4 là cấu tạo của giảm chấn bằng thuỷ lực. Phần dới của
giảm chấn là xylanh 5 có đế đợc bắt với đáy hố thang bằng bulông. Tâm xylanh
5 có lõi 6, đầu dới của lõi 6 cố định vào đáy xylanh còn đầu trên có đai ốc 9. Lõi
6 đợc lắp qua lỗ 7 của pittông 3 với khe hở cần thiết. Khi cabin tỳ lên đầu pittông
3, nó nén pittông 3 đi xuống và dầu trong xylanh 5 qua khe hở của lỗ 7 chảy vào
trong pittông 3. Vì lõi 6 có hình côn nên khi pittông 3 đi xuống thì khe hở của lỗ 7
càng hẹp dần lu lợng dầu chảy vào trong pittông 3 giảm và nó chịu đợc lực tỳ
từ phía cabin lớn dần để đảm bảo quá trình dừng cabin đợc êm dịu. Để tránh va
đập trong thời điểm cabin bắt đầu tiếp xúc với pittông 3, trên đầu pittông có lắp
đầu đỡ 1 tỳ lên lò xo chịu nén 2. Ngoài ra trên xylanh 5 có các lỗ 8

Khoa Cơ Điện

11

TRờng ĐHNNI - HN

Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

để dầu có thể tràn sang khoang 4 trong thời điểm đầu để giảm va đập
và khi pittông đi xuống, nó xẽ bịt các lỗ 8 lại. Sau khi nhấc cabin lên, pittông 3
trở lại vị trí ban đầu nhờ lò xo 10 tỳ lên đai ốc 9 ở đầu trên của lõi 6.

Giảm chấn phải có độ cứng và hành trình cần thiết sao cho gia
tốc dừng cabin hoặc đối trọng không vợt quá giá trị cho phép.
* Cabin và các thiết bị liên quan.
Cabin là bộ phận mang tải của thang máy. Cabin phải đợc kết cấu sao cho
có thể tháo rời nó thành từng bộ phận nhỏ. Theo cấu tạo, cabin gồm hai phần: kết
cấu chịu lực (khung cabin) và các vách che, trần, sàn tạo thành buồng cabin. Trên
khung cabin có lắp các ngàm dẫn hớng, hệ thống treo cabin, hệ thống tay đòn
và bộ hãm bảo hiểm, hệ thống cửa và cơ cấu đóng mở cửa... Ngoài ra đối với
thang máy chở ngời phải đảm bảo các yêu cầu thông gió, nhiệt độ và ánh sáng.

Khoa Cơ Điện

12

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Hình I.5. Khung cabin
Trên hình I.5 là khung chịu lực của thang máy. Khung cabin gồm khung
đứng 1 và khung nằm 2 liên kết với nhau bằng bulông qua các bản mã. Khung đứng
gồm dầm trên và dầm dới, mỗi dầm làm từ hai thanh thép chữ U và hai dầm này
nối các thanh thép góc bằng bu lông tạo thành khung thép kín. Khung nằm 2 tựa
trên dầm dới của khung đứng tạo thành sàn cabin. Dầm trên của khung đứng liên
kết với hệ thống treo cabin 5, đảm bảo cho các cáp treo cabin có

Khoa Cơ Điện

13

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

độ căng nh nhau. Nếu cabin có kích thớc lớn thì khung đứng và khung nằm
còn liên kết với nhau bằng thanh giằng 8. Trên khung cabin có lắp hệ thống tay
đòn 7 và các quả nêm 3 của phanh an toàn. Hệ tay đòn 7 liên hệ với cáp của
hệ thống hạn chế tốc độ qua chi tiết 6 để tác động lên bộ hãm bảo hiểm dừng
cabin tựa trên ray dẫn hớng khi tốc độ hạ của cabin vợt quá giá trị cho phép.

Ngàm dẫn hớng
Ngàm dẫn hớng có tác dụng dẫn hớng cho cabin và đối trọng
chuyển động dọc theo ray dẫn hớng và khống chế độ dịch chuyển
ngang của cabin và đối trọng trong giếng thang không vợt quá giá trị cho
phép. Có hai loại ngàm dẫn hớng: Ngàm trợt và ngàm con lăn.

Hệ thống treo cabin
Do cabin và đối trọng đợc treo bằng nhiều sợi dây cáp riêng biệt cho nên
phải có hệ thống treo để đảm bảo cho các sợi cáp nâng riêng biệt này có độ căng
nh nhau. Trong trờng hợp ngợc lại, sợi cáp chịu lực căng lớn sẽ bị quá tải còn sợi
chùng sẽ bị trợt trên rãnh puly ma sát nên rất nguy hiểm. Vì vậy mà hệ thống treo
cabin phải đợc trang bị thêm tiếp điểm điện của mạch an toàn để ngắt điện
dừng thang khi một trong các sợi cáp chùng quá mức cho phép để phòng ngừa tai
nạn. Khi đó, thang chỉ có thể hoạt động đợc khi đã điều chỉnh độ căng của các
cáp nh nhau. Có 2 loại hệ thống treo: kiểu tay đòn và kiểu lò xo.

Hệ thống treo kiểu tay đòn
Khi có một cáp chùng, tay đòn lập tức nghiêng đi để điều chỉnh lực căng
cáp song nếu cáp chùng quá giới hạn cho phép thì đầu tay đòn sẽ chạm vào tiếp
điểm an toàn để ngắt mạch và thang không hoạt động đợc. Hệ thống treo kiểu
tay đòn có khả năng điều lực căng cáp một cách tự động với độ tin cậy cao. Nhợc
điểm của nó là khoảng cách giữa các sợi cáp của nó lớn làm cáp nghiêng khi cabin ở
vị trí trên cùng kích thớc cồng kềnh và khó bố trí khi có nhiều sợi cáp nâng, cáp
có thể bị xoay, xoắn trong quá trình làm việc. Các nhợc điểm trên

Khoa Cơ Điện

14

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

có thể khác phục bằng cách dùng hệ thống kiểu lò xo. Các thang máy
hiện đại thờng dùng hệ thống treo kiểu lò xo.
Hệ thống treo kiểu lò xo

Hình I.6 Hệ thống treo kiểu lò xo
Trên hình I.6 là hệ thống treo kiều lò xo với 4 sợi cáp. các lò xo chịu nén và
giãn ra khi cáp chùng để đảm bảo độ căng cần thiết, mặt khác chúng còn có khả
năng giảm chấn. Độ nén của mỗi lò xo đợc điều chỉnh bằng đai ốc bên

Khoa Cơ Điện

15

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

dới. Khi cáp bị chùng quá giới hạn cho phép thì đầu bulông 2 chạm vào tay
đòn 3 để ngắt tiếp điểm điện 4.
Buồng cabin
Buồng cabin là một kết cấu có thể tháo rời đợc gồm trần, sàn và
vách cabin. Các phần này có thể liên kết với nhau và liên kết với khung
chịu lực của cabin. Buồng cabin thờng đợc dập từ thép tấm (chế tạo
bằng phơng pháp dập ) với các gân tăng cờng.
Các yêu cầu chung đối với buồng cabin
- Trần, sàn và vách cabin phải kín không có lỗ thủng, trần, sàn cabin

liên kết với nhau bằng vít với các tấm nẹp hoặc bằng các chi tiết liên kết
chuyên dùng.
- Phải đảm bảo độ bền và độ cứng cần thiết, trần cabin phải có đủ

độ cứng để lắp đặt các trang thiết bị và cơ cấu mở cửa vào ra.
- Buồng cabin phải đảm bảo các yêu cầu về thông gió, thoát nhiệt và ánh
sáng, ngoài ra trong buồng cabin phải có các thiết bị liên hệ với bên ngoài nh

điện thoại, chuông, cabin phải có cửa thoát hiểm.
- Sàn cabin thờng đợc chế tạo với khung nằm của cabin, có hai loại sàn là
sàn cứng và sàn động. Loại sàn cứng là loại sàn đợc bắt chặt với khung nằm
của khung cabin, công dụng của sàn động là nhận biết lợng tải trọng có trong
cabin và đóng mạch điều khiển theo chơng trình đã cài đặt cho phù hợp. Vì
vậy mà sàn động có nhiều kiểu dáng khác nhau tuỳ theo loại thang máy.

Hệ thống cửa cabin và cửa tầng
Cửa cabin và cửa tầng là những bộ phận qua trọng trong việc đảm
bảo an toàn và có ảnh hởng lớn đến chất lợng và năng suất của thang.
Cửa cabin và cửa tầng thờng làm từ thép tấm dập, hoặc khung
thép bịt thép tấm, ốp gỗ. Theo cách đóng mở cửa mà phân ra làm 2 loại
cửa là cửa lùa và cửa quay. Loại cửa lùa đợc dùng nhiều hơn.
Các yêu cầu an toàn đối với hệ thống cửa gồm

Khoa Cơ Điện

16

TRờng ĐHNNI - HN

Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Đủ độ cứng vững và độ bền. Cửa đợc lắp khít và có khích thớc
phù hợp với tiêu chuẩn.
Cửa phải đợc trang bị hệ thống khoá cửa sao cho hành khách không thể
tự động mở cửa từ bên ngoài, khi gặp chớng ngại vật thì sẽ tự động mở ra.

Cửa phải có khả năng chống cháy.
Cửa phải có tiếp điểm điện an toàn để đảm bảo cho thang máy chỉ có thể
hoạt động đợc khi cửa cabin và tất cả các cửa tầng đã đóng kín và khoá đã sập.

* Hệ thống cân bằng trong thang máy

I.7

Đối trọng, cáp nâng, cáp điện, cáp hoặc xích cân bằng là những bộ phận
cân bằng trong thang máy để cân bằng với trọng lợng của cabin và tải trọng
nâng. Việc chọn sơ đồ động học và trọng lợng của các bộ phận của hệ thống
cân bằng có ảnh hởng lớn tới mô men tải trọng và công suất động cơ của cơ cấu
dẫn động, đến lực căng lớn nhất của cáp nâng và khả năng kéo của puly ma sát.

Khoa Cơ Điện

17

TRờng ĐHNNI - HN

Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Đối trọng là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân bằng của
thang máy. Đối với thang máy có chiều cao nâng không lớn, ngời ta chọn đối
trọng sao cho trọng lợng của nó cân bằng với trọng lợng của cabin và một
phần tải trọng nâng, bỏ qua trọng lợng cáp nâng và cáp điện không dùng cáp
hoặc xích cân bằng. Khi thang máy có chiều cao nâng lớn, trọng lợng của cáp
nâng và cáp điện là đáng kể nên ngời ta phải dùng cáp hoặc xích cân bằng
để bù trừ lại phần trọng lợng của cáp điện và cáp nâng chuyển từ nhánh treo
cabin sang nhánh treo đối trọng và ngợc lại khi thang máy hoạt động.

Hình I.8 Đối trọng
1. Cáp nâng; 2. Hệ thống treo; 3. Ngàm dẫn hớng; 4. Dầm trên; 5. Thanh đứng;

6. Quả đối trọng; 7. Dầm dới; 8. Thép góc
Đối trọng Hình I.8 là một khung đứng hình chữ nhật gồm rầm trên 4, dầm
dới 7 và các thanh thép góc thẳng đứng 5 liên kết với dầm trên và dầm dới bằng
bulông. Tại các đầu dầm trên và dầm dới có lắp các ngàm dẫn hớng 3 để đối
trọng có thể tựa và trợt trên ray dẫn hớng khi chuyển động. Dầm trên của

Khoa Cơ Điện

18

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

đối trọng liên kết với hệ thống treo 2 để đảm bảo cho các sợi cáp nâng 1 có
độ căng nh nhau. Các quả đối trọng 6 đợc đặt khít trong khung đối trọng
sao cho chúng không thể dịch chuyển và đợc giữ bởi thanh thép góc 8.

Trọng lợng đối trọng có thể xác định theo công
thức: Đ = C + Q
Trong đó:
C: Trọnglợng cabin.
Q: Tải trọng nâng danh nghĩa của thang máy.
: Hệ số cân bằng.
Nếu trọng lợng của đối trọng cân bằng với trọng lợng của cabin và tải trọng
nâng thì khi nâng hoặc hạ cabin đầy tải động cơ của cơ cấu nâng chỉ cần
khắc phục lực cản của lực ma sát và lực quán tính, song khi cabin không tải thì
động cơ phải khắc phục thêm một lực cản đúng bằng tải trọng nâng danh nghĩa
Q để hạ cabin, vì vậy ngời ta chọn đối trọng với hệ số cân bằng sao cho lực
cần thiết để nâng cabin đầy tải cân bằng với lực để hạ cabin không tải.

Phần trọng lợng không cân bằng khi nâng cabin đầy tải là (C + Q
-Đ) và khi hạ cabin không tải là (Đ - C) nh vậy ta có
C+Q-Đ=Đ-C
Thay Đ ở trên vào ta có =0,5.

Nếu thang máy làm việc với tải trọng nâng danh nghĩa Q thì hệ số cân
bằng hợp lý nhất là 0,5
Bộ tời kéo
Tuỳ theo sơ đồ dẫn động mà bộ tời kéo của thang máy đợc đặt ở trong
phòng máy dẫn động nằm ở phía trên, phía dới hoặc nằm cạnh giếng thang.

- Bộ tời kéo thuỷ lực thờng dùng cho thang máy có chiều cao nâng
không lớn lắm. Bộ tời kéo dẫn động điện là loại thông dụng hơn cả: loại
có hộp giảm tốc và loại không có hộp giảm tốc.

Khoa Cơ Điện

19

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

- Bộ tời kéo có hộp giảm tốc gồm động cơ điện, hộp giảm tốc, khớp nối,
phanh và puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Bộ tời kéo có hộp số giảm tốc
thờng chỉ dùng cho thang máy có tốc độ dới 1,4 m/s. Đối với thang máy có tốc
độ chở hàng thấp dới 0,5m/s thì ngời ta dùng động cơ điện một tốc độ.
- Đối với thang máy có tốc độ lớn ngời ta thờng dùng bộ tời kéo không có
hộp giảm tốc puly ma sát và bánh phanh đợc lắp trực tiếp không qua bộ truyền,
loại này thờng dùng động cơ điện một chiều có tốc độ quay nhỏ và đợc mắc
theo hệ thống máy phát động cơ cho phép điều chỉnh vô cấp tốc độ quay của
động cơ, đảm bảo cho cabin chuyển động êm dịu và dừng chính xác.

Phanh dừng
Phanh dừng giữ cabin và đối trọng ở trạng thái treo khi thang dừng.
Phanh dừng để dập tắt động năng của các khối lợng chuyển
động khi dừng. Phanh đợc chọn theo mô men phanh sao cho nó có thể

giữ đợc cabin trong quá trình thử tải tĩnh:
M ph = P.D.0 ki
2.i

Trong đó:
P: Lực vòng xuất hiện trên puly ma sát trong quá trình thử tải tĩnh( cabin ở
điểm dừng thấp nhất và tải trọng chất trong cabin bằng tải trọng khi thử tải tĩnh).

D: Đờng kính puly ma sát tính đến tâm cáp.
0: Hiệu suất của hộp giảm tốc.
i: Tỷ số truyền của hộp giảm
tốc. Kt: Hệ số an toàn phanh.

Trong thang máy thờng dùng phanh hai má loại thờng đóng với nguyên
lý phanh tự động phanh thờng đóng và mô men phanh đợc tạo nên do lực
nén của lò xo, phanh mở do tác động của nam châm điện hoặc (con đẩy)
điện thuỷ lực đợc mắc cùng nguồn với mạch điện. Động cơ làm việc thì
phanh mở còn khi mất điện thì phanh đóng lại bóp chặt trục động cơ

Khoa Cơ Điện

20

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

* Thiết bị an toàn cơ khí
Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy có vai trò đảm bảo an toàn
cho thang máy và hành khách trong trờng hợp xảy ra sự cố nh: đứt cáp,
trợt cáp trên rãnh puly ma sát, cabin hạ với tốc độ vợt quá giá trị cho phép.
Thiết bị an toàn cơ khí trong thang máy gồm hai bộ phận chính: bộ hãm
bảo hiểm và bộ hạn chế tốc độ.
Phanh bảo hiểm
Để tránh cabin rơi tự do trong giếng thang khi đứt cáp hoặc hạ với tốc độ
vợt quá tốc độ cho phép, bộ hạn chế tốc độ tác động lên phanh bảo hiểm để
dừng và giữ cabin tựa trên các ray dẫn hớng, cabin của tất cả các thang máy
đều đợc trang bị phanh bảo hiểm. Phanh bảo hiểm đợc trang bị cho đối
trọng trong trờng hợp đối trọng nằm trên lối đi hoặc diện tích có ngời đứng.

Theo sơ đồ dẫn động có phanh bảo hiểm mắc với cáp nâng( cho
thang máy dùng tang quấn cáp) và phanh hãm bảo hiểm mắc với cáp của
bộ hạn chế tốc độ( cho thang máy dùng puly ma sát). Theo nguyên lý làm
việc có các loại bộ hãm bảo hiểm là bảo hiểm tác động tức thời( đợc dùng
cho thang máy có tốc độ dới 0,7 m/s). Thang máy có tốc độ trên 1m/s và
thang máy trang bị bộ hãm bảo hiểm tác động êm.
Bộ hạn chế tốc độ
Bộ hạn chế tốc độ dùng để tác động lên phanh bảo hiểm để dừng cabin
khi tốc độ vợt quá giá trị cho phép, giá trị cho phép này vợt quá giá trị danh
nghĩa ít nhất là 15%. Bộ hạn chế tốc độ liên hệ với cabin và quay khi cabin
chuyển động nhờ cáp của bộ hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế tốc độ thờng đợc đặt
trong buồng máy ở phía trên và để cáp không bị xoắn và có đủ độ căng để
truyền lực ma sát thì phía dới hố thang có thiết bị kéo căng cáp hạn chế tốc độ.
Bộ hạn chế tốc độ làm việc theo nguyên lý của phanh ly tâm: khi trục quay đạt tới
số vòng quay tới hạn các quả văng gắn trên trục sẽ tách ra xa tâm quay dới tác dụng
của lực ly tâm và mắc vào các vấu cố định của vỏ phanh để dừng trục quay.

Khoa Cơ Điện

21

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

Chơng II
Các hệ truyền động cơ bản
2.1 Các loại động cơ thờng dùng trong thang máy
2.1.1 Máy điện một chiều
Trong nền sản xuất hiện đại máy điện một chiều vẫn đợc coi là
loại máy điện quan trọng. Nó dùng làm động cơ một chiều, máy phát điện
hay dùng trong những điều kiện làm việc khác.
Động cơ điện có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt do đó máy điện
một chiều đợc dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu
cao về điều chỉnh tốc độ, do đó những thang máy có tốc độ cao
thờng dùng máy điện một chiều để truyền động.
Máy điện một chiều dùng làm nguồn điện cho các động cơ một chiều
làm nguồn điện kích từ trong máy điện đồng bộ. Ngoài ra trong công
nghiệp điện hoá học nh tinh luyện đồng, nhôm, mạ điện cũng cần dùng
nguồn điện một chiều điện áp thấp, nhợc điểm của máy điện một chiều
là giá thành đắt, bảo quản cổ góp phức tạp nhng do u điểm của nó nên
máy điện một chiều vẫn đợc dùng trong sản xuất và trong đời sống.

Công suất lớn nhất của máy điện một chiều hiện nay vào khoảng

10000kW điện áp vào khoảng vài trăm đến vài nghìn vôn.
Các phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều gồm 2 phơng pháp

chính:
- Điều chỉnh điện áp phần ứng cấp cho động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mach kích từ của động cơ.
Cấu trúc mạch lực của hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ điện một
chiều bao giờ cũng cần có bộ biến đổi, các bộ biến đổi cấp cho mạch phần ứng

Khoa Cơ Điện

22

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

động cơ hoặc mạch kích từ của động cơ, cho đến nay trong công nghiệp sử dụng

bốn loại biến đổi chính:
- Bộ biến đổi máy điện gồm: động cơ sơ cấp kéo máy phát một
chiều hoặc máy điện khuyếch đại (KĐM).
- Bộ biến đổi điện từ, khuyếch đại từ(KĐT).
- Bộ biến đổi chỉnh lu bán dẫn - chỉnh lu thysistor(CLT).
- Bộ biến đổi xung áp một chiều: thysistor hoặc tranzitor(BBĐXA).
Tơng ứng với việc sử dụng các bộ biến đổi mà ta có các hệ
truyền động tơng ứng nh:

- Hệ truyền động máy phát - động cơ(F - Đ).
- Hệ truyền động khuyếch đại từ - động cơ(KĐT - Đ).
- Hệ truyền động máy phát khuyếch đại - động cơ( MFKĐ - Đ).
- Hệ truyền động xung áp - động cơ(XA - Đ).
Theo cấu trúc mạch điều khiển các hệ truyền động thì điều chỉnh tốc
độ động cơ điện một chiều có loại điều khiển theo mạch kín( hệ truyền động tự
động điều chỉnh) và loại điều chỉnh mạch hở( hệ truyền động mạch hở).
Hệ tự động điều chỉnh truyền động điện có cấu trúc phức tạp nhng có
chất lợng điều khiển cao và dải điều chỉnh rộng hơn so với hệ truyền động hở.

2.1.2 Động cơ đồng bộ
Hệ truyền động điều chỉnh tốc độ của động cơ đồng bộ rất
phong phú có cấu trúc và đặc tính điều chỉnh khác nhau tuỳ thuộc
vào công suất tải và phạm vi điều chỉnh.
Trong thực tế động cơ đồng bộ đợc chế tạo ở các dải công suất :
- Rất nhỏ: vài trăm W đến vài KW.
- Trung bình: vài KW 50KW.
- Lớn: 50KW-500KW

Khoa Cơ Điện

23

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

- Rất lớn :>500KW.
ở dải công suất rất nhỏ động cơ đồng bộ có cấu tạo mạch kích từ
là nam châm vĩnh cửu thờng dùng cho cơ cấu truyền động có vùng
điều chỉnh rộng, độ chính xác cao.
ở dải công suất trung bình động cơ đồng bộ dùng cho phụ tải yêu
cầu điều chỉnh không rộng lắm.
ở dải công suất lớn động cơ đồng bộ thờng dùng cho các máy bơm, máy
nén khí.
Ngày nay do sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp điện tử, động cơ đồng
bộ đợc nghiên cứu ứng dụng nhiều trong công nghiệp ở mọi dải công suất.

2.1.3Động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha đợc sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ lớn so với
các loại động cơ khác, bởi vì động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản,
dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lới điện
xoay chiều ba pha. Trớc đây động cơ không đồng bộ ba pha đợc dùng ít
vì nó khó điều chỉnh tốc độ. Trong thời gian gần đây do sự phát triển của
ngành công nghiệp chế tạo bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử, ngời ta
mới khai thác đợc các u điểm của động cơ không đồng bộ.
Trong các máy làm việc dài hạn, không có điều chỉnh tốc độ và công
suất lớn thì dùng động cơ đồng bộ có u thế hơn động cơ không đồng bộ.

Trong công nghiệp thờng dùng bốn hệ truyền động điều chỉnh tốc độ
động cơ là:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng bộ biến đổi thyristor.
- Điều chỉnh roto dùng bộ biến đổi xung thyristor.
- Điều chỉnh công suất trợt Ps.

Khoa Cơ Điện

24

TRờng ĐHNNI - HN


Báo cáo tốt nghiệp

Phạm Văn Thuận TĐH 46

- Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp cho động cơ bằng các bộ
biến đổi tần số thyristor hoặc tranzito.
Động cơ không đồng bộ có nhợc điểm là khi điện áp lới tụt xuống
thì mô men khởi động và mô men tới hạn sẽ giảm nhiều bởi vì mô men tỷ
lệ với bình phơng điện áp.
2.2 Các hệ truyền động thờng dùng trong thang máy
Khi thiết kế hệ truyền động cho thang máy phải dựa vào các yếu tố 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 dùng động cơ không đồng bộ
roto lồng sóc và roto dây quấn đợc dùng khá phổ biến trong truyền
động thang máy. Hệ truyền động động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
thờng dùng cho thang máy chở hàng tốc độ thấp. Hệ truyền động xoay
chiều dùng động cơ không đồng bộ thờng dùng cho thang máy tốc độ
trung bình. Hệ truyền động một chiều máy phát động cơ có khuếch đại
trung gian thờng dùng cho thang máy có tốc độ cao.

Khoa Cơ Điện

25

TRờng ĐHNNI - HN