Thiết kế hệ thống thang máy 8 tầng

1

Đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HOÀ XÀ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHBK HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC

NHIỆM VỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên : NGUYỄN MINH VƯƠNG
Viện : Cơ khí

Khóa : 59
Bộ môn : GIA CÔNG ÁP LỰC
Nghành : Cơ điện tử
1. Tên đề tài tốt nghiệp:

THIẾT KẾ THANG MÁY CHỞ NGƯỜI 8 TẦNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
GIÁM SÁT TRÊN TIA PORTAL
2. Các số liệu ban đầu: Thang máy 8 tầng với tải trọng định mức là 750 kg, tốc độ 2m/s
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Chương 1: Tổng quan về thang máy
- Chương 2: Tính toán các thông số về động lực học kết cấu và xây dựng chương trình

điện -điều khiển
- Chương 3: Thiết kế chi tiết và chọn thiết bị phần cơ khí
- Chương 4 : Hệ thống điện, điều khiển bằng PLC và mô phỏng trên TIA PORTAL

1


2

Đồ án tốt nghiệp

4. Các bản vẽ:
……………………………………………………….
……………………………………………………….
5. Cán bộ hướng dẫn:
Phần

Họ tên cán bộ

Chương 1

PGS.TS Nguyễn Đắc Trung

Chương 2

PGS.TS Nguyễn Đắc Trung

Chương 3

PGS.TS Nguyễn Đắc Trung

Chương 4

PGS.TS Nguyễn Đắc Trung

6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

Ngày ….. tháng …. năm 20…..

7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

Ngày ….. tháng ….. năm 20……

Hà nội, ngày

tháng

năm 20…

TRƯỞNG BỘ MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

(ký, ghi rõ hộ tên)

(Ký, ghi rõ họ tên)

2

3

Đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC
------------------------------------------------------------------------NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN MINH VƯƠNG
Ngành: Cơ điện tử

Khóa : 59

Người nhận xét: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC TRUNG
Đơn vị công tác: BM. GIA CÔNG ÁP LỰC
Địa chỉ: C10-301, ĐHBKHN, Số 1, Đại Cồ Việt
E- mail:

NỘI DUNG NHẬN XÉT
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

3


4

Đồ án tốt nghiệp

.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
KẾT LUẬN
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

Điểm đánh giá : ..........................................................................................................

Hà Nội, ngày

tháng

năm 20...

Người nhận xét
(Ký, ghi rõ họ tên)

4


5

Đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN GIA CÔNG ÁP LỰC
-----------------------------------------------------------NHẬN XÉT
CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: NGUYỄN MINH VƯƠNG
Ngành: Cơ điện tử

Khoá: 59

Với đề tài: THIẾT KẾ THANG MÁY CHỞ NGƯỜI 8 TẦNG VÀ ĐIỀU
KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN TIA PORTAL
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN ĐẮC TRUNG
Đơn vị công tác: BM. GIA CÔNG ÁP LỰC
Địa chỉ: C10-301, ĐHBKHN, Số 1, Đại Cồ Việt.
E- mail:
Giảng viên phản biện :
Đơn vị công tác:
NỘI DUNG NHẬN XÉT

1.Nội dung đồ án tốt nghiệp
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................

5


6

Đồ án tốt nghiệp

2. Nhận xét của giảng viên phản biện
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
................................................................................................................
KẾT LUẬN
................................................................................................................
................................................................................................................

................................................................................................................
................................................................................................................
Điểm đánh giá :..................................................................................................

Hà Nội, ngày .... tháng .... năm 20..
Người phản biện
(Ký ,ghi rõ họ tên)

6


7

Đồ án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

Với xu thế ngày càng phát triển của xã hội thì việc xây nhiều nhà cao tầng là một
điều tất yếu ,đòi hỏi được trang bị những máy móc tiên tiến,hiện đại đáp ứng nhu cầu
thuận tiện về việc di chuyển của con người ,vận chuyển hàng hóa, cho nên thang máy
đã ra đời để đáp ứng điều đó.
Ở Việt Nam ,thang máy xuất hiện thực sự phổ biến với việc mọc lên nhiều tòa
nhà cao tầng hiện đại cao cấp ,do đó việc tìm hiểu và nghiên cứu từ đó chế tạo và đưa
vào vận hành là rất quan trọng . Qua quá trình tìm hiểu , em đã học hỏi được nhiều
điều và tìm tòi ,hiểu biết những kiến thức về nhiều hệ thống thiết bị thang máy mà em
chưa từng được trang bị cho bản thân ,từ đó có thể thiết kế được một hệ thống thang
máy hoàn chỉnh trong phạm vi đồ án yêu cầu .
Trong quá trình đó , không thể thiếu được sự tận tình hướng dẫn ,định hướng của
thầy Nguyễn Đắc Trung ,bộ môn Gia Công Áp Lực đã giúp em hoàn thành được đồ
án tốt nghiệp này . Em xin cảm ơn thầy về những kiến thức , hiểu biết sâu rộng của

thầy đã truyền đạt cho em để mở mang thêm nhiều điều sau này có thể áp dụng được
vào thực tiễn ,cuộc sống . Đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót , em rất
mong được nghe đóng góp ý kiến thêm từ thầy cố để đề tài sau được hoàn thiện tốt
hơn nữa .

Hà Nội, ngày …. tháng …. năm 2019
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Vương

7


8

Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 7
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 8
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................... 12
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................... 15
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY ........................................................ 16
1.1.Giới thiệu chung ..................................................................................................16
1.2. Phân loại các dòng thang máy ............................................................................16
1.2.1. Phân loại theo công dụng ............................................................................16
1.2.1.1.Thang máy chở người trong các tòa nhà cao tầng ................................ 16
1.2.1.2.Thang máy dùng trong bệnh viện ......................................................... 18
1.2.1.3.Thang máy dùng trong công nghiệp,xây dựng (vận thăng) .................18
1.2.1.4.Thang máy chở hàng ............................................................................19

1.2.2.Phân loại theo tải trọng ................................................................................20
1.2.3.Phân loại theo tốc độ di chuyển ...................................................................20
1.2.4.Một số kiểu phân loại khác ..........................................................................20
1.2.5.Các yêu cầu chính đối với thang máy .......................................................... 20
1.2.5.1.Hệ thống an toàn ................................................................................... 20
1.2.5.2.Yêu cầu về hạn chế độ giật khi thang máy dừng ..................................21
1.2.5.3.Yêu cầu dừng chính xác theo vị trí ....................................................... 21
1.3.Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động ............................................................... 22
1.3.1.Cấu tạo chung .............................................................................................. 22
1.3.2. Hệ thống cơ khí ........................................................................................... 23
1.3.3.Hệ thống điện – điều khiển trong thang máy ...............................................24
1.3.3.1.Mạch động lực ...................................................................................... 24
1.3.3.2.Mạch điều khiển ................................................................................... 25
1.3.3.3.Mạch tín hiệu , chiếu sáng ....................................................................25
1.3.3.4.Mạch hệ thống an toàn .........................................................................25
1.3.3.5.Nguyên lí hoạt động .............................................................................26
1.4.Phân tích, lựa chọn thiết kế .................................................................................27
1.4.1.Nhóm phương án về hệ thống dẫn động cabin ............................................27
1.4.2.Bố trí sơ đồ dẫn động thang máy .................................................................28

8


9

Đồ án tốt nghiệp

1.4.3.Các lựa chọn khác ........................................................................................ 29
1.4.4. Lựa chọn phương án thiết kế ......................................................................30
CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VỀ ĐỘNG LỰC HỌC KẾT CẤU VÀ

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỆN - ĐIỀU KHIỂN ............................................. 31
2.1.Mô hình tổng quát của một thang máy................................................................ 31
2.2.Thiết lập ,tính toán các thông số của phần cơ khí ...............................................31
2.2.1.Tính toán trọng lượng của cụm cabin và đối tượng .....................................31
2.2.2.Tính toán lực căng lớn nhất và chọn cáp ..................................................... 35
2.2.3.Tính toán lực kéo,thông số của puly ma sát ................................................36
2.2.4. Tính toán chọn động cơ và hộp giảm tốc .................................................... 41
2.2.4.1.Xác định chế độ làm việc để chọn động cơ ..........................................41
2.2.4.2.Tính toán chọn hộp giảm tốc ................................................................ 44
2.2.4.3.Tính toán chọn khớp nối .......................................................................44
2.2.5.Xây dựng chương trình điều khiển và mạch điện cần thiết ......................... 46
2.2.5.1.Mạch động lực ...................................................................................... 46
2.2.5.2. Mạch khống chế hành trình buồng thang ............................................49
2.2.5.3. Mạch khống chế động cơ mở cửa cabin ..............................................50
2.2.5.4 Thiết kế bộ nút ấn gọi tầng trong cabin cho thang máy ....................... 52
2.2.5.5. Thiết kế nút ấn gọi thang .....................................................................52
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ CHI TIẾT VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CƠ KHÍ ............. 54
3.1.Tính toán và thiết kế sơ bộ ..................................................................................54
3.1.1.Tính toán,thiết kế trục đỡ puly đổi hướng cáp .............................................54
3.1.2.Thiết kế, chọn ổ đỡ cho puly đổi hướng cáp ...............................................55
3.1.3.Tính toán thiết kế dầm đỡ bộ tời kéo ........................................................... 55
3.1.4.Tính toán, thiết kế ray dẫn hướng cabin và đối trọng ..................................58
3.1.4.1.Ray dẫn hướng cabin ............................................................................58
3.1.4.2. Ray dẫn hướng đối trọng .....................................................................63
3.1.4.3. Chọn kết cấu cho bản mã cố định gắn với ray ....................................64
3.1.5.Thiết kế bộ hạn chế tốc độ ...........................................................................64
3.1.6.Thiết kế bộ hãm an toàn ...............................................................................67
3.1.7.Khung cho cabin và đối trọng ......................................................................70
3.1.7.1.Thiết kế khung cabin ............................................................................70
3.1.7.2. Khung cho đối trọng ............................................................................77

9


10

Đồ án tốt nghiệp

3.1.8.Một số thiết bị cần thiết khác .......................................................................78
3.1.8.1.Chọn loại cáp treo .................................................................................78
3.1.8.2. Hệ thống treo cabin .............................................................................79
3.1.8.3.Giảm chấn ............................................................................................. 80
3.2. Thiết kế bản vẽ ,mô hình hóa chi tiết và kiểm nghiệm bằng phần mềm
Solidworks (SW) .......................................................................................................80
3.2.1. Bộ tời kéo(buồng thang máy) .....................................................................80
3.2.1.1.Mô hình hóa chi tiết ..............................................................................80
3.2.1.2.Bản vẽ ...................................................................................................84
3.2.2.Khung cabin .................................................................................................85
3.2.2.1.Mô hình hóa chi tiết ..............................................................................85
3.2.2.2.Bản vẽ ...................................................................................................88
3.2.3.Khung đối trọng ........................................................................................... 89
3.2.3.1.Mô hình hóa chi tiết ..............................................................................89
3.2.3.2.Bản vẽ ...................................................................................................90
3.2.4. Mô hình tổng thể ......................................................................................... 91
3.2.5. Kiểm nghiệm ............................................................................................... 92
CHƯƠNG 4 : HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC VÀ MÔ PHỎNG
TRÊN TIA PORTAL .................................................................................................... 93
4.1. Giới thiệu chung về PLC S7-1200 ...................................................................93
4.1.1. Khái quát chung .......................................................................................... 93
4.1.2. Các loại module trong PLC S7-1200 .......................................................... 93

4.1.2.1. Bảng tín hiệu ........................................................................................ 93
4.1.2.2.Module tín hiệu ..................................................................................... 94
4.1.2.3.Module truyền thông (CM) ..................................................................94
4.2. Khái niệm và tập lệnh về lập trình PLC ............................................................. 95
4.2.1. Khái niệm lập trình ..................................................................................... 95
4.2.2.Tập lệnh sử dụng trong PLC ........................................................................96
4.2.2.1. Bit logic ............................................................................................... 96
4.2.2.2. Các lệnh Set và Reset ..........................................................................96
4.2.2.3. Các lệnh ngưỡng dương và âm ............................................................ 96
4.2.2.4. Các bộ định thì ..................................................................................... 97
4.3. Thuật toán điều khiển ......................................................................................... 98

10


11

Đồ án tốt nghiệp

4.3.1. Nguyên lý điều khiển chung .......................................................................98
4.3.2. Chế độ vận hành.......................................................................................... 98
4.3.3. Các bit đầu vào – đầu ra..............................................................................99
4.3.4. Chọn PLC..................................................................................................103
4.4. Kết nối mạch cho hệ thống...............................................................................104
4.4.1. Kết nối mạch động lực ..............................................................................104
4.4.2. Mạch logic điều khiển PLC ......................................................................104
4.4.3. Kết quả mô phỏng trên TIA PORTAL .....................................................107
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 109

11


12

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Mẫu một số thang máy chở khách ............................................................................ 17
Hình 1.2. Thang máy bệnh viện ............................................................................................... 18
Hình 1.3. Vận thang trong quá trình xây dựng ......................................................................... 19
Hình 1.4. Thang máy chở hàng trong nhà máy ........................................................................ 20
Hình 1.5. Thắng cơ trong thang máy ........................................................................................ 21
Hình 1.6. Đồ thị biểu diễn đường đi(s),gia tốc(a) và độ giật(p) của thang máy....................... 22
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống thang máy ........................................................................................ 22
Hình 1.8.Ray dẫn hướng........................................................................................................... 23
Hình 1.9. Đối trọng ................................................................................................................... 24
Hình 1.10. Giảm chấn lò xo...................................................................................................... 24
Hình 1.11. Tủ điều khiển thang máy sử dụng biến tần tích hợp .............................................. 25
Hình 1.12. Tủ điều khiển thang máy sử dụng PLC .................................................................. 26
Hình 1.13. Tủ điều khiển thang máy sử dụng vi xử lý ............................................................. 26
Hình 1.14 . Các phương án dẫn động cabin ............................................................................. 27
Hình 1.15. Các phương án bố trí sơ đồ dẫn động ..................................................................... 29
Hình 1.16. Hộp giảm tốc bánh vít trục vít ................................................................................ 29
Hình 2.1. Mô hình tổng quát .................................................................................................... 31
Hình 2.2. Bộ điều khiển cửa thang máy ................................................................................... 33
Hình 2.3. Cửa tầng thang máy .................................................................................................. 33
Hình 2.4. Sơ đồ xác định hệ số kéo .......................................................................................... 36
Hình 2.5. Đầy tải khi lực căng lớn nhất S2 ở phía cabin .......................................................... 37
Hình 2.6. Không tải khi lực căng lớn nhất S2 ở phía đối trọng ................................................ 38

Hình 2.7.Puly cáp ..................................................................................................................... 40
Hình 2.8.Mặt cắt của puly cáp .................................................................................................. 40
Hình 2.9. Kích thước của puly cáp ........................................................................................... 41
Hình 2.10. Phanh điện từ thang máy ........................................................................................ 46
Hình 2.11. Động cơ 3 pha không đồng bộ rô-to lồng sóc ........................................................ 47
Hình 2.12. Bảng điều khiển gọi tầng ........................................................................................ 48
Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý hoạt động ..................................................................................... 49
Hình 2.14. Sơ đồ mạch khống chế hành trình buồng thang ..................................................... 50
Hình 2.15. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ 1 chiều đóng mở cửa ........................................... 51
Hình 2.16. Bộ ghép quang ........................................................................................................ 52
Hình 2.17. Cấu tạo bộ cảm biến dùng 2 phần tử quang điện ................................................... 53

12


13

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.18. Sơ đồ mạch cảm biến tầng...................................................................................... 53
Hình 3.1. Sơ đồ lực tác dụng lên trục ....................................................................................... 54
Hình 3.2. Biều đồ đặt lực tác dụng ........................................................................................... 54
Hình 3.3. Sơ đồ thông số của puly ........................................................................................... 55
Hình 3.4. Kết cấu lắp đặt dầm đỡ bộ tời kéo ............................................................................ 56
Hình 3.5. Sơ đồ tính lực và biểu đồ momen dầm đỡ hộp giảm tốc và mặt cắt của dầm .......... 57
Hình 3.6. Cấu tạo ray dẫn hướng.............................................................................................. 58
Hình 3.7. Các các lắp đặt ray dẫn hướng.................................................................................. 59
Hình 3.8. Các kích thước của ray dẫn hướng ........................................................................... 60
Hình 3.9. Lực tác dụng lên ray ................................................................................................. 61
Hình 3.10. Một bước dầm của ray dẫn hướng .......................................................................... 61

Hình 3.11. Biểu đồ momen uốn dọc gây ra .............................................................................. 61
Hình 3.12. Lực ngang tác dụng lên ray .................................................................................... 62
Hình 3.13. Ray dẫn hướng cabin .............................................................................................. 63
Hình 3.14. Ray dẫn hướng đối trọng ........................................................................................ 63
Hình 3.15. Kết cấu bản mã cố định gắn với ray dẫn hướng ..................................................... 64
Hình 3.16. Cấu tạo chính của bộ hạn chế tốc độ ...................................................................... 64
Hình 3.17. Sơ đồ tính toán lực tác động của bộ hạn chế tốc độ ............................................... 65
Hình 3.18. Sơ đồ cấu tạo bộ căng cáp hạn chế tốc độ .............................................................. 66
Hình 3.19. Phanh hãm an toàn.................................................................................................. 67
Hình 3.20. Sơ đồ lực tác dụng lên bộ hãm phanh .................................................................... 67
Hình 3.21. Sơ đồ kích thước của vỏ bộ hãm an toàn................................................................ 69
Hình 3.22. Kết cấu khung cabin ............................................................................................... 70
Hình 3.23. Mặt cắt tiết diện thanh đứng ,dầm treo và dầm đỡ ................................................. 71
Hình 3.24. Ngàm con lăn .......................................................................................................... 72
Hình 3.25. Các trường hợp dầm chịu lực và momen ............................................................... 73
Hình 3.26. Sơ đồ lực và momen tác dụng lên khung khi làm việc bình thường ...................... 74
Hình 3.27. Sơ đồ lực và momen tác dụng lên khung khi phanh an toàn làm việc ................... 75
Hình 3.28. Sơ đồ lực và momen tác dụng lên khung khi rơi tự do .......................................... 76
Hình 3.29. Kết cấu khung đối trọng ......................................................................................... 78
Hình 3.30. Mặt cắt tiết diện của khung đối trọng ..................................................................... 78
Hình 3.31. Cố định đầu cáp ...................................................................................................... 79
Hình 3.32. Cáp phủ nhựa .......................................................................................................... 79
Hình 3.33. Hệ thống treo kiểu lò xo 4 sợi ................................................................................ 80

13


14

Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.34. Cấu tạo giảm chấn thủy lực .................................................................................... 80
Hình 3.35. Động cơ (trên SW) ................................................................................................. 81
Hình 3.36. Phanh hãm động cơ (trên SW) ............................................................................... 81
Hình 3.37. Hộp giảm tốc (trên SW) ......................................................................................... 81
Hình 3.38. Puly(trên SW) ......................................................................................................... 82
Hình 3.39. Puly đổi hướng cáp (trên SW) ................................................................................ 82
Hình 3.40. Tủ điều khiển (trên SW) ......................................................................................... 82
Hình 3.41. Bộ chống vượt tốc(trên SW) .................................................................................. 83
Hình 3.42. Cụm chi tiết bộ tời kéo(trên SW) ........................................................................... 83
Hình 3.43. Khung đứng(trên SW) ............................................................................................ 85
Hình 3.44. Khung dầm(trên SW) ............................................................................................. 85
Hình 3.45. Cơ cấu phanh(trên SW) .......................................................................................... 86
Hình 3.46. Phanh an toàn(trên SW ........................................................................................... 86
Hình 3.47. Khung đỡ cabin(trên SW)....................................................................................... 87
Hình 3.48. Khung cụm đối trọng (trên SW) ............................................................................. 89
Hình 3.49. Kiểm nghiệm bền cho tấm đỡ cabin ....................................................................... 92
Hình 4.1. Cấu tạo PLC ............................................................................................................. 93
Hình 4.2. Bảng tín hiệu............................................................................................................. 94
Hình 4.3.CPU có gắn module tín hiệu ...................................................................................... 94
Hình 4.4. PLC gắn module truyền thông .................................................................................. 95
Hình 4.5. Sơ đồ điều khiển ....................................................................................................... 98
Hình 4.6. Sơ đồ vận hành chung .............................................................................................. 99
Hình 4.7. PLC -CPU 1214C AC/DC/Rly ............................................................................... 103
Hình 4.8. Module SM 1223 .................................................................................................... 103
Hình 4.9. Mạch kết nối động cơ của buồng thang .................................................................. 104
Hình 4.10. Mạch khởi động .................................................................................................... 104
Hình 4.11. Mạch gọi tầng bên ngoài ...................................................................................... 105
Hình 4.12. Mạch báo vị trí thang máy .................................................................................... 105
Hình 4.13. Mạch tạo xung đếm .............................................................................................. 105

Hình 4.14. Mạch gọi tầng ....................................................................................................... 105
Hình 4.15. Mạch gọi tầng bên trong ....................................................................................... 106
Hình 4.16. Mạch reset ............................................................................................................ 106
Hình 4.17. Mạch dừng hệ thống ............................................................................................. 106
Hình 4.18. Mạch tạo timer ...................................................................................................... 106

14


15

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Bảng chọn kích thước ray dẫn hướng ...................................................................... 59
Bảng 3.2. Thông số kĩ thuật của ray dẫn hướng ....................................................................... 60
Bảng 4.1. Các bit đầu vào ....................................................................................................... 100
Bảng 4.2. Các bit đầu ra ......................................................................................................... 102

15


16

Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
1.1.Giới thiệu chung
Với tốc độ phát triển và sự cạnh tranh ngày càng lớn trong lĩnh vực công nghệ,
kĩ thuật ,thang máy phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau ngày càng được nâng cao

chất lượng ,cải tiến và trở thành một thiết bị không thể thiếu trong các nhà cao tầng.
Thang máy xuất hiện từ cuối thế kỷ 19 ,nó chủ yếu được sử dụng để vận chuyển
hàng hóa trong công nghiệp ,xây dựng các công trình .Vấn đề khó khăn nhất khi thiết
kế là hệ thống an toàn của thang máy.Người đầu tiên đã chế tạo thành công hệ thống
là một kĩ sư người Mỹ - Otis ,ông đã cho ra đời một hệ thống phanh an toàn đảm bảo
tiêu chuẩn cho thang máy chở người trong nhà cao tầng.
Thang máy chở người ra đời là một phương tiện vận chuyển quan trọng , ưu
điểm lớn nhất là có thể giảm thời gian di chuyển và có thể hoạt động liên tục, đối với
những tòa nhà từ 6 tầng trở lên thì thang máy là thiết bị bắt buộc để đảm bảo tiết
kiệm thời gian cho người di chuyển và tăng năng suất lao động. Tuy nhiên , đối với
những công trình đặc biệt như khách sạn,bệnh viện ,trụ sở nhà nước…thường có số
tầng là dưới 6 tầng nhưng vẫn được trang bị do yêu cầu phục vụ cần thiết .
Như đã nói ở trên,đối với hệ thống đảm bảo an toàn cho thang máy chở người là
cực kì quan trọng vì liên quan đến tính mạng con người. Vì vậy tất cả quy trình từ
thiết kế,chế tạo cho đến lắp đặt ,vận hành cần được tuân thủ đầy đủ ,nghiêm ngặt
,chặt chẽ . Ở Việt Nam , nhập khẩu các thiết bị còn rất tốn kém nên trong những năm
gần đây việc đầu tư ,nghiên cứu ,phát triển về hệ thống này đang được chú ý ,quan
tâm nhiều hơn.
1.2. Phân loại các dòng thang máy
1.2.1. Phân loại theo công dụng
1.2.1.1.Thang máy chở người trong các tòa nhà cao tầng
- Thang máy loại này thường có tốc độ trung bình đến cao, vận chuyển êm, yêu
cầu về kết cấu đẹp ,đảm bảo về mỹ quan, vật liệu làm cửa tầng có tính năng cách nhiệt
tốt tránh hỏa hoạn
- Thông số kĩ thuật : Với tốc độ vận chuyển phổ biến là 1,4 m/s có thể nâng tải
trọng đến 1000 kg và với vận tốc cao v > 2 m/s thì có thể nâng được tải trọng trên
1000 kg

16

17

Đồ án tốt nghiệp

+, Kích thước phòng máy có thể đạt từ 2000 x 3000 x 1800 (mm3) đến 2400 x 4000 x
1800 (mm3)
+, Động cơ hoạt động với công suất giao động từ 3 – 8 (kW/h)

Hình 1.1. Mẫu một số thang máy chở khách

17


18

Đồ án tốt nghiệp

1.2.1.2.Thang máy dùng trong bệnh viện
- Phải đảm bảo tối ưu nhất về an toàn ,độ êm khi vận hành ,thời gian vận chuyển
nhanh đáp ứng cho nhu cầu của bệnh viện
- Thông số kĩ thuật : có tải trọng từ 350 – 2000 kg ,tốc độ : 30 – 90 m/p , cabin
rộng để có thể vận chuyển giường bệnh, thời gian đóng mở cửa lâu hơn những thang
máy còn lại
+, Kích thước cửa cabin lớn hơn so với các loại thang máy khác , có thể lên đến 1400
x 2300 (mm2)
+, Kích thước hố thang có thể là 2200 x 1500 x 4400 (mm3)
+, Kích thước cabin : 2600 x 4500 x 2500 (mm3) với tải trọng 1350 kg

Hình 1.2. Thang máy bệnh viện

1.2.1.3.Thang máy dùng trong công nghiệp,xây dựng (vận thăng)
- Cần đáp ứng được yêu cầu về vận chuyển các thiết bị ,vật tư nặng ,vận hành
chắc chắn, có thể thích nghi được với môi trường làm việc khắc nghiệt như nhiệt độ
cao,khói bụi ,hóa chất .
- Có thể hoạt động với tần suất cao ,tải trọng rất lớn.
- Vận thăng được thiết kế trong xậy dựng chủ yếu là để chở hàng hoặc chở cùng
người với vật liệu

18


19

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3. Vận thang trong quá trình xây dựng

-Các thông số kĩ thuật chính như :
+, Tải trọng nâng : 300 – 2000 kg ( tùy theo từng loại )
+, Tốc độ : 38 – 120 m/ph
+, Kích thước tùy theo kích cỡ của hàng hóa hay vật liệu vận chuyển : ví dụ như nâng
tải trọng 1000 kg với kích thước vận thăng là 500 x 500 x 3000 (mm3)
1.2.1.4.Thang máy chở hàng
- Thông số kĩ thuật chính :
+, Tải trọng có thể mang được 50 – 8000 kg
+, Cần sử dụng với công suất lớn
+, Cửa mở phải rộng hơn có thể lên tới 6 m
+, Tốc độ : 30 – 45 m/ph
+, Kích thước cabin từ 800 x 800 x 1000 mm đến 2500 x 3500 x 2350 (mm3)

19


20

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.4. Thang máy chở hàng trong nhà máy

1.2.2.Phân loại theo tải trọng
-

Thang máy loại nhỏ : P < 500 kg
Thang máy loại trung bình : P = 500 -2000 kg

-

Thang máy loại lớn : P >2000 kg

1.2.3.Phân loại theo tốc độ di chuyển
-

Thang máy chạy chậm : v = 0,5 m/s
Thang máy chạy trung bình : v = 0,75 – 1,5 m/s
Thang máy chạy tốc độ cao : v = 2,5 - 5 m/s

1.2.4.Một số kiểu phân loại khác
-

Phân loại theo hệ dẫn động cabin : dẫn động điện ,khí nén ,thủy lực ,dẫn động
bằng bánh răng thanh răng,vít me

-

Phân loại theo hệ thống vận hành : tự động và bán tự động
Phân loại theo kết cấu , vị trí cabin …

1.2.5.Các yêu cầu chính đối với thang máy
1.2.5.1.Hệ thống an toàn

20


21

Đồ án tốt nghiệp

Đối với thang máy, hệ thống an toàn cần được ưu tiên trên hết,đặc biệt là thang
máy chở người .Các thiết bị về phần cơ và điện cần có khóa liên động.Phần cơ khí cần
đảm bảo hoạt động an toàn thì phần điện mới được vận hành.
Để đảm bảo an toàn cho buồng thang máy thì cần được treo bởi nhiều sợi cáp
.Các sợi cáp cần có độ căng như nhau để đảm bảo về mặt cân bằng trọng lực . Ngoài ra
không thể thiếu hệ thống phanh an toàn để đề phòng trường hợp khi cáp bị đứt hay tốc
độ vượt ngưỡng cho phép
Hoạt động : khi thang máy bị đứt cáp, hoặc chạy quá tốc độ thiết kế hệ thống
khống chế vượt tốc(govenor) được đặt trên phòng máy sẽ hoạt động giúp giữ cáp
thắng cơ lại (cáp thắng cơ được nối giữa governor và thắng cơ lắp ở cabin).

Hình 1.5. Thắng cơ trong thang máy

1.2.5.2.Yêu cầu về hạn chế độ giật khi thang máy dừng
Một trong những yêu cầu cần phải có khi vân hành là khả năng chuyển động êm,
điều này nó phụ thuộc vào gia tốc khởi động và khả năng hãm phanh của hệ thống :
- Tốc độ di chuyển của thang máy có thể thay đổi dựa theo sự thay đổi thời gian
hãm mở máy .
- Gia tốc tối ưu cho thang máy là a ≤ 2 m/s2 để bảo đảm không gây khó chịu khi
dừng .
1.2.5.3.Yêu cầu dừng chính xác theo vị trí
- Buồng thang cần dừng chính xác vị trí so với mặt sàn của tầng để đảm bảo lối
ra vào buồng thang không gây trở ngại .

21


22

Đồ án tốt nghiệp

- Thang máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nên yêu cầu các thiết bị đóng
ngắt mạch phải an toàn ,có thể chịu được tần suất làm việc cao
➔
Từ các yêu cầu trên, khi đó biểu đồ phụ tải của thang máy phải là biểu
đồ hình thang để đảm bảo gia tốc khở động và khi hãm luôn nằm trong vùng cho phép

Hình 1.6. Đồ thị biểu diễn đường đi(s),gia tốc(a) và độ giật(p) của thang máy

1.3.Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động
1.3.1.Cấu tạo chung
Hiện nay, thang máy luôn được cải tiến với kết cấu khác nhau nhưng chúng đều

bao gồm những bộ phận sau :

Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống thang máy

22


23

Đồ án tốt nghiệp

1.3.2. Hệ thống cơ khí
Gồm những thiết bị chính sau :
- Máy kéo(bộ tời kéo) đặt ở phía trên có tác dụng trong chuyển động lên xuống
của thang máy.
- Bộ chống vượt tốc để bảo đảm kiểm soát được gia tốc cho phép tránh các
trường hợp đứt cáp tải hay thang máy hoạt động với gia tốc vượt ngưỡng
- Rail dẫn hướng : thang máy chạy theo đường ray
- Đối trọng : đảm bảo cân bằng lực khi chuyển động của thang máy
- Hộp giảm tốc bánh ví trục vít
- Giảm chấn : để hãm thang máy khi xuống tầng dưới cùng
- Các thanh chịu lực ,nâng đỡ của thang máy

a)

b)
Hình 1.8.Ray dẫn hướng
a. Ray dẫn hướng cho cabin
b. Ray dẫn hướng cho đối trọng

23


24

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.9. Đối trọng

Hình 1.10. Giảm chấn lò xo

1.3.3.Hệ thống điện – điều khiển trong thang máy
1.3.3.1.Mạch động lực
Là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động của thang máy, có chức năng điều chỉnh
tốc độ chuyển động của cabin đảm bảo đúng yêu cầu .

24


25

Đồ án tốt nghiệp

- Nguồn điện động cơ thường được dùng là nguồn 1 pha 220 V/ 50 Hz hoặc 3 pha 380
V/50 Hz
1.3.3.2.Mạch điều khiển
Là hệ thống điều khiển tầng ,thực hiện một chương trình kết nối phức tạp nào
đó,phục vụ yêu cầu của thang máy.
- Chức năng : ;lưu trữ các lệnh điều khiển ,thực hiện gọi tầng của hành khách theo
mức độ ưu tiên nào đó và thực hiện vận chuyển theo yêu cầu từ các nút ấn

1.3.3.3.Mạch tín hiệu , chiếu sáng
Là hệ thống đèn báo tín hiệu khi thang máy chuyển động hay dừng lại một tầng
nào đó, đồng thời chiếu sáng cho buồng máy trong quá trình vận chuyển
1.3.3.4.Mạch hệ thống an toàn
Là hệ thống các công tắc rơ-le, tiếp điểm, chuông báo,cảm biến nhằm đảm bảo
an toàn trong quá trình thao tác nút ấn của con người ,ví dụ như thiết bị bảo vệ quá
tải,cảnh báo quá tải ,công tắc hành trình…
- Mạch sẽ tự động ngắt điện khi gặp các sự cố như quá tải, đứt cáp ,chập điện…

Hình 1.11. Tủ điều khiển thang máy sử dụng biến tần tích hợp

25