Thiết kế chế tạo mô phỏng và điều khiển thang máy chở người

Vương văn thanh

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

ngành : c¬ häc kü thuËt
C¬ häc kü thuËt

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, MƠ PHỎNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY CHỞ NGƯỜI

2005 - 2007

V­¬ng văn thanh

Hà Nội -2007

Hà NộI - 2007


LỜI NĨI ĐẦU
Dường như đã trở thành một phần khơng thể thiếu, ngày nay khi đi vào các
tòa nhà cao tầng, ta đều bắt gặp các hệ thống thang máy. Sự xuất hiện của thang
máy đã giúp ích cho con người rất nhiều trong việc di chuyển cũng như vận
chuyển hàng hóa. Chính vì vậy, từ khi ra đời đến nay, thang máy luôn được
nghiên cứu, cải tiến để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người.
Trên thế giới, thang máy đã được sản xuất từ rất lâu và ngày càng hoàn
thiện, chất lượng phục vụ ngày càng tốt hơn. Ở nước ta, thang máy cũng đã có
mặt khá lâu, tuy nhiên sự phát triển còn nhiều hạn chế. Đối với thang máy chở

người, các công ty ở Việt Nam mới chỉ dừng lại ở việc nhập và cung cấp thang
máy được sản xuất từ nước ngoài.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế của việc điều khiển các hệ thống thang máy.
Đề tài đã tập trung vào tìm hiểu về hệ thống điều khiển cho một nhóm thang máy
chở người bằng bộ điều khiển mờ, và áp dụng kết quả này điều khiển cho mơ
hình nhóm thang máy gồm hai thang sử dụng vi điều khiển cũng như hướng phát
triển để thiết kế hệ thống điều khiển cho các tịa nhà có số tầng lớn hơn, có nhiều
thang máy hơn.
Trong khuôn khổ của luận văn đã tập trung vào tính tốn động học thang,
thiết kế hệ thống điều khiển cho nhóm thang máy thực tế cùng với việc chế tạo
một mơ hình nhóm thang máy chở người có bốn điểm dừng. Áp dụng điều khiển
mờ trong Vi xử lý để điều khiển mơ hình nhóm thang máy. Mơ hình có đầy đủ
các thành phần cơ bản của một hệ thống nhóm thang máy. Hệ thống này sẽ là cơ
sở cho việc thiết kế các hệ thống điều khiển nhóm thang máy trong thực tế, gồm
rất nhiều thang máy, nhiều tầng bằng trí trí tuệ nhân tạo, điều khiển mờ.
Tồn bộ luận văn được trình bày trong 5 chương. Chương 1, tập trung vào
tìm hiểu các loại thang máy; Chương 2, trình bày cách tính tốn động học thang
máy. Chương 3, tập chung vào thiết kế bộ điều khiển mờ điều khiển nhóm thang;
Chương 4, tập trung vào trình bày các kết quả thực nghiệm mơ hình nhóm 2

1


thang máy điều khiển bằng bộ điều khiển mờ; Chương 5, trình bày hướng phát
triển của đề tài.
Cũng như thời gian có hạn và các hạn chế về điều kiện vật chất cũng như là
cách tiếp cận các kết quả trên thế giới đã đạt được nên luận văn không thể khơng
tránh khỏi các thiết sót nhất định. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến đóng
góp bổ ích từ những người đọc luận văn và những ai quan tâm đến thang máy.
Sau đây là nội dung chi tiết của luận văn:

2


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU

1

MỤC LỤC

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY

7

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY

7

1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA THANG MÁY

8

1.3 PHÂN LOẠI THANG MÁY

9

1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744-1993)

9

1.3.2 Theo hệ dẫn động cabin

10

1.3.3 Theo vị trí đặt bộ tời kéo

11

1.3.4 Theo hệ thống vận hành

11

1.3.5 Theo các thông số cơ bản

12

1.3.6 Theo kết cấu các cụm cơ bản

12

1.3.7 Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang

12

1.3.8 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin

14

1.4 KÝ HIỆU THANG MÁY

14

1.5 CẤU TẠO THANG MÁY

15

1.5.1 Thiết bị cơ khí của thang máy

16

1.5.1.1 Cơ cấu dẫn động

16

1.5.1.2 Puly mas sat

18

1.5.1.3 Cáp nâng và dây cân bằng

20

1.5.1.4 Khung cabin

22

1.5.1.5 Buồng cabin

23

1.5.1.6 Ngàm dẫn hướng

23

1.5.1.7 Đối trọng

24

1.5.1.8 Ray dẫn hướng

25

1.5.1.9 Phanh bảo hiểm và bộ hạn chế tốc độ

26

1.5.1.10 Thiết bị giảm chấn

28
3


1.5.2 Hệ thống điều khiển thang máy

29

1.5.2.1 Mạch động lực

29

1.5.2.2 Mạch điều khiển

29

1.5.2.3 Hệ thống chiếu sáng

30

1.5.2.4 Mạch tín hiệu

30

1.5.2.5 Mạch an tồn

30

1.6 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG

31

CHƯƠNG 2 TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC THANG MÁY

34

2.1 THÔNG SỐ CỦA THANG MÁY

34

2.2 XÁC ĐỊNH LỰC CĂNG CÁP LỚN NHẤT

34

2.3 TÍNH CHỌN CÁP

35

2.4 TÍNH PULY DẪN VÀ RỊNG RỌC

36

2.5 TÍNH TỐN CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ HỘP GIẢM TỐC

38

2.5.1 Động cơ

38

2.5.2 Hộp giảm tốc

38

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO NHÓM THANG 40
MÁY CHỞ NGƯỜI
3.1 TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ

40

3.1.1 Khái niệm

40

3.1.2 Biến ngôn ngữ và giá trị

41

3.1.3 Luật hợp thành mờ

43

3.1.4 Thuật tốn xác định luật hợp thành có cấu trúc MISO

44

3.1.5 Thuật tốn xây dựng luật hợp thành có nhiều mệnh đề hợp thành

44

3.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

45

3.2.1 Sơ đồ khối

45

3.2.2 Mờ hoá

46

3.2.2.1 Mờ hoá đơn vị

47

3.2.2.2 Mờ hoá Gauss

47

3.2.2.3 Mờ hoá tam giác

47

4


3.2.3 Giải mờ

47

3.2.4 Khối luật mờ

47

3.3 ĐIỀU KHIỂN NHÓM THANG MÁY BẰNG ĐIỀU KHIỂN MỜ

48

3.3.1 Giới thiệu

48

3.3.2 Hệ thống điều khiển nhóm thang máy

50

3.3.3 Tiêu chuẩn và quy tắc thiết kế bộ điều khiển mờ cho nhóm thang 51
máy
3.3.4 Thuật giải Logic mờ trong điều khiển nhóm thang máy

52

3.3.5 Thiết kế bộ điều khiển mờ cho nhóm thang máy

54

3.3.5.1 Các biến vào ra

54

3.3.5.2 Chọn các hàm liên thuộc và các giá trị của biến ngôn ngữ

55

3.3.5.3 Luật điều khiển

57

3.3.5.4 Cài đặt bộ điều khiển mờ mơ hình thang máy

58

CHƯƠNG 4 CHẾ TẠO MƠ HÌNH NHĨM HAI THANG MÁY CHỞ 59
NGƯỜI
4.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH

59

4.2 KHỐI GỌI TẦNG

60

4.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

62

4.4. BỘ PHẬN CHẤP HÀNH

62

4.4.1 Thang A

62

4.4.2 Thang B

62

4.4.3 Điều khiển cửa

63

4.4.4 Điều khiển động cơ nâng hạ cabin

64

4.4.5 Khởi tạo hệ thống

64

4.5 KHỐI BÁO TẦNG

65

4.6 MƠ HÌNH CHẾ TẠO

67

4.6.1 Mở đầu

67

4.6.2 Chọn kết cấu và vật liệu chế tạo

68

4.6.2.1 Thơng số chung của mơ hình

69
5


4.6.2.2 Cabin

69

4.6.2.3 Ngàm dẫn hướng

70

4.6.2.4 Đối trọng

71

4.6.2.5 Cửa tầng và cửa cabin

72

4.6.2.6 Thiết bị giảm chấn

73

4.6.2.7 Cơ cấu dẫn động

74

4.6.3 Thiết kế mạch và lập trình hệ thống

75

4.6.3.1 Khối nguồn

75

4.6.3.2 Khối vi điều khiển

76

4.6.3.3 Khối tín hiệu đầu vào

76

4.6.3.3.1 Tín hiệu gọi tầng và tín hiệu đóng mở cửa

76

4.6.3.3.2 Tín hiệu báo đến tầng

78

4.6.3.3.3 Mạch báo quá tải

79

4.6.3.4 Khối tín hiệu đầu ra

80

4.6.3.4.1 Mạch điều khiển báo tầng

80

4.6.3.4.2 Mạch báo chiều

81

4.6.3.4.3 Mạch điều khiển động cơ

84

4.6.4 Kết quả mô phỏng mơ hình thang bằng bộ điều khiển mờ

86

CHƯƠNG 5 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

88

5.1 CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS-485

88

5.1.1 Đặc tính điện học

88

5.1.2 Số trạm tham gia

89

5.1.3 Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn

90

5.1.4 Cấu hình mạng

90

5.1.5 Cáp nối

91

5.1.6 Trở đầu cuối

92

5.2 SƠ ĐỒ GHÉP NỐI

92

PHỤ LỤC

93

TÀI LIỆU THAM KHẢO

112

KẾT LUẬN

115
6


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ THANG MÁY
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THANG MÁY
Thang máy là một thiết bị chuyên dùng để vận chuyển người, hàng hóa, vật
liệu, v.v… theo phương thẳng đứng hoặc nghiêng một góc nhỏ hơn 15 0 so với
phương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.
Thang máy thường được dùng trong các khách sạn, công sở, chung cư, bệnh
viện, các đài quan sát, tháp truyền hình, trong các nhà máy, công xưởng, v.v...
Đặc điểm vận chuyển bằng thang máy so với các phương tiện vận chuyển khác là
thời gian của một chu kỳ vận chuyển bé, tần suất vận chuyển lớn. Ngoài ý nghĩa
về vận chuyển, thang máy còn là một trong những yếu tố làm tăng vẻ đẹp và tiện
nghi của cơng trình.

Nhiều quốc gia trên thế giới đã quy định, đối với các tòa nhà cao 6 tầng trở
lên đều phải được trang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện,
7


hàng hóa được di chuyển dễ dàng, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất lao động.
Giá thành của thang máy trang bị cho cơng trình so với tổng giá thành của cơng
trình chiếm khoảng 6% đến 7% là hợp lý. Đối với những cơng trình đặc biệt như
bệnh viện, nhà máy, khách sạn, v.v…, tuy số tầng nhỏ hơn 6 nhưng do yêu cầu
phục vụ vẫn phải được trang bị thang máy. Với các tịa nhà nhiều tầng có chiều
cao lớn thì việc trang bị thang máy là bắt buộc để phục vụ việc đi lại trong tòa

nhà. Nếu vấn đề vận chuyển người và hàng hóa trong những tịa nhà này khơng
được giải quyết thì các dự án xây dùng các tịa nhà cao tầng sẽ khơng thành hiện
thực.
Thang máy là một thiết bị vận chuyển đòi hỏi tính an tồn nghiêm ngặt, nó
liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con người. Vì vậy, u cầu chung đối
với thang máy khi thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành, sử dụng và sửa chữa là
phải tuân thủ một cách nghiêm ngặt các yêu cầu về kỹ thuật an toàn được quy
định trong các tiêu chuẩn.
Thang máy chỉ có cabin đẹp, thơng thống, sang trọng, êm dịu thì chưa đủ
điều kiện để đưa vào sử dụng. Để được đưa vào sử dụng, thang máy phải có một
kết cấu cơ khí vững chắc, một hệ thống mạch điều khiển ổn định và đầy đủ các
thiết bị an tồn, đảm bảo độ tin cậy như: Chng báo q tải, bộ hãm bảo hiểm
phịng đứt cáp, vượt tốc, cơng tắc an tồn của cửa cabin, khóa an tồn cửa tầng,
v.v…
1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN THANG MÁY
Cuối thế kỷ thứ 19, trên thế giới mới chỉ có một vài hãng thang máy ra đời
như OTIS; Schindler. Chiếc thang máy đầu tiên đã được chế tạo và đưa vào sử
dụng của hãng thang máy OTIS (Mỹ) năm 1853. Đến năm 1874, hãng thang máy
Schinder (Thụy Sĩ) cũng đã chế tạo thành công những thang máy khác. Lúc đầu
bộ tời kéo chỉ có một tốc độ, cabin có kết cấu đơn giản, cửa tầng đóng mở bằng
tay, tốc độ di chuyển của cabin thấp.
Đầu thế kỷ thứ 20, có nhiều hãng thang máy khác ra đời như KONE (Phần
Lan), MISUBISHI, NIPPON ELEVATOR, v.v… (Nhật Bản), THYSEN (Đức),
8


SABIEM (Ý), v.v… đã chế tạo các loại thang máy có tốc độ cao, tiện nghi trong
cabin tốt hơn và êm hơn.
Vào đầu những năm 1970, thang máy đã chế tạo đạt tới tốc độ 450 m/ph,
những thang máy chở hàng đã có tải trong nâng tới 30 tấn đồng thời cũng trong

khoảng thời gian này đã có những thang máy thủy lực ra đời. Sau một khoảng
thời gian rất ngắn với tiến bộ của các ngành khoa học khác, tốc độ thang máy đã
đạt tới 600m/ph. Vào những năm 1980, đã xuất hiện hệ thống điều khiển động cơ
mới bằng phương pháp biến đổi điện áp và tần số VVVF (inverter). Thành tựu
này cho phép thang máy hoạt động êm hơn, tiết kiệm được khoảng 40% công
suất động cơ.
Đồng thời, cũng vào những năm này đã xuất hiện loại thang máy dùng động
cơ điện cảm ứng tuyến tính.
Vào đầu những năm 1990, trên thế giới đã chế tạo những thang máy có tốc độ
đạt tới 750 m/ph và các thang máy có tính năng kỹ thuật đặc biệt khác.
Chiếc thang máy đầu tiên tại Việt Nam được hãng OTISLAWPS lắp đặt từ
những năm 30 của thế kỷ trước. Đến nay, nhiều thang máy của các hãng lớn đã
được lắp đặt tại Việt Nam. Theo thống kê sơ bộ đến năm 2000, MITSUBISHI đã
lắp khoảng 370 chiếc, OTIS 240 chiếc, NIPPON 80 chiếc. Điều đó thể hiện nhu
cầu lớn về thang máy tại thị trường Việt Nam.
Trong nước hiện nay đã có một số cơng ty thang máy như Thiên Nam, Thái
Bình (Pacific), Thăng Long, v.v…, nhưng chủ yếu nhập mới toàn bộ hoặc tận
dụng những linh kiện, thiết bị có trước. Phần chế tạo trong nước cịn mang tính
thủ cơng, vì thế chất lượng khơng ổn định.

1.3 PHÂN LOẠI THANG MÁY
Hiện nay thang máy được thiết kế, chế tạo rất đa dạng phong phú với nhiều kiểu
loại khác nhau để phù hợp với mục đích sử dụng của từng cơng trình.
Có thể phân loại thang máy theo các ngun tắc và đặc điểm sau:
1.3.1 Theo công dụng (TCVN 5744 - 1993)
thang máy được phân thành 5 loại
9


• Thang máy chuyên chở người:

Loại này chuyên để vận chuyển hành khách trong các khách sạn, công sở,
nhà nghỉ, các khu chung cư, trường học, v.v…

• Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng đi kèm:
Loại này thường dùng cho các siêu thị, khu triển lãm, v.v…

• Thang máy chuyên chở bệnh nhân:

Loại này chuyên dùng cho các bệnh viện, các khu điều dưỡng, v.v… Đặc
điểm của nó là kích thước cabin phải đủ lớn để chứa băng ca (cáng) hoặc
giường của bệnh nhân, cùng với các bác sĩ, nhân viên và các dụng cụ cấp
cứu đi kèm. Hiện nay trên thế giới đã sản xuất theo cùng tiêu chuẩn kích
thước và tải trọng cho loại thang máy này.

• Thang máy chun chở hàng có người đi kèm:
Loại này thường dùng trong các nhà máy, công xưởng, kho, thang dùng
cho nhân viên khách sạn, v.v…, chủ yếu dùng để chở hàng nhưng có
người đi kèm để quản lý hàng hoặc phục vụ.

• Thang máy chun chở hàng khơng có người đi kèm:
Được sử dụng trong các nhà máy, xưởng sản xuất để chở các loại
hàng hóa cần người đi kèm hoặc dùng để chở vật liệu, thức ăn trong các
khách sạn, nhà hàng,v.v… Đặc điểm của loại này là chỉ có bảng điều
khiển ở ngồi cabin (trước các cửa tầng), còn các loại thang khác nêu ở
trên vừa có điều khiển ở cả trong cabin và ngồi cabin.
Ngồi ra cịn có các loại thang chun dùng khác như thang máy
cứu hỏa, chở ôtô, v.v…
1.3.2 Theo hệ thống dẫn động cabin
• Thang máy dẫn động điện:

Loại này dẫn động cabin lên xuống nhờ động cơ điện truyền qua hộp giảm
tốc tới puly ma sát hoặc tang cuốn cáp. Chính nhờ được treo bằng cáp mà
hành trình lên xuống của nó khơng bị hạn chế. Ngồi ra cịn có các loại
thang dẫn động cabin lên xuống nhờ bánh răng thanh răng (chuyên dùng
để chở người phục vụ xây dùng các cơng trình cao tầng).
10


• Thang máy thủy lực (bằng xilanh - pittông):
Đặc điểm của loại thang này là cabin được đẩy từ dưới lên nhờ pittơng xylanh thủy lực nên hành trình bị hạn chế. Hiện nay thang máy thủy lực
với hành trình tối đa là khoảng 18 m, vì vậy khơng thể trang bị cho các
cơng trình cao tầng, mặc dù kết cấu đơn giản, tiết diện giếng thang nhỏ
hơn khi có cùng tải trọng so với dẫn động cáp, chuyển động êm, an tồn,
giảm được chiều cao tổng thể của cơng trình khi có cùng số tầng phục vụ,
vì buồng máy đặt ở tầng trệt.

• Thang máy khí nén.

1.3.3 Theo vị trí đặt bộ tời kéo
• Đối với thang máy điện:

 Thang máy có bộ tời kéo đặt phía trên giếng thang.

 Thang máy có bộ tời kéo đặt phía dưới giếng thang.

• Đối với thang máy dẫn động cabin lên xuống bằng bánh răng thanh răng
thì bộ tời dẫn động đặt ngay trên nóc cabin.

• Đối với thang máy thủy lực: Buồng máy đặt tại tầng trệt.

Hình 1.1. Thang máy điện có bộ tời đặt trên giếng thang.
1.3.4 Theo hệ thống vận hành
• Theo mức độ tự động:

11


 Loại nửa tự động;
 Loại tự động.

• Theo vị trí điều khiển:

 Điều khiển trong cabin;

 Điều khiển ngồi cabin;

 Điều khiển cả trong và ngoài cabin.

1.3.5 Theo các thơng số cơ bản

• Theo khối lượng vận chuyển của cabin:
 Thang máy loại nhỏ:

Q < 500 Kg;

 Thang máy loại trung bình:

Q = 500 ÷ 1000 Kg;

 Thang máy loại lớn:

Q = 1000 ÷ 1600 Kg;

 Thang máy loại rất lớn:

Q > 1600 Kg;

• Phân loại theo tốc độ di chuyển của cabin:
 Loại tốc độ thấp:

V < 1 m/s;

 Loại tốc độ cao:

V = 2,5 ÷ 4 m/s;

 Loại tốc độ trung bình:

V = 1 ÷ 1,5 m/s;

 Loại tốc độ rất cao:

V > 4 m/s.

1.3.6 Theo kết cấu các cụm cơ bản
• Theo kết cấu của bộ tời kéo:

 Bộ tời kéo có hộp giảm tốc;

 Bộ tời kéo khơng có hộp giảm tốc: thường dùng cho các loại thang

máy có tốc độ cao (v > 2,5 m/s);

 Bộ tời kéo sử dụng động cơ một tốc độ, hai tốc độ, động cơ điều chỉnh
vô cấp, động cơ cảm ứng tuyến tính (LIM - Linear Induction Motor);

 Bộ tời kéo có puly ma sát hoặc tang cuốn cáp để dẫn động cho cabin
lên xuống;

• Theo hệ thống cân bằng:
 Có đối trọng;

 Khơng có đối trong;

 Có cáp hoặc xích cân bằng dùng cho những thang máy có hành trình lớn;
12


 Khơng có cáp hoặc xích cân bằng.

• Theo cách treo cabin và đối trọng:

 Treo trực tiếp vào dầm trên của cabin;

 Có palăng cáp (thơng qua các puly trung gian) vào dầm trên của cabin;
 Đẩy từ phía dưới đáy cabin lên thơng qua các puly trung gian.

• Theo hệ thống cửa cabin:

 Phương pháp đóng mở cửa cabin:

 Đóng mở bằng tay. Khi cabin dừng đúng tầng thì phải có người ở
trong hoặc ngồi cửa tầng mở và đóng cửa cabin và cửa tầng;

 Đóng mở nửa tự động (bán tự động): Khi cabin dừng đúng tầng thì
cửa cabin và cửa tầng tự động mở, khi đóng phải dùng bằng tay hoặc
ngược lại.
Cả hai loại này thường dùng cho các thang máy chở hàng có người đi kèm,
thang chở hàng khơng có người đi kèm hoặc thang máy dùng cho nhà riêng;

 Đóng mở tự động: Khi cabin dừng đúng tầng thì cửa cabin và cửa
tầng tự động mở và đóng nhờ một cơ cấu đặt ở đầu cửa cabin. Thời
gian và tốc độ đóng, mở điều chỉnh được.

 Theo kết cấu cửa:

 Cánh cửa dạng cửa xếp lùa về một phía hoặc hai phía;

 Cánh cửa dạng tấm (panen) đóng, mở bản lề một cánh hoặc hai
cánh.

Hai loại cửa này thường dùng cho thang máy chở hàng có người đi kèm
hoặc khơng có người đi kèm, hoặc thang máy dùng cho nhà riêng;

 Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính giữa lùa về hai
phía. Đối thang máy có tải trọng lớn, cabin rộng, cửa cabin có bốn
cánh mở chính giữa lùa về hai phía (mỗi bên hai cánh). Loại này
thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt ở phía sau cabin;

 Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở một bên, lùa về
một phía. Loại này thường dùng cho thang máy có đối trọng đặt

bên cạnh cabin (thang máy chở bệnh nhân);
13


 Cánh cửa dạng tấm (panen), hai cánh mở chính giữa lùa về hai
phía trên và dưới (thang máy chở thức ăn);

 Cánh cửa dạng tấm (panen), hai hoặc ba cánh mở lùa về một phía
trên. Loại này thường dùng cho thang máy chở ôtô và thang chở
hàng.

 Theo số cửa cabin:

 Thang máy có một cửa;
 Hai cửa đối xứng nhau;

 Hai cửa vng góc với nhau.

• Theo loại bộ hãm bảo hiểm an toàn cabin:

 Hãm tức thời, loại này thường dùng cho thang máy có tốc độ thấp đến
45 m/ph;

 Hãm êm, loại này thường dùng cho thang máy có tốc độ lớn hơn 45
m/ph và thang máy chở bệnh nhân.
1.3.7 Theo vị trí của cabin và đối trọng giếng thang
• Đối trọng bố trí phía sau;
• Đối trọng bố trí một bên.

Trong một số trường hợp đối trọng có thể bố trí ở một vị trí khác mà không

cùng chung giếng thang với cabin.
1.3.8 Theo quỹ đạo di chuyển của cabin

• Thang máy thẳng đứng, là loại thang máy có cabin di chuyển theo hướng
thẳng đứng, hầu hết các thang máy đang sử dụng thuộc loại này;

• Thang máy nghiêng, là loại thang máy có cabin di chuyển nghiêng một
góc so với phương thẳng đứng;

• Thang máy zigzag, là loại thang máy có cabin di chuyển theo phương
zigzag.
1.4 KÝ HIỆU THANG MÁY
Thang máy được ký hiệu bằng các chữ và số, dựa vào các thông số cơ bản
sau:

• Loại thang:
14


Theo thông lệ quốc tế người ta dùng các chữ cái (Latinh) để ký hiệu như
sau:

 Thang chở khách: P (Passenger);
 Thang chở bệnh nhân: B (Bed);

 Thang chở hàng: F (Freight)…

• Số người hoặc tải trọng [người, kg].
• Kiểu mở cửa:

 Mở chính giữa lùa về hai phía: CO (Centre Opening);
 Mở một bên lùa về một phía: 2S (Single Side)…

• Tốc độ [m/ph, m/s];

• Số tầng phục vụ và tổng số tầng của tịa nhà;

• Hệ thống điều khiển;
• Hệ thống vận hành.

Ngồi ra, có thể dùng các thơng số khác để bổ sung cho ký hiệu.
Ví dụ: P11 - CO - 90 - 11/14 - VVVF - Duplex.
Ký hiệu trên có nghĩa là: Thang máy chở khách, tải trọng 11 người, kiểu mở
cửa chính giữa lùa hai phía, tốc độ di chuyển cabin 90 m/ph, có 11 điểm dừng
phục vụ trên tổng số 14 tầng của tòa nhà, hệ thống điều khiển bằng cách biến đổi
điện áp và tần số, hệ thống vận hành kép (chung).
1.5 CẤU TẠO THANG MÁY
Thang máy có nhiều kiểu dạng khác nhau nhưng nhìn chung có các bộ phận
chính sau: bộ tời kéo; cabin cùng hệ thống treo cabin, cơ cấu đóng mở cửa cabin
và bộ hãm bảo hiểm; cáp nâng; đối trọng và hệ thống cân bằng; hệ thống ray dẫn
hướng cho cabin và đối trọng chuyển động trong giếng thang; bộ phận giảm chấn
cho cabin và đối trọng đặt ở đáy giếng thang; hệ thống hạn chế tốc độ tác động
lên bộ hãm bảo hiểm để dừng cabin khi tốc độ hạ vượt quá giới hạn cho phép; tủ
điện điều khiển cùng các trang thiết bị điện để điều khiển tự động thang máy hoạt
động theo đúng chức năng yêu cầu và đảm bảo an toàn; cửa cabin và các cửa
tầng cùng hệ thống khóa liên động.
15


1.5.1 Thiết bị cơ khí của thang máy bao gồm

1.5.1.1 Cơ cấu dẫn động

Hình 1.2.

16


Hình 1.3. Hệ dẫn động thang máy chở người.
1. Động cơ; 2.Hộp giảm tốc; 3. Puly ma sát; 4.Puly dẫn hướng; 5.Phanh
Bộ phận dẫn động thang máy có thể phân làm 2 loại: loại khơng có hộp giảm
tốc và loại có hộp giảm tốc. Loại khơng có hộp giảm tốc được dùng với thang có
tốc độ cao. Đối với loại này động cơ là loại tốc độ thấp nên tương đối lớn về kích
thước. Nhìn chung động cơ dùng dẫn động thang máy là loại động cơ chuyên
dùng do tính chất cơng việc đặc thù: đóng mở nhiều lần, tải trọng thay đổi... Hiện
nay Nhiều hãng thang máy đó đưa vào sử dụng loại động cơ nam châm vĩnh cửu
(PM) với các đặc tính nổi bật: tốc độ thấp, kích thước bộ, giảm dung động và
tiếng ồn. Loại động cơ này thường được lắp ngay trên đỉnh ray đối trọng và nhờ
vậy khơng cần thiết có buồng máy trên nóc hố thang, giảm chiều cao cho cơng
trình.
Bộ phận dẫn động trực tiếp cabin thang máy có thể là tang cuốn cáp (trường
hợp khơng có đối trọng) hoặc puly ma sát. Thang máy chở nguời thường sử dụng
đối trọng và được dẫn động qua puly ma sát.
Hộp giảm tốc thường dùng là hộp trục vít -bánh vít do có tỷ số truyền cao,
làm việc êm và phần nào trợ giúp quá trình giữ cabin khơng trượt. Hiện nay một
số hãng cịn sử dụng hộp giảm tốc hành tinh cho hệ dẫn động. Loại hộp giảm tốc

17


này có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, nhưng nhìn chung giá thành của chúng

cao hơn.
Với hệ dẫn động dùng hộp giảm tốc động cơ có thể bố trí ở ngoài, đặt ngang
hoặc lắp liền với hộp giảm tốc bằng mặt bích, đặt nằm ngang hoặc thẳng đứng.
Ngồi ra bộ phận không thể thiếu trong cơ cấu dẫn động thang máy là phanh.
Phanh có tác dụng dừng cabin tại vị trớ mong muốn và giữ cabin ở trạng thái
treo. Loại phanh thường được sử dụng là phanh 2 mỏ, loại điện từ hoặc kết hợp
thủy lực. Để đảm bảo dừng tầng chính xác, trước khi phanh cần giảm tốc độ của
động cơ. Trước kia vấn đề này thường được giải quyết bằng loại động cơ nhiều
tốc độ, hoặc động cơ điện một chiều điều khiển ACVV. Ngày nay các thang máy
nói chung đều sử dụng loại động cơ 3 pha điều khiển bằng biến tần VVVF.
Các hình 1.3 .a -d trình bày một số sơ đồ hệ dẫn động thơng dụng. Hình
1.3.a là hệ dẫn động khơng có hộp giảm tốc, puly ma sát lắp trực tiếp trên trục
động cơ. Với loại này thường sử dụng sơ đồ cuốn cáp 2 vịng thơng qua puly
trung gian và số rãnh puly bằng 2 lần số cáp treo cabin. Hình 1.3.b là hệ dẫn
động, trong đó động cơ lắp ngồi, puly ma sát lắp trên trục ra của hộp giảm tốc,
puly phụ phía dưới đóng vai trị dẫn hướng cáp trên đối trọng. Hình 1.3.c,d là
loại hệ dẫn động với động cơ lắp với hộp giảm tốc qua mặt bích, đặt nằm ngang
hoặc thẳng đứng. Sơ đồ đặt động cơ thẳng đứng có thể thấy ở các thang máy
OTIS, cho phép tiết kiệm diện tích sàn đặt máy. Các sơ đồ nằm ngang có mặt ở
hầu hết ở thang máy khác.
1.5.1.2

Puly ma sát

Puly ma sát một đầu được liên kết với cabin, đầu kia liên kết với đối trọng
bằng cáp thép. Nhờ ma sát giữa cáp thép với rãnh trên puly mô men xoắn được
truyền từ puly qua cáp, biến chuyển động quay của puly thành chuyển động tịnh
tiến của cabin và đối trọng.
Đường kính danh nghĩa puly chọn theo đường kính cáp và được quy định
trong các tiêu chuẩn về máy nâng. TCVN 6395 : 1998 quy định giữa đường kính

puly và đường kính cáp D/d c khơng ít hơn 40.
18


Theo hình dáng, rãnh trên puly ma sát có thể chia làm 3 loại: rãnh cung trịn,
rãnh cung trịn có xẻ đáy và rãnh chữ V. Hình 1.4 trình bày kết cấu một số loại
rãnh puly ma sát thơng dụng.

a)

b)

c)

Hình 1.4. Rãnh puly ma sát.
Để cố thể truyền tải nhờ ma sát (cáp không trượt trên puly) các lực căng cáp
trên nhánh cuốn và trên nhánh nhả cần tuân thủ theo hệ thức ơle:
 S1

 S2


 max ≤ e µ.θ


Trong đó:

µ - là hệ số ma sát giữa cáp và rãnh puly ma sát

θ - là góc ơm của cáp lên puly ma sát (radian)

Tỷ số này được xác định theo sơ đồ hệ thống cân bằng thang mỏ. Giá trị lớn
nhất thường được rơi vào 2 trạng thái: trạng thái thử tải tĩnh và trạng thái làm
việc của thang máy có kể đến lực qn tính khi mở máy và khi phanh.
Hệ số ma sát phụ thuộc vào loại rãnh trên trên puly. Với rãnh cung trịn có xẻ
đáy hệ số ma sát tính tốn được xác định theo cơng thức:

µ = µ 0.

4(sin

γ

− sin

α

)
2
2
γ − α − sin γ − sin α

19


Trong đó:

µ 0 -là hệ số ma sát giữa vật liệu cáp và rãnh puly, lấy bằng 0,01 - 0,11 với

puly thép, hoặc 0,15 đối với puly gang.

Góc tiếp xúc γ thường đựơc lấy bằng π /2, là trường hợp khi rãnh đó bị mịn.

Do đó hệ số ma sát tính theo cơng thức:
4(1 − sin

α

)
2
µ = µ 0.
π − α − sin α
µ = µ 0.

Với loại rãnh cung trịn (gúc α = 0):

µ = µ 0.

Với rãnh chữ V (rãnh hình thang):

π
4

π
sin

β
2

Để tránh kẹt cáp trong rãnh puly (tự hãm), góc nghiêng β giữa 2 thành rãnh

cáp cần lớn hơn 2 ρ , với ρ là góc ma sát giữa vật liệu cáp và puly (tg ρ = µ 0 ).

Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ số ma sát tăng dần lần lượt với các rãnh tròn,
rãnh tròn co xẻ đáy và rãnh chữ V. Tuy nhiên ứng suất dập cũng tăng làm cho
tuổi thọ cáp và puly ma sát giảm. Trong thực tế thường gặp loại puly ma sát rãnh
trịn có xẻ dưới.
1.5.1.3 Cáp nâng và dây cân bằng
Cáp nâng dùng để treo và dẫn động cabin và đối trọng. Theo quy phạm an
toàn, số sợi cáp treo cabin khơng ít hơn 2 và khi chiều cao nâng lớn thì khối
lượng cáp sẽ khơng thể bỏ qua. Khối lượng cáp trên nhánh treo cabin sẽ thay đổi
tùy thuộc vị trí cabin. Giá trị bé nhất khi cabin ở vị trí cao nhất, cịn giá trị lớn
nhất khi cabin ở tầng dưới cùng. Vì vậy lực căng cáp sẽ thay đổi. Nhánh treo cáp
phía đối trọng cũng có hiện tượng tương tự. Để hạn chế sự thay đổi này trong
cáp thang máy cao tầng (hành trình lớn) cần lắp đặt thêm cáp hoặc xích cân
bằng. Sơ đồ bố trí trên hìn 1.5 các bộ phận được ký hiệu như sau: GT-giếng

20


thang; ĐT-đối trọng; CN-Cáp nâng; CĐ-cáp điện; CCB-cáp cân bằng; XCB-xích
cân bằng.

Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống dây cân bằng.
Cáp nâng được làm bằng thép thông qua 2 thao tác bện. Các sợi thộp nhỏ
(đường kính 0,5-3mm) với độ bền cao (1400-2000Mpa) được bện lại thành các
tao, các tao này lại được bện lại quanh lõi thành cáp. Số tao thông dụng là 6
hoặc 8. Số sợi cáp ở mỗi tao có thể là 19 hoặc 37, các sợi này này có thể cùng
hay khác đường kính. Lõi cáp dùng trong thang máy làm bằng sợi đay, có ưu
điểm làm cáp mềm và giữ được dầu bôi trơn trong ruột cáp. Khi làm việc dầu sẽ

được ép ra bôi trơn cho các sợi con. Kết cấu một số loại cáp trình bày trên hình
1.6.

21


Hình 1.6. Kết cấu cáp thép
1.5.1.4 Khung cabin
Khung cabin được cấu thành từ khung đứng và khung ngang, với các cabin
tải trọng lớn cịn có thêm các thanh giằng chộo để giảm tải trọng và cõn bằng
cabin. Trên khung này còn lắp các chi tiết dẫn hướng và phanh bảo hiểm. Cửa
cabin và cơ cấu dẫn động của cú thể được lắp vào trần cabin, hoặc lắp vào khung
chịu lực.
Khung chịu lực được tính tốn theo độ bền và độ cứng. Tải trọng tác dụng
được tính với giả thiết đặt lệch tâm, các tổ hợp tải trọng tương ứng cho các
trường hợp: trạng thái làm việc bình thường, khi đứt cáp, phanh an toàn tác động
giữ cabin trên ray dẫn hướng và khi đứt cáp, cabin rơi xuống bộ phận giảm chấn.
Trường hợp thử tải tĩnh ( 200% tải danh nghĩa), và thử tải động (100% tải danh
nghĩa), tải được đặt đúng tâm.
Theo tiêu chuẩn tải đặt lệch tâm khoảng cách e 1 = 1/6 .CW theo chiều ngang
và e 2 =1/6.CD tính từ tâm cabin, trong đú CW, CD là chiều rộng và chiều sâu sàn
cabin.
Các thanh treo khung đứng cần được kiểm tra về độ mảnh và độ ổn định như
các thanh chịu kéo. Độ mảnh của các thanh này không vượt quá giá trị 120.

22


1.5.1.5 Buồng cabin
Buồng cabin gồm các bộ phận sàn, vách, trần.

Sàn cabin gồm kết cấu thép khung chịu lực, làm từ thép định hình, và phần
sàn, bằng thép tấm, lót gỗ, granito hoặc thảm.
Sàn lắp với khung chịu lực cabin. Để đề phịng q tải có thể lắp theo kiểu sàn
động: sàn cabin được lắp với khung chịu lực qua bản lề, qua cơ cấu song phẳng,
qua gối đỡ đàn hồi hoặc lắp cố định với khung chịu lực. Khi tải trọng vượt quá
mức cho phép hệ thống điều khiển sẽ không cho phép thực hiện các cuộc gọi
tầng từ trong cũng như bên ngoài cabin nhờ các cảm biến trọng lượng.

Hình 1.7. Cabin
1.5.1.6

Ngàm dẫn hướng

Ngàm dẫn hướng có tác dụng dẫn cabin và đối trọng di chuyển dọc ray. Theo
phương pháp dẫn hướng có thể chia 2 loại chính: tự lựa và không tự lựa. Kết cấu
bộ phận dẫn hướng có thể là mỏ trượt (hình 1.8.a) hoặc dạng con lăn (hình 1.8.b)
. Dạng con lăn làm việc êm nên thường được dùng cho các loại thang máy tốc độ
cao, nhưng có nhược điểm là kết cấu phức tạp, đắt tiền. Loại mỏ trượt dùng nhiều
hơn do kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và dễ thay thế. Để giảm ồn và giảm ma sát,
chi tiết tiếp xúc trực tiếp với ray dẫn hướng thường được làm từ vật liệu polyme.
Kết cấu tự lựa nhằm khắc phục sai sót khi chế tạo và lắp ráp ray. Thông thường
23


cabin được lắp ngàm dẫn hướng tự lựa để tránh rung lắc cho hành khách, còn đối
trọng cú thể lắp tự lựa hoặc khơng tự lựa, vì ở đây khơng có nhu cầu về tiện nghi.

Hình 1.8. Ngàm dẫn hướng.
1.5.1.7

Đối trọng

Đối trọng có nhiệm vụ cân bằng một phần tải trọng cabin. Khối lượng đối
trọng được tính trên cơ sở cân bằng lực căng cáp khi nâng và khi hạ cabin và
được tính thơng qua hệ số cân bằng ϕ .

G dt = G c + ϕ Q

Trong đó G dt, , G c , Q là trọng lượng đối trọng, cabin khơng tải và tải trọng
thang máy, tính bằng Niutơn (N).

Với các thang máy chở người mật độ cao (sử dụng trong các cơng sở) ϕ =

0.5, Cịn các thang máy mật độ thấp hơn (trong các chung cư) hệ số này được lấy
khoảng 0.4.
Về kết cấu, đối trọng gồm các thỏi gang hoặc bê tông, mỗi thỏi nặng từ 30-60
kg. Các thỏi này liên kết với nhau bằng các thanh treo (hình 1.9.a), ngàm dẫn
hướng lắp trực tiếp trên đối trọng. Kết cấu này có ưu điểm đơn giản, kích thước
nhỏ gọn. Khi cần tăng độ cứng vững của kết cấu, các thỏi đối trọng được lắp
trong khung chịu lực (hình 1.9.b), khi đó ngàm dẫn hướng được lắp trên khung
chịu lực.

24