Thiết kế hệ thống thang máy 5 tầng dẫn động bằng thanh răng

PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM
I. Thơng tin chung
Tên nhóm: Nhóm 10
II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Thiết kế sản phẩm cơ điện tử thang máy đơn 5 tầng dẫn
động thanh răng
2. Hoạt động của sinh viên
Nội dung 1: Phân tích nhiệm vụ thiết kế
- Thiết lập danh sách yêu cầu
Nội dung 2: Thiết kế sơ bộ
- Xác định các vấn đề cơ bản
- Thiết lập cấu trúc chức năng
- Phát triển cấu trúc làm việc
- Lựa chọn cấu trúc làm việc
Nội dung 3: Thiết kế cụ thể
- Xây dựng các bước thiết kế cụ thể
- Tích hợp hệ thống
- Phác thảo sản phẩm bằng phần mềm CAD và/hoặc bằng bản vẽ phác. Áp
dụng các công cụ hỗ trợ: Mơ hình hóa mơ phỏng, CAD, HIL,… để thiết kế sản
phẩm.
3. Sản phẩm nghiên cứu : Báo cáo thu hoạch bài tập lớn.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành bài tập lớn theo đúng thời gian quy định (từ ngày
25/03/2021 đến ngày 02/05/2021).
2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng
đánh giá.

IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án


LỜI NĨI ĐẦU

Ngày nay, hệ thống thang máy khơng cịn quá xa lạ vơi chúng ta. Nó được ra đời
từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống con người. Vì vậy, Cơ điện
tử đã trở thành một nghành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu, ứng dụng các sản
phẩm của ngành cơ điện tử vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người.
Những ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống ngày nay thì việc
điều khiển vị trí tnag máy và tốc độ của động cơ đã và đang được sử dụng một cách
rộng rãi, được ứng dụng nhiều trong ngành cơ điện tử, tự động hóa. Việc hiểu và ứng
dụng sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi người. Để góp phần nhỏ vào việc này, nhóm em đã
thực hiện đề tài thiết kế concept “Hệ thống thang máy 5 tầng sử dụng thanh răng”.
Thơng qua đề tài này nhóm em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy
kinh nghiệm quý báu bổ sung vào hành trang của mình trên con đường đã chọn. Nhận
thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thức
sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫn
của thầy để hoàn thành bài tập lớn này.
Trong q trình thực hiện đề tài này cịn nhiều sai sót hi vọng q thầy cơ thơng
cảm và chỉ dạy cho chúng em, xin chân thành cảm ơn quý thầy cô.



MỤC LỤC

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH

5


CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ

1.1. Yêu cầu thị trường, công ty, môi trường.
1.1.1. Nhu cầu thị trường.
Bảng 1.1: Nhu cầu sử dụng thang máy của khách hàng

Danh mục

Tiêu chí lựa chọn

Số tầng cần sử dụng thang máy

>=5 tầng

Số người tối đa trong một lượt di chuyển

7 người

Chi phí lặp đặt thang máy

<=450 triệu đồng

Tốc độ thang máy

Vừa phải ( 60m/phút)

Các tiện ích

Camera, điều hịa, gương…

Nơi sử dụng thang máy

Tất cả tòa nhà >= 5 tầng

Phiếu khảo sát nhu cầu sử dụng thang máy của khách hàng

Hình 1.1: Biểu đồ khảo sát nghề nghiệp khách hàng

6


Hình 1.2: Biểu đồ khảo sát nơi sử dụng thang máy

Hình 1.3: Biểu đồ khảo sát số tầng của thang máy

Hình 1.4: Biểu đồ khảo sát số lượng người trong thang máy

7


Hình 1.5: Biểu đồ khảo sát tốc độ thang máy

Hình 1.6: Biểu đồ khảo sát việc lắp đặt camera trong thang máy

Hình 1.7: Biểu đồ khảo sát việc lắp điều hòa trong thang máy

8


Hình 1.8: Biểu đồ đánh giá chi phí lắp đặt thang máy

9

1.1.2. Tính cấp thiết.
Ngày nay cùng sự phất triển của các ngành khoa học kĩ thuật, kỹ thuật điện tử mà
trong đó điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa
học kĩ thuật, quản lí, cơng nghiệp hóa, cung cấp thơng tin hay gần nhất là trong cuộc
sống hàng ngày của chúng ta… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách
hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật nói chung và trong sự
phát triển kỹ thuật điều khiển tự động hóa nói riêng. Một trong những ứng dụng cấp
thiết của khoa học kỹ thuật trong đời sống chính là thang máy.
Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ hay hộ gia đình thì việc lắp
đặt và sử dụng thang may là chưa thực sự phổ biến vì một số lí do như thang máy cồng
kềnh chiếm nhiều diện tích, chi phí đắt đỏ vì vậy khiến cho cuộc sống vẫn chưa thực
sự tiện lợi trong sự phát triển mạnh mẽ của nền cơng nghiệp, khoa học hiên nay.
Những lợi ích mà hệ thống thang máy đem lại cho chúng ta, cụ thể như:
• Giảm sức lực di chuyển.
• Giảm thời gian di chuyển .
• Giúp cho cơng trình giảm diện tích sử dụng thang như thang bộ thơng thường.
• Tăng tính thẩm mỹ cho ngơi nhà.
• Sử dụng thang máy giúp giải quyết rất nhiều vấn đề vướng mắc liên quan tới
các tồ nhà cao tầng, từ đó xây dựng có điều kiện phát triển hơn trước.
Một cơng trình thiết kế có cầu thang máy giúp giảm thiểu, tiết kiệm một khoản
chi phí vơ cùng lớn cho việc giải quyết vấn đề đi lại của con người khi sử dụng
công trình đó
Yếu tố quyết định đế sự thành cơng cho hệ thống là ứng dụng thực tiễn của nó
vào thực tế bên cạnh đó là những tính năng đa dạng và nổi bật hơn so với những thiết
kế trước đó, tiết kiệm và ổn định với hiệu suất làm việc cao.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh lời như chi phí sản xuất, thị trường tiềm
năng, chiến lược marketing, chất lượng của hệ thống khi đưa vào vận hành.

10


1.1.3. Phân tích thị trường.
Thang máy là một trong những ngày phát triển khá mới mẻ trên thị trường hiện
nay. Sản xuất thang máy gia đình Mitsubishi tại Việt Nam luôn đứng đầu trong ngành
sản xuất thang máy tại Đông Nam á.
Một thống kê mới nhất của bộ xây dựng thì lượng sản xuất và doanh thi riêng về
kinh doanh thang máy của nước ta đạt 7.6 nghìn tỷ đồng. Con số này chỉ mới tính
riêng nữa đầu năm nay. Những thống kê cho thấy sự phát triển vươt bậc của ngành
thang máy tại Việt Nam đối với thị trường quốc tế.

Hình 1.9: Mẫu thang máy thịnh hành những năm qua

Sản xuất thang máy tại Việt Nam được update công nghệ ngày càng cao.
Ngành thang máy Việt Nam bắt đầu được biết đến với các cơng trình nhà cao
tầng cách đây từ năm 1975. Trong thời gian hình thành đến nay nó khơng ngừng phát
triển và ngày một vững mạnh hơn.
Sản xuất thang máy là một khái niệm khá mới mẻ tại nước ta bởi lẽ các thiết bị
chính của thang máy như hệ điều khiển hay động cơ thang máy thì chúng ta vẫn chưa
đủ cơng nghệ để sản xuất. Các công ty liên doanh gần như chỉ sản xuất phần cơ khí

11


cho thang máy. Hiện nay bên cạnh các công ty lớn như Gia Định, Thái Bình hay thang
máy Thiên Nam thì các cơng ty nhỏ, cơng ty thương mại mọc lên rất nhiều.
-Trên thị trường ngày nay có vơ số loại thang máy được tạo ra dựa vào nguyên lí
hoạt động, cấu tao để áp dụng vào từng mục đích sử dụng trong cuộc sống như dùng
cho các tòa nhà, gia đình,và sử dụng trong các cơng trình thi cơng.

Dựa vào cấu tạo của thang máy chúng ta có thể phân loại thành 5 loại chính:
+ Thang máy sử dụng cơng nghệ dẫn động bằng rịng rọc
+ Thang máy sử dụng công nghệ dẫn động bằng thủy lực.
+ Thang máy sử dụng công nghệ dẫn động bằng chân không.
+ Thang máy sử dụng cáp treo dẫn động bằng truyền thống.
+ Thang máy sử dụng dẫn động bằng thanh răng.

1.1.4. Khả năng của cơng ty.
-

Khả năng của cơng ty: có thể sản xuất 1200 sản phẩm /năm.

-

Chiến lược phát triển sản phẩm:

+ Tập trung vào nghiên cứu và phát triển hệ thống thang máy dành cho gia đình.
+ Có các ưu đãi khi người dùng mua sản phẩm để thu hút khách hàng.
+ Thường xuyên cải tiến và tối ưu hóa hệ thống để người dung dễ dàng sử dụng
và đạt hiệu quả cao.
1.1.5. Tìm kiếm và lựa chọn ý tưởng xây dựng thang máy cho gia đình, văn phịng
5 tầng.

12


+ Công nghệ dẫn động bằng trục vit-me.
Bảng 1.2: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng trục vit-me

Ưu điểm

Nhược điểm

-Nhỏ gọn

-Tốc độ di chuyển chậm.

-Truyền lực khỏe,

-Phải sử dụng động cơ cơng suất lớn

-An tồn với người sử dụng.

-Khó khăn trong việc lắp đặt
-Chi phí lắp đặt và bảo dưỡng cao

+ Công nghệ dẫn động bằng thanh răng.
Bảng 1.3: Ưu nhược điểm của công nghệ dẫn động bằng thang răng

Ưu điểm

Nhược điểm

-Nhỏ gọn, dễ lắp đặt

-Dẫn động yếu hơn trục vit

-Tốc độ di chuyển nhanh

-Độ an tồn khơng đảm bảo bằng trục vit

Do có cấu tạo khác nhau nên mơi loại thang máy có các ưu nhược điểm khác
nhau, chiều cao, giá thành khá nhau, phù hợp với mỗi mục đích sủ dụng .Theo yêu cầu
đề bài tập lớn “ thiết kế hệ thống thang máy 5 tầng ” Chúng em dã lựa chọn thang máy
sử dụng thanh răng.
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
- Vấn đề cơ khí: phân tích tính tốn và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của
các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao,
dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị
hỏng trong quá trình vận hành sử dụng, đưa ra các giải pháp khi có sự cố xảy ra.
Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu chế tạo: Hệ thống thang máy 5 tầng nhỏ gọn, êm ái,
an toàn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa, chi phí hợp lý.

13


1.2. DANH SÁCH YÊU CẦU:
1. Bộ phận cơ khí:
Bảng 1.4: Danh sách yêu cầu cho bộ phận cơ khí.

Danh sách

Ghi chú

yêu cầu
Cabin

-Vật liệu: bền, nhẹ, không gỉ

Động cơ

-Động cơ 3 pha, công suất lớn
truyền lực khỏe

Bộ phận
thanh răng

-Độ cứng cao
-Truyền động êm ái không gây
tiếng ồn

2. Bộ phận điện:
Bảng 1.5: Danh sách yêu cầu cho bộ phận điện.

Danh sách
yêu cầu
Bộ chuyển
đổi nguồn
Bộ phận
âm thanh
Bộ
sáng

phận

-Hệ thống loa cảnh báo,
tín hiệu
ánh -Sử dung bóng led chiếu

sáng

Các Tiện ích phụ -Điều hịa, quạt, camera

14


Nhóm
10

Danh sách yêu cầu cho thang
máy dẫn động thanh răng
1
Danh sách yêu cầu
-Kích thước:

phận

Buồng thang:

khiển:

Ghi chú

3, Bộ
điều

Chiều cao 2000- 2500 mm.

Bảng

Danh
yêu
cho bộ
điều

cầu

07/04/202

Chiều rộng 1000 -1200 mm.
Chiều dài 1200- 1400 mm.
Độ dày vỏ máy: 100-150 mm.
Cửa thang:

1.6:
sách
cầu
phận
khiển

Danh sách yêu Chiều cao:1800- 2300mm

Chiều ngang: 500-600mm
-Cảm biến tiệm cận
-Động học:
Bản điều khiển
-Bảng điều khiển sử dụng
Loại
chuyển
phím

bấm động: tịnh tiến
chuyển
thẳng
Chương
trình Hướng
-Bộ điều
khiển động:
PLC S7đứng 200
điều khiển
Vận tốc: Loại tốc độ trung bình:
v = 2 ÷ 2,5 m/s
Thiết
Khối lượng( trọng lượng tải): Q
danh
= 500 ÷ 1000 kg
yêu
- Vận chuyển:
Cảm biến

Bảng
Danh
yêu
chung
Cabin
máy

Khối lượng( trọng lượng tải): Q
= 500 ÷ 1000 kg
-Vật liệu:
Vỏ buồng thang: Thép phủ sơnPainted Stainless Steel

Thanh Răng: thép phủ nhựa cho
thang máy( độ bền mỏi tanh răng
1300n/ mm2 )
Tủ điện: làm bằng vật liệu cách
điện 220v có khả năng tái chế pvc
-Năng lượng:
Tiêu thụ điện ít P= 2kW,tuổi thọ
lên đến 25 năm
Nguồn điện 3 pha
-Điều khiển:
Hệ thống điều khiển: Điều
khiển bằng nút bấm,15màn điều khiền
cảm ứng
Màn hình thơng báo điều khiển:

lập
sách
cầu:

1.7:
sách
cầu
cho
thang


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ SƠ BỘ
2.1. Xác định các vấn đề cơ bản
Bước 1 + 2: Loại bỏ sở thích cá nhân , bỏ qua các yêu cầu không ảnh hưởng trực
tiếp đến chức năng và các rằng buộc cần thiết.

Cabin:
−
−
−
−
−

Hình hộp chữ nhật.
Chiều rộng: 1500 mm.
Chiều sâu: 1100 mm.
Chiều cao: 2300 mm
Vật liệu: Inox gương

Hố Pit
−
−
−
−
−
−
−

Chiều rộng: 1900 mm.
Chiều sâu: 1800 mm.
Cửa tầng:
Chiều rộng: 900 mm
Chiều cao: 2300 mm
Vật liệu: Inox
Photocell cảm biến vật cản.

Cửa cabin:
−
−
−
−
−
−
−

Chiều cao: 2300 mm.
Chiều rộng: 900 mm.
Vật liệu: Inox hoặc tole phủ sơn.
Khóa cửa an tồn cho thang.
Rail dẫn hướng:
Hình dáng: chữ T
Vật liệu: gỗ hoặc thép

Bảng điều khiển thang máy:
− Bảng điều khiển bên ngoài: gồm nút bấm lên và nút bấm xuống.
− Bảng điều khiển bên trong: gồm nút mở cửa, nút đóng cửa, các nút số tầng, nút
intercom và chng.
− Màn hình LCD hiển thị số tầng.
− Vật liệu làm bề mặt bảng điều khiển: Inox gương.

16


Giếng thang máy
−
−

−
−
−

Chiều rộng: 2000 mm.
Chiều sâu: 2200 mm.
Tổng chiều cao hành trình: 6000 mm.
Chiều cao Overhead : 3800 mm.
Sử dụng kết cấu khung thép.

Thanh răng
−
−
−
−
−
−
−

Sử dụng 5 thanh răng dài 3.5m cho một rãy răng
Độ dày 50 mm
Độ bền: 1770 N/mm2
Phòng máy:
Chiều cao: 3000 mm.
Chiều rộng: 2000 mm.
Chiều sâu: 2000 mm.

Động cơ:
−
−

−
−
−
−
−
−
−

Tải trọng: lên đến 450kg
Tỷ số truyền động :100: 1
Tốc độ: lên đến 2,5 m / s
Tải trọng trục: lên đến 1000 kg
Chiều rộng lắp đặt: 245 mm
Dầm kéo: 120 mm đến 240 mm
Công suất động cơ (Kw)
Nguồn điện động lực: 380V- 50Hz-3P
Cơ cấu dẫn động: Thanh răng- bánh răng.

Bước 3: Chuyển đổi dữ liệu định lượng thành dữ liệu định tính và giảm chúng
thành các tuyên bố thiết yếu
Photocell cảm biến vật cản.
Khóa cửa an tồn cho thang.
Bảng điều khiển bên ngoài: gồm nút bấm lên và nút bấm xuống.
Bảng điều khiển bên trong: gồm nút mở cửa, nút đóng cửa, các nút số tầng, nút
intercom và chng.
o Màn hình LCD hiển thị số tầng.
o Nguồn điện cung cấp.
o Sử dụng kết cấu khung thép.
o
o

o
o

17


Bước 4: Trong mức độ nhất định, khái quát lại kết quả bước trước
Bấm nút lên hoặc nút xuống ở bảng điều khiển bên ngồi.
Photocell cảm biến xem có vật cản khơng, bấm nút đóng cửa, khóa cửa an tồn cho
thang máy.
Bấm nút chọn số tầng cần lên, màn hình LCD hiển thị vị trí số tầng của cabin.

Bước 5: Hình thành vấn đề theo các thuật ngữ trung lập về giải pháp
Thiết kế thang máy đơn 5 tầng dẫn động thanh răng.

18


2.2. Thiết lập cấu trúc chức năng
Chức năng tổng thể:

Người và vật liệu
Điện năng

Người và vật liệu

Vận chuyển người

Tín hiệu điện

Tín hiệu điều khiển

Tín hiệu
điều khiển

Cơ năng

Xử lý và
điều khiển

Nhập liệu

Điện
năng

Chiếu sáng
Biến áp

Biến đổi
điện
năng
thành cơ
năng

Người
và vật
liệu

Kiểm sốt an
tồn

Tín hiệu
hiển thị

Giám sát
Báo hiệu

Cảm biến

Chứa người
19

Tín hiệu
cảnh báo

Người
và vật
liệu


Chức năng con:
Bộ biến đổi năng lượng:

Tín hiệu điều
chỉnh
Điện
năng

Bộ ổn
tốc

Motor

20

Hệ dẫn
động

Cơ
năn
g


Vận chuyển người đến
tầng yêu cầu

Vận hành

Lắp đặt

Người vào

Tháo dỡ

Người ra

Truyền động

Cabin

Tín hiệu
Tín hiệu

Tín hiệu

Cấp năng lượng

Người

Người

Dẫn động

Tải trọng

Chịu tải

Đóng,mở cửa

Tải trọng

Dừng

Điều chỉnh

Hệ thống cửa:
Xử
lý và
điều
khiể

n

Động cơ
cửa cabin (
mở cửa)

Cảm
biến vật
cản

21

Động
cơ cửa
cabin
(đóng
cửa )


Cảnh báo quá tải:

Cảm
biến
trọng
lượng

Xử lý
và điều
khiển

Còi
cảnh
báo

Hiển
thị

Bộ xử lý và hiển thị:

Lựa chọn tầng
muốn đến
Xử lý và
điều khiển

Đóng(mở) cửa
nhanh

Báo quá trọng tải

22

Hiển
thị


2.3. Phát triển cấu trúc làm việc.
Bảng 2.8: Các cấu trúc làm việc của thang máy.

Giải pháp
1

2

3

1 phase 3,7
kw
(Nhỏ, gọn,
nhẹ)

3 phase 3 kw
(To, khẻo,tiêu tốn ít
điện năng)

3 phase 3,5 kw
(To, khẻo,tiêu tốn
ít điện năng)

2

Chất liệu
cabin

Inox 201
( rẻ, có thể bị
han gỉ)

Inox 304
(đắt, bền, bóng,
khơng gỉ)

Thép mạ kẽm
(rẻ, bền, bị han gỉ
theo thời gian)

3

Giảm tốc
động cơ

Giảm tốc
bánh răng
hành tinh

Hộp giảm tốc bánh
răng cơn

Hộp giảm tốc trục
vít, bánh vít

4

Truyền động
thang

Bánh răng –
Thanh răng

Dây cáp

Trục vít-bánh vít

5

Cơ cấu cửa

Cửa đơn
( cấu tạo đơn
giản)

Cửa kép
( thời gian mở cử
nhanh )

Của kép
(thời gian mở cửa
nhanh)

6

Đo tốc độ

Encoder

Cảm biến từ

Cảm biến từ
trở(MRE)

7

Bộ điều kiển

Plc s7-200

Plc s7-300

Plc Mitsubishi

8

Cảm biến

Cảm biến siêu
âm

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận

9

Cảm biến cửa
thang

Hãng Weco

Hãng Vega

Hãng ACG

Chức
năng con
1
Phát động lực
kéo- động cơ

23


10

Đo tải trọng

Load sensor
XCS-131

Load sensor
XCL-171

Load sensor
X-133

11

Khe dẫn
hướng

Kiểu trượt

Kiểu con lăn

Kiểu con lăn

12

Cảm biến báo
cháy

ACV-V

SPC24

ALN-V

14

Hệ thống điều
hòa

Hãng
Carrierapa

Hãng SOJI

Hãng Gree

15

Giá thành

380 triệu

450 triệu

550 triệu

24


2.4. Lựa chọn cấu trúc làm việc.
Bảng 2.9: Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc.

Bảng lựa chọn cấu trúc làm việc

Các biến thể giải pháp
TIÊU CHÍ LỰA CHỌN:
(+) Yes
(-) No
(?) Thiếu thông tin
(!) Kiểm tra danh sách yêu cầu

Sv

A
1 2 +
3 4
5
6

decision

Khả năng tương thích được đảm bảo
Đáp ứng nhu cầu của danh sách yêu cầu
Có thể nhận ra về nguyên tắc
Trong mức chi phí cho phép
Kết hợp các nguyên tắc an toàn trực tiếp
Được ưu tiên bởi nhà thiết kế
B C D E G Thông tin đầy đủ
+
+
+

-

+
+
-

-

+
+
+

+
-

Lựa chọn giải pháp 2 để thiết kế

25