T×m hiÓu vµ x©y dùng hÖ thèng ®iÒu khiÓn
thang m¸y nhê bé ®iÒu khiÓn khả tr×nh PLC S7300 CPU314

Tủ sách Free4vn.org


11


Chương i

Tổng quan về thiết bị và phương pháp đIều khiển thang máy
I. Giới thiệu thiết bị hợp thành thang máy
I.1. Mở đầu
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp,
tại các trung tâm công nghiệp và thương mại phát sinh nhu cầu
lớn về xây dựng các nhà cao tầng. Bởi lẽ tại các khu công
nghiệp và thương mại tập trung nhiều cơ quan, xí nghiệp, thêm
vào đó là sự gia tăng dân số và lực lượng lao động tập trung về
đây lớn, tốc độ đô thị hoá ngày càng nhanh. Đất đai thì ngày
càng thu hẹp lại do nhu cầu về xây dựng và sản xuất quá lớn.
Chính vì vậy mà việc xây dựng những toà nhà cao tầng tại
thành phố và các khu công nghiệp là rất cần thiết. Đi đôi với
việc xây dựng những toà nhà cao tầng thì thang máy là bộ phận
không thể tách rời, chúng ta giả sử rằng với một toà nhà cao
tầng mà không có thang máy thì năng xuất lao động sẽ giảm đi
rất nhiều, còn về mặt thời gian thì không thể chấp nhận được,
trong công cuộc công nghiệp hoá đất nước hiện nay thì yếu tố
thời gian quyết định đến thành công. Thang máy không những
sử dụng trong các toà nhà cao tầng mà còn được sử dụng rộng
rãi trong các nghành công nghiệp như việc nâng hạ, vận chuyển

hàng hoá từ nơi này đến nơi khác
Trên thế giới thang máy được sử dụng từ rất sớm, không
những nó được sử dụng trong các toà nhà cao tầng mà nó còn
được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực khác. Các hãng thang
máy nổi tiếng trên thế giới như OTIS của Mỹ, MITSUBISHI
của Nhật. Trong đó hãng OTIS của Mỹ có lịch sử phát triển lâu
đời. Năm 1852 Elishavraves Otis lần đầu tiên thử độ an toàn
của thang máy(đúng hơn là cần trục), đến năm 1853 công ty
thang máy OTIS được thành lập, một năm sau đó ông thuyết
minh phát minh của mình tại Crýtal Plece và gửi phát minh về
xậy dựng toà nhà cao tầng và tiết kiệm đất trồng trọt cho các
khu công nghiệp. Ngày nay các hãng thang máy lần lượt ra đời
và phát triển mạnh mẽ, các thang máy ngày càng được cỉa tiến
12


và hoàn thiện hơn nhằm nâng cao chất lượng phục vụ. Sự phát
triển nhanh về công nghệ đã cho ra đời các thiết bị hiện đại
phục vụ cho quá trình xây dựng và hoàn thiện thang máy một
cách tốt nhất,các thiết bị này đã du nhập vào Việt nam giúp cho
các kỹ sư Việt Nam có thể tiếp cận và làm chủ các thiết bị này.
Là một sinh viên nghành điều khiển học tôi có ý định tìm hiểu
và xây dựng hệ thống điều khiển thang máy nhờ bộ điều khiển
khr trình PLC S7-300 CPU314 do hãng SIEMENS của Đức
cung cấp

13


I.2. Khái niệm chung về thang máy

Thang máy là loại thiết bị vận tải dùng để vận chuyển
người và hàng theo phương thẳng đứng. Thang máy nói riêng
và máy nâng nói chung ngày càng được sử dụng rộng rãi với
các yêu cầu khắt khe về kỹ thuật nhằm đảm bảo cho thang máy
có tính phục vụ cao. Trong quá trình cơ giới hoá thì đòi hỏi
thang máy phải nâng cao năng xuất và giảm được thời gian vận
chuyển giữa các bộ phận khác nhau trong cùng một quá trình
sản xuất, đối với thang máy dùng trong các toà nhà cao tầng thì
đòi hỏi phải phục vụ hàng khách một cách toót nhất và thuận
lợi nhất, đảm bảo an toàn tốt nhất cho hành khách.
I.2.1. Các thiết bị hợp thành thang máy
I.2.2.1 Các thiết bị cơ khí
1. Cáp thép:
Cáp thép là chi tiết rất quan trọng được sử dụng hầu hết
trong các máy nâng nói chung và thang máy nói riêng.
Yêu cầu chung đối với cáp phải là:
- An toàn trong sử dụng
- Độ mềm cao dễ uốn cong, đảm bảo nhỏ gọn của cơ cấu và
máy, đảm bảo độ êm dịu không gây ồn khi làm việc trong cơ
cấu và máy nói chung.
- Trọng lượng riêng nhỏ, giá thành thấp, đảm bảo độ bền lâu,
thời hạn sử dụng lớn.
Cáp thép được chế tạo từ sợi thép các bon tốt (ít lưu huỳnh và
phốt pho), được chế tạo bằng công nghệ kéo nguội có đường
kính từ 0.5 á 2.3mm. Các sợi này được bện thành cáp chuyên
dùng. Để chống rỉ, người ta tráng lớp kẽm, bôi dầu mỡ, sau khi
tráng kẽm thì dộ bền của cáp giảm 10%. Trong thang máy thì
người ta dùng từ 3á5 sợi làm cáp treo, treo buồng thang.
2. Puly-Puly ma sát.
Puly là chi tiết dùng để dẫn cáp bằng ma sát(gọi tắt là Puly

ma sát), thường được dùng phổ biến trong thang máy. Puly ma
sát có các rãnh riêng biệt mà không theo hình xoắn ốc. Số rãnh
cáp trên Puly ma sát tuỳ thuộc vào số sợi cáp dẫn động trong
14


máy và cách mắc cáp. Một số Puly ma sát có phủ chất dẻo để
tăng ma sát. Rãnh Puly và cáp có cùng độ cứng sẽ đảm bảo độ
mòn ít nhất đối với cả cáp và rãnh Puly. Hình dạng mặt cắt
rãnh cáp trên Puly có ảnh hưởng lớn đến khả năng kéo và tuổi
thọ của nó.
Có ba loại rãnh: rãnh tròn, rãnh tròn có xẻ dưới và rãnh
hình thang.
Đối với Puly ma sát, hệ số ma sát trong công thức Euler là hệ
số ma sát tính toán ft, nó lớn hơn hệ số ma sát giữa vật liệu cáp
với rãnh Puly f và phụ thuộc vào dạng rãnh cáp:
Fmax = Fmin. eft.q
Trong đó:
q :góc ôm của cáp trên Puly ma sát.
Đối với Puly ma sát, một sợi cáp có thể cuốn nối tiếp lên
nhiều Puly ma sát dẫn động đồng thời để tăng góc ôm thường
trong thang máy có góc ôm bằng p và số rãnh cáp không nhỏ
hơn 3.
3. Tang cuốn cáp:
Người ta thường sử dụng tang cuốn cáp đối với thang máy
chở hàng(không có đối trọng), loại này có kích thước cồng kềnh
và đòi hỏi công suất động cơ lớn so với công suât động cơ dùng
Puly ma sát. Trong máy nâng nói chung người ta dùng tang
cuốn cáp một lớp, trong trường hợp dung lượng cuốn cáp trên
tang lớn để giảm dung lượng của tang người ta dùng tang nhiều

lớp cáp. Khi tang quay đã biến chuyển động quay thành chuyển
động tịnh tiến và truyền lực dẫn động tới cáp và các bộ phận
khác.
Tang ma sát là một loại tang có đặc điểm là không cố định
đầu cáp trên tang mà cuốn lên tang một số vòng, khi tang quay
thì thì một nhánh cáp cuốn vào với lực căng Fc = Fmax và
nhánh kia nhả ra với lực căng Fn = Fmin.
Tang truyền chuyển động nhờ ma sát giữa cáp và tang. Tang
ma sát gồm loại hình trụ và loại có đường kính thay đổi.
15


Khả năng kéo cần thiết của tang ma sát U để dịch chuyển tải
trọng được tính từ lực cản dịch chuyển tải trọng và các điều
kiền làm việc với hệ số an toàn cần thiết. Lực căng cáp nhỏ nhất
Fmin trên nhánh nhả được tính từ điều kiện lực căng ban đầu
để truyền lực bằng ma sát hoặc từ điều kiện độ võng cho phép
của cáp. Vậy lực căng cáp lớn nhất Fmax trên nhánh cuốn cần
thiết để dịch chuyển tải trọng là:
Fmax = U + Fmin
Sốvòng cáp cần thiết cuốn lên tang ma sát được tính từ điều
kiện cáp không bị trượt trên tang theo công thức Euler :
Fmax = Fmin. ef2p n
Trong đó:
f: hệ số ma sát giữa cáp và tang.
Hệ số an toàn:
n = lg F max - lg F min
2p . f . lg e

Tang ma sát hình trụ thường dược xẻ rãnh cáp theo hình

xoắn ốc. Để tăng hệ số ma sát, ngoài rãnh tròn người ta có thể
làm các rãnh cáp đặc biệt khác, tuy nhiên với các rãnh cáp này
sẽ làm tuổi thọ của cáp bị giảm.
Tang ma sát hình trụ có chiều dài tang được tính theo công
thức sau:
Lt =

l.t
+
p .D

(n+4).t

Trong đó :
L : chiều dài vận chuyển tải trọng
t : bước cáp
D : đường kính tang tính đến tâm cáp
4t : các vòng thừa ở hai đầu tang
Vì cáp di chuyển dọc theo trục tang trong quá trình làm việc,
nên với chiều dài vận chuyển lớn, chiều dài tang rất lớn. Khi đó
có thể dùng tang ma sát có đương kính thay đổi. Khi cáp di
chuyển theo chiều trục tang, nó sẽ bị trượt về vị trí cũ và vì thế
tang rất gọn song cáp sẽ rất chóng mòn. Điều kiện để cáp có thể
16


trượt về vị trí cũ là góc nghiêng thay đổi đường kính j phải lớn
hơn góc ma sát r giữa tang và cáp;
tgj > tgr hay j > r trong đó f= tgj
Để có hai tốc độ người ta dùng tang ma sát có đường kính

thay đổi với hai bậc khác nhau.
Các đường kính Dmax và Dmin của loại tang này xác định
từ các tốc độ cho trước vmzx , vmin . Để thay cáp được tiện lợi và
do tang ngắn, tang ma sát có đường kính thay đổi thường được
lắp côngxôn với trục dẫn động của nó.
Để tăng lực bám giữa cáp và tang, có thể làm các gân nhỏ
trên bề mặt tang dọc theo trục tang.
4. Phanh an toàn.
Để tránh cho ca bin rơi trong giếng thang khi đứt cáp hoặc
hạ với tốc độ vượt quá giá trị cho phép, phanh an toàn tự động
dừng và giữ ca bin tựa trên các ray dẫn hướng. Ca bin của tất
cả các loại thang máy đều phải được trang bị phanh an toàn.
Phanh an toàn còn được được trang bị cho đối trọng khi đối
trọng nằm trên lối đi hoặc phần diện tích có người đứng. Theo
nguyên tắc làm việc có loại phanh dừng đột ngột và phanh
dừng êm dịu, phanh dừng đột ngột thường được áp dụng đối với
loại thang máy có vận tốc cỡ 0.71m/s, theo kết cấu có các loại
phanh như phanh kiểu nêm và kiểu cam. Đối với loại thang
máy có tốc độ trên 1m/s và các loại thang máy được sử dụng
trong bệnh viện thì thường dùng loại phanh dừng êm dịu với bộ
phận công tác là nêm hoặc kẹp. Phanh an toàn thường lắp với
cáp nâng(được sử dụng cho thang máy dùng tang cuốn cáp) và
mắc với bộ hạn chế tốc độ(dùng cho thang máy sử dụng Puly
ma sát)
a> Phanh dừng đột ngột mắc với cáp nâng:
Loại phanh này thường dùng cho thang máy với tang cuốn
cáp và thang máy chở hàng. Có nhiều phương pháp dẫn động
17



+Phanh an toàn kiểu hình cam mắc với cáp nâng

(Hình vẽ)
Nguyên tắc hoạt động :
Trên hai đầu của trục (1) lắp cứng các bánh cam(2) vá dưới
tác dụng
của lò xo(5) các bánh cam(2) luôn xoay quanh trục(1) để ép
vào ray dẫn hướng của thang máy. Phía bên kia là ngàm cứng
để khi bánh cam xoay, ép vào dẫn hướng thì ăn hết khe hở và
cùngvới ngàm kẹp chặt lấy thanh dẫn hướng. Trục (1) có các
gối trục gắn cứng trên khung ca bin. Giữa trục(1) có gắn tay
đòn(3), đầu của tay đòn nối với cáp nâng bằng xích(4). Khi ca
bin treo trên cáp nâng, cáp có độ căng và qua xích kéo tay
đòn(3) làm trục xoay và tạo ra khe hở giữa bánh cam(2) và ray
dẫn hướng để ca bin có thể chuyển động bình thường. Khi đứt
cáp thì xích (4) chùng và lò xo(5) xoay trục(1) để ép bánh cam
vào ray dẫn hướng. Dưới tác động của lực ma sát giữa bánh
cam và ray, ca bin đi xuống làm bánh cam tiếp tục xoay với
điểm tiếp xúc có đường kính lớn dần cho đến khi đủ giữ ca bin
tựa trên trục dẫn hướng. Hiện nay loại phanh này ít dùng và
chỉ cho thang chở hàng loại nhỏ
+Phanh dừng đột ngột kiểu nêm mắc với cáp nâng

18


(Hình vẽ)
Nguyên tắc hoạt động:
Thiết bị treo(3) có thể dịch chuyển lên xuống so với dầm treo
của ca bin.

Khi treo ca bin cáp nâng có độ căng kéo các tay đòn (4) làm các
quả nêm
ở đầu kia của tay đòn đi xuống tạo khe hở gữa nêm và ray dẫn
hướng và ca bin có thể chuyển động bình thường. Khi đứt hoặc
chùngcáp nâng, thiết bị treo có thể dịch xuốngvà các lò xo(5)
kéo tay đòn(4) làm các quả
nêm (6) dịch lên trong vỏ của nó, đi hết khe hở và ép chặt vào
thanh dẫn hướng (7),thực hiện một quá trình tự nêm để phanh
ca bin tựa trên các thanh dẫn hướng.
b>Phanh dừng đột ngột mắc với bộ hạn chế tốc độ:
Tất cả các loại thang máy dùng Puly ma sát đều phải mắc
phanh an toàn với bộ hạn chế tốc độ. Sơ đồ nguyên lí đơn giản
của cách mắc này như sau:

(Hình vẽ)

19


Khi làm việc ở chế độ bình thường lò xo (8) kéo tay đòn (4)
xuống để đảm bảo cho quả nêm (6) không tiếp xúc với ray dẫn
hướng (7) và ụ tì (10) đảm bảo khe hở giữa chúng. Do đầu
cánhtay đòn (4) nối với cáp hạn chế tốc độ màkhi ca bin chuyển
động nó kéo cáp (3) và quay bộ hạn chế tốc độ (9). Khi ca bin
hạ với tốc độ lớn hơn giá trị cho phép, tốc độ quay của bộ hạn
chế tốc độ cũng tăng và tự dừng làm cáp (3) cũng dừng theo
nhưngca bin vẫn tiếp tục đi xuống. Do vậy mà cáp (3) của bộ
hạn chế tốc độ qua đầu nối (2) tác động lên tay đòn (4), tay treo
(5) và quả nêm (6) làm chúng có chuyển động tương đối đi lên
so với ca bin. Quả nêm ăn hết khe hở với thanh dẫn hướng và

tiếp xúc với nó, ca bin được dừng lại.
5. Bộ hạn chế tốc độ
Bộ hạn chế tốc độ dùng để tác độnglên phanh an toàn để
dừng ca bin khi tốc độ hạ ca bin vượt quá giá trị cho phép. Giá
trị cho phép này lớn hơn tốc độ danh nghĩa ít nhất là 15% vì
Nếu lấy giá trị cho phép thấp hơn thì dễ xảy ra hiện tượng dừng
ca bin một cách ngẫu nhiên.
Bộ hạn chế tốc độ có liên hệ với ca bin và quay khi ca bin
chuyển động nhờ cáp của bộ hạn chế tốc độ. Bộ hạn chế tốc độ
thường được đặt trong buồng máy ở phía trên và để cáp không
bị xoắn và có độ căng đủ để truyền lực bằng ma sát người ta sử
dụng một thiết bị gọi là thiết bị căng cáp hạn chế tốc độ.
Sơ đồ và nguyên lí hoạt động của bộ căng cáp hạn chế tốc độ
như sau:

(Hình vẽ)

110


Khung (7) được gắn cứng với thanh dẫn hướng (3) của ca bin.
Dọc theo khung (7) có đối trọng (5) với ngàm dẫn hướng tựa
lên khung (7).Đối trọng (5) được treo vào trục củaPuly (1) để
kéo căng cáp (2) của bộ hạn chế tốc độ. Trên khung (7) có vấu
(6) còn trên đối trọng (5) có công tắc (4) để khi đứt cáp (2) hoặc
hành trình của đối trọng đi quá giới hạn thì vấu (6) chạm vào
công tắc (4) để ngắt mạch điện điều khiển động cơ dẫn động.
Một số thang máy còn sử dụng đối trọng dưới dạng công xôn để
kéo căng cáp hạn chế tốc độ.
Sơ đồ nguyên lí hoạt động của bộ hạn chế tốc độ:


(Hình vẽ)
Trên vỏ (15) có gắn cứngtrục nhờ đai ốc (16). Trên trục có
lắp đĩa (1) cùngcác Puly (13) và (14) bằng ổ bi để chúng có thể
quay tự do quanh trục. Trên đĩa (1) có các chốt (2) để lắp các
quảvăng (6). Các quả văng này liên hệ với nhau bằng thanh kéo
(9) trên có lắp lò xo chịu nén (5). Lò xo (5) có một đầutì lên vấu
(4) gắn trên đĩa (1), đầu kia tì lên vòng đệm (7) và đai ốc (8)
trên thanh kéo (9) để có thể điều chỉnh độ nén của lò xo. Như
vậy, do vấu (4) gắn cố định trên đĩa nên lò xo (5) luôn có xu
hướng đẩy thanh kéo (9) sang trái để đầu các quả văng (6)
không chạm vào các vấu (3) của vỏ khi quay đĩa. Với tốc độ
quay bình thường, ứng với tốc độ danh nghĩa của ca bin, đĩa (1)
quay dễ dàng và các quả văng ở vị trí không chạm vào vấu (3)
trên vỏ. Khi tốc độ ca bin vượt quá giới hạn cho phép, qua cáp
hạn chế tốc độ vắt trên rãnh Puly (14), đĩa (1) cũng quay
nhanh ứng với tốc độ tương ứng và lực li tâm của các quả
văng tăng lên, ép lò xo (5) và tách các quả văng ra xa tâm quay
làm đầu quả văng mắc vào vấu (3) và đĩa cùng Puly (13), (14)
dừng lại. Puly có rãnh hình thang nên với hệ số ma sát tính toán
lớn nên khi nó dừng lại nó làm cho cáp hạn chế tốc độ vắt qua
Puly dừng theo, cabin vẫn tiếp tục đi xuống nên cáp hạn chế tốc
111


độ tác động lên hệ tay đòn để phanh an toàn hoạt động. Lò xo
(5) càng bị nén thì lực ly tâm cần thiết để tách quả văng ra càng
lớn, Nếu lực nén lò xo nhỏ thì dễ gây ra hiện tượng dừng ngẫu
nhiên khi nó chuyển động với tốc độ danh nghĩa dẫn đến cần
phải điều chỉnh lò xo sao cho bộ hạn chế tốc độ hoạt động với

giá trị tốc độ quy định trong quy phạm của từng loại thang
máy.
6. Cabin, cửa cabin và cửa tầng.
Cabin có dạng khối hộp được làm bằng các tấm thép ghép
lại với nhau, trong thiết kế thang máy thì người ta phải tính
toán diện tích sàn cabin sao cho phù hợp với yêu cầu, ví dụ như
đối với thang máy sử dụng trong bệnh viện thì phải thiết kế sao
cho sàn cabin có diện tích lớn để có thể đưa cáng và bệnh nhân
đứng trong cabin được thoải mái, hoặc như đối với yêu cầu bài
toán là thiết kế thang máy là 320kg thì phải thiết kế sao cho đủ
diện tích ít nhất là 4 người trong thang.
Cửa cabin và cửa tầng: Đây là các thiết bị yêu cầu có độ
chính xác cao. Một vấn đề đặt ra là phải có hệ thống liên động
giữa cửa cabin và cửa tầng sao cho khi cabin đến cửa tầng thì
đồng thời cửa tầng và cửa cabin cùng mở ra để cho hành khách
ra hoặc để xếp dỡ hàng hoá, khi cabin chưa đến tầng thì cửa
tầng phải thường xuyên đóng lại.
7. Đối trọng.
Đối trọng là bộ phận đóng vai trò chính trong hệ thống cân
bằng. Đối với thang máy có chiều cao nâng không lớn, người ta
chọn đối trọng sao cho trọng lượng của nó cân bằng với trọng
lượng cabin và một phần tải trọng nâng, bỏ qua trọng lượng
cáp nâng, cáp điện và không dùng cáp hoặc xích cân bằng. Khi
thang máy có chiều cao nâng lớn hơn 45m, trọng lượng cáp
nâng và cáp điện là đáng kể nên người ta phải dùng cáp hoặc
xích cân bằng và tính chính xác lại trọng lượng đối trọng. Người
ta thường tính khối lượng của đối trọng theo công thức:
Gđt=Gbt+a.G (kg)
Trong đó:
Gbt:khối lượng buồng thang.

G: khối lượng hàng
112


a: Hệ số cân bằng (a=0.3á0.6)
8. Một số thiết bị cơ khí khác.
Ngoài các thiết bị cơ khí đã kể trên trong thang máy còn
một số thiết bị cơ khí khác như:
Ray dẫn hướng
Bệ đặt động cơ
Các hệ thống liên động
I.2.1.2 Thiết bị điện trong thang máy
Mạch điện của thang máy bao gồm những mạch sau:
1. Mạch động lực :
Là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động thang máy để đóng
mở động cơ dẫn động và phanh cơ khí của cơ cấu. Hệ thống
phải đảm bảo việc điều chỉnh tốc độ chuyển động của ca bin sao
cho quá trình mở máy và phanh được êm dịu và dừng chính xác
trước cửa tầng.
2. Mạch điềukhiển :
Là hệ thống điều khiển tầng có tác dụng thực hiện một
chương trình điều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng yêu
cầu của thang máy. Hệ thống điều khiển tầng có nhiệm vụ lưu
trữ các lệnh di chuyển từ ca bin, các lệnh gọi tầng của hành
khách và thực hiện các lệnh di chuyển hoặc dừng theo một thứ
tự ưu tiên nào đó của mạch điều khiển. Sau khi thực hiện xong
lệnh điều khiển thì xoá bỏ ; xác định và ghi nhận thường xuyên
vị trí ca bin và hướng chuyển động của nó.
Hiện nay, hệ thống điều khiển bán tự động bằng tay gạt có
người điều hành rất ít sử dụng, tất cả các hệ thống điều khiển

hiện nay đều sử dụng dạng nút bấm gắn ở trong ca bin.
3. Mạch tín hiệu :
Là hệ thống các đèn tín hiệu với các kí hiệu đã thống nhất
hoá để báo hiệu trạng thái của thang máy, vị trí và hướng
chuyển động của ca bin.
4. Mạch chiếu sáng và quạt thông gió :

113


Mạch chiếu sáng là hệ thống đèn chiếu sáng cho ca
bin,buồng thang máy, hố thang, đảm bảo được ánh sáng cho
người sử dụng thang máy
Quạt thông gió được lắp trong cabin để đảm bảo cho người
trong cabin cảm thấy luôn thoáng mát, chống gây tâm lý khó
chịu cho người sử dụng thang máy, đối với các loại thang máy
chở hàng thì đảm bảo cho hàng hoá không bị hư hoảng do tác
động của nhiệt độ
5. Mạch an toàn:
Là hệ thống các công tắc, rơ le, tiếp điểm. .. nhằm bảo đảm
an toàn cho thang máy khi hoạt động. Cụ thể là: bảo vệ quá tải
cho động cơ, thiết bị hạn chế tải trọng nâng, các công tắc tơ
hạn chế hành trình, các tiếp điểm tại cửa ca bin, cửa tầng, bộ
hạn chế tốc độ...
Mạch an toàn tự động ngắt điện đến mạch động lực để dừng
thang hoặc không cho thang hoạt động được trong các trường
hợp sau:
- Mất điện điều khiển, mất đường tiếp đất.
- Quá tải.
- Ca bin vượt quá giới hạn đặt công tắc hành trình.

- Đứt cáp hoặc tốc độ hạ ca bin vượt quá giới hạn cho phép
(bộ hạn chế tốc độ và phanh an toàn làm việc ).
- Một trong các cáp nâng chùng quá giới hạn cho phép (bộ
căng cáp ).
- Cửa ca bin hoặc một trong các cửa tầng không đóng hẳn.
Ngoài ra, thang máy còn có cửa đẩy, đóng mở tự động. Khi
đóng Nếu gặp chướng ngại vật thì mở cửa ra rồi đóng lại hoặc
quá tải sẽ không đóng. Thang máy chở người có nút bấm cấp
cứu trong trường hợp khẩn cấp như: khi có hoả hoạn, hành
khách bị mắc các chứng bệnh đột ngột (tim, huyết áp cao)
tức là khi bấm nút này thì ca bin hạ xuống tầng một và mở cửa.
I.2.1.3 Các thiết bị dẫn động
Ngày nay hệ truyền động trong thang máy là dùng động cơ
một chiều và xoay chiều. Xu hướng hiện nay người ta thường
chế tạo hệ truyền động với động cơ xoay chiều vì nó hiệu quả
114


kinh tế hơn và đáp ứng được yêu cầu về điều khiển và khởi
động động cơ. Đi đôi với hệ truyền động thang máy bằng động
cơ xoay chiều là các bộ biến tần, hệ thống này có ưu điểm là làm
việc rất tin cậy vì không có tiếp điểm và có thể điều khiển được
tốc độ động cơ để đạt được biểu đồ tốc độ tốt nhất của cabin.
Yêu cầu chung đối với động cơ điện là ít ồn, Roto của động cơ
có mô men quán tính lớn(để hạn chế gia tốc khi mở máy).
* Tính toán công suất động cơ truyền động thang máy:
Để tính chọn công suất động cơ thang máy cần phải có các
thông số kỹ thuật sau.
- Tốc độ và gia tốc lớn nhất cho phép
- Trọng tải

- Trọng lượng buồng thang
Khi đó công suất tĩng của động cơ khi nâng tải không dùng đối
trọng được tính theo công thức sau:
Pc =

(Gbt + G ).v.g .10 -3
h

(kw)

Trong đó :
Gbt: khối kượng buồng thang (kg)
G : khối lượng hành khách (hàng hoá) (kg)
v: tốc độ nâng của buồng thang. Vận tốc quay của động
cơ w liên hệ với v bằng biểu thức: v = pD.w (m/s)
60.i

w(vòng/phút)
h : hiệu suất của cơ cấu nâng.
Công suất tĩnh của động cơ khi có đối trọng được tính theo công
thức sau:
Khi nâng.
ộ
ự
1
Pn = ờ(G + Gbt ). - Gdt .h ỳ.v.g .k .10 -3 (kw)
h
ở
ỷ


Khi hạ.
ộ
1ự
Ph = ờ(G + Gbt ).h + Gdt . ỳ.v.g .k .10 -3 (kw)
hỷ
ở

Trong đó:
115


k: Là hệ số tính đến ma sát giữa thanh dẫn hướng và
đối trọng
k = 1.15 á 1.3
Gđt: Khối lượng của đối trọng
Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải
trọng ở những giờ cao điểm, thời gian còn lại luôn làm việc non
tải. Cho nên đối với thang máy chở khách nên chọn a =0.35
0.4, còn đối với thang máy chở hàng, khi nâng thường là đầy tải
và khi hạ là không tải nên chọn a= 0.5
Tuy nhiên trong quá trình tính toán ta phải tính đến các lực
cản trong quá trình truyền động.
+ Lực vòng trên Puly ma sát do sự chênh lệch lực căng trên 2
nhánh cáp.
+ Lực ma sát giữa ngàm dẫn hướng và ray dẫn hướng, lực này
phụ thuộc vào ngàm dẫn hướng, độ chính xác khi lắp ráp và bôi
trơn.
+ Đối với thang máy tốc độ cao xuất hiện lực cản không khí
trong giếng khi cabin chuyển động.
Nhìn chung các lực này là không đáng kể do đó khi chọn thiết

bị ta chỉ việc nhân thêm với hệ số gọi là hệ số dự trữ từ 1.1á1.2
là đủ.
Ngoài động cơ dùng để dẫn động cabin thì ta cũng phải tính
toán đến động cơ dùng để mở cửa cabin và cửa tầng

116


I.2.2. Cấu tạo chung của thang máy

(Hình vẽ)
Những loại thang máy hiện đại có kết cấu cơ khí phức tạp,
hệ truyền động, hệ cơ khí phức tạp nhằm nâng cao năng suất và
đảm bảo an toàn khi vận hành. Kết cấu sơ đồ bố trí của thang
máy được giới thiệu như hình trên.
Buồng thang 3 có hình khối hộp được treo lên Puly quán cáp
kim loại (4) (thường từ 1 đến 5 sợi cáp). Buồng thang luôn được
giữ thẳng đứng nhờ giá treo (7) và những con trượt dẫn
hướng(là loại Puly có vỏ bọc cao su bên ngoài). Con trượt này
cùng buồng thang và đối trọng di chuyển dọc thành giếng theo
thanh trượt (9). Buồng thang được nâng lên hạ xuống nhờ
thanh trượt dẫn hướng và động cơ (6). Động cơ này được nối
trực tiếp qua cơ cấu nâng hoặc qua hộp giảm tốc. Nếu nối trực
tiếp buồng thang sẽ được treo lên Puly quấn cáp. Nếu nối gián
tiếp thì giữa Puly quấn cáp và động cơ có lắp hộp giảm tốc (5)
với tỉ số truyền 18á120. Các thiết bị phụ như Puly truyền động
của đối trọng và các thiết bị hành trình( báo thang đến tầng
thấp nhất) thường được đặt trong hố giếng (11). Hố giếng của
thang máy (11) là khoảng không gian từ mựt bằng sàn tầng (1)
đến đáy giếng. Nếu hố giếng có độ sâu >2m thì phải làm thêm

cửa ra vào. Buồng thang có trang bị bộ phanh bảo hiểm. Phanh
bảo hiểm giữ buồng thanh tại nơi đứt cáp, mất điện và khi tốc
độ vượt quá tốc độ cho phép, trước đây người ta hay sử dụng
loại phanh bảo hiểm kiểu nêm nhưng hiện nay thì loại phanh
kiểu kìm được sử dụng rộng rãi hơn, nó đảm bảo cho buồng
thang dừng êm dịu hơn. Phanh bảo hiểm kìm được lắp ở dưới
buồng thang. Khi tốc độ của thang bình thường thì 2 gọng kìm
sẽ trượt theo thanh dẫn hướng cùng với buồng thang. Nằm giữa
hai cánh tay đòn của kìm có một cái nêm, khi tốc độ thang máy
tăng thì nêm sẽ chin vào giữa 2 cánh tay đòn của kìm để hãm
tốc độ nhờ được gắn với hệ thống truyền động bánh vit trục vít.
117


Cùng với phanh bảo hiểm thang máy còn bố trí thêm cơ cấu
hạn chế tốc độ. Khi buồng thang di chuyển sẽ làm cho cơ cấu
hạn chế tốc độ kiểu ly tâm quay. Khi tốc độ buồng thang tăng,
cơ cấu truyền đai sẽ làm cho hệ bánh vít-trục vít quay và gang
kìm sẽ áp chặt buồng thang vào thanh dẫn hướng do đó đã làm
hạn chế được tốc độ của buồng thang.
I.2.3. Phân loại
Tuỳ thuộc vào chức năng của thang máy có thể phân loại theo
các nhóm sau:
- Thang máy chở người trong các toà nhà cao tầng. Đây là loại
thang máy có yêu cầu kỹ thuật rất cao, nó buộc phải có những
tính năng kỹ thuật vượt trội so với các loại thang máy khác để
đáp ứng yêu cầu đó. Loại thang máy này có thể cùng một lúc
phục vụ nhiều tín hiệu trong một hành trình.
- Thang máy dùng trong bệnh viện: Yêu cầu tính năng kỹ
thuật cao. Ngoài các tính năng như chạy êm thì nó còn phải đáp

ứng một yêu cầu kỹ thuật khác nữa là không phục vụ bất cứ tín
hiệu nào khác khi đang phục vụ.
- Thang máy chở hàng có người điều khiển: Loại này yêu cầu
kỹ thuật về đảm bảo an toàn không cao, quá trính chạy không
cần êm, cơ cấu ít phức tạp.
- Thang máy dùng trong nhà ăn thư viện.
Ngoài phân loại theo chức năng người ta còn có thể dựa vào tải
trọng
hoặc theo tốc độ của Thang máy để phân loại thang máy.
- Thang máy loại nhỏ: Q<160 kg
- Thang máy loại trung bình: Q=500á2000kg
- Thang máy loại lớn: Q>2000kg
Phân loại thang máy theo tốc độ di chuyển.
- Thang máy tốc độ chậm: v=0.5m/s
- Thang máy tốc độ trung bình: v=0.5á1.5 m/s
- Thang máy chạy với tốc độ cao: v=(2.5á5)m/s
I.2.4. Quá trình chuyển động không ổn địng của thang máy.
Quá trình chuyển động không ổn định của thang máy gồm
quá trình mở máy, quá trình phanh, quá trình tăng giảm tốc
118


độ với các thông số đặc trưng là gia tốc, thời gian mở máy,
thời gian phanh, quãng đường mở máy, quãng đường phanh.
Việc tính toán chính xác và điều chỉnh hợp lí các thông số trên
có ý nghĩa quyết định đến mức độ chuyển động êm dịu của
người và hàng trong ca bin, đến độ dừng chính xác của ca bin
trước tầng.
Phương trình chuyển động của ca bin:
GD 2 dn

= M Mt
375 dt

Trong đó:
GD2 - mômen vôlăng tương đương của cơ cấu quy về
trục động cơ (gồm các chi tiết máy quay và phần chuyển động
tịnh tiến).
n - tốc độ quay của trục độnh cơ
Mt- mômen cản tĩnh do trọng lượng các phần trong hệ
thống cân bằng và do lực ma sát giữa ngàm và ray dẫn hướng
quy về trục động cơ
M - mômen ở máy của động cơ (Mm) trong quá trình mở
máy hoặc momen phanh trong quá trình phanh cabin (Mph)
I.2.4.1 Quá trình mở máy.
Khi mở máy, động cơ điện thường có Mm ạ const và khi đó
phương trình vi phân trên có lời giải phức tạp. Trong phép tính
thực tế, người ta coi Mm=const và quá trình mở máy là quá
trình chuyển động nhanh dần đều. Khi đó phương trình có
dạng:
dt m =

GD 2
dn
375(M m M t )

Dẫn đến thời gian mở máy:
GD 2
tm =
no
375(M m M t )


Trong đó :
no - tốc độ quay ổn định của động cơ Với tốc độ quay no,
cabin chuyển động với tốc độ danh nghĩa là : vo = pDn0 , m / s
60i0

Trong đó :
D: đường kính của puly ma sát tính đến tâm cáp ( m)
119


no: tính theo vg/ph.
io= a.i tỉ số truyền chung với i là tỉ số truyền của cơ cấu
và a là
bội suất của palăng (Nếu
có)
Như vậy quãng đường mở máy và gia tốc mở máy được tính
theo các công thức sau :
pD.GD 2 .no
1
t m .vo =
2
45.10 3 io (M m M t )

Sm =

v0 2 gD(M m M t )
=
tm
io GD 2


am =

Dấu của mô men tĩnh phụ thuộc vào trạng thái làm việc của ca
bin.
- Mở máy để nâng ca bin đầy tải hoặc hạ ca bin không tải
:Mt lấy dấu(-)
- Mở máy để hạ ca bin đầy tải hoặc nâng ca bin không tải
:Mt lấy dấu(+)
Mô men tĩnh quy về trục động cơ được tính theo công thức:
Mt =

P.D
2i0 .h

Trong đó :
h : hiệu suất chung của truyền động.
P= F2 F1 : lực vòng tĩnh trên Puly ma sát được xác
định như sau
Cabin đầy tải
Mở
máy
Phanh
nâng cabin
cabin
hạ
ở vị trí dưới
xuống vị trí
cùng
dưới cùng


Cabin không tải
Mở
máy
Phanh đối
nâng
đối
trọng khi
trọng ở vị
hạ xuống vị
trí
dưới
trí
dưới
cùng
cùng

w
F2

F1
a

a-,v120


w
ww
FFF1
12


a,va,va-,v

F1
2
FF
2
a
aa-

I.2.4.2.Quá trình phanh.
Để đảm bảo mức độ êm dịu và độ dừng chính xác khi phanh,
trong các thang máy chở người, trước khi phanh cơ khí làm
việc, người ta thường hạ tốc độ quay của động cơ xuống tốc độ
quay nhỏ n0 . Ta xét hai trường hợp : Động cơ một tốc độ và
động cơ hai tốc độ. Đối với động cơ có thể điều chỉnh nhiều tốc
độ, ta có thể tính với cách tính tương tự.
Mô men phanh cơ khí của cơ cấu dẫn động được tính từ điều
kiện treo ca bin ở trạng thái thử tải tĩnh:
M ph =

P.D
h.k
2i0

Trong đó:
P : lực vòng ở trạng thái thử tải
k : hệ số an toàn phanh ( k =1.25 đến 1.3).
+Động cơ một một tốc độ.
Phương trình của quá trình phanh có dạng:

dt ph =

GD 2
dn
375.( M ph M t' )

Ta có:

a ph =

t ph =

GD 2 .n0
375.( M ph - M t' )

S ph =

pD.GD 2 .n0
45.10 3.i0 .(M ph M t' )

(

2 g.D M ph M t'
i0 .GD 2

121

)



Dấu của mô men tĩnh cũng lấy theo trạng làm việc như sau:
- Phanh ca bin đầy tải khi hạ hoặc ca bin không tải khi nâng
M t' lấy dấu (-)
- Phanh ca bin đầy tải khi nâng hoặc ca bin không tải khi hạ
M t' lấy dấu (+).
M t' : mômen tĩnh khi phanh quy về trục động cơ.

n
n0

0
tph
Hình

t

: Quá trình phanh đối với động cơ 1 tốc độ

+Động cơ hai tốc độ.
ở giai đoạn 1, động cơ tự sinh ra mô men phanh
năng) để giảm tốc độ quay từ n0 xuống nn
Các thông số đặc trưng của giai đoạn 1:
t ph1 =
S ph1 =

M ph (

hãm động

GD 2 .(n0 - nn )

375.( M dc M t' )

pD.GD 2 .(n0 - nn )
45.10 3.i0 .( M dc M t' )

a ph1

2 g .D.( M dc M t' )
=
i0 .GD 2

Trong đó :
Mđc - mômen phanh của động cơ để hạ tốc độ.

122


Giai đoạn 2, phanh cơ khí, vớí mô men phanh Mph , hoạt và
tốc độ quay giảm từ nn xuống 0 . Các thông số tph2, sph2 và aph2
được xác định như sau:
GD 2 .nn
375.( M ph M t' )

t ph 2 =
S ph 2

pD.GD 2 .nn
=
45.10 3.i0 .( M ph M t' )


a ph 2 =

n

2 g .D.( M ph M t' )
i0 .GD 2

tph1

n0
nn
0
tph2

Hình : Quá trình phanh đối vớiđộng cơ hai tốc độ

I.2.4.3 ảnh hưởng của tốc độ, gia tốc và độ dật đối với hệ truyền
động thang máy.
Một trong những yêu cầu quan trọng đối với hệ truyền động
của thang máy là phải đảm bảo độ êm diụ khi chuyển động.
Cabin thang khi chuyển động êm hay không phụ thuộc chính
vào gia tốc khi mở máy và khi hãm máy(phanh). Các tham số
chính đặc trưng cho các quá trình mở máy và hãm là: tốc độ di
chuyển v(m/s), gia tốc a(m/s2), độ giật J(m/s3)
Tốc độ di chuyển của buồng thang quyết định năng suất của
thang máy và có ý nghĩa quan trọng nhất là đối với các nhà cao
tầng. Đối với các nhà chọc trời, tối ưu nhất là dùng thang máy
cao tốc (v=3,5 m/s), giảm thời gian quá độ và tốc độ di chuyển
trung bình của thang đạt gần bằng tốc độ định mức. Nhưng
123



việc tăng tốc độ lại dẫn dến tăng giá thành của thang máy. Nếu
tăng tốc độ của thang máy v=0.75 m/s lên v=3.5 m/s giá thành
tăng lên từ 4 đến 5 lần. Như vậy tuỳ độ cao tong nhà và các yêu
cầu kỹ thuật mà ta chọn tốc độ thang máy sao cho phù hợp.
Tốc độ di chuyển trung bình của thang máy có thể tăng bằng
cách giảm thời gian mở máy và hãm máy có nghĩa là tăng gia
tốc. Nhưng một vấn đề khó khăn là khi gia tốc lớn sẽ gây cảm
giác khó chịu cho hành khách (như chóng mặt, ngạt thở), bởi
vậy gia tốc tối ưu là a Ê 2 m/s2.
Số liệu gia tốc đối với mỗi loại thang máy phổ biến được đưa ra
ở bảng sau:
Tham số

Hệ truyền động
Xoay
Một chiều
chiều
Tốc độ thang máy (m/s)
0.5
0.7 1.0 1.5 2.
5
5
2
Gia tốc cực đại (m/s )
1.0
1.0 1.5 1.5 2.
0
Gia tốc tính toán trung bình 0.5

0.5 0.8 1.0 1.
2
( m/s )
0

3.
5
2.
0
1.
5

Độ giật là đại lượng đặc trưng cho tốc độ tăng của gia tốc khi
mở máy và độ giảm của gia tốc khi hãm, hay nói cách khác đó
là đạo hàm bậc nhất của gia tốc và là đạo hàm bậc 2 đối với vận
tốc J= da/dt. Độ giật có ảnh hưởng lớn đến đệ êm dịu của cabin.
Khi gia tốc a<2m/s2 thì độ giật <20m/s3.
Hình dưới đây là biểu đồ làm việc của thang máy ở tốc độ trung
bình và tốc độ cao, ở biểu đồ làm việc này thì chia chu kỳ làm
việc thành 5 giai đoạn theo tính chất thay đổi tốc độ của cabin:
mở máy, chế độ ổn định, hãm xuống tốc độ thấp, cabin đến
tầng, hãm dừng. Biểu đồ này đạt được khi dùng hệ truyền động
một chiều. Nếu dùng hệ truyền động với động cơ xoay chiều thì
chỉ đạt được biểu đồ gần giống.

124


Mở máy
J


Chế độ ổn định

Hãm tốc độ
xuống thấp

a

Hãm dừng

a, J

Đến tầng

S,v

J
t
a
J

J

J

Hình : Các đường cong biểu diễn sự phụ thuộc v,a,J,S theo thời gian

I.4.2.4 Dừng chính xác buồng thang.
Buồng thang của thang máy cần dừng chính xác so với mặt
bằng của tầng cần dừng sau khi ấn nút dừng ( hay gặp lệnh dừng

trong mạch điều khiển) là một trong các yếu tố quan trọng trong
yêu cầu kỹ thuật điều khiển thang máy. Nếu buồng thang dừng
không chính xác sẽ gây ra các hiện tượng sau :
- Đối với thang máy chở khách thì sẽ làm cho hành khách ra
vào khó khăn, tăng thời gian ra vào của hành khách dẫn đến
125