LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế hệ thống truyền động và điều
khiển vận thăng lồng” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS. Võ Duy
Thành. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu
tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự sao
chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 9 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phạm Đoàn Dũng


Mục lục

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬN THĂNG LỒNG ............................................................. 2
1.1. Giới thiệu về vận thăng lồng ......................................................................................... 2
1.2. Cấu tạo vận thăng lồng .................................................................................................. 4
1.3. Yêu cầu công nghệ, truyền động đối với vận thăng lồng ............................................ 11
Chương 2: TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ VÀ TÍNH TOÁN ĐẶC TÍNH ............ 15
2.1. Phân tích bài toán ........................................................................................................ 15
2.2. Tính toán sơ bộ công suất động cơ .............................................................................. 17
2.3. Chọn sơ bộ công suất động cơ ..................................................................................... 20
2.4. Kiểm nghiệm động cơ ................................................................................................. 21
2.5. Phương án truyền động................................................................................................ 23
Chương 3: LỰA CHỌN VÀ CÀI ĐẶT BỘ BIẾN TẦN ....................................................... 24
3.1. Giới thiệu chung về biến tần........................................................................................ 24
3.2. Tính chọn biến tần ....................................................................................................... 24
3.3. Khảo sát biến tần 3G3RX của OMRON ..................................................................... 27

công nghiệp. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế công nghiệp hiện đại, các trung tâm
công nghiệp và thương mại xuất hiện nhiều, phát sinh nhu cầu lớn về xây dựng các nhà cao
tầng, việc sử dụng vận thăng vào quá trình xây dựng nhằm nâng cao năng xuất, tính hiệu
quả, an toàn gần như thiết yếu. Trong đồ án dưới đây em xin chỉ nói đến vận thăng lồng, là
một loại vận thăng thường sử dụng có thể chở cả người và hàng, chuyển động trên cơ cấu
bánh răng – thanh thẳng, khác với 1 số loại khác sử dụng cáp kéo.
Từ cơ sở lý thuyết động cơ không đồng bộ ba pha, phương pháp điều khiển tần số, nội
dung của đồ án : “Thiết kế hệ truyền động và điều khiển vận thăng lồng” đã đề xuất ra
cách tính chọn công suất động cơ và bộ điều khiển để đảm bảo tính hiệu quả, kinh tế cho cơ
sở sử dụng. Do thời gian và kiến thức vẫn còn hạn chế nên đồ án này còn nhiều thiếu xót
mong các thầy cô và các bạn đọc góp ý thêm để đồ án này hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Tự Động Hóa XNCN
cùng các thầy cô trong khoa Điện đã dạy dỗ em những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để
em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp và đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất khóa học.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới thầy hướng dẫn ThS. Võ Duy Thành giúp đỡ để em
hoàn thành đề tài này.
Hà Nội, ngày 9 tháng 6 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Phạm Đoàn Dũng
1


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẬN THĂNG LỒNG

1.1. Giới thiệu về vận thăng lồng
1.1.1. Vận thăng là gì

chuyển động ổn định, an toàn hơn, và linh hoạt trong quá trình sử dụng, đáp ứng điều kiện
sử dụng trên các công trường. Các động cơ được gắn bánh răng, bánh răng liên kết với thanh
răng, khi động cơ hoạt động các bánh răng này ăn khớp với thanh răng để tạo ra chuyển
động lên xuống. Hệ truyền động thường sử dụng 2-3 động cơ điện đi cùng với 2-3 bộ giảm
tốc có cùng công suất hoạt động độc lập với nhau để nâng cao độ tin cậy. Mạch điều khiển
của vận thăng lồng cũng đơn giản, dễ thao tác để đảm bảo độ an toàn khi làm việc.

Hình 1.1. Hình ảnh vận thăng lồng trên công trường

3


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

Vận thăng lồng dùng để nâng vật liệu, dụng cụ lao động và công nhân thực hiện xây
dựng, sửa chữa ngoại thất công trình, lắp các thiết bị điện, khai thác mỏ… là các môi trường
làm việc khắc nghiệt, cường độ cao.

1.2. Cấu tạo vận thăng lồng
1.2.1. Các bộ phận chính và hoạt động của vận thăng

Hình 1.2. Hình dáng, các chi tiết vận thăng lồng

4


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

Hình 1.3. Các chi tiết bánh răng, con lăn trên vận thăng lồng
Cơ cấu vận thăng gồm các bộ phận chính sau: Bánh răng chủ động (1), thanh răng (2),

Hình 1.4. Con lăn dẫn hướng trên lồng nâng
b. Đốt tiêu chuẩn.
Đốt nối là bộ phận quan trọng trong kết cấu vận thăng lồng, các đốt tiêu chuẩn nối với
nhau thành giá. Kích thước đốt thường gặp 0,65 x 0,65 x 1,508 m. Mỗi đốt được gắn 1 thanh
răng, các thanh răng này được bắt chặt vào thân đốt bằng các bulong. Nó định hướng cho
vận thăng lên xuống trong quá trình hoạt động. Được cố định với công trình bằng các giằng
6


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

tường. Tại đốt trên cùng có gắn điểm hạn chế giới hạn trên, đốt dưới cùng có gắn điểm hạn
chế giới hạn dưới.

Hình 1.5. Đốt tiêu chuẩn được liên kết với tường
c. Buồng điều khiển
Buồng điều khiển được thiết kế để tạo điều kiện làm việc cho nhân viên thao tác, được
lắp tại 1 cạnh của lồng nâng, có bảng điều khiển để điều khiển vận thăng. Tùy theo yêu cầu
của khách hàng và tùy địa thế lắp đặt có thể thay buồng điều khiển bằng tay điều khiển gọn
nhẹ hơn.

Hình 1.6. Buồng điều khiển được gắn tại 1 cạnh của lồng nâng
7


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

d. Chân đế và hàng rào bảo vệ
Hàng rào bảo vệ dùng để bảo vệ không gian làm việc của thiết bị, đồng thời để đề
phòng người không có phận sự vào khu vực hoạt động của máy. Cấu tạo gồm: Chân đế, đốt


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

Hình 1.10. Bánh răng ăn khớp với thanh răng
Hệ truyền động vận thăng lồng sử dụng 2-3 động cơ điện cùng 2-3 hộp giảm tốc. Các
động cơ có cùng công suất, hoạt động độc lập với nhau để nâng cao độ tin cậy đồng thời
việc chia ra nhiều bánh răng cùng hoạt động giúp giảm áp lực tại điểm ăn khớp giữa bánh
răng và thanh răng, chia đều áp lực mà giá phải chịu, vì thế an toàn hơn.
Mỗi động cơ điện đều lắp bộ phanh điện từ 1 chiều ngoài ra bộ phận phanh ma sát có
tính năng tự hoạt động và điều chỉnh khoảng cách phanh vì vậy cải thiện tính năng phanh.
Hộp số máy gọn nhẹ, khả năng chịu tải lớn. Khớp nối giữa động cơ và hộp giảm tốc sử dụng
khớp nối có tính năng đàn hồi khi đảo chiều và hãm đột ngột, giúp vận thăng làm việc không
bị giật.
1.2.3. Các bộ phận chuyên dùng của vận thăng lồng
Phanh hãm điện từ.
Do yêu cầu về an toàn cao do đó vận thăng lồng vẫn sử dụng phanh hãm điện từ kết
hợp với hãm động năng khi hạ tải. Về kết cấu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động giống như
phanh hãm điện từ dùng trong cơ cấu cầu trục: gồm 1 cặp má phanh ép vào bằng lò xo, và
mở ra bằng cách cấp điện vào cuộn dây nam châm điện, hút cặp má phanh mở ra.

10


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

Thiết bị kiểm soát và chống quá tải.
Trong trường hợp quá tải (người hoặc hàng hoá), rơ le kiểm soát quá tải sẽ hoạt động,
còi báo và ngắt không cho vận thăng hoạt động. Đèn báo tải lắp trên bàn điều khiển sẽ báo
tải trọng thực tế của lồng.
Công tắc hành trình.

tốc độ D = 2:1
1.3.5. Đặc điểm phụ tải
a. Phụ tải có tính chất thế năng
Điều này có thể giải thích là momen của cơ cấu do trọng lực của tải trọng gây ra. Khi
tăng dự trữ thế năng (nâng tải), momen thế năng có tác dụng cản trở chuyển động, tức là
hướng ngược chiều quay động cơ. Khi giảm thế năng (hạ tải), momen thế năng lại là momen
gây ra chuyển động, nghĩa là nó hướng theo chiều quay động cơ.

Hình 1.12. Đồ thị biểu diễn quá trình nâng hạ của vận thăng
Đặc tính Mc(ω) nằm ở cả bốn góc phần tư.

12


Chương 1: Tổng quan về vận thăng

Hình 1.13. Đồ thị đặc tính cơ của thang máy
A1: Nâng cabin đầy tải tốc độ cao
A2: Nâng cabin đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến sàn tầng)
A1’: Hạ cabin đầy tải tốc độ cao
A2’: Hạ cabin đầy tải tốc độ thấp (chuẩn bị dừng khi đến sàn tầng)
C1, C2: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ nâng
C1’, C2’: Hãm khi giảm tốc độ từ cao xuống thấp ở chế độ hạ
b. Vận thăng lồng làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại
Phụ tải mang tính chất lặp lại thay đổi,thời gian làm việc và nghỉ xen kẽ nhau. Nhiệt
phát nóng của động cơ chưa đạt đến mức bão hòa đã giảm do mất tải, nhiệt độ suy giảm
chưa tới giá trị ban đầu lại tăng lên do tải.

Hình 1.14. Đồ thị phát nhiệt của động cơ
c. Sự thay đổi chế độ làm việc của động cơ


Các bước chọn công suất động cơ:
B1: Tính toán sơ bộ công suất động cơ dựa trên công suất cản tĩnh và xây dựng biểu đồ
phụ tải toàn phần có tính đến phụ tải trong quá trình quá độ.
B2: Chọn sơ bộ công suất động cơ.
B3: Kiểm nghiệm công suất động cơ đã chọn theo điều kiện công suất, điều kiện phát
nóng, quá tải (bằng phương pháp công suất đẳng trị).
2.1.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản
Các thông số kỹ thuật cơ bản
Chiều cao hoạt động: h=120 m
Trọng lượng buồng thang: Go = 1000 kg
Trọng lượng tải cho phép: Gbt = 2000 kg
15


Chương 2: Tính chọn công suất động cơ

Tốc độ: v = 66 m/phút = 1,1 (m/s)
Sơ đồ động học của vận thăng lồng

Hình 2.1. Sơ đồ động học của vận thăng lồng
2.1.3. Xác định các thông số cần thiết
Tính chọn công suất động cơ thực hiện theo các bước sau:
Lực tác động lên bánh răng truyền động là:
F =(Go + Gbt).g [N]
Công suất tĩnh động cơ tính theo công thức:
P=

[kW] với F >0


a) Chọn các thông số kỹ thuật liên quan:
Hiệu suất cơ cấu: 𝜂 = 0,8
Bánh răng:
Theo yêu cầu công nghệ bánh răng có môđun m1 = 8 và số răng Z = 15, nên ta có
đường kính bánh răng
D1 = m1.Z1 = 8×15 = 120 (mm) = 0,12 (m)
Vậy để động vận thăng chạy với tốc độ v=1,1 m/s thì bánh răng cần quay với tốc độ:
n2 =

=

= 175

(v/p)

Hộp giảm tốc: tỉ số truyền của cơ cấu i=8,27
b) Xác định phụ tải tĩnh:
Lực kéo khi nâng đầy tải:
Fn = (G0+Gbt).g = (2000+1000).9,8 = 29,4.103 (N)
Công suất tĩnh của động cơ khi nâng đầy tải:

17


Chương 2: Tính chọn công suất động cơ

Pn =

=


Trong 1 chu kỳ vận chuyển của vận thăng chỉ gồm 2 lần dừng, 1 lần dừng để xếp vật
liệu vào và 1 lần để bốc vật liệu ra.
Do vận thăng lồng thường được dùng để chở vật liệu xây dựng trên các xe bò, cửa mở
bằng tay nên ta chỉ lấy tương đối thời gian nghỉ, làm việc của động cơ
Thời gian nghỉ của động cơ
Thời gian thang dừng bốc, xếp hàng, mở cửa giả sử là 30s, vậy tổng thời gian nghỉ
trong 1 chu kỳ lên xuống của thang là:
tng = 2 x 30= 60 (s)
Thời gian làm việc của động cơ
18


Chương 2: Tính chọn công suất động cơ

Thời gian để thang có vận tốc 1 m/s là:
tkd =

= 0,67 (s)

Thời gian này cabin đi được quãng đường:
Skd = vot + at2/2 =

= 0,337 (m)

Cũng với gia tốc 1,5 m/s2, thời gian hãm dừng cabin
th = tkd = 0,67 (s)
và Sh = Skd = 0,337 (m)
Công trình cao 120m, vậy tổng thời gian ca bin di chuyển với v = 1,1 m/s là:
tc = =


∑

=√

(

)

=√

(

(

) )

= 29,5 [kW]

Ta chọn hệ số đóng điện tiêu chuẩn TĐ%tc = 40%
Công suất được hiệu chỉnh lại với hệ số tiếp điện của động cơ TĐ% = 78,4% là:
= 29,5×√

Pdm_chon = Pdt.√

= 41,3 [kW]

Mômen đẳng trị trên trục động cơ
Mdt = √

∑

=

= 13,8 vậy động cơ cần Pdc ≥ 13,8 kW
= 90,9 vậy động cơ cần Mdc ≥ 90,9 Nm

20


Chương 2: Tính chọn công suất động cơ

Lựa chọn động cơ của hãng ABB có thông số như sau:

Hình 2.3. Thông số động cơ chọn
Tên động cơ M2QA 160 L4A 3GQA 162 501••A
Công suất định mức

đ

Điện áp sử dụng: 3 pha
Tần số định mức:

đ

= 380 ( V )

đ

= 50 ( Hz )

Số vòng quay định mức:

Mn_1dc =

= 88,9 (Nm)

Ta thấy Mdc_dm > Mn_1dc nên động cơ đã chọn thỏa mã điều kiện quá tải mômen
2.4.2. Kiểm nghiệm điều kiện khởi động
Trị số trung bình không đổi của mômen trong quá trình hãm máy và mở máy:
Mtbmm = (Mt + Mmm)
Trong đó:

Mt – mômen tới hạn của động cơ
Mmm – mômen mở máy

Tra thông số động cơ ta được:

Mt = 2,4.Mdc_dm = 98×2,4 = 235,2 Nm

Mmm = 2,3.Mdc_dm = 98×2,3 = 225,4 Nm
Thay số vào biểu thức được mômen trung bình mở máy (với 1 động cơ)
Mtbmm = (235,2 + 225,4) = 230,3 (Nm)
Ta có:
Mômen quán tính của động cơ Jdc = 0,0935 (kg.m2)
Mômen quán tính của bộ truyền: Jbt = 1,01×0,0935 = 0,0944 (kg.m2)
Mômen quán tính của tải và buồng thang:
JG = (Gbt+G0)×

( )

= 3000×