Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thang máy cáp kéo

Thang máy là giải pháp di chuyển người hoặc hàng hóa giữa các tầng trong nhà ở, tòa nhà và nhiều công trình khác. Nhờ sự phát triển của công nghệ, thang máy ngày càng an toàn, ổn định và trở thành hạng mục không thể thiếu trong kiến trúc hiện đại. Để hiểu rõ cách thang máy hoạt động, cần tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý truyền động và các cơ cấu bảo vệ được tích hợp bên trong.

Lịch sử ra đời của cơ cấu an toàn trên thang máy

Vào những năm 1800, chiều cao của các tòa nhà còn bị giới hạn do con người phải di chuyển bằng cầu thang bộ. Ý tưởng đưa người lên cao bằng thang nâng đã xuất hiện từ rất sớm và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, tuy nhiên chưa đủ an toàn vì nếu dây nâng bị đứt thì cabin sẽ rơi tự do.

Đầu những năm 1850, Otis đã phát minh cơ cấu chống rơi dành cho thang máy. Cơ cấu gồm lò xo lá, tay hãm và thanh răng bố trí hai bên ray dẫn hướng. Khi dây nâng còn căng, cabin di chuyển bình thường. Nếu dây bị mất lực căng do sự cố, lò xo lập tức đẩy tay hãm ăn khớp với thanh răng, giữ cabin lại và ngăn cabin rơi xuống đáy hố thang.

Để chứng minh độ an toàn, Otis trực tiếp đứng trên thang máy và yêu cầu cắt dây nâng trước sự chứng kiến của nhiều người. Cabin chỉ dịch chuyển một đoạn rất ngắn rồi dừng lại. Thành công đó mở đường cho sự phát triển của các tòa nhà cao tầng và ngành công nghiệp thang máy hiện đại.

Các bộ phận chính của thang máy cáp kéo

Một bộ thang máy cáp kéo gồm nhiều bộ phận phối hợp với nhau để đưa cabin di chuyển giữa các tầng.

• Hố thang là không gian để cabin và đối trọng di chuyển.
• Hố pit nằm ở đáy hố thang, tạo khoảng an toàn phía dưới cabin.
• Cabin là khu vực chở người hoặc hàng hóa.
• Ray dẫn hướng giữ cabin và đối trọng di chuyển đúng quỹ đạo.
• Cabin được dẫn hướng bằng các con lăn hoặc guốc dẫn hướng lắp dọc theo ray.

Thang máy gồm 2 nhóm chính là thang máy cáp kéo và thang máy thủy lực. Trong đó, thang máy cáp kéo được sử dụng phổ biến tại các công trình cao tầng.

Nguyên lý hoạt động của thang máy cáp kéo

Động cơ điện đặt phía trên hố thang truyền lực đến máy kéo để quay puly. Dây cáp quấn qua puly, một đầu nối với cabin, đầu còn lại nối với đối trọng.

Khi động cơ quay, cabin và đối trọng di chuyển theo hai hướng ngược nhau. Đối trọng có nhiệm vụ cân bằng tải trọng của cabin, nhờ đó động cơ không phải nâng toàn bộ khối lượng cabin trong suốt hành trình.

Khối lượng đối trọng thường được tính toán để cân bằng với cabin và tải trọng tiêu chuẩn. Do số người trong cabin luôn thay đổi nên trạng thái cân bằng tuyệt đối không xuất hiện ở mọi thời điểm.

Tủ điều khiển giữ vai trò điều khiển toàn bộ hoạt động của thang máy, từ nhận lệnh gọi tầng, điều khiển động cơ đến giám sát các tín hiệu an toàn.

Một số mẫu thang máy không bố trí phòng máy riêng. Động cơ và máy kéo được lắp ngay phía trên hố thang, tạo thành dòng thang máy không phòng máy.

Thang máy thủy lực hoạt động ra sao?

Thang máy thủy lực sử dụng xi lanh và piston để nâng cabin từ phía dưới. Máy bơm đưa dầu vào xi lanh, áp suất dầu đẩy piston lên làm cabin đi lên. Khi cabin đi xuống, dầu hồi về bình chứa.

Kiểu truyền động đó thường xuất hiện ở công trình có số tầng thấp, phổ biến dưới 6 điểm dừng.

Các cơ cấu an toàn trên thang máy

Thang máy cáp kéo được tích hợp nhiều cơ cấu bảo vệ nhằm bảo đảm an toàn trong suốt hành trình.

Cabin được giữ bằng nhiều dây cáp tải, thông thường từ 4 dây trở lên, một số mẫu sử dụng tới 8 dây. Mỗi dây đều có tải trọng chịu lực lớn hơn nhiều lần tải trọng thực tế nên xác suất đứt đồng thời toàn bộ dây cáp rất thấp.

Cụm phanh giữ cabin dừng chính xác tại tầng và cố định cabin khi không di chuyển.

Mỗi tầng đều có cửa tầng, trong khi cabin có cửa cabin riêng. Hai bộ cửa chỉ mở khi cabin dừng đúng vị trí.

Cửa cabin tích hợp bộ truyền động cửa đặt phía trên. Khi cửa cabin mở, cơ cấu ly hợp tác động vào khóa cửa tầng, mở đồng thời cả 2 cánh cửa.

Nếu cửa chưa đóng kín hoặc còn vật cản trong vùng cảm biến, cabin sẽ không nhận lệnh di chuyển.

Mỗi cửa tầng đều có khóa liên động nhằm ngăn cửa mở khi cabin chưa đến đúng tầng. Trong trường hợp bảo trì hoặc cứu hộ, kỹ thuật viên sử dụng chìa khóa chuyên dụng để mở khóa cửa tầng theo đúng quy trình kỹ thuật.

Nhờ sự phối hợp giữa động cơ, máy kéo, cáp tải, đối trọng, ray dẫn hướng, tủ điều khiển và các cơ cấu an toàn, thang máy cáp kéo trở thành giải pháp di chuyển ổn định, an toàn và được ứng dụng rộng rãi trong nhà ở, văn phòng, khách sạn và các công trình cao tầng.