I. Thang máy là gì?
Thang máy là thiết bị để tải người, hàng hoá, thực phẩm, giường bệnh từ tầng này đến tầng khác. Nó được dùng trong các cao ốc, siêu thị, khách sạn, nhà hàng, bệnh viện,... Hiện nay thang máy là thiết bị rất quan trọng, đặc biệt là nhà cao tầng vì nó giúp con người không phải dùng sức chân để leo cầu thang và được sử dụng thay cho cầu thang bộ.
Ngày nay, có những hệ thống điều khiển tốc độ phức tạp, sự phối hợp đóng ngắt để điều khiển an toàn tốc độ cabin trong bất kỳ tình huống nào. Nút nhấn được tích hợp vào trong những bàn phím nhỏ gọn. Hầu như tất cả thang máy tự động đều mang tính thương mại.
Vào thời đại máy tính đã có mang vi điều khiển có khả năng hoạt động, xử lý cũng như lưu trữ rất lớn. Thang máy được lập trình đặc biệt, cực đại hoá năng suất và an toàn tuyệt đối. Thang máy đã trở thành kỹ thuật kiến trúc và mỹ thuật. Nó tô điểm và trang hoàng lộng lẫy công trình xây dựng. Những thiết kế sang trọng, hiện đại cùng các kỹ thuật tiên tiến sẽ luôn làm thoả mãn và thăng hoa cảm xúc con người.
II. Lịch sử phát triển thang máy
1. Thang máy buổi sơ khai
Thang hoặc tời nâng thô sơ đã được sử dụng trong suốt thời trung đại và có thể bắt đầu từ thế kỷ III TCN. Chúng hoạt động nhờ vào sức người và gia súc, hoặc cơ cấu cơ khí vận hành bằng nước. Những thang máy ta biết ngày nay được phát triển đầu tiên vào thế kỷ 19, nhờ vào hơi nước hoặc sức nước để nâng chuyển. Trong những ứng dụng sau đó, một cái thùng được thêm vào trong phần trống thấp hơn ở dưới đất của khối hình trụ. Chất lỏng, thông thường là nước, được đưa vào thùng này để tạo ra áp lực làm cái thùng này lao xuống dưới, nâng cabin di chuyển lên.
Những cái van cho nước chảy qua được điều khiển bằng tay bởi người sử dụng những sợi dây, một hệ thống làm chậm nhờ sự kết hợp giữa đòn bẩy và van điều khiển để điều chỉnh tốc độ cabin. Cha đẻ của thang máy dùng máy kéo ngày nay đã xuất hiện đầu tiên ở thế kỷ 19 ở Vương Quốc Anh, sàn nâng dùng một sợi cáp vắt qua một puly và một đối trọng di chuyển dọc tường.
2. Bình minh của kỷ nguyên nâng chuyển
Thang máy công suất lớn được xuất hiện đầu tiên vào thế kỷ XIX Hoa Kỳ. Đó là tời nâng hàng hoạt động đơn giản giữa hai tầng trong một công trình của thành phố New York. Năm 1853, Elisha Graves Oits đã trình diện tại New York Crystal Palace, chứng minh hệ thống an toàn thang máy của ông bằng cách làm gián đoạn cabin rơi xuống khi loại bỏ cáp tải, nguyên nhân làm hạn chế quá trình phát triển thang máy.
Năm 1857, thang khách oits đầu tiên đã hoạt động tại một cửa hàng bách hoá thành phố New York. Mười năm sau, sau khi đạt hàng ngàn sản phẩm thang máy, những người con của Elisha đã thành lập công ty Otis Brother tại Yonkers, New York. Những thiết kế thang máy khác dần xuất hiện, bao gồm các kiểu bánh răng trục vít và thuỷ lực.
3. Vai trò của điện
Xuất hiện muộn hơn trong thế kỷ 19, với sự phát triển của điện học, động cơ điện đã được tích hợp vào kỹ thuật thang máy bởi nhà phát minh người Đức, Werner Von Siemens. Động cơ điện được đặt vào máy cabin, truyền động bánh răng để ăn khớp với cơ cấu thanh răng lắp trên tường. Năm 1887, thang điện được phát triển ở Baltimore, sử dụng dạng trống xoay tròn để quấn những sợi cáp. Những tang trống này thực tế không đủ lớn để chứa những sợi cáp đòi hỏi bắt buộc trong những công trình cao tầng.
Năm 1889, thang máy dùng bánh răng được kết nối trực tiếp vào động cơ điện cho phép lắp đặt tại các công trình có cấu trúc cao hơn. Vào năm 1903, thiết kế này đã phát triển thành thang máy sử dụng máy kéo bao gồm động cơ điện và hộp số, được lắp đặt trên 100 công trình xây dựng để trở nên thông dụng và thay đổi mãi mãi bộ mặt thành thị.
Động cơ nhiều cấp tốc độ đã thay thế cho kiểu một tốc độ truyền thống, giúp cho sự vận hành cũng như sự dừng tầng êm ái. Kỹ thuật nam châm điện này đã thay thế hệ thống đóng mở thắng và truyền động dây cáp thủ công. Nút nhấn điều khiển cùng hệ thống điều khiển phức tạp khác nhau đã làm đổi mới thang máy. Sự cải tiến liên tục tính an toàn, kể cả phát minh đáng chú ý của Charles Otis, một người con của Elisha đã phát triển hệ thống an toàn bất cứ khi nào khi cabin vượt quá tốc độ, ngay khi cáp tải còn nguyên vẹn.
III. Nguyên lý hoạt động của thang máy
1. Các loại thang máy
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều chủng loại thang máy như: Thang tải khách, thang tải hàng, thang bệnh viện, thang thực phẩm,... để phục vụ nhu cầu của con người.
2. Cấu tạo của thang máy
* Phần điện bên trong hố thang máy gồm:
- Cáp tín hiệu: Cáp tín hiệu được đấu nối từ tủ điện trên phòng máy xuống hộp điều khiển được lắp trên nóc cabin.
- Hộp điều khiển trên nóc cabin.
- Hệ thống điện chiếu sáng dọc hố thang máy.
- Hệ thống các công tắc giới hạn hành trình.
- Hệ thống cứu hộ tự động: Đây là thiết bị rất quan trọng đối với loại thang máy chở người, nó sẽ giúp người ta không bị kẹt trong thang máy khi mất điện đột ngột. Hệ thống cứu hộ tự động hoạt động dựa trên nguồn dự phòng từ bình ác quy hoặc UPS.
- Trên phòng máy:
+ Tủ điều khiển: Là trung tâm điều khiển mọi hoạt động của một chiếc cầu thang máy bao gồm vỏ tủ, hệ thống relay, contactor, điều khiển tín hiệu (PLC hoặc bo vi xử lý), điều khiển tốc độ (biến tần), các bo mạch trung gian.
+ Hai thiết bị quan trọng nhất của một tủ điều khiển thang máy đó là: Điều khiển tín hiệu và điều khiển tốc độ.
* Phần cơ khí bên trong hố thang máy gồm:
- Rail dẫn hướng: Có rail dẫn hướng đối trọng và rail dẫn hướng cabin, thang máy chở người thông thường sẽ có một dàn rail cabin (gồm 2 rail) nhưng với những loại thang có kích thước cabin lớn (ví dụ thang máy tải ô tô) thì sẽ có 2 hoặc 3 dàn rail.
- Đối trọng: Khối lượng đối trọng được tính toán dựa trên tự trọng của cabin thang và tải trọng của thang máy. Đối trọng có thể được làm từ bo quặng, bo gang hoặc là bo bê tông.
- Hệ thống cabin: Cabin thang máy gồm phần khung, sàn cabin, nóc cabin, vách cabin (vách cabin có thể được thiết kế từ các vật liệu như inox sọc nhuyễn, inox gương, thép phủ sơn, kính,...)
- Hệ thống phanh cơ khí: Phanh cơ khí có vai trò giúp cabin thang máy bám vào rail trong trường hợp thang chạy quá tốc độ thiết kế hoặc rơi tự do khi đứt cáp.
- Cáp tải: Cáp tải thang máy gia đình cũng như các loại thang máy khác là loại cáp chuyên dùng có lõi tẩm dầu, do đó không cần và tuyệt đối không được bôi dầu mỡ vào cáp để tránh trường hợp bị trượt cáp.
- Hệ thống giảm chấn, bao gồm giảm chấn đối trọng và giảm chấn cabin.
- Cửa tầng: Được lắp bên ngoài mỗi tầng, khi được lắp đặt chuẩn thì cửa tầng không thể tự mở và cũng không thể mở bằng tay được nếu không có chìa khoà (đây là yêu cầu rất quan trọng để đảm bảo an toàn). Cửa tầng đóng mở được là do cửa cabin điều khiển.
- Button gọi tầng.
- Trên phòng máy:
+ Hệ thống khung cơ khí bệ máy.
+ Máy kéo: Với loại thang máy có phòng máy thì có thể sử dụng cả hai loại máy kéo là máy có hộp số và loại máy không hộp số, còn thang không phòng máy thì bắt buộc phải sử dụng loại máy kéo không hộp số.
+ Hệ thống phanh cơ khí.
- Hệ thống truyền động cửa tầng (đầu cửa tầng) và cửa cabin (đầu cửa cabin): Thang máy có hay bị hỏng vặt hay không, cửa thang khi đóng mở có êm ái, chắc chắn hay không phần lớn là do chất lượng đầu cửa.