Nên chọn loại máy kéo nào cho thang máy?

1. Máy kéo thang máy là gì?

Trong thang máy điện dẫn động ma sát – thường được gọi là thang máy cáp kéo – máy dẫn động thang máy, hay máy kéo, là cụm thiết bị tạo chuyển động và dừng thang máy.

Một máy kéo thường gồm động cơ điện, phanh máy, puly kéo, hộp giảm tốc/hộp số (nếu có) và các bộ phận liên quan. Động cơ tạo mô-men làm quay puly; chuyển động được tạo nên nhờ lực ma sát giữa rãnh puly và cáp tải (wire ropes/hoist ropes), làm cabin và đối trọng di chuyển theo hai chiều ngược nhau.

Máy kéo có thể được lắp trong phòng máy riêng hoặc bố trí trong giếng thang đối với thang máy không phòng máy. Thiết bị này hoạt động phối hợp với tủ điều khiển và biến tần nhằm điều chỉnh tốc độ, đảm bảo cabin di chuyển ổn định, êm ái và an toàn.

2. Phân loại máy kéo

Hệ thống máy kéo thang máy sử dụng puly kéo được dẫn động bởi động cơ và cáp thép để nâng và hạ cabin thang máy. Khác với thang máy thủy lực – dựa vào áp suất chất lỏng (dầu thủy lực), hệ thống thang máy cáp kéo (thang máy điện) cho phép đạt tốc độ cao hơn và hiệu quả năng lượng tốt hơn, đặc biệt trong các tòa nhà cao tầng.

Xét theo cách truyền chuyển động từ động cơ tới puly kéo, máy kéo thang máy được chia thành hai nhóm chính: có hộp số và không hộp số.

- Hệ thống máy kéo có hộp số (Geared Traction): Trong hệ thống kéo có hộp số, động cơ điện hoạt động, sau đó hộp số/hộp giảm tốc sẽ làm quay puly kéo (traction sheave). Puly kéo bám vào các sợi cáp thép, từ đó nâng và hạ cabin thang máy. Động cơ điện sử dụng chủ yếu là loại động cơ không đồng bộ IM (Induction motor).

Do tồn tại bộ truyền bánh răng, hệ thống phát sinh thêm tổn hao cơ khí, tiếng ồn từ quá trình ăn khớp và yêu cầu kiểm tra dầu bôi trơn, bánh răng, ổ trục. Dù vậy, máy kéo có hộp số vẫn được sử dụng trong nhiều thang máy hiện hữu và một số dự án cải tạo, đặc biệt khi cần duy trì sự tương thích với cấu hình cơ khí sẵn có.

- Hệ thống máy kéo không hộp số (Gearless Traction): Ở máy kéo không hộp số, puly kéo được lắp trực tiếp trên trục động cơ hoặc tích hợp với rôto, không thông qua hệ thống bánh răng giảm tốc như ở loại có hộp số.

Phần lớn máy kéo không hộp số hiện đại sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu – PMSM – có khả năng tạo mô-men lớn ở tốc độ quay thấp. Việc loại bỏ hộp số giúp giảm tổn hao truyền động, không cần dầu bôi trơn cho bộ bánh răng, hạn chế tiếng ồn cơ khí và thu gọn kích thước thiết bị.

Máy kéo không hộp số có thể được thiết kế cho cả thang máy tốc độ thấp, trung bình và cao. Độ êm và chính xác dừng tầng cao khi kết hợp đồng bộ với biến tần, bộ mã hóa vị trí, thuật toán điều khiển, hệ thống phanh, sơ đồ treo và chất lượng lắp đặt.

Bên cạnh các dòng máy kéo sử dụng cáp thép tròn truyền thống, một số hãng phát triển máy kéo không hộp số sử dụng cáp thép tròn bọc vật liệu đàn hồi (elastomeric-coated steel ropes), và máy kép không hộp số sử dụng cáp dẹt/đai dẹt bọc vật liệu đàn hồi (elastomeric-coated steel belt).

Loại cáp bọc PU này có lõi thép cường độ cao chịu lực bên trong và lớp phủ PU bên ngoài, giúp tăng độ bám với rãnh puly máy kéo, giảm tiếng ồn và cho phép sử dụng puly có đường kính nhỏ hơn, thu gọn kích thước máy kéo. Nhờ đó, hệ thống truyền động trở nên gọn nhẹ hơn, tiết kiệm không gian lắp đặt, phù hợp với các thiết kế thang máy không phòng máy (MRL), không gian hạn chế, OH thấp.

Trong khi puly dùng cho cáp thép tròn truyền thống có rãnh hình chữ U khoét đáy hoặc chữ V, puly dành cho cáp thép tròn bóc PU dùng rãnh hình chữ U trơn; và puly dành cho cáp dẹt/cáp đai bọc PU được thiết kế theo hình dạng và đặc tính của từng loại đai; bề mặt có thể phẳng hoặc lồi nhẹ tùy theo công nghệ của nhà sản xuất.

Đối với máy kéo dành cho cáp đai/cáp dẹt bọc PU, máy kéo, puly, cáp đai, đầu cố định và thiết bị giám sát phải được thiết kế thành một hệ thống đồng bộ, không thể tùy ý thay thế lẫn nhau. Khi lựa chọn, chủ đầu tư cũng cần xem xét phương pháp kiểm tra, tiêu chí loại bỏ, chi phí thay thế và khả năng cung cấp vật tư trong suốt vòng đời thiết bị.

Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa các loại máy kéo thang máy là yếu tố quan trọng để lựa chọn giải pháp phù hợp với chiều cao công trình, nhu cầu lưu thông hành khách và các ưu tiên trong vận hành của tòa nhà.

3. Ưu - nhược điểm máy kéo có hộp số

3.1 Ưu điểm của hệ thống máy kéo có hộp số

- Chi phí đầu tư có thể thấp hơn: Trong một số cấu hình tương đương và sử dụng công nghệ đã phổ biến lâu năm, máy kéo có hộp số có thể có giá mua ban đầu thấp hơn máy kéo không hộp số. Dù vậy, với sự mở rộng sản lượng sản xuất và mức độ phổ biến, máy kéo không hộp số hiện tại đang có mức giá ngày càng cạnh tranh.

- Mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp: Hộp số tạo ra lợi thế cơ học, cho phép hệ thống tăng mô-men xoắn, giúp thang máy khởi động êm và ổn định ngay cả khi vận hành với tải trọng lớn.

- Bảo trì linh hoạt: Cấu trúc cơ khí của hệ thống có hộp số cho phép kỹ thuật viên bảo dưỡng và sửa chữa từng bộ phận riêng lẻ, giúp việc bảo trì thuận tiện hơn.

3.2 Nhược điểm của hệ thống máy kéo không hộp số

- Tốc độ vận hành thấp hơn: So với máy kéo truyền động trực tiếp, công nghệ có hộp số thường ít được lựa chọn cho các ứng dụng tốc độ cao, lưu lượng giao thông lớn. Các hệ thống có hộp số thường đạt tốc độ tối đa khoảng 2,5 – 3,0 m/s.

- Tiếng ồn và rung động: Chuyển động cơ khí và ma sát trong hộp số có thể tạo ra tiếng ồn và rung động, ảnh hưởng đến độ êm ái khi vận hành và trải nghiệm của người sử dụng, tác động tới chất lượng tổng thể của công trình.

- Tổn hao năng lượng cao hơn: Do truyền động thông qua bánh răng nên hệ thống có tổn thất năng lượng cơ học cao hơn so với hệ thống truyền động trực tiếp.

- Phát sinh công việc bảo dưỡng hộp giảm tốc: Hệ thống cần kiểm tra dầu, phớt, tình trạng bánh răng, ổ trục, rò rỉ và độ rơ cơ khí.

4. Đánh giá ưu - nhược điểm của hệ thống máy kéo không hộp số

4.1 Ưu điểm của hệ thống máy kéo không hộp số

- Tốc độ cao và vận hành êm ái: Thang máy sử dụng máy kéo không hộp số có thể đạt tốc độ lên tới 10 m/s, phù hợp với các công trình cao tầng hoặc có lưu lượng sử dụng lớn. Công nghệ này có thể áp dụng cho nhiều loại thang máy khác nhau như thang tải khách, thang tải cáng, thang tải hàng; cũng như các loại công trình (gia đình, trung tâm thương mại, cao tầng…).

- Hiệu quả năng lượng: Kích thước nhỏ gọn mang lại lợi thế về hiệu suất năng lượng, bởi động cơ nhỏ hơn cần ít điện năng hơn để vận hành. Ngoài ra, việc không sử dụng hộp số giúp giảm ma sát, từ đó giảm tổn thất năng lượng trong quá trình vận hành.

- Hoạt động êm và ít tiếng ồn: Không có hộp số đồng nghĩa với việc giảm đáng kể rung động và tiếng ồn, góp phần nâng cao sự thoải mái cho hành khách trong quá trình di chuyển.

- Giảm một số công việc bảo dưỡng định kỳ: Hệ thống không có dầu, phớt và bánh răng của hộp giảm tốc. Tuy nhiên, phanh, ổ trục, puly, cáp hoặc đai, bộ mã hóa và biến tần vẫn cần được kiểm tra, bảo trì.

- Tuổi thọ dài hơn: Hệ thống có ít bộ phận chuyển động cơ khí hơn, do đó giảm hao mòn và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

- Chi phí đầu tư ban đầu ngày càng được tối ưu: Thang máy không hộp số sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu và hệ thống điều khiển tiên tiến, vì vậy chi phí đầu tư ban đầu thường cao hơn so với hệ thống có hộp số. Dù vậy, trong những năm gần đây, chi phí ngày càng trở nên tối ưu hơn nhờ sản lượng sản xuất toàn cầu lớn.

4.2 Nhược điểm của hệ thống máy kéo không hộp số

- Bảo trì phức tạp hơn: Việc bảo trì đòi hỏi kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao và các linh kiện chuyên dụng hơn.

- Sửa chữa lớn đòi hỏi chuyên môn cao: Việc chẩn đoán động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu PSMS, bộ mã hóa, biến tần và phanh tích hợp thường cần kỹ thuật viên có thiết bị và chuyên môn cao.

- Yêu cầu riêng đối với hệ thống cáp dẹt/ cáp đai phủ PU: Nếu sử dụng máy kéo không hộp số dành cho cáp đai/cáp dẹt, cần đánh giá phương pháp giám sát, tiêu chí thay thế, chi phí vật tư và khả năng cung cấp linh kiện lâu dài.

5. Nên chọn máy kéo thang máy có hộp số hay không hộp số?

Việc lựa chọn hệ thống máy kéo có hộp số hay không hộp số phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chiều cao tòa nhà, lưu lượng sử dụng, ngân sách đầu tư và yêu cầu về chất lượng vận hành.

- Hệ thống có hộp số mang lại giải pháp kinh tế và đáng tin cậy cho các công trình trung tầng, nơi yêu cầu về tốc độ và lưu lượng vận chuyển không quá cao.

- Trong khi đó, hệ thống không hộp số dù có chi phí đầu tư lớn hơn, lại phù hợp với các công trình cao tầng nhờ khả năng đạt tốc độ cao, vận hành êm ái, tiết kiệm năng lượng và có tuổi thọ dài hơn.

- Nếu lựa chọn hệ thống máy kéo cáp dẹt/cáp đai, chủ đầu tư cần xem xét thêm thiết bị giám sát, chi phí thay thế, hiện đại hoá và khả năng cung cấp vật tư của nhà sản xuất.

Nhìn chung, máy kéo không hộp số đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều thang máy mới, kể cả công trình thấp tầng. Tuy nhiên, máy kéo có hộp số vẫn có giá trị trong một số dự án cải tạo và các trường hợp có yêu cầu đặc thù.

Phương án phù hợp nhất là phương án đáp ứng đồng thời yêu cầu kỹ thuật, điều kiện bảo trì và hiệu quả kinh tế trong suốt vòng đời thang máy.