Trong hệ thống thang máy, cáp tải (wire ropes/hoist ropes) là bộ phận trực tiếp treo cabin và đối trọng; trực tiếp ma sát với rãnh puly máy kéo để tạo lực kéo giúp thang máy chuyển động. Công nghệ cáp ảnh hưởng đến kích thước máy kéo, không gian giếng thang, độ êm khi vận hành, phương pháp kiểm tra cũng như chi phí bảo trì, thay thế trong suốt vòng đời thiết bị.
Bên cạnh cáp thép tròn truyền thống, thị trường hiện có nhiều công nghệ khác như cáp thép cường độ cao bọc PU, cáp đai/cáp dẹt lõi thép bọc PU và các loại cáp sử dụng lõi sợi tổng hợp hoặc sợi carbon. Mỗi công nghệ được phát triển để giải quyết những yêu cầu khác nhau và đều có giới hạn riêng.
Để giúp người tiêu dùng hiểu đúng trước khi lựa chọn, Tạp chí Thang máy thực hiện chuỗi bài liên quan tới cáp tải thang máy, gồm hai phần:
Phần 1 – Cáp tải thang máy là gì? - Một số quy định liên quan tới cáp; Lý do vì sao nhà sản xuất cần phát triển các loại cáp tải thang máy thế hệ mới.
Phần 2 – Các loại cáp tải thang máy: Có nên chọn cáp thép tròn truyền thống?
Phần 3 – Các loại cáp tải thang máy: Có nên chọn cáp thép tròn bọc PU?
Phần 4 - Các loại cáp tải thang máy: Có nên chọn cáp dẹt, cáp đai lõi thép bọc PU?
Tạp chí Thang máy hy vọng thông qua chuỗi bài này, người tiêu dùng có thêm cơ sở lựa chọn công nghệ phù hợp với công trình và chi phí sử dụng lâu dài.
Phần 1 - Cáp tải thang máy là gì?
Trong thang máy cáp kéo, cabin và đối trọng được nối với nhau bằng hệ thống cáp tải, chuyển động ngược chiều trong giếng thang. Máy kéo làm quay puly; lực ma sát giữa cáp tải và rãnh puly truyền lực để nâng, hạ cabin.
Nếu lực ma sát không đủ, cáp có thể trượt trên puly, khiến cabin chuyển động không đúng yêu cầu hoặc dừng tầng thiếu chính xác.
Cáp tải thang máy có tên tiếng Anh là wire ropes hoặc hoist ropes, dùng để treo cabin và đối trọng.
Trong các tiêu chuẩn quốc tế, cáp tải được gọi rộng hơn là phương tiện treo (suspension means). Thuật ngữ này bao gồm cáp thép tròn truyền thống và các công nghệ khác dùng để treo cabin, đối trọng, chẳng hạn cáp thép tròn cường độ cao bọc elastomer/PU, cáp thép dẹt/cáp đai bọc PU (belt coated rope) và cáp dẹt/đai lõi sợi carbon (carbon fiber rope).
Trong thang máy dẫn động ma sát (thang máy cáp kéo), cabin thang máy nâng/hạ thông qua lực ma sát giữa các dây cáp tải với các rãnh của puli dẫn của máy dẫn động.
Cáp thép tròn lõi sợi là công nghệ cáp lâu đời và phổ biến nhất trong lĩnh vực thang máy.
Tuy nhiên, từ cuối thập niên 1990 đến đầu những năm 2000, sự phát triển của máy kéo không hộp số và thang máy không phòng máy đặt ra yêu cầu thu nhỏ hệ thống truyền động. Nhu cầu này càng rõ ở những công trình có giếng thang hẹp, chiều cao tầng trên cùng (OH) hạn chế hoặc công trình cải tạo.
Cáp thép tròn lõi sợi đay là loại cáp phổ biến nhất được ứng dụng trong lĩnh vực thang máy. Lõi sợi đay giúp tăng độ linh hoạt của cáp khi uốn qua puly, đồng thời lưu trữ dầu dưỡng cho cáp.
Khả năng kéo của thang máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hệ số ma sát giữa phương tiện treo và puly, góc ôm giữa puly và cáp, biên dạng rãnh puli và tỷ số lực căng cáp ở hai đầu.
Trong các thiết kế máy kéo nhỏ gọn, góc ôm hoặc điều kiện tạo lực ma sát kéo có thể bị hạn chế. Đồng thời, nếu tiếp tục thu nhỏ puly nhưng vẫn sử dụng cáp thép thông thường, ứng suất uốn trong cáp sẽ tăng, làm cáp nhanh mỏi và giảm tuổi thọ.
Lưu ý: Tiêu chuẩn EN 81-20:2014 và tiêu chuẩn tương đương hoàn toàn tại Việt Nam là TCVN 6396-20:2017 quy định tại điều 5.5.2.1: Tỷ lệ giữa đường kính danh nghĩa của puli dẫn, puli đổi hướng hoặc tang cuốn cáp (D) và đường kính danh nghĩa của cáp treo (d) phải ít nhất là 40 không phụ thuộc vào số tao cáp.
D/d≥40
Nói cách khác, đường kính của puly phải gấp ít nhất 40 lần đường kính cáp. Ví dụ, cáp có đường kính 10 mm cần puly có đường kính tối thiểu 400 mm.
Vì vậy, các phương tiện treo thế hệ mới được phát triển theo hai hướng: (1) Sử dụng lõi chịu lực cường độ cao, có đường kính hoặc chiều dày nhỏ để giảm kích thước puly; (2) Đồng thời sử dụng lớp phủ elastomer/PU để tăng và kiểm soát độ ma sát giữa puly và cáp, cách ly tiếp xúc kim loại – kim loại, giảm tiếng ồn và hạn chế mài mòn cáp và puli.
Để thu gọn máy kéo cho các công trình có yêu cầu chiều cao OH thấp, cũng như phát triển các công nghệ cáp siêu nhẹ cho thang máy tốc độ cao/chiều cao hành trình lớn, nhà sản xuất thang máy đã nghiên cứu, phát triển các công nghệ cáp khác nhau.
Ngoài yêu cầu thu nhỏ máy kéo đối với thang không phòng máy, việc phát triển công nghệ cáp mới còn xuất phát từ các tòa nhà siêu cao tầng, nơi khối lượng của cáp thép trở thành phần đáng kể trong tổng khối lượng chuyển động. Cáp càng dài, tải trọng đặt lên máy kéo càng lớn, làm tăng điện năng tiêu thụ và nguy cơ dao động cáp.
Thực tế, gần 70% trọng lượng của thang máy là của dây cáp, và khi dây quá dài, trọng lượng của thang máy sẽ quá lớn, tiêu tốn công suất máy kéo, năng lượng hoạt động.
Vì vậy, các nhà sản xuất đã nghiên cứu những phương tiện treo có tỷ số độ bền trên khối lượng cao hơn, như cáp sợi aramid, cáp tròn hoặc cáp dẹt/cáp đai lõi sợi carbon và cáp thép cường độ cao đường kính nhỏ bọc polymer/PU…
Việc phát triển các công nghệp cáp mới giúp tạo điều kiện thu nhỏ máy kéo và tối ưu không gian giếng thang; nhưng cũng đòi hỏi thiết kế, kiểm tra và tiêu chí thay thế phù hợp với từng công nghệ.
Các công nghệ cáp mới có đường kính nhỏ hơn, độ ma sát lớn hơn giúp thu gọn kích thước máy kéo, từ đó tăng diện tích cabin, giảm chiều cao OH.
Trên thị trường hiện tại có nhiều công nghệ cáp khác nhau, dù ứng dụng công nghệ cáp nào, nhà sản xuất cũng phải đảm bảo yêu cầu về hệ số an toàn của cáp, như sau:
Tiêu chuẩn EN 81-20:2014 và tiêu chuẩn tương đương hoàn toàn tại Việt Nam là TCVN 6396-20:2017 quy định tại điều 5.5.2.2:
5.5.2.2 Hệ số an toàn của kết cấu treo phải không ít hơn:
a) 12 trong trường hợp dẫn động ma sát với ba sợi cáp hoặc nhiều hơn;
b) 16 trong trường hợp dẫn động ma sát với hai sợi cáp;
c) 12 trong trường hợp dẫn động tang cuốn cáp và thang thủy lực có sử dụng cáp;
d) 10 trong trường hợp sử dụng xích.
Hệ số an toàn là tỷ số giữa lực kéo đứt tối thiểu (tính bằng Newton)của một sợi cáp và lực căng tối đa (tính bằng Newton) trên sợi cáp này, khi cabin mang mức tải định mức dừng ở tầng thấp nhất.
Ví dụ: Khi cabin thang máy đủ tải và dừng ở tầng thấp nhất, mỗi sợi cáp chịu lực căng lớn nhất là 5.000 N:
Nếu thang sử dụng 4 sợi cáp, hệ số an toàn tối thiểu là 12. Mỗi sợi phải có lực kéo đứt tối thiểu:
5.000×12=60.000 N
Nếu thang chỉ sử dụng 2 sợi cáp, hệ số an toàn phải tăng lên 16. Mỗi sợi phải có lực kéo đứt tối thiểu:
5.000×16=80.000 N
Giống như khi treo một vật nặng 10 kg, người ta không chọn sợi dây chỉ vừa đủ chịu 10 kg mà chọn loại có sức bền lớn hơn nhiều lần.
Lưu ý: Cáp tải (wire ropes/hoist ropes) thang máy cần được phân biệt với một số loại thiết bị cáp khác trong thang máy:
• Cáp của bộ khống chế vượt tốc (wire ropes): truyền chuyển động đến bộ khống chế và góp phần kích hoạt cơ cấu an toàn khi cabin vượt tốc.
• Cáp hoặc xích cân bằng (Compensation Ropes/Chains): bù lại sự thay đổi khối lượng cáp tải giữa cabin và đối trọng, thường cần thiết ở thang có hành trình lớn.
• Cáp điện động (travelling cable): là cáp dẫn điện và truyền tín hiệu giữa cabin với hệ thống điều khiển; không có nhiệm vụ treo cabin.
• Cáp cửa (wire ropes): truyền chuyển động trong cơ cấu đóng, mở cửa.
Không phải dây cáp nào xuất hiện trong giếng thang cũng được gọi là cáp tải.
Trong các phần tiếp theo sau đây thuộc chuỗi bài Loại cáp tải thang máy nào tốt nhất?, Tạp chí Thang máy sẽ tập trung vào các công nghệ cáp tải của thang máy cáp kéo và thang thủy lực gián tiếp, giúp người tiêu dùng có thể so sánh, lựa chọn công nghệ cáp tải cho hệ thống thang của mình.
Phần 2 – Các loại cáp tải thang máy: Có nên chọn cáp thép tròn truyền thống?
Phần 3 – Các loại cáp tải thang máy: Có nên chọn cáp thép tròn bọc PU?
Phần 4 - Các loại cáp tải thang máy: Có nên chọn cáp dẹt, cáp đai lõi thép bọc PU?
