Thang máy

Thang máy là một thiết bị vận chuyển theo chiều dọc để di chuyển người hoặc hàng hóa giữa các tầng của một tòa nhà, công trình xây dựng, hoặc cấu trúc khác. Có nhiều loại thang máy như thang máy nâng hàng, thang máy gia đình, thang máy chở khách, thang máy chở giường bệnh, thang máy chở hàng, thang máy chở thực phẩm... Thang máy thường được trang bị động cơ điện để kéo dây cáp và hệ thống đối trọng hoặc bơm thủy lực để nâng một piston hình trụ.

Trong nông nghiệp và sản xuất, thang máy là bất kỳ loại thiết bị nâng vật liệu liên tục vào thùng hoặc silo. Có nhiều loại thang máy như thang máy xích và gầu, băng tải vít sử dụng nguyên lý của Archimedes, hoặc thang máy vận chuyển cỏ khô. Các ngôn ngữ khác có thể có từ mượn từ elevator/lift. Theo quy định về xe lăn, thang máy thường là bắt buộc pháp lý trong các tòa nhà cao tầng mới, đặc biệt là những nơi không thể sử dụng đường dốc cho xe lăn.

Ngoài ra còn có một số thang máy có thể di chuyển ngang.

Lịch sử

Thời kỳ tiền công nghiệp

Tham khảo sớm nhất về thang máy xuất hiện trong công trình của kiến trúc sư La Mã Vitruvius, người đã báo cáo rằng Archimedes đã xây dựng thang máy đầu tiên vào khoảng năm 236 TCN. Các nguồn sau này đề cập đến thang máy như một chiếc thùng chạy trên dây gai kéo bằng tay hoặc động vật.

Năm 1000, Cuốn sách Bí mật của al-Muradi ở Hồi giáo Tây Ban Nha mô tả việc sử dụng thiết bị nâng giống như thang máy để nâng một con tàu lớn phá hủy pháo đài. Vào thế kỷ 17, nguyên mẫu thang máy xuất hiện trong các tòa nhà cung điện ở Anh và Pháp. Louis XV của Pháp chế tạo một 'ghế bay' cho một tình nhân tại lâu đài Chateau de Versailles vào năm 1743.

Thang máy cổ đại và trung cổ sử dụng hệ thống truyền động dựa trên palăng hoặc kính chắn gió. Việc phát minh hệ thống truyền động trục vít là bước quan trọng trong công nghệ thang máy từ thời cổ đại, dẫn đến sự ra đời của thang máy tải khách hiện đại. Thang máy trục vít đầu tiên được Ivan Kulibin xây dựng và lắp đặt trong Cung điện Mùa đông vào năm 1793, có thể đã dựa trên thiết kế của Leonardo da Vinci.

Kỷ nguyên công nghiệp

Sự phát triển của thang máy được dẫn đầu bởi nhu cầu di chuyển nguyên liệu như than và gỗ từ các sườn đồi. Công nghệ và kết cấu dầm thép đã phát triển để cung cấp thang máy chở khách và thang máy hiện đại.

Bắt đầu từ các mỏ than, vào giữa thế kỷ 19 thang máy đã được vận hành bằng năng lượng hơi nước và được sử dụng để di chuyển hàng hóa trong các hầm mỏ và nhà máy. Các thiết bị điều khiển bằng hơi nước này nhanh chóng được áp dụng cho nhiều mục đích khác nhau — vào năm 1823, hai kiến trúc sư làm việc tại London, Burton và Hormer, đã xây dựng và vận hành một điểm thu hút khách du lịch mới, được gọi là 'phòng đi lên'. Nó đã đưa khách hàng lên một tầm cao đáng kể ở trung tâm London, cho phép họ chiêm ngưỡng toàn cảnh tuyệt đẹp của thành phố.

Các thang máy chạy bằng hơi nước ban đầu đã được cải tiến trong những thập kỷ tiếp theo; vào năm 1835, một chiếc thang máy sáng tạo được gọi là 'Teagle' đã được phát triển bởi công ty Frost and Stutt ở Anh. Thang máy được dẫn động bằng dây đai và sử dụng một đối trọng để tăng thêm sức mạnh.

Henry Waterman ở New York đã được ghi nhận là người phát minh ra 'điều khiển dây đứng' cho thang máy vào năm 1850.

Năm 1845, kiến trúc sư người Napoli Gaetano Genovese đã lắp đặt 'Ghế bay' cho Cung điện Hoàng gia Caserta, một chiếc thang máy tiên tiến, được bao bọc bởi gỗ hạt dẻ bên ngoài và bên trong là gỗ phong. Nó bao gồm đèn chiếu sáng, hai ghế dài và một tín hiệu điều khiển bằng tay, và có thể được kích hoạt từ bên ngoài mà không cần nỗ lực của người ngồi trong xe. Lực kéo được điều khiển bởi một thợ cơ khí sử dụng hệ thống bánh răng. Một hệ thống an toàn đã được thiết kế để hoạt động nếu dây đứt. Nó bao gồm một chùm được đẩy ra bên ngoài bởi một lò xo thép.

Vào năm 1852, Elisha Otis đã giới thiệu thang máy an toàn, ngăn chặn sự rơi tự do của cabin nếu dây cáp bị đứt. Ông đã chứng minh điều đó tại triển lãm ở New York tại Crystal Palace trong một buổi thuyết trình đầy kịch tính vào năm 1854, và chiếc thang máy chở khách đầu tiên như vậy được lắp đặt tại 488 Broadway, Thành phố New York vào ngày 23 tháng 3 năm 1857.

Trục thang máy đầu tiên xuất hiện trước thang máy chở khách đầu tiên 4 năm. Việc xây dựng tòa nhà của Peter Cooper, Tổ chức Cooper Union ở New York bắt đầu vào năm 1853. Một trục thang máy được bao gồm trong thiết kế, vì Cooper tin rằng thang máy chở khách an toàn sẽ sớm được phát minh. Trục có hình trụ vì Cooper cho rằng đây là thiết kế hiệu quả nhất. Sau đó, Otis đã thiết kế một thang máy đặc biệt cho tòa nhà.

Tòa nhà Equitable Life hoàn thành vào năm 1870 ở Thành phố New York được xem là tòa nhà văn phòng đầu tiên có thang máy chở khách. Tuy nhiên, Peter Ellis, một kiến trúc sư người Anh, đã lắp đặt các thang máy đầu tiên có thể được gọi là thang máy paternoster ở Oriel Chambers ở Liverpool vào năm 1868.

Thang máy điện đầu tiên được xây dựng bởi Werner von Siemens vào năm 1880 tại Đức. Nhà phát minh Anton Freissler đã phát triển ý tưởng của von Siemens và thành công xây dựng một doanh nghiệp ở Áo-Hungary. Frank Sprague đã nâng cao đáng kể độ an toàn và tốc độ của thang máy điện, bổ sung hệ thống kiểm soát tầng, thang máy tự động, kiểm soát gia tốc của thang và độ an toàn. Thang máy của ông chạy nhanh hơn và có tải trọng lớn hơn so với thang máy thủy lực hoặc hơi nước, và 584 thang máy điện đã được lắp đặt trước khi Sprague bán công ty của mình cho Công ty Thang máy Otis vào năm 1895. Sprague cũng phát triển ý tưởng và công nghệ cho nhiều thang máy trong một trục duy nhất.

Vào năm 1882, khi công nghệ thủy lực đã được thiết lập, Công ty Điện thủy lực London được thành lập bởi Edward B. Ellington và những người khác. Họ xây dựng một mạng lưới đường ống áp suất cao bao quanh sông Thames, mở rộng ra 184 dặm và cung cấp cho hơn 8.000 máy móc, chủ yếu là thang máy và cần cẩu.

Schuyler Wheeler nhận bằng sáng chế cho thiết kế thang máy điện của mình vào năm 1883.

Năm 1874, JW Meaker nhận bằng sáng chế cho một phương pháp an toàn cho cửa thang máy. Năm 1887, Alexander Miles, một nhà phát minh người Mỹ từ Duluth, Minnesota, nhận bằng sáng chế cho thang máy có cửa tự động đóng.

Thang máy đầu tiên ở Ấn Độ được Otis lắp đặt tại Raj Bhavan ở Calcutta (hiện Kolkata) vào năm 1892.

Vào năm 1900, thang máy hoàn toàn tự động đã xuất hiện, nhưng hành khách ban đầu không tin dùng. Năm 1945, có cuộc đình công của nhân viên thang máy ở New York và việc áp dụng nút dừng khẩn cấp, điện thoại khẩn cấp và hỗ trợ tự động bằng giọng nói đã được triển khai để giải thích một cách nhẹ nhàng.

Năm 2000, thang máy chân không đầu tiên được giới thiệu vào thị trường hàng loạt tại Argentina.

Thiết kế

Một số người cho rằng thang máy ban đầu xuất hiện dưới dạng dây thừng đơn giản hoặc dây chuyền kéo (xem thang máy kéo dưới đây). Thang máy cơ bản là một nền tảng được di chuyển lên xuống bằng phương tiện cơ học. Ngày nay, thang máy bao gồm một cabin (hay còn gọi là 'lồng', 'toa') được treo trên một bệ trong một không gian kín gọi là trục hoặc đôi khi là 'vận thăng'. Trước đây, thang máy được điều khiển bằng piston thủy lực hoặc bằng tay. Trong thang máy 'lực kéo', cabin được kéo lên bằng dây thép cuộn quanh ròng rọc sâu, thường gọi là puly trong ngành. Trọng lượng của cabin được cân bằng bởi một đối trọng. Đôi khi hai thang máy được thiết kế để chuyển động đồng bộ và cân bằng lẫn nhau.

Ma sát giữa các sợi dây và ròng rọc tạo ra lực kéo cho loại thang máy này.

Thang máy thủy lực sử dụng nguyên lý của thủy lực (tức là sức mạnh từ chất lỏng) để tạo áp lực cho một piston dưới mặt đất hoặc trên mặt đất để di chuyển cabin lên xuống (xem Thang máy thủy lực bên dưới). Thang máy thủy lực kết hợp cả dây thừng và hệ thống thủy lực để điều khiển việc nâng hạ cabin. Các công nghệ tiên tiến gần đây bao gồm động cơ nam châm vĩnh cửu, máy không hộp số chạy trên đường ray mà không cần phòng máy và bộ điều khiển vi xử lý.

Công nghệ được áp dụng trong việc lắp đặt thang máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Thang máy thủy lực thường có chi phí thấp hơn, nhưng việc lắp đặt các xi lanh lớn hơn để đối phó với các tòa nhà cao và vận thăng thang máy rất cao trở nên không khả thi. Đối với các tòa nhà có nhiều tầng hơn bảy, thường phải sử dụng thang máy kéo thay thế. Thang máy thủy lực thường chậm hơn so với thang máy dùng lực kéo.

Thang máy là một lựa chọn phù hợp cho việc tùy chỉnh hàng loạt. Các kinh tế lớn thường dựa vào sản xuất hàng loạt các thành phần, nhưng mỗi tòa nhà lại có các yêu cầu riêng biệt như số tầng, kích thước giếng và mật độ sử dụng khác nhau.

Cửa

Cửa thang máy ngăn người dùng thang máy khỏi việc rơi vào, xâm nhập hoặc làm xáo trộn trong thang máy. Cấu hình phổ biến nhất là hai tấm cửa gặp nhau giữa và trượt mở sang hai bên. Trong cấu hình cửa xếp lớp với kính (cho phép lối vào rộng hơn trong không gian hạn chế), các cánh cửa lăn trên các rãnh riêng biệt để khi mở, chúng xếp sau lưng nhau và khi đóng, chúng tạo thành các lớp xếp tầng ở một bên. Điều này có thể được cấu hình để hai bộ cửa xếp lớp hoạt động như cửa mở trung tâm đã được mô tả trước đó, cho phép một cabin thang máy rộng rãi hơn. Trong những cài đặt ít tốn kém hơn, thang máy cũng có thể sử dụng một cửa 'phiến' lớn: một tấm cửa duy nhất có chiều rộng của mỗi ô mở ra bên trái hoặc bên phải. Một số tòa nhà có thang máy với cửa đơn trên trục và cửa xếp đôi trên cabin.

Thang máy không phòng máy (MRL)

Thang máy không phòng máy được thiết kế sao cho hầu hết các bộ phận nằm gọn trong trục toa thang; và một tủ nhỏ chứa bộ điều khiển thang máy. Khác với máy móc trong vận thăng, thiết bị này tương tự như thang máy thủy lực thông thường hoặc không có lỗ. Thang máy không phòng máy đầu tiên trên thế giới, Kone MonoSpace, được Kone giới thiệu vào năm 1996. Những lợi ích là:

• tạo ra nhiều không gian sử dụng hơn
• sử dụng ít năng lượng hơn (ít hơn 70–80% so với thang máy thủy lực tiêu chuẩn)
• không sử dụng dầu (giả sử đó là thang máy kéo)
• tất cả các thành phần nằm trên mặt đất tương tự như thang máy loại thủy lực có dây (điều này loại bỏ mối quan tâm về môi trường được tạo ra bởi xi lanh thủy lực trên thang máy loại thủy lực trực tiếp được lưu trữ dưới lòng đất)
• chi phí thấp hơn một chút so với các loại thang máy khác; đáng kể như vậy đối với thang máy MRL thủy lực
• có thể hoạt động với tốc độ nhanh hơn thủy lực nhưng không phải là đơn vị lực kéo thông thường.

Nhược điểm: Thiết bị có thể khó bảo trì và bảo dưỡng, và nguy hiểm hơn đáng kể khi thực hiện bảo trì và bảo dưỡng.

• Độ ồn ở mức 50–55 dBA (đo decibel trọng số A), có thể thấp hơn một số nhưng không phải tất cả các loại thang máy.
• Thường được sử dụng cho các tòa nhà thấp tầng đến trung tầng
• Cơ cấu động cơ được đặt trong chính thang máy
• Hoa Kỳ đã chậm chấp nhận Thang máy MRL thương mại vì mã
• Bộ luật xây dựng quốc gia và địa phương không đề cập đến thang máy không có phòng máy. Thang máy MRL dân dụng vẫn không được phép sử dụng theo mã ASME A17 ở Mỹ. Thang máy MRL đã được công nhận trong bản bổ sung năm 2005 cho Bộ luật thang máy A17.1 2004.
• Ngày nay, một số thang máy thủy lực không có phòng máy của Otis và ThyssenKrupp đã tồn tại; chúng không liên quan đến việc sử dụng pít-tông nằm dưới lòng đất hoặc trong phòng máy, giảm thiểu các mối quan tâm về môi trường; tuy nhiên, mã vẫn chưa chấp nhận chúng ở tất cả các vùng của Hoa Kỳ.

Thang máy hai tầng

Thang máy hai tầng là loại thang máy kéo lồng có tầng trên và tầng dưới. Cả hai thang có thể phục vụ một tầng cùng một lúc và cả hai thang thường được truyền động bởi cùng một động cơ. Hệ thống này giúp tăng hiệu quả trong các tòa nhà cao tầng và tiết kiệm diện tích để không cần bổ sung thêm trục và toa xe.

Năm 2003, ThyssenKrupp đã phát minh ra một hệ thống gọi là TWIN, trong đó hai toa thang chạy độc lập trong cùng một trục.

• Thang bộ

Liên kết bên ngoài

• Thang máy trên Từ điển bách khoa Việt Nam
• elevator (vertical transport) trên Encyclopædia Britannica (tiếng Anh)