Thang nâng hàng – Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động

Thang nâng hàng là thiết bị nâng hạ chuyên dụng để vận chuyển hàng hóa theo chiều thẳng đứng giữa các tầng trong nhà xưởng, kho bãi, công trình công nghiệp. Khác với thang máy chở người, thang nâng hàng chỉ chuyên chở vật liệu, hàng hóa do đó thường có khung và cabin kiên cố hơn, kèm theo các cơ cấu an toàn riêng.

Thang nâng hàng hoạt động bằng nguồn điện hoặc hệ thống thủy lực, được trang bị các tính năng an toàn như cảm biến vị trí, công tắc hành trình, phanh khẩn cấp nhằm bảo vệ tải và người vận hành.

Cấu tạo thang nâng hàng

Khung kết cấu và ray dẫn hướng

Khung kết cấu là kết cấu thép chịu lực chắc chắn, thường được chế tạo từ thép cacbon, phủ sơn tĩnh điện chống ăn mòn. Khung thang gắn với tường hoặc nền, dẫn hướng cabin và hệ thống đối trọng (nếu có).

Cabin (sàn nâng)

Cabin làm từ tôn gân chống trượt hoặc inox chịu lực cho sàn và vách làm bằng tôn sơn tĩnh điện, inox hoặc lưới thép nhằm tăng độ bền và giảm trọng lượng. Cửa cabins dùng cửa kéo hoặc cửa gấp cho từng tầng hoặc chỉ cabin.

Cơ cấu nâng

Tùy loại thang cơ cấu này bao gồm động cơ điện và hộp số hoặc xi lanh thủy lực. Động cơ điện điều khiển dây cáp, xích quấn quanh tang, nâng cabin. Xi lanh thủy lực sử dụng áp lực dầu ép piston nâng cabin. Công suất động cơ và kích thước xi lanh được thiết kế tương ứng với tải trọng yêu cầu.

Hệ thống điều khiển

Gồm tủ điện trung tâm với bộ vi xử lý (PLC), biến tần điều chỉnh tốc độ và mạch tín hiệu quản lý hành trình. Bộ điều khiển tín hiệu nhận lệnh gọi tầng từ bảng nút bấm, sau đó tác động đến điều khiển động lực (biến tần) để điều chỉnh vận tốc và vị trí cabin.

Thiết bị an toàn

Bao gồm phanh hãm cơ khí (bộ hãm an toàn) ngăn rơi tự do khi đứt cáp, công tắc giới hạn hành trình, công tắc khóa cửa tầng và công tắc cửa cabin liên động. Các thiết bị này đảm bảo thang chỉ hoạt động khi cửa đã đóng kín và kích hoạt phanh nếu tốc độ cabin vượt quá mức cho phép hoặc cáp bị đứt.

Phân loại thang nâng hàng theo cơ chế nâng

Thang nâng hàng có nhiều kiểu cơ cấu nâng với nguyên lý và ứng dụng khác nhau như: thủy lực, dây xích (hoặc cáp), trục vít và điện cơ (động cơ + cáp đối trọng).

Thang nâng thủy lực

Dùng xi lanh thủy lực (hoặc xi lanh kiểu cắt kéo) làm cơ cấu nâng. Khi động cơ (bơm thủy lực) bơm dầu vào xi lanh, áp suất đẩy pít-tông lên, kéo cao cabin. Ưu điểm: Có thể nâng tải trọng rất lớn trong không gian nhỏ gọn (xi lanh có thể nâng hàng chục tấn không cần cơ cấu động cơ nâng ở trên cao.

Nhược điểm: Tốc độ di chuyển chậm từ 0,5–1 m/s; hệ thủy lực có xu hướng trôi tải (cabin có thể hạ dần nếu giữ tải lâu) hiệu suất cơ khí thấp (tốn điện để bơm dầu), dễ bị rò rỉ dầu và cần bảo dưỡng định kỳ hệ thống thủy lực. Thang thủy lực thường dùng cho hàng nặng và hành trình ngắn (từ 6m - 8 m) trong kho xưởng.

Thang nâng hàng thủy lực 5 tấn

Thang nâng dùng cáp thép, xích tải

Cơ cấu nâng là cáp thép, xích tải cuốn trên puly (hay hệ truyền bánh răng xích). Động cơ điện + hộp số xoay puly dẫn động kéo cabin lên.

Ưu điểm: Tải trọng chịu được rất lớn, hiệu suất cao (gần 98%) và độ bền cao hệ thống không trôi tải khi dừng ở bất kỳ tầng nào.Thang nâng dùng vận hành ổn định và dễ thiết kế cho nhiều tải trọng lẫn tốc độ khác nhau.

Nhược điểm: Yêu cầu sử dụng cáp thép, xích tải chính hãng, nếu xích không đạt chuẩn có thể giãn dài theo thời gian dẫn đến hỏng; xích và puly có giá thành cao hơn so với lò xo hoặc cáp thừng thông thường. Thang xích phù hợp cho công nghiệp nặng, nhu cầu nâng hạ liên tục với tải lớn và khoảng cách nhiều tầng.

Thang nâng trục vít (vitme)

Dùng vít me và đai ốc (hoặc hệ ren) để nâng cabin. Động cơ quay vít, đai ốc gắn với cabin sẽ dịch chuyển lên xuống.

Ưu điểm: Độ chính xác rất cao, vị trí cabin cố định chắc chắn khi dừng (ít trôi tải); hiệu suất cơ khí tương đối lớn (~90%); cơ cấu đơn giản, ít rung lắc ở hành trình ngắn.

Nhược điểm: Chi phí thiết kế và chế tạo cao; hành trình nâng bị giới hạn (khó làm vít quá dài); dễ xảy ra hiện tượng vít bị xoắn/ngắn dao (whip) và mòn nhanh nếu vít quá dài hoặc tốc độ cao. Thang nâng vitme thường dùng cho nâng hạ hàng tải trung bình dưới 2 tấn ở các vị trí yêu cầu độ chính xác cao hoặc không có mặt bằng rộng cho hệ thống đối trọng.

Thang nâng  hàng động cơ và cáp đối trọng

Là loại phổ biến giống thang máy chở người nhưng thiết kế chuyên dùng chở hàng. Gồm một motor điện có hộp số chuyên dụng quay tang cuốn cáp hoặc dây xích, kèm đối trọng cân bằng tải.

Ưu điểm: Thiết kế phổ thông chi phí thấp hơn so với thủy lực; tốc độ nâng cao hơn (có thể tới 1–2 m/s) và vận hành êm do dùng biến tần điều khiển tốc độ, độ tin cậy cao với tải trọng nhỏ và trung bình.

Nhược điểm: Cần có phòng máy hoặc không gian đặt tang cuốn và đối trọng; năng lực chịu tải bị giới hạn bởi kích thước motor và cáp; phải bảo trì hệ thống cáp, ròng rọc, phanh điện. Thang điện cơ phù hợp với tòa nhà, kho nhẹ, nơi cần tự động hóa và tốc độ cao, nhưng tải trọng thường không quá lớn.

Vật liệu chế tạo thang nâng hàng

Thang nâng hàng thường được chế tạo chủ yếu từ thép chất lượng cao. Khung kết cấu sử dụng thép cacbon chịu lực, được sơn tĩnh điện để chống gỉ và bền bỉ trong môi trường công nghiệp. Cabin và bàn nâng có sàn làm từ tôn gân chống trượt hoặc inox, vách cabin làm từ tấm inox (mác 304) hoặc tôn sơn tĩnh điện, đôi khi thêm vách lưới thép để giảm trọng lượng. Các chi tiết dẫn hướng (ray, guốc) và cơ cấu nâng (xi lanh, bánh răng, vít me, xích, cáp tải) đều dùng thép hợp kim chịu lực cao. Vật liệu cửa tầng thường là inox hoặc thép tĩnh điện, thiết kế an toàn (khóa liên động).

Thang nâng hàng dùng xích tải

>>>Xem thêm: Thang nâng hàng 250kg, 500kg đến 5 tấn Thái Long cung cấp

Cơ chế điều khiển

Thang nâng hàng hiện đại thường trang bị điều khiển tự động, nghĩa là sử dụng bảng gọi tầng và bộ điều khiển PLC/biến tần để vận hành như thang máy thông thường. Cabin sẽ tự động dừng và mở cửa tại các tầng được gọi, với biến tần điều chỉnh tốc độ để hành trình mượt mà. Ngoài ra, còn có loại điều khiển bán tự động (semi-automatic): người vận hành có thể chủ động điều khiển đưa cabin đến tầng mong muốn và hệ thống đảm bảo an toàn (khóa cửa, ngắt hoạt động khi quá tải…). Hầu hết hệ thống đều có thiết bị cảnh báo và bảo vệ – ví dụ khi quá tải sẽ báo động không cho chạy, hoặc cảm biến cửa tầng và phanh an toàn chống rơi cho phép hoạt động chỉ khi cửa đã đóng kín.

Tải trọng thiết kế

Tải trọng của thang nâng hàng rất đa dạng, thường được chọn theo ứng dụng cụ thể. Thông thường, thang nhỏ có tải 300–500 kg, các loại phổ thông 500kg – 2 tấn và có thể lên đến 3–5 tấn (hoặc hơn). Thiết kế cơ khí của thang phải đảm bảo chịu được ít nhất 1,5 lần tải trọng định mức – nghĩa là khung và cơ cấu chịu lực được gia cường để có hệ số an toàn cao. Động cơ, cáp/xích và xi lanh được tính toán dựa trên tổng tải (hàng hóa + trọng lượng cabin + động năng), thường cộng thêm hệ số va đập để vận hành an toàn. Ví dụ, nếu cần nâng tải 2 tấn, các bộ phận phải được tính toán để chịu tải vượt khoảng 3 tấn trở lên nhằm tránh quá tải đột ngột. Tốc độ nâng cũng phụ thuộc vào tải và cơ cấu (càng tải nặng, tốc độ thường càng giảm).

Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn

Hoạt động ổn định và an toàn của thang nâng hàng phụ thuộc nhiều vào các yếu tố kỹ thuật sau:

Bảo dưỡng định kỳ: Kiểm tra, bôi trơn và thay thế các linh kiện như cáp, xích, đai ốc vít, dầu thủy lực… theo định kỳ giúp duy trì hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị. Thiếu bảo dưỡng dễ dẫn đến mòn chi tiết, hoạt động kém trơn tru, thậm chí hỏng hóc đột ngột.

Tuân thủ tải trọng: Không vận hành quá tải trọng định mức. Vận hành tải lớn vượt quy định làm mòn nhanh hoặc hỏng ngay cơ cấu nâng, giảm tuổi thọ thang. Thang nâng thường có cảm biến báo quá tải và sẽ khóa lệnh nâng khi trọng lượng vượt mức thiết kế.

Môi trường làm việc: Điều kiện ẩm ướt, bụi bẩn hoặc hóa chất ăn mòn ảnh hưởng xấu đến thiết bị. Thang lắp ngoài trời hoặc trong xưởng hóa chất cần vật liệu chống ăn mòn và bảo vệ đèn chiếu sáng, tủ điện. Môi trường nhiều bụi yêu cầu kín khít hoặc có biện pháp chống bụi cho cabin và các công tắc cửa.

Chất lượng linh kiện: Sử dụng linh kiện, chi tiết cơ khí chất lượng cao (động cơ, biến tần, cáp chuyên dụng, xích chuẩn, xi lanh đạt tiêu chuẩn) rất quan trọng. Linh kiện kém chất lượng dễ dẫn đến sự cố và giảm tuổi thọ tổng thể. Ví dụ, dây cáp không đúng thông số có thể đứt, xi lanh kém chịu áp suất có thể nổ…

Hệ thống an toàn tích hợp: Cần trang bị đầy đủ cảm biến an toàn và cơ cấu bảo vệ: công tắc khóa cửa tầng, cảm biến chống kẹp cửa, phanh khẩn tự động (hãm khi vượt tốc độ hoặc đứt cáp). Hệ thống này ngắt ngay nếu có sự cố (cửa không đóng kín, vượt hành trình, quá tải…), bảo vệ cả tải và con người.

Khả năng chịu va đập và rung động: Trong thực tế, va chạm, rung lắc do chu trình dừng/phanh cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ. Do đó thiết kế phải tính đến giảm xóc (giảm chấn cabin) và lắp đặt nền móng vững chắc.

Thang nâng hàng là hệ thống cơ - điện kết hợp do đó hiệu suất và độ an toàn phụ thuộc vào thiết kế cơ khí (cơ cấu nâng, vật liệu, hệ truyền động) và hệ thống điều khiển – an toàn. Việc chọn cơ chế nâng phù hợp, vật liệu chất lượng và bảo trì đúng cách là yếu tố then chốt để đạt hiệu quả vận hành cao và an toàn.

Thái Long