Tại Sao Các Bậc Thang Cuốn Lại Có Răng Cưa | Thiên Hà TV

Mỗi ngày, hàng triệu người bước lên thang cuốn mà chẳng mấy khi để ý đến những đường rãnh giống như hàm răng trên mỗi bậc thang. Chúng xuất hiện ở khắp mọi nơi, từ trung tâm thương mại đến ga tàu điện ngầm. Nhưng tại sao các kỹ sư lại thiết kế chúng như vậy? Điều gì sẽ xảy ra nếu những chiếc răng ấy biến mất? Và đáng sợ hơn, một cỗ máy quen thuộc đến mức chẳng ai đề phòng lại có thể trở thành cái bẫy chết người như thế nào? Câu trả lời bắt đầu từ một vụ tai nạn kinh hoàng ở Rome. 3 phút kinh hoàng dưới lòng đất Rome Tối ngày 23 tháng 10 năm 2018, hàng ngàn cổ động viên bóng đá đổ về Rome, thủ đô nước Ý để theo dõi trận đấu giữa AS Roma và CSKA Moscow tại ga tàu điện ngầm Repubblica Một nhóm cổ động viên vừa hát vang vừa di chuyển xuống sân ga Không ai ngờ rằng chỉ vài phút sau, chiếc thang cuốn họ đang đứng sẽ trở thành một cái bẫy nguy hiểm Khoảng 7 giờ 03 phút tối, gần 50 người đang đứng trên thang cuốn Chỉ 30 giây sau, con số này tăng gần gấp đôi Đám đông tiếp tục dồn xuống, khiến tải trọng ngày càng lớn Bên trong cổ máy, động cơ phải tạo thêm lực cản để giữ tốc độ ổn định Nhưng trọng lượng hành khách tiếp tục tăng, đẩy hệ thống đến giới hạn chịu tải Đến khoảng 7 giờ 04 phút, các bậc thang bắt đầu chạy nhanh bất thường Cảm biến lập tức phát hiện sự cố, ngắt điện động cơ và kích hoạt phanh chính Thế nhưng, chiếc thang vẫn tiếp tục tăng tốc Ngay cả hệ thống phanh khẩn cấp cũng không thể dừng nó lại Chỉ một phút sau, mọi thứ trở nên hỗn loạn Những người phía trên mất thăng bằng, ngã nhào vào nhau Một số cố nhảy qua vách ngăn để thoát thân Trong khi những người khác bị cuốn xuống chân thang Các bậc kim loại cũng bị vỡ nát Khiến nhiều người mắc nghẹt giữa đống đổ nát Vụ tai nạn khiến 24 người bị thương Nhà ga lập tức bị phong tỏa để điều tra Điều khó hiểu là chiếc thang cuốn được trang bị nhiều lớp bảo vệ độc lập, nhưng không lớp nào ngăn được thảm họa. Vì sao một thiết bị được thiết kế để vận chuyển con người an toàn lại có thể mất kiểm soát đến vậy? Thang cuốn đầu tiên thực chất không có bậc thang. Hơn 130 năm trước, việc đứng trên một cỗ máy tự đưa mình lên cao từng khiến nhiều người vừa thích thú vừa sợ hãi. Điều bất ngờ là chiếc thang cuốn đầu tiên thậm chí còn không có những bậc thang như chúng ta thấy ngày nay. Năm 1896, kỹ sư người Mỹ J.C. Reno giới thiệu phát minh của mình tại Coney Island, New York Ông gọi nó là Continuous Elevator, nghĩa là thang nâng chuyển động liên tục Thiết bị trông giống một băng chuyền bằng kim loại và gỗ, đặt nghiêng khoảng 25 độ Hành khách chỉ cần bước lên, đứng yên để cỗ máy đưa mình lên độ cao khoảng 2,1 mét, rồi đi bộ xuống bằng cầu thang thông thường Vào thời điểm đó, đây là một trải nghiệm hoàn toàn mới lạ Chỉ trong 2 tuần, hơn 75.000 lượt khách đã thử phát minh của Reno. Tuy nhiên, ông nhanh chóng nhận ra một vấn đề. Thay vì bước đi trên băng chuyền như dự tính, hầu hết hành khách đều đứng yên, xoay bàn chân sang một bên và bám chặt tay vịnh. Bề mặt nghiêng khiến nó khó giữ cân bằng, đặc biệt khi bước lên hoặc rời khỏi thiết bị. Hai năm sau, một cỗ máy tương tự xuất hiện tại cửa hàng bách hóa Harrods ở London. Theo một giai thoại nổi tiếng, một số khách hàng sợ hãi đến mức nhân viên phải chuẩn bị rượu brandy để trấn an đàn ông và muối ngửi cho phụ nữ. Dù còn nhiều bất tiện, phát minh của Reno đã mở ra một cách vận chuyển con người hoàn toàn mới. Nhưng để biến nó thành phương tiện sử dụng hằng ngày, các kỹ sư phải tìm cách giúp hành khách đứng vững trên một bề mặt đang chuyển động. Vì sao người ta phải biến băng truyền thành cầu thang? Giải pháp mà các kỹ sư hướng tới là tạo ra những bậc thang có mặt phẳng nằm ngang, giúp hành khách đứng vững như trên cầu thang thông thường Nhưng khi những bậc thang ấy chuyển động thành một vòng khép kín, một vấn đề mới lại xuất hiện ở hai đầu thang Một số thiết kế ban đầu sử dụng dây xích chạy thành vòng, bên trên gắn những khối kim loại có hình dạng bậc thang Khi dây xích chuyển động lên dốc, các khối này nối tiếp nhau tạo thành một cầu thang di động Tuy nhiên, khi đến cuối hành trình và bắt đầu vòng qua bánh xe, chúng lại nghiêng theo hướng chuyển động của dây xích Điều này khiến hành khách khó bước lên hoặc rời khỏi thang một cách an toàn Nhà phát minh người Mỹ George Wheeler đã tìm ra một hướng giải quyết đầy sáng tạo Ông đề xuất thiết kế những bậc thang có khả năng xoay thay vì gắn cứng vào dây xích Đồng thời sử dụng hệ thống đường ray để điều khiển vị trí của chúng Thiết kế này giải quyết được trở ngại lớn nhất của những mẫu cầu thang chuyển động trước đó, mở đường cho thang cuốn hiện đại. Ban đầu ý tưởng của Wheeler chưa được ứng dụng rộng rãi. Về sau, Jesse Berger tiếp nhận và phát triển nó cùng công ty Otis. Năm 1900, chiếc thang cuốn do họ chế tạo được giới thiệu tại Triển lãm Thế giới của Paris, thu hút đông đảo khách tham quan và giành giải thưởng. Từ đây, thang cuốn dần mang hình dáng quen thuộc ngày nay. Nhưng có một điều khá thú vị Khi những bậc thang chạy đến cuối hành trình rồi biến mất dưới sàn Chúng thật sự đi đâu? Những bậc thang biến mất đi đâu? Nếu từng quan sát một chiếc thang cuốn từ bên cạnh Có lẽ bạn sẽ nhận thấy điều khá kỳ lạ Những bậc thang đang xếp thành cầu thang bỗng hạ thấp dần Nối lại thành một mặt phẳng rồi biến mất dưới tấm sàn kim loại Chúng thật sự đi đâu sau khi đưa hành khách đến cuối hành trình? Câu trả lời nằm ngay bên dưới chân chúng ta Toàn bộ các bậc thang được nối thành một hệ thống chuyển động khép kín Khi đi hết một lượt, chúng vòng xuống phía dưới, lật ngược và quay trở lại đầu bên kia để tiếp tục hoạt động Để thực hiện chuyển động ấy, bên trong thang cuốn có một bộ khung thép dài Chứa động cơ, hộp giảm tốc, dây xích và các đường ray Động cơ điện thường được đặt gần đầu trên của thang Nó tạo ra chuyển động quay, sau đó truyền qua hộp giảm tốc để giảm tốc độ và tăng lực kéo Đủ sức vận chuyển cả đoàn bậc thang cùng hành khách Các bậc thang được dây xích kéo đi cùng nhau Nhưng chuyển động của chúng còn được điều khiển bởi những bánh xe nhỏ chạy trên hệ thống đường ray riêng biệt Chính cách bố trí các đường ray giúp mặt bậc luôn nằm ngang khi chở người Và thay đổi vị trí khi đi qua hai đầu thang Khi đến gần điểm kết thúc, các bậc dần thu lại cho đến khi bề mặt gần như ngang bằng với sàn Sau đó chúng vòng qua đầu thang, lật ngược xuống phía dưới và bắt đầu hành trình trở về Khi đến đầu còn lại, hệ thống đường ray đưa chúng trở lại vị trí ban đầu, sẵn sàng cho lượt di chuyển tiếp theo Cơ chế này giúp thang cuốn hoạt động liên tục mà không cần dừng để đưa các bậc trở lại Tuy nhiên, chính tại nơi chúng biến mất dưới sàn, những thiết kế đời đầu đã bộc lộ một mối nguy hiểm khiến các kỹ sư phải tìm cách khắc phục Tại sao các bậc thang cuốn lại có răng cưa? Hãy nhìn xuống bậc thang cuốn dưới chân mình Bạn sẽ thấy hàng chục đường gờ và rãnh nhỏ chạy song song từ trước ra sau Chúng khiến bề mặt kim loại trông giống như có rất nhiều chiếc răng Thiết kế này xuất hiện trên gần như mọi thang cuốn hiện đại Nhưng ít người biết rằng nó ra đời để giải quyết một mối nguy hiểm Từng khiến các kỹ sư đau đầu suốt nhiều năm Những chiếc thang cuốn đời đầu có bề mặt bậc tương đối phẳng Khi đến cuối hành trình, các bậc trượt xuống dưới một tấm sàn cố định Giữa hai bộ phận luôn tồn tại một khe hở dù rất nhỏ Nếu dây giày vạt áo hoặc mép váy lọt vào đó, chuyển động của thang có thể kéo chúng vào bên trong Từng có trường hợp một bé gái 3 tuổi bị kẹp bàn chân tại khu vực này May mắn là em thoát ra được nhưng bị thương ở các ngón chân và mất một chiếc giày Để hạn chế nguy hiểm, Charles Seeberger và công ty Otis từng sử dụng một tấm dẫn hướng hình tam giác ở cuối thang Thay vì bước thẳng về phía trước, hành khách phải rẽ sang một bên để tránh khe hở. Cách làm này có hiệu quả nhất định nhưng khá bất tiện. Người đi xuống phải chuyển hướng ngay khi một chân đã chạm sàn, còn chân kia vẫn nằm trên bậc đang chuyển động. Khi có đông người, việc chen nhau rời thang cũng dễ gây mất thăng bằng. Giải pháp tốt hơn là thay đổi chính bề mặt bậc thang. Các kỹ sư tạo ra những đường rãnh chạy dọc trên mỗi bậc, đồng thời lắp một tấm kim loại có nhiều răng nhỏ tại điểm kết thúc. Bộ phận này được gọi là comb plate hay tấm lược Khi bậc thang tiến đến cuối hành trình, các răng của tấm lược đi vào những đường rãnh Tạo thành một vùng chuyển tiếp gần như liền mạch với sàn cố định Nhờ cách sắp xếp ấy, hành khách có thể bước thẳng ra phía trước Trong khi, nguy cơ dẫm dép và các vật nhỏ bị kéo vào khe hở được giảm đáng kể Tất nhiên, hệ thống này không thể loại bỏ hoàn toàn tai nạn Đặc biệt nếu có vật mềm mắc vào hoặc các bộ phận bị hư hỏng Vậy nên, những đường rãnh mà chúng ta thường gọi là răng trên bậc thang cuốn Có một nhiệm vụ rất quan trọng Chúng phối hợp với tấm lược ở hai đầu để giúp việc lên xuống an toàn hơn Một chi tiết nhỏ nhưng lại là kết quả của cả quá trình cải tiến Nhằm bảo vệ hàng triệu người sử dụng mỗi ngày Những chi tiết an toàn mà chúng ta thường bỏ qua Có bao giờ bạn thắc mắc tại sao hai bên thang cuốn lại có những giải lông giống như bàn chải đánh giày không? Nhiều người tưởng chúng dùng để quét bụi hoặc làm sạch giày dép Thực ra đây là một bộ phận an toàn giúp hạn chế nguy cơ bàn chân bị mắc kẹt Giữa mép bậc thang và vách kim loại hai bên luôn có một khe hở nhỏ để các bậc có thể chuyển động mà không cọ sát vào nhau Tuy nhiên, giày dép, đặc biệt những loại làm bằng cao su mềm, có thể bị ép vào khoảng trống này Khi thang tiếp tục chạy, phần giày mắc kẹt có nguy cơ bị kéo sâu hơn, gây thương tích cho người sử dụng Để giảm nguy hiểm, các kỹ sư đã bổ sung một phần gọi là scrapers hay chỗ bảo vệ bên hông thang cuốn. Thiết kế này xuất hiện từ năm 1982. Những sợi chổi nhô ra khỏi vách thang tạo thành một ranh giới dễ nhận biết. Khi giày chạm vào, hành khách thường có phản xạ dịch chân ra xa, tránh tiếp xúc với khe hở nguy hiểm. Tuy nhiên, những chiếc chổi này không có khả năng ngăn một vật đã bị cuốn vào máy. Tay vịn cũng là một chi tiết an toàn quan trọng. Ngay từ thời Tracy Reno, các kỹ sư đã nhận ra rằng người đứng trên một bề mặt chuyển động cần có chỗ bám để giữ thăng bằng Trên thang cuốn hiện đại, tay vịn được dẫn động bằng cơ cấu riêng, giúp nó di chuyển gần như đồng bộ với các bậc thang Những bộ phận tưởng chừng đơn giản ấy đều có vai trò bảo vệ hành khách Riêng tay vịn còn có một đặc điểm khá thú vị Đôi khi, nó lại chạy nhanh hơn chính những bậc thang bên dưới Vì sao tay vịnh đôi khi chạy nhanh hơn bậc thang? Có thể bạn từng nhận thấy khi đang nắm tay vịnh thang cuốn, bàn tay mình dần trôi về phía trước, trong khi hai chân vẫn đứng yên trên cùng một bậc Cảm giác như tay vịnh đang chuyển động nhanh hơn những bậc thang bên dưới Hiện trường này không hẳn là dấu hiệu chiếc thang bị hỏng Trong một số trường hợp, sự chênh lệch tốc độ nhỏ đã được tính đến ngay từ lúc lắp đặt Để hiểu nguyên nhân, chúng ta cần nhìn vào cách tay vịnh chuyển động Bên trong thanh cuốn có một bánh xe truyền động, sử dụng lực ma sát để kéo vòng đai cao su chạy liên tục Khi bánh xe quay, bề mặt của nó tiếp xúc với tay vịnh và đẩy tay vịnh tiến về phía trước Cơ chế này khá đơn giản, nhưng sau thời gian dài hoạt động, ma sát sẽ khiến bánh xe bị mài mòn Khi đường kính bánh xe giảm, mỗi vòng quay sẽ kéo tay vịnh đi được một quãng đường ngắn hơn trước Nếu không được kiểm tra và điều chỉnh, tay vịnh có thể dần chạy chậm hơn các bậc thang Vì vậy, một số hệ thống được hiệu chỉnh để tay vịnh ban đầu chạy nhanh hơn các bậc thang khoảng 2% Mức chênh lệch nhỏ này giúp bù lại sự hao mòn của bánh xe truyền động sau thời gian dài sử dụng Giữ cho tay vịnh và bậc thang chuyển động gần như đồng bộ Tất nhiên, điều này không có nghĩa tay vịnh càng chạy nhanh càng tốt Tốc độ của nó vẫn phải nằm trong giới hạn cho phép để hành khách không bị kéo lệch người hoặc mất thăng bằng Nếu sự chênh lệch quá lớn, nó có thể là dấu hiệu cần kiểm tra Một chuyển động nhỏ của bàn tay tưởng chừng chẳng đáng chú ý lại cho thấy các kỹ sư phải tính đến cả những thay đổi xảy ra sau nhiều năm sử dụng Và với động cơ thang cuốn, khả năng kiểm soát chuyển động còn dẫn đến một điều bất ngờ hơn Chiếc thang cuốn có thể tự tạo ra điện Một chiếc thang cuốn chở đầy người đi xuống có thể tạo ra điện Nghe khá khó tin Bởi chúng ta thường nghĩ động cơ phải liên tục tiêu thụ điện để kéo các bậc than chuyển động Nhưng trong những điều kiện phù hợp, chính trọng lượng của hành khách lại có thể trở thành nguồn năng lượng cho cỗ máy Hãy tưởng tượng hàng chục người đang đứng trên một chiếc thang cuốn đi xuống Trọng lực liên tục kéo họ về phía dưới, tạo ra lực khiến các bậc thang có xu hướng chuyển động nhanh hơn Lúc này thay vì tiếp tục cung cấp lực kéo, động cơ phải tạo lực cản để giữ tốc độ ổn định Với loại động cơ và hệ thống điều khiển phù hợp, quá trình ấy còn có thể biến một phần năng lượng chuyển động thành điện năng Cơ chế này được gọi là regenerative braking hay Phanh Tái Sinh Nguyên lý tương tự cũng được ứng dụng trên nhiều mẫu ô tô điện Khi xe giảm tốc, động cơ hoạt động như một máy phát điện thu hồi một phần năng lượng vốn có thể bị tiêu hao dưới dạng nhiệt Trên những chiếc thang cuốn được trang bị hệ thống thu hồi năng lượng lượng điện tạo ra có thể được đưa trở lại mạng điện của tòa nhà phục vụ các thiết bị khác hoặc góp phần cung cấp năng lượng cho thang cuốn đi lên Tuy nhiên, không phải hệ thống nào cũng có khả năng này Điều đáng chú ý là động cơ vừa có thể tạo ra chuyển động, vừa có thể góp phần kiểm soát tốc độ Nhưng để bảo đảm an toàn, thang cuốn còn cần những hệ thống phanh cơ học độc lập Và chính các bộ phận này đã trở thành tâm điểm của cuộc điều tra vụ tai nạn tại Rome năm 2018 Vì sao ba lớp bảo vệ cùng thất bại ở Rome? Lực phanh chính của chiếc thang cuốn gặp nạn tại Rome chỉ đạt khoảng 37% mức yêu cầu của nhà sản xuất. Đây là một trong những phát hiện đáng chú ý nhất khi các nhà điều tra, kiểm tra cỗ máy sau vụ tai nạn ngày 23 tháng 10 năm 2018. Trong gần 2 năm, các chuyên gia đã xem xét động cơ, hệ thống truyền động, thiết bị an toàn và dữ liệu vận hành. Kết quả cho thấy khi chiếc thang bắt đầu tăng tốc bất thường, hệ thống cảm biến đã phát hiện sự cố và kích hoạt cơ chế dừng máy Nhưng phanh chính không tạo ra đủ lực hãm để giữ chiếc thang đứng yên Khi tốc độ tiếp tục vượt ngưỡng cho phép, hệ thống phanh phụ được kích hoạt Đây là lớp bảo vệ cuối cùng, được thiết kế để khóa trực tiếp trục truyền động trong tình huống khẩn cấp Thế nhưng, các nhà điều tra phát hiện một trong hai bộ phần chốt hãm của phanh phụ đã bị buộc bằng dây nhựa, khiến nó không thể hoạt động đúng thiết kế Một phát hiện khác cũng khiến cuộc điều tra trở nên nghiêm trọng hơn Chức năng ghi nhận mã lỗi của hệ thống đã bị vô hiệu hóa, khiến những trục trặc có thể xảy ra mà không được lưu lại đầy đủ để phục vụ việc kiểm tra Những kết quả này cho thấy vụ tai nạn không đơn giản xuất phát từ một linh kiện bất ngờ hỏng hóc Chiếc thang đã mất đi nhiều khả năng bảo vệ cần thiết trước khi sự cố xảy ra Và khi các chuyên gia xác định được tình trạng thực tế của cỗ máy Cuộc điều tra chuyển sang câu hỏi quan trọng hơn Ai đã để những hư hỏng ấy tồn tại mà không được khắc phục Khi sự tắc trách trở thành thảm họa Từ những phát hiện kỹ thuật, cuộc điều tra tiếp tục tập trung vào công tác bảo trì Và trách nhiệm của những đơn vị quản lý chiếc thang cuốn Khi kiểm tra hồ sơ, các nhà điều tra phát hiện nhiều tài liệu bảo dưỡng không đầy đủ Trong khi một số công việc sửa chữa quan trọng không có ghi chép tương ứng Vụ việc liên quan đến Cơ quan Vận tải Công cộng Rome, ATAC và nhà thầu bảo trì Metro Roma Theo các tài liệu điều tra được công bố, các công tố viên nghi ngờ có hành vi gian lận hồ sơ Che giấu những thiếu sót trong bảo dưỡng và cố tình vô hiệu hóa thiết bị an toàn Để tránh phải dừng thang cuốn sửa chữa Đến tháng 9 năm 2019, cuộc điều tra đã xác định 11 người bị tình nghi có liên quan Một số cán bộ quản lý cũng bị đình chỉ công tác trong quá trình tố tụng Tuy nhiên, cần phân biệt những nghi vấn hình sự này với các kết luận kỹ thuật đã được xác định về tình trạng của chiếc thang Đáng chú ý, các công tố viên còn thu được một đoạn ghi âm liên quan đến một quản lý của ATAP Trong cuộc trò chuyện, người này đề cập đến khả năng có thêm 3 hoặc 4 chiếc thang cuốn gặp sự cố trong tổng số khoảng 700 chiếc. Nội dung ấy làm dấy lên lo ngại về những nguy cơ an toàn đang được nhìn nhận và xử lý. Vụ tai nạn tại Rome cho thấy việc bảo dưỡng không thể chỉ dừng lại ở những bản ghi chép hay các cuộc kiểm tra mang tính hình thức. Một thiết bị dù được thiết kế chắc chắn đến đâu vẫn có thể trở nên nguy hiểm nếu những cảnh báo không được xử lý và các bộ phận bảo vệ không được duy trì đúng quy trình. Thang cuốn thật sự nguy hiểm đến mức nào? Sau câu chuyện tại Rome, có lẽ nhiều người sẽ cảm thấy lo lắng mỗi khi bước lên thang cuốn. Nhưng trên thực tế, đây vẫn là phương tiện di chuyển có độ an toàn cao khi được lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng đúng quy trình. Mỗi ngày, vô số hành khách sử dụng thang cuốn tại các sân bay, ga tàu điện ngầm và trung tâm thương mại mà không gặp sự cố. Điều đáng chú ý là những bộ phận chịu lực của thang cuốn được chế tạo vô cùng chắc chắn. Một bậc thang có thể chịu lực phá hủy lớn hơn 15 kN. tương đương sức nặng của khoảng 1,5 tấn nếu quy đổi theo trọng lực trái đất. Để dễ hình dung, sức chịu tải ấy có thể so sánh với trọng lượng của một con voi nhỏ. Các bậc thang và dây xích kéo chúng được thiết kế với độ bền cao nhằm chịu được tải trọng lớn trong quá trình vận hành liên tục. Tuy nhiên, độ bền của các bộ phận cơ khí chỉ là một phần trong hệ thống an toàn. Những vật dụng mắc kẹt, linh kiện hao mòn hoặc sai sót trong bảo trì vẫn có thể gây nguy hiểm. Vì vậy, việc kiểm tra định kỳ, thay thế những bộ phận xuống cấp và bảo đảm các thiết bị bảo vệ hoạt động đúng chức năng luôn đóng vai trò quan trọng Và nếu nhìn xuống những đường rãnh nhỏ trên bậc thang, chúng ta sẽ thấy một minh chứng cho quá trình cải tiến kéo dài hơn một thế kỷ Từ những thiết kế còn nhiều bất tiện ban đầu, các kỹ sư đã từng bước hoàn thiện cỗ máy để mỗi chuyến đi trở nên an toàn và thuận tiện hơn Mỗi ngày chúng ta bước lên thang cuốn với một sự tin tưởng gần như tuyệt đối Chỉ cần đứng yên vài chục giây, cỗ máy sẽ đưa chúng ta đến nơi cần đến Ít ai nghĩ rằng đằng sau sự tiện lợi quen thuộc ấy là công việc của biết bao con người Những hành khách có thể chẳng bao giờ biết ai đã kiểm tra chiếc thang vào đêm hôm trước Ai phát hiện một linh kiện xuống cấp hay quyết định cho cỗ máy ngừng hoạt động để sửa chữa Nhưng chính những quyết định âm thầm ấy giúp họ yên tâm bước lên vào sáng hôm sau Và câu chuyện tại Rome nhắc chúng ta rằng đôi khi, sự an toàn của hàng triệu người phụ thuộc vào trách nhiệm của những con người mà họ chưa từng gặp mặt