Tại trung tâm của thiết bị công nghiệp khổng lồ là một bộ phận quan trọng đảm bảo truyền tải năng lượng chính xác — trục bánh răng nhỏ. Yếu tố cơ bản này đóng vai trò là mắt xích quan trọng trong vô số ứng dụng công nghiệp, từ máy nén đến máy nghiền, cho phép vận hành hiệu quả và đáng tin cậy của máy móc phức tạp.
Là bộ phận cốt lõi của hộp số công nghiệp (IGC), trục bánh răng nhỏ thực hiện nhiệm vụ thiết yếu là truyền tải năng lượng và dẫn động tải. Các trục này thường ăn khớp với các bánh răng lớn hơn (được gọi là bánh răng lớn hoặc bánh răng chính) để tạo thành hệ thống truyền động bánh răng hoàn chỉnh. Các cấu hình như vậy được triển khai rộng rãi trong nhiều thiết bị công nghiệp khác nhau bao gồm máy nén và máy nghiền, tạo điều kiện truyền tải năng lượng tối ưu.
Trong hộp số công nghiệp, trục bánh răng nhỏ thể hiện sự linh hoạt chức năng đáng kể:
Việc phân chia vỏ IGC trực tiếp tương quan với số lượng và vị trí của trục bánh răng nhỏ. Sự phân chia chính thường xảy ra dọc theo đường tâm của bánh răng lớn, thường trùng với hai trục bánh răng nhỏ đầu tiên. Các trục bánh răng nhỏ thứ ba thường chiếm các bộ phận phía trên riêng biệt, với khả năng chứa trục bánh răng nhỏ thứ tư khi kích thước volute cho phép. Các trục bánh răng nhỏ được dẫn động bởi tuabin thường đặt dưới mặt phẳng bánh răng lớn, cho phép lắp trục theo chiều dọc thông qua các lỗ lắp ráp lớn mà không cần các bộ phận vỏ bổ sung.
IGC chủ yếu sử dụng bánh răng nghiêng đơn được thiết kế để chịu được tất cả các tải trọng hoạt động — bao gồm cả các điều kiện lỗi dự kiến như ngắn mạch truyền động điện. Các kịch bản khởi động thường quyết định các giới hạn thiết kế dựa trên quán tính của bánh răng lớn và bánh răng nhỏ. Mặc dù các tham số như số răng, góc nghiêng và đặc tính vật liệu mang lại sự linh hoạt trong thiết kế, các tham số khác bắt nguồn từ các phép tính tiêu chuẩn API 613, AGMA 6011 và ISO 6336. Các phép tính này tính đến các kịch bản tải một hoặc hai mặt răng, với các quy trình lặp lại cân bằng hình học răng với các yếu tố về chiều rộng và mô đun đàn hồi. Hình học bánh răng cuối cùng để mài bao gồm các yếu tố sai lệch và biến dạng trục tiềm ẩn.
Ngoài IGC, trục bánh răng nhỏ còn đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống dẫn động máy nghiền. Máy nghiền thường quay thông qua các trục bánh răng nhỏ ăn khớp với các bánh răng vành đai gắn ở chu vi. Các trục này kết nối trực tiếp — hoặc thông qua ly hợp — với đầu ra của động cơ đồng bộ tốc độ thấp hoặc đầu ra của bộ giảm tốc. Một số máy nghiền sử dụng động cơ DC điều khiển bằng thyristor để vận hành tốc độ biến đổi. Các máy nghiền được dẫn động bằng bánh răng vành đai khổng lồ yêu cầu động cơ kép với các hệ thống chia tải tinh vi để cân bằng đầu ra mô-men xoắn giữa các trục bánh răng nhỏ được dẫn động độc lập.
Thập niên 1970 chứng kiến những thách thức bảo trì ngày càng tăng với các hệ thống bánh răng máy nghiền lớn, thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp thay thế bộ truyền động không bánh răng. Các thiết kế này tích hợp các bộ phận rôto được bắt vít trực tiếp vào vỏ máy nghiền, được bao quanh bởi các bộ phận stato cố định với các thiết bị điện tử chuyển đổi tần số (chuyển đổi đầu vào 50/60Hz thành đầu ra ~1Hz). Vỏ máy nghiền về cơ bản trở thành bộ phận quay của động cơ đồng bộ tốc độ chậm khổng lồ, với việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện thông qua biến đổi tần số để phù hợp với yêu cầu nghiền quặng.
Ưu điểm của bộ truyền động không bánh răng bao gồm khả năng tốc độ biến đổi, loại bỏ giới hạn công suất, hiệu quả cao, giảm bảo trì và diện tích nhỏ gọn. Kể từ khi ra mắt ngành khoáng sản vào năm 1981 với lắp đặt Sydvaranger 8.1MW của Na Uy, các hệ thống này đã cung cấp năng lượng cho các thiết bị ngày càng lớn — bao gồm cả máy nghiền SAG đường kính 12m của Cadia Hill với công suất dẫn động 20MW+.
Cấu hình bánh răng lớn sử dụng bánh răng nghiêng truyền động trực tiếp để truyền năng lượng từ bộ truyền động chính đến nhiều cánh quạt được dẫn động bởi trục bánh răng nhỏ đặt xung quanh chu vi của bánh răng trung tâm. Chúng thường có trục bánh răng nhỏ dạng console với cánh quạt kín ở một đầu và ổ trục nghiêng ở đầu kia.
Không khí khí quyển đi vào các giai đoạn ban đầu nơi lực ly tâm tăng áp suất, với làm mát trung gian giữa các giai đoạn. Hầu hết các thiết kế hoạt động ở tốc độ bánh răng lớn 3600 vòng/phút, trong khi các trục bánh răng nhỏ tăng tốc dần từ ~12.000 vòng/phút (giai đoạn đầu) lên 70.000 vòng/phút (giai đoạn thứ tư). Thiết kế tốc độ cao dạng console của chúng làm cho các máy nén này đặc biệt nhạy cảm với biến động nhu cầu, giới hạn ứng dụng trong các kịch bản tải cơ sở.
Các cơ cấu truyền động khí nén sử dụng nhiều thiết kế khác nhau — xi lanh tác động đơn hồi vị bằng lò xo, xi lanh tác động kép hoặc cấu hình xi lanh kép. Tất cả đều chuyển đổi chuyển động piston khí nén thành chuyển động thanh răng quay trục bánh răng nhỏ. Cấu hình xi lanh kép có thể đạt được ba hoặc bốn trạng thái định vị tùy thuộc vào các cổng được cấp áp suất, với các đơn vị tiêu chuẩn thường giới hạn vòng quay ở ~360° và mô-men xoắn tối đa khoảng 400Nm.
Hệ thống lái trợ lực bánh răng và trục vít kết hợp các thanh răng có răng với các piston servo tác động kép và van quay đồng trục với các trục bánh răng nhỏ kéo dài. Các trục bánh răng nhỏ bằng thép được làm cứng bề mặt với các răng nghiêng ăn khớp với các răng thẳng của thanh răng được làm cứng cảm ứng ở góc 76°. Các giải pháp thay thế lái trợ lực điện tích hợp các trục trung gian và khớp nối vạn năng kết nối vô lăng với các trục đầu ra bánh răng nhỏ, với sự hỗ trợ servo điện truyền mô-men xoắn thông qua các cơ chế bánh răng sâu.
Thông qua việc hiểu và bảo trì đúng đắn các bộ phận quan trọng này, các hoạt động công nghiệp có thể đạt được độ tin cậy, năng suất và hiệu quả chi phí được nâng cao trên nhiều ứng dụng.
Tel: +8615211040646
Vietnamese
