Hộp giảm tốc KA (hộp số KA, hộp giảm tốc bánh răng côn trục âm) là dòng hộp số kết hợp bánh răng trụ răng nghiêng với một cặp bánh răng côn xoắn, trục vào vuông góc trục ra, trục ra dạng cốt âm lồng thẳng lên trục máy. Dòng KA thuộc họ hộp giảm tốc K, phủ dải mô-men xoắn rất rộng từ khoảng 200 đến 50.000 N·m, hiệu suất khoảng 94 – 96% và được thiết kế cho tải nặng, chạy liên tục nhiều ca.
Nội dung
1. Hộp giảm tốc KA là gì?
Trong hệ ký hiệu hộp giảm tốc công nghiệp theo module, mỗi họ hộp được gọi bằng một chữ cái: R là hộp bánh răng trụ thẳng hàng, F là hộp trục song song, K là hộp bánh răng côn, S là hộp bánh răng – trục vít. Chữ A đi sau chữ cái họ hộp cho biết trục ra là trục rỗng. Vì vậy KA là họ hộp bánh răng côn có trục ra cốt âm.
Điểm cốt lõi của dòng KA nằm ở cách lắp. Thay vì có một đầu trục đặc phải nối với máy qua khớp nối, hộp có một ống trục rỗng xuyên suốt thân. Trục của máy công tác được đút thẳng vào ống này, mô-men truyền qua then, vành khóa co ngót hoặc then hoa. Hộp số và trục máy trở thành một khối, không còn bệ đỡ, khớp nối và sai lệch đồng tâm giữa hai trục.
Hệ module K được phát triển để các nhà máy có thể ghép cùng một bộ bánh răng với nhiều kiểu vỏ, trục ra và đầu vào khác nhau. Nhờ đó, các hãng sản xuất theo hệ này thường có kích thước lắp đặt tương đồng ở cùng cỡ hộp, thuận tiện khi thay thế giữa các nhà cung cấp.
Đi kèm với kiểu lắp đó là bộ truyền bánh răng côn xoắn đổi hướng 90°. Motor nằm vuông góc với trục máy, dọc theo khung máy, nên cả cụm truyền động gọn theo phương trục. Sự kết hợp giữa trục âm và bánh răng côn giúp hộp KA trở thành cấu hình quen thuộc trên băng tải, gầu tải, máy khuấy và hàng loạt máy công nghiệp nặng.
Trên máy, hộp KA nhận ra qua vỏ dạng khối gần vuông có gân tăng cứng, motor gắn vuông góc với trục máy. Nhìn ngang thân hộp sẽ thấy ống trục rỗng xuyên suốt, đầu trục máy lồng bên trong, một phía có nắp che hoặc vành khóa co ngót. Hộp thường không đứng trên bệ riêng mà treo trên trục kèm tay đòn bắt vào khung, hoặc áp mặt bích vào thành máy. Mã trên tem nhãn bắt đầu bằng K kèm A và các chữ B, F, T, Z, H, sau đó là con số chỉ cỡ hộp.
Hộp giảm tốc KA bánh răng côn, trục ra dạng cốt âm
2. Thông số kỹ thuật hộp giảm tốc KA
a. Thông số chung của dòng hộp giảm tốc KA
| Thông số | Dải giá trị của cả dòng |
|---|---|
| Kiểu truyền động | Bánh răng trụ răng nghiêng + bánh răng côn xoắn, trục vào vuông góc trục ra |
| Số cấp | 2 – 3 cấp trong một hộp; dạng ghép thêm hộp bánh răng trụ ở đầu vào cho tỉ số rất lớn |
| Mô-men xoắn trục ra | khoảng 200 – 50.000 N·m tùy cỡ hộp |
| Tỉ số truyền một hộp | khoảng 5 – 197 |
| Công suất motor ghép | khoảng 0,18 – 200kW |
| Hiệu suất | khoảng 94 – 96%, ổn định ở mọi tỉ số và cả hai chiều quay |
| Kiểu nối trục ra | Then, vành khóa co ngót, then hoa |
| Kiểu cố định vỏ | Tay đòn chống xoay, chân đế, mặt bích lớn, mặt bích nhỏ trên vỏ |
| Tư thế lắp | 6 tư thế tiêu chuẩn M1 – M6 |
| Cấp bảo vệ motor ghép | Thông dụng IP55, có thể nâng IP65 cho môi trường ẩm, bụi |
Bảng trên mô tả giới hạn của toàn dòng. Mô-men cho phép, đường kính lỗ cốt âm, kích thước lắp và motor ghép của từng cỡ hộp được trình bày trong trang riêng của từng size.
b. Cấu tạo hộp giảm tốc KA
Vỏ hộp liền khối. Vỏ gang đúc nguyên khối, không chia đôi theo mặt phẳng trục. Các lỗ ổ bi được gia công trong cùng một lần gá nên đồng tâm cao, bánh răng ăn khớp chính xác và vỏ kín dầu tốt. Bề mặt vỏ có sẵn các mặt chuẩn để gắn chân đế, mặt bích hoặc tay đòn.
Cấp bánh răng trụ đầu vào. Một hoặc hai cặp bánh răng trụ răng nghiêng giảm tốc trước khi vào cặp côn. Nhờ cấp này, bánh răng côn quay chậm hơn, chịu tải đều hơn và cả hộp chạy êm ở tốc độ motor cao.
Cặp bánh răng côn xoắn. Bánh răng côn có răng cong (xoắn) thay vì răng thẳng, nên nhiều răng cùng ăn khớp một lúc, giảm tiếng ồn và tăng khả năng chịu tải. Chuyển động được đổi hướng 90° chủ yếu bằng ăn khớp lăn, tổn hao rất thấp so với ăn khớp trượt của trục vít.
Ống trục ra rỗng. Thép hợp kim, mặt trong gia công theo kiểu nối trục của từng phiên bản (then, khóa co ngót hoặc then hoa). Hai đầu ống có phớt chặn dầu; một đầu có nắp che và ren lắp đĩa giữ trục.
Ổ bi. Ổ đũa côn và ổ bi cầu cỡ lớn đỡ các trục, chịu cả lực hướng tâm và lực dọc trục sinh ra từ răng côn xoắn và răng nghiêng.
Bôi trơn. Dầu bánh răng ngâm trong vỏ; bánh răng quay vung dầu lên ổ bi. Nút thông hơi, nút châm và nút xả được bố trí theo tư thế lắp của hộp.
c. Nguyên lý hoạt động
Motor quay trục vào với tốc độ khoảng 1.400 – 2.900 vòng/phút. Cấp bánh răng trụ giảm tốc lần đầu, rồi cặp bánh răng côn xoắn đổi hướng 90° và giảm tốc tiếp, cuối cùng truyền mô-men sang ống trục rỗng. Tổng tỉ số truyền bằng tích tỉ số từng cấp, cho phép một hộp đơn đạt tỉ số từ khoảng 5 đến gần 200.
Vì các cặp bánh răng truyền lực tốt ở cả hai chiều, hộp KA không tự hãm. Khi motor dừng, tải có quán tính hoặc tải treo có thể quay ngược toàn bộ hộp số. Vì thế các thiết bị có tải dốc hoặc tải treo luôn dùng thêm phanh motor hoặc khóa chống quay ngược.
d. Hiệu suất và điện năng tiêu thụ
Do tất cả các cặp truyền đều là bánh răng ăn khớp lăn, tổn hao mỗi cấp chỉ khoảng 1 – 2%. Hiệu suất toàn hộp vì thế đạt khoảng 94 – 96% và gần như không thay đổi khi tỉ số truyền tăng, khác hẳn hộp có cấp trục vít vốn giảm hiệu suất nhanh ở tỉ số lớn. Hiệu suất cũng giống nhau ở cả hai chiều quay.
Chênh lệch hiệu suất 20 – 25% giữa hộp bánh răng và hộp có cấp trục vít nghe không lớn, nhưng nhân với thời gian chạy nhiều năm sẽ thành con số đáng kể. Lấy ví dụ một băng tải cần công suất trên trục máy 5kW, chạy 16 giờ mỗi ngày, 300 ngày mỗi năm.
Với hộp hiệu suất khoảng 95%. Công suất motor cần cấp vào khoảng 5 / 0,95 ≈ 5,26kW; điện năng tiêu thụ một năm khoảng 5,26 × 16 × 300 ≈ 25.250 kWh.
Với hộp hiệu suất khoảng 70%. Công suất cần cấp vào khoảng 5 / 0,70 ≈ 7,14kW; điện năng một năm khoảng 34.270 kWh.
Chênh lệch khoảng 9.000 kWh mỗi năm cho một vị trí truyền động. Ở nhà máy có hàng chục băng tải, gầu tải chạy liên tục, đây là lý do chính khiến dòng KA được chọn dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn. Ngoài điện năng, hiệu suất cao còn đồng nghĩa với ít nhiệt sinh ra, dầu ít bị lão hóa và motor có thể chọn nhỏ hơn cho cùng tải.
3. Phân loại hộp giảm tốc KA
Các biến thể của dòng KA dùng chung bộ bánh răng bên trong, chỉ khác nhau ở cách cố định vỏ hộp, cách nối trục ra với trục máy và cỡ hộp.
a. Phân loại theo cách cố định vỏ hộp
Treo trên trục kèm tay đòn (KA, KAT). Hộp chỉ đỡ bởi trục máy, một tay đòn có đệm cao su hoặc lò xo bắt vào khung để chống xoay. Đệm đàn hồi cho phép hộp tự lựa theo độ đảo nhỏ của trục, tránh tạo ứng suất lên ổ bi. Đây là cách lắp gọn và phổ biến nhất trên băng tải.
Chân đế (KAB). Vỏ có chân đế bắt xuống khung trong khi ống trục rỗng vẫn lồng lên trục máy. Cách lắp này dùng khi khung máy có sẵn mặt bệ chắc chắn và trục máy được đỡ bởi ổ đỡ ngoài thẳng hàng với hộp.
Mặt bích lớn (KAF). Mặt bích đồng tâm với trục ra bắt thẳng vào thành máy hoặc nắp bồn, vừa định tâm vừa chống xoay. Hợp với máy khuấy đặt đứng, cơ cấu xoay, máy trộn trục đứng.
Mặt bích nhỏ trên vỏ (KAZ). Mặt bích được gia công ngay trên thân hộp, cho phép áp hộp sát thành máy ở nơi chật, như máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm.
b. Phân loại theo cách nối trục ra
Ống trục rỗng có then. Kiểu tiêu chuẩn, dễ gia công trục máy, chi phí thấp. Phù hợp tải đều, ít đảo chiều.
Ống trục rỗng khóa co ngót (KAH, KAZH). Lỗ trơn, vành khóa siết ống trục ôm chặt trục máy bằng ma sát. Không có khe hở then nên chịu đảo chiều và va đập tốt, không mòn rãnh then, tháo ra dễ sau nhiều năm. Thường dùng cho cỡ lớn và tải nặng.
Ống trục then hoa (KV). Lỗ có biên dạng then hoa, truyền mô-men đều trên toàn chu vi, dùng cho máy cần tháo lắp nhanh và định vị góc chính xác.
c. Phân loại theo cỡ hộp
Nhóm cỡ nhỏ (37 – 67). Mô-men tới khoảng vài trăm N·m, ghép motor nhỏ, dùng cho băng tải nhẹ, máy đóng gói, máy chế biến.
Nhóm cỡ trung (77 – 107). Mô-men từ khoảng 1.500 đến 8.000 N·m, cho băng tải mỏ, xích cào, máy trộn bê tông, gầu tải.
Nhóm cỡ lớn (127 – 187). Mô-men từ hơn 10.000 tới khoảng 50.000 N·m, cho máy nghiền, băng tải đường dài, thiết bị cảng, nhà máy xi măng và thép.
4. Tùy chọn đầu vào và phụ kiện của dòng KA
Motor liền hộp. Motor gắn trực tiếp lên vỏ, bánh răng đầu tiên lắp ngay trên trục motor. Cụm ngắn gọn nhất, ít chi tiết nhất.
Mặt bích motor IEC. Cho phép lắp motor tiêu chuẩn của bất kỳ hãng nào, thay motor độc lập với hộp số khi cần.
Trục vào đặc. Hộp không kèm motor, nhận chuyển động qua khớp nối, puly hoặc từ một hộp số khác; hay dùng khi motor đặt xa hoặc dùng động cơ thủy lực.
Motor phanh và khóa chống quay ngược. Phanh điện từ lắp ở đuôi motor giữ tải khi dừng; khóa chống quay ngược (backstop) chỉ cho trục quay một chiều, rất cần cho băng tải dốc và gầu tải.
Quạt làm mát cưỡng bức và encoder. Dùng khi motor chạy biến tần ở tốc độ thấp kéo dài hoặc cần phản hồi tốc độ, vị trí cho hệ điều khiển.
Xử lý bề mặt và phớt đặc biệt. Sơn chống ăn mòn nhiều lớp, phớt kép hoặc phớt chịu nhiệt cho môi trường ngoài trời, ẩm, có hóa chất; dầu bôi trơn cấp thực phẩm cho nhà máy thực phẩm, đồ uống.
5. Ưu điểm và hạn chế của hộp giảm tốc KA
Ưu điểm. Hiệu suất cao và ổn định nên tiết kiệm điện rõ rệt khi chạy nhiều ca. Bánh răng mặt răng cứng cho mô-men lớn trên kích thước gọn và tuổi thọ dài. Lắp lồng trên trục máy nên bỏ được bệ, khớp nối và sai lệch đồng tâm. Trục vuông góc giúp motor nằm dọc khung máy. Vỏ liền khối kín, độ ồn thấp. Cùng một bộ bánh răng có nhiều cách lắp, dễ đưa vào máy có sẵn.
Hạn chế. Chi phí đầu tư cao hơn hộp trục vít ở công suất nhỏ. Không tự hãm nên cần phanh hoặc khóa chống quay ngược cho tải dốc, tải treo. Trục máy phải gia công đúng kích thước lỗ cốt âm. Hộp nặng hơn hộp trục vít vỏ nhôm cùng cỡ lỗ.
6. Ứng dụng của hộp giảm tốc KA theo ngành
Vật liệu xây dựng và khai khoáng. Băng tải đá, cát, clinker; gầu tải xi măng; xích cào than; máy nghiền phụ trợ.
Thức ăn chăn nuôi và lương thực. Xích cào, vít tải, gầu tải nâng hạt, máy trộn thức ăn, máy ép viên.
Xử lý nước và môi trường. Cầu gạt bùn bể lắng, máy khuấy bể phản ứng, song chắn rác, máy ép bùn.
Thép, giấy, gỗ. Con lăn dẫn phôi, bàn con lăn, máy xeo giấy, máy bóc và băng tải gỗ.
Thực phẩm, đồ uống, đóng gói. Băng tải chai lon, máy chiết rót, máy đóng thùng dùng cỡ nhỏ với dầu cấp thực phẩm.
Cảng, kho bãi, logistics. Băng tải bốc xếp, bàn xoay, cửa cống, cơ cấu di chuyển; dạng ghép tỉ số lớn cho thiết bị quay rất chậm như máy sấy thùng quay.
7. Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc KA
- Hộp giảm tốc KA là gì? Là hộp giảm tốc bánh răng côn xoắn của họ K, trục vào vuông góc trục ra, trục ra dạng cốt âm lồng thẳng lên trục máy.
- Chữ A trong tên KA có nghĩa gì? Chữ A chỉ trục ra rỗng. Cùng quy ước đó, SA là hộp bánh răng – trục vít trục rỗng, FA là hộp trục song song trục rỗng.
- Bánh răng côn xoắn khác bánh răng côn thẳng thế nào? Răng côn xoắn cong theo cung, nhiều răng ăn khớp cùng lúc nên chịu tải lớn hơn, chạy êm hơn và ít rung hơn răng côn thẳng ở tốc độ cao.
- Hộp KA có mấy cấp bánh răng? Thường 2 – 3 cấp: một hoặc hai cấp bánh răng trụ ở đầu vào và một cấp bánh răng côn xoắn. Dạng ghép thêm một hộp bánh răng trụ ở đầu vào có tổng 4 – 5 cấp.
- Vì sao hiệu suất hộp KA không giảm khi tỉ số tăng? Vì mọi cấp đều là bánh răng ăn khớp lăn với tổn hao rất nhỏ; tỉ số tăng chỉ làm thay đổi số răng, không chuyển sang ăn khớp trượt như cấp trục vít.
- Hộp KA có tự hãm không? Không. Hiệu suất cao ở cả hai chiều nên tải có thể quay ngược hộp khi mất điện; thiết bị tải dốc, tải treo cần phanh hoặc khóa chống quay ngược.
- Dòng KA chia thành những nhóm cỡ nào? Nhóm nhỏ 37 – 67, nhóm trung 77 – 107 và nhóm lớn 127 – 187; cỡ càng lớn thì mô-men cho phép và lỗ cốt âm càng lớn.
- Khóa co ngót trên hộp KA là gì? Là vành khóa siết ống trục rỗng ôm chặt trục máy bằng ma sát, thay cho then. Mối ghép không có khe hở, không mòn rãnh then, chịu đảo chiều tốt và dễ tháo.
- Tay đòn chống xoay có tác dụng gì? Giữ vỏ hộp không quay theo trục máy và hấp thụ va đập nhờ đệm cao su hoặc lò xo, giúp ổ bi và phớt hộp bền hơn.
- Hộp KA có dùng ngoài trời được không? Được nếu chọn sơn chống ăn mòn, phớt kép và motor cấp bảo vệ cao; nên có mái che để giảm nhiệt và nước mưa đọng quanh phớt.
- Hộp KA có dùng dầu cấp thực phẩm được không? Được. Nhà máy thực phẩm, đồ uống thường đặt hộp KA nạp sẵn dầu bánh răng cấp thực phẩm, kèm sơn và phớt phù hợp môi trường rửa.
- Hộp KA có ghép motor phanh được không? Được. Motor phanh điện từ lắp liền hộp là cấu hình thường gặp trên băng tải dốc, bàn xoay và cơ cấu cần dừng chính xác.
- Hộp KA có chạy với biến tần được không? Được. Biến tần thay đổi tốc độ trục ra linh hoạt; khi chạy tốc độ thấp kéo dài nên dùng motor có quạt làm mát cưỡng bức.
- Hộp KA và hộp SA khác nhau ở điểm nào? KA dùng bánh răng côn, hiệu suất cao, chịu tải nặng và chạy liên tục; SA dùng cấp trục vít ở đầu ra, cho tỉ số lớn trong hộp gọn và chạy rất êm.
- Hộp KA có lắp được ở mọi tư thế không? Hộp có 6 tư thế lắp tiêu chuẩn M1 – M6; mỗi tư thế có lượng dầu và vị trí nút thông hơi riêng nên phải xác định tư thế trước khi nạp dầu và đưa vào chạy.
Ngoài dòng KA, nhóm hộp giảm tốc cốt âm còn có các dòng sau:
