Khớp nối cho máy xay mạch nha: Động cơ bí mật đằng sau mỗi mẻ bia hoàn hảo.

Máy nghiền mạch nha hai trục là "ngựa chiến" của ngành công nghiệp sản xuất bia thương mại trên khắp nước Anh, Scotland và Wales. Tại các cơ sở từ quy mô nhà máy bia nhỏ - thường hoạt động với công suất xử lý ngũ cốc từ 500 kg đến 2.000 kg mỗi giờ - đến các nhà máy bia lớn trong khu vực xử lý nhiều tấn mỗi giờ liên tục, khớp nối giữa động cơ điện và trục trục cố định hoặc điều chỉnh được phải hoạt động liên tục. Các khớp nối kiểu bánh răng được lựa chọn cho ứng dụng này không chỉ phải đáp ứng nhu cầu mô-men xoắn liên tục khi nghiền mạch nha mà còn cả tải trọng va đập gián đoạn phát sinh khi một viên đá, một cục mạch nha nén chặt hoặc một cụm vỏ trấu quá khổ lọt vào khe nghiền và làm kẹt các trục trong giây lát trước khi bị đẩy ra. Ngành sản xuất bia thủ công đang phát triển mạnh ở Birmingham, hiện bao gồm hàng chục cơ sở sản xuất độc lập tại khu Jewellery Quarter và Digbeth, đã chứng kiến ​​​​sự đầu tư đáng kể vào việc nâng cấp máy nghiền hai trục trong năm năm qua, và việc thay thế hoặc nâng cấp khớp nối là một hạng mục thường xuyên trong ngân sách bảo trì của các cơ sở này. Việc lựa chọn khớp nối có hệ số dịch vụ ít nhất là 2.0 cao hơn mô-men xoắn định mức của động cơ là thông lệ tiêu chuẩn trong ứng dụng này, và nhiều kỹ sư thích lựa chọn 2.5 khi sử dụng bộ khởi động động cơ trực tiếp mà không có chức năng khởi động mềm.

Ngành công nghiệp chưng cất rượu whisky của Scotland — vốn tạo ra hơn 6 tỷ bảng Anh giá trị xuất khẩu vào năm 2024 và bao gồm hàng trăm nhà máy chưng cất rượu whisky Scotch đã đăng ký từ thung lũng Speyside đến bán đảo Campbeltown — đòi hỏi độ đồng nhất của nguyên liệu cao hơn so với ngành sản xuất bia thương mại. Nguyên liệu mạch nha để chưng cất rượu whisky phải đạt được sự phân bố kích thước hạt chính xác, thường được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm bột, bột thô và vỏ trấu, được kiểm soát chặt chẽ để tối ưu hóa thời gian chảy dịch nha trong thùng nghiền và đạt được khả năng thu hồi chiết xuất lên men tối đa. Máy nghiền sáu trục, xử lý mạch nha qua ba cặp trục liên tiếp, mỗi cặp được đặt ở khoảng cách nhỏ dần, đặt khớp nối trên trục giai đoạn đầu tiên vào vị trí có nguy cơ cao nhất vì vị trí này nhận được ngũ cốc nguyên hạt chưa sàng lọc với tiềm năng gây tắc nghẽn cao nhất. Các khớp nối bánh răng chịu tải nặng với ống lót bằng thép rèn và biên dạng răng lớn, được ưa chuộng trong trường hợp này, thường được sản xuất theo tiêu chuẩn ISO 14691 và được trang bị hệ thống bôi trơn mỡ liên tục cung cấp chất bôi trơn mới cho các bánh răng trong quá trình hoạt động, ngăn ngừa sự xuống cấp của chất bôi trơn do nhiệt ma sát thường xảy ra ở các thiết bị kín trọn đời hoạt động dưới tải trọng liên tục cao trong các phòng máy nóng.

Sự phát triển nhanh chóng của ngành sản xuất bia thủ công tại các thành phố của Anh, bao gồm Manchester, Leeds, Bristol và Nottingham, đã tạo ra một phân khúc thiết bị nghiền mạch nha mới, hoạt động trong điều kiện vận hành rất khác so với các hệ thống công nghiệp lớn đã được mô tả ở trên. Các nhà máy bia thủ công nhỏ thường xử lý các mẻ ngũ cốc nhỏ hơn, thường từ 50 kg đến 500 kg mỗi mẻ, sử dụng các máy nghiền hai hoặc ba trục nhỏ gọn được điều khiển bởi động cơ điều khiển tần số biến đổi (VFD), cho phép người sản xuất bia điều chỉnh tốc độ máy nghiền theo thời gian thực để phù hợp với các loại ngũ cốc khác nhau — mạch nha nhạt, mạch nha lúa mì, lúa mạch đen và các phụ gia như yến mạch hoặc ngô đều có tốc độ nghiền tối ưu khác nhau. Đối với các ứng dụng này, khớp nối đĩa mang lại một loạt các lợi thế hấp dẫn. Các cụm đĩa kim loại cung cấp khả năng truyền mô-men xoắn không có độ rơ, có nghĩa là tốc độ trục nghiền theo sát tín hiệu đầu ra của VFD một cách chính xác mà không có độ rơ góc có thể gây ra lỗi vị trí trong các ứng dụng mà khe hở trục được điều khiển tự động bằng vòng lặp phản hồi PLC. Các tùy chọn kết cấu bằng thép không gỉ dành cho khớp nối đĩa cũng phù hợp với các yêu cầu vệ sinh ngày càng được đặt ra đối với thiết bị sản xuất bia thủ công theo khuôn khổ kiểm định SALSA và BRC, trong đó việc sử dụng vật liệu an toàn thực phẩm trong hệ thống truyền động đang bắt đầu được xem xét kỹ lưỡng cùng với các bề mặt tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm dễ thấy hơn.

Ngoài lĩnh vực sản xuất bia và rượu mạnh, việc xay nghiền ngũ cốc mạch nha còn phục vụ ngành công nghiệp nguyên liệu thực phẩm, nơi sản xuất bột mạch nha và chiết xuất mạch nha để sử dụng trong các sản phẩm nướng, ngũ cốc ăn sáng, công thức dinh dưỡng cho trẻ sơ sinh và các hợp chất tạo hương vị. Sheffield – vốn gắn liền với ngành sản xuất thép nhưng hiện nay là nơi tập trung nhiều ngành sản xuất tiên tiến và công nghệ thực phẩm đa dạng – là nơi đặt trụ sở của một số nhà sản xuất nguyên liệu thực phẩm vận hành các nhà máy xay bột mạch nha liên tục cùng với các dây chuyền chế biến ngũ cốc khác. Yêu cầu về khớp nối trong các ứng dụng này khác với hoạt động của nhà máy bia ở một điểm quan trọng: nhà máy thường được kỳ vọng hoạt động liên tục trong nhiều ca, đôi khi 24 giờ mỗi ngày, chỉ dừng hoạt động theo lịch trình bảo trì hàng tuần. Chế độ hoạt động liên tục này đặt ra những yêu cầu đặc biệt đối với tuổi thọ của khớp nối và khả năng giữ chất bôi trơn. Khớp nối bánh răng kín với hệ thống làm kín được cải tiến giúp ngăn bụi mạch nha xâm nhập đồng thời giữ lại chất bôi trơn qua hàng triệu chu kỳ hoạt động là giải pháp được ưu tiên trong các cơ sở này. Các kỹ sư của Ever Power đã làm việc trực tiếp với các khách hàng chế biến thực phẩm ở Nam Yorkshire để phát triển các thông số kỹ thuật khớp nối đáp ứng các yêu cầu hoạt động liên tục đồng thời tuân thủ các tài liệu truy xuất nguồn gốc mà các cơ quan quản lý an toàn thực phẩm yêu cầu đối với các bộ phận truyền động quan trọng trong môi trường chế biến được kiểm soát HACCP.

Công ty Thornbridge Malt Processing Ltd vận hành một nhà máy sản xuất bột mạch nha hoạt động 24/24 giờ ở vùng ngoại ô phía đông Sheffield, cung cấp cho ngành làm bánh và ngũ cốc ăn liền của Vương quốc Anh. Dây chuyền sản xuất cốt lõi của công ty tập trung vào một máy nghiền mạch nha bốn trục, có khả năng xử lý 8 tấn mạch nha lúa mạch sấy khô mỗi giờ thành các loại bột có kích thước hạt phân bố đồng đều. Khi người quản lý bảo trì kỹ thuật của Thornbridge liên hệ với Ever Power vào đầu năm 2024, nhà máy đang gặp sự cố hỏng khớp nối trên bộ truyền động trục lăn giai đoạn đầu với chu kỳ trung bình chỉ 11 tuần. Khớp nối ban đầu - loại khớp nối hàm đàn hồi tiêu chuẩn được cung cấp từ một nhà phân phối châu Âu - bị hỏng vì chu kỳ hoạt động liên tục 24 giờ làm suy giảm phần tử hình nhện bằng polyurethane nhanh hơn so với dữ liệu trong catalogue của nhà sản xuất, một sự khác biệt mà nhóm kỹ sư của Ever Power cho rằng là do sự kết hợp giữa nhiệt độ môi trường cao trong phòng máy nghiền trong những tháng hè và tần số dao động xoắn cao được tạo ra bởi bề mặt trục lăn tác động lên hạt ở tốc độ khoảng 960 vòng/phút.

Sau khi khảo sát thực địa và phân tích tải trọng chi tiết bao gồm đặc tính mô-men xoắn thực tế của động cơ trong quá trình cấp liệu ngũ cốc, Ever Power đã khuyến nghị thay thế khớp nối kiểu hàm bằng khớp nối bánh răng kín bằng thép hợp kim 42CrMo4 với hệ thống bôi trơn mỡ liên tục và răng bánh răng vương miện được tôi cứng bằng cảm ứng. Lỗ khoan được gia công để phù hợp với kích thước trục và rãnh then hiện có của Thornbridge, tránh mọi sửa đổi đối với động cơ hoặc trục lăn. Việc lắp đặt được hoàn thành trong một khoảng thời gian bảo trì theo kế hoạch 8 giờ duy nhất, và khớp nối mới đã được đưa vào sử dụng mà không gặp bất kỳ vấn đề nào về căn chỉnh — hình dạng vương miện phù hợp với độ lệch trục song song 0,4 mm đã được xác định trong chuyến khảo sát thực địa là nguyên nhân thứ cấp gây ra hiện tượng mài mòn sớm ở khớp nối kiểu cũ.

Trong 14 tháng vận hành tiếp theo được đội ngũ bảo trì của Thornbridge giám sát, khớp nối bánh răng Ever Power chỉ cần bổ sung mỡ bôi trơn theo kế hoạch một lần duy nhất tại thời điểm kiểm tra 8.000 giờ và không cho thấy dấu hiệu hao mòn nào cần thiết phải thay thế trong kỳ đại tu lớn tiếp theo. Tổng chi phí bảo trì hàng năm cho khớp nối truyền động giai đoạn đầu đã giảm 381 TP4T so với mức trung bình ba năm trước đó, và độ tin cậy trong lập kế hoạch sản xuất đã được cải thiện đáng kể vì đội ngũ kỹ thuật có thể lên kế hoạch kiểm tra khớp nối thay vì phải phản ứng với các sự cố ngoài kế hoạch, vốn trước đây đã gây ra thiệt hại sản xuất lên đến 6 giờ mỗi sự cố.