可控起动传输(CST)系统原理

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1、word可控起动传输CST系统第一节 CST系统的结构与工作原理为了保证重型输送机的平稳、安全、经济、高效运行，必须对其起、制动过渡过程、运行状态与性能进展合理的调节与控制，实行软特性可控起动与制动，延长起、制动时间，减小速度变化率与其引起的动载荷，改善输送机的运行条件，使驱动装置、牵引构件与紧装置的负载能力与强度得到充分利用，达到最优的技术状态和经济效果。美国道奇DODGE公司制造的可控起动传输系统CONTROLLED START TRANS-MISSION SYSTEM，以下简称CST系统是80年代初研制的机械减速与液压控制相结合的软特性可控传输系统，它具有优良的起动、停车、调速和功率平衡

2、性能，是重型刮板输送机和长大带式输送机上较理想的动力传输装置。一、 主机结构与运动分析CST系统是一个可进展微机闭环控制的机液传动系统，其主机局部是一个带有反响盘湿式摩擦离合器的齿轮减速箱，如图461所示。减速器由输入轴、一对外啮合齿轮斜齿圆柱齿轮或圆锥齿轮和一套行星轮系的二级变速装置与与行星轮托架固接的输出轴组成。液控反响盘湿式摩擦离合器见图462由动摩擦片组、静摩擦片组与环行液压控制油缸组成。动摩擦片以圆周外齿嵌于行星轮系环形齿轮一侧的环齿中，与齿轮同步旋转；静摩擦片中心的花键孔，可沿固定于机壳离合器座上的花键轴滑移。牵引电动机起动时，输入轴与电动机轴同步旋转，经外啮合齿轮驱动太阳轮、行星

3、轮转动。因与带式输送机驱动滚筒轴相联接的CST输出轴上承受很大负载力矩，输出轴和行星轮托架不转动，行星轮只做自转而不绕太阳轮公转，从而带动齿轮和动摩擦片旋转。这时环形油缸活塞未挤压摩擦片，动、静摩擦片间隙较大，未形成传递扭矩的油膜，故静摩擦片并不阻碍动摩擦片和齿轮的旋转运动。当电动机空载起动，达到额定转速后，液压控制器使环形液压缸工作，其环形活塞的挤压作用，使动、静摩擦片间隙减小，二者间形成传递力矩的油膜，增加行星轮系齿轮的旋转阻力矩，即将负载力矩逐渐加到齿轮上，这时行星轮如此不仅自转，且绕太阳轮公转，其托架和CST输出轴转动，输出力逐渐驱动负载。输出力矩值与环形液压缸中液体压力成正比。随着负

4、载按设置加速度起动，齿轮亦按相应减速度制动，输出轴与齿轮转向相反、转速成反比。直至动、静摩擦片间无相对滑移转动，动摩擦片和齿轮停转，行星轮托架和CST输出轴达到最高转速满速运行。改变环形液压缸中的压力，移动环形活塞，即可调节动、静摩擦片间隙与滑差，并改变对齿轮的制动力矩与齿轮的转速，从而调节行星轮托架与CST输出轴和输送带驱动滚筒的转速，达到控制带式输送机加、减速率与运行速度的目的，实现软特性起、制动和高、低速运行。二、 软起动控制特性分析反响盘湿式摩擦离合器传递力矩方程： 461式中 摩擦副数；油膜的等效动力粘度，Ns/m2 ；摩擦面面积，m2；摩擦面、外圆半径，m；主动摩擦片的等于齿轮的旋

5、转角速度，rad/s；从动、主动摩擦片转速比；油膜平均厚度，m。一定型号的CST软起动传输系统中，主机各零部件结构尺寸已定；从动摩擦片不旋转，；在一定工况下，油液的等效动力粘度根本恒定，如此： 462式中为一常数，可称为CST湿式摩擦离合器力矩传输系数。在系统等加速起动过程中，电动机输出功率根本不变，行星轮架输出力矩，即CST主机输出力矩： 463式中 ； 齿轮与太阳轮齿数比。根据能量守恒定律： 464令462式中，即：控制起动过程中为某一常数，如此： 465在系统起动过程中，调节环形液压缸中的压力P，使湿式摩擦离合器中的油膜厚度随时间线怀减小。当为常数时，齿轮角速度亦呈线性减小，而行星齿轮架

6、角速度即CST主机输出轴角速度呈线性增大。起动过程中CST齿轮与输出轴转速变化与转换关系如图463所示。三、系统组成与控制分析CST系统由驱动减速器、液压系统、计算机控制系统，冷却系统和润滑系统组成。1、驱动减速器减速器是CST系统的主机。典型的CST减速器由一对斜齿圆柱齿轮或斜齿圆锥齿轮和一套行星轮系一个太阳轮、三个行星轮与一个环形齿轮组成。减速器外壳为钢板装置式焊接结构，分上、下两局部，外表平整光洁、质量良好。齿轮材料为Cr Mn Ni MoAISI标准，合金元素含量：Cr 0.4%1%；Ni 0.4%0.25%；C 0.4%0.45%，采用渗碳淬火热处理工艺，齿面硬度在HRC64以上,精

7、度等级为AGMA(美国齿轮制造协会)标准12级，齿轮环形齿精度为AGMA标准11级等级。齿轮为整体结构，太阳轮与中间轴采用花键联接，便于拆装和更换；行星轮装在轴承外圈上，过盈配合，结构紧凑。减速器的输入轴，输出轴与联轴器联接处无轴肩，与联轴器以单键平键联接，输入轴与联轴器采用端部定位结构，以防止联轴器轴向滑动；输出轴与联轴器采取过盈配合，以补偿单键传递力矩之不足。输入轴、输出轴均采用带弹簧圈的双唇密封，并在侧辅之以标准的油脂清洁辅助密封，以可靠、有效地隔离外部污物的侵入。轴承全部采用重载双列调心滚子轴承，其标准号为AFBNA减摩轴承协会B10，工作寿命不低于15000h。减速器箱中的反响盘系统

8、是一个湿式离合器0.020mm。动摩擦片外表有热传递性能很好的环氧树脂复合材料涂层，涂层厚1.5mm，外表呈菱形花纹，构成工作油液流动沟槽，利于形成动、静摩擦片间的工作油膜。不同型号的CST离合器摩擦片规格、数量各异，630k型CST主机中的离合器摩擦片数为32对。CST减速器的结构形式有两种，一种是输出轴与输入轴平行，第一级为斜齿圆柱齿轮传动，第二级为行星轮系传动；另一种是输出轴与输入轴直交，第一级为圆锥齿轮传动，第二级为圆柱齿轮传动，第三级为行星轮系传动。直交轴的CST在型号中加R表示。图465和图466分别为两种典型的CST主机结构图。2、液压系统液压系统提供控制油液，油泵经伺服阀向环形

9、液压缸提供压力油。通过改变油压与环形活塞压力，控制和保持动、静摩擦片间隙与压力油膜产生的剪切阻力矩大小，从而获得不同的输出力矩和输出转速。液压泵由变频调速电机驱动，控制油泵的压力对于630K型CST系统为20bar(2MPa)，对于1120K型CST系统为30bar(3MPa).3、润滑系统双向润滑泵向系统所有运动部件提供连续的强制润滑和冷却，以减小磨损、防止过热，确保正常运行。4、冷却系统冷却系统对工作没液进展降温冷却。起动时，吸收反响盘离合器滑动损耗发热的工作油液，经热交换器冷却后再泵入反响盘系统。以埋入减速器箱的环形热敏传感器监视油温。热交换器有风冷和水冷两种形式。液压控制、润滑与冷却用

10、油液均使用牌号为Mobilfluid424的汽车油。5、计算机控制系统CST具有一套完善、先进的操作、控制、保护系统计算机控制系统。该系统的核心是一台微型计算机，在主控板上设有显示屏幕、操作按键与通信接口。主控板是CST系统的控制中枢，主控板与电控板通信，电控板如此具体执行对该套CST系统的控制、保护职能。输送机与CST系统的起动、超自然停车、多点驱动时的功率平衡与冷却系统的开停，均采用计算机控制与屏幕监视。操作人员将要求的特性存入电液控制器，电控局部使用固态数字逻辑电路产生准确的加速度控制。输出轴上的数字测速计速度传感器产生脉冲序压力与反响盘压力进展调整，以产生一个理想的加速过渡过程和加速度

11、曲线。图467为控制系统的根本方块图。CST的计算机电液控制系统技术先进，控制保护性能完善，操作使用方便快捷。1对系统各局部工况参数进展连续监控与保护。受监控的工况参数有液压油压力、反响盘离合器温度、油箱油液温度、润滑油压力与进出口压差、冷却油液流量、输入轴的振动、输出油转速、电动机输出功率等。其中一些参数直接显示在主控板屏幕上，使操作者一目了然。如系统工作出现任何不正常状态或发生故障，微机将发出指令使系统迅速停机，进展保护，同时在屏幕上显示故障的类型与求助的方式。2分级系统。输送机与CST系统工作的一些重要控制参数，如起动时间、停机时间、低速运行的速度值、油压油温的极限值、各驱动电动机的功率

12、分配等，可通过主控板上的按键预先输入到电子计算机中去。根据这些参数的重要程度和管理权限，划分为A、B、C三种密级，只有相应职级的人员，才能持有该级别的密码，从而有权输入或修改该级别的参数，不能越级执行。这样的分级、执行系统，为输送机和CST系统严格科学的管理和安全可靠的运行提供了可靠的保证。3具有通信联网能力和现代控制系统所特有的优良性能。CST系统的主控板微型计算机设置了RS232异步串行通信接口，可以通过双芯屏蔽通信线下与各台CST电控箱连接，管理各CST传动系统的运行控制和工况参数检测，向上可与上级指挥调度中心的计算机或PLC联网，传递CST的工作信息，并承受调度中心指令。因此该计算机电

13、控系统可将带式输送机作为一个重要生产环节纳入全矿的生产监控系统中。图468表示了CST主机驱动器与控制器、水冷系统、液压系统的连接关系。根据环境条件，也可选用风冷系统，以电风扇吹风冷却；作为选择件，液压控制器也可以装到驱动器主机上；根据驱动单元布置条件，CST驱动器也可选用直角KR结构。当CST系统用于倾斜下运带式输送机上，且驱动电动机处于发电反响运行方式时，CST应与制动装置配合使用。四、控制方法 1、静止 制动装置锁住，湿式摩擦离合器完全放松，处于自由状态，输送机与电动机别离。2、起动 仍旧使用制动装置，湿式摩擦离合器仍处于自由状态；通电空载起动电动机；检查全部系统，一切正常即输送机开始加

14、速，否如此停止。3、加速 按设置的加速度斜坡曲线，逐渐减小制动器压力而增大湿式摩擦离合器压力，动、静摩擦片滑差减小，行星轮系环齿圈转速降低，CST输出轴转速渐增，输送机加速运行。4、满速运行制动装量完全释放，湿式摩擦离合器完全加压，动、静摩擦片间无相对滑动，行星轮系环齿圈无转动。如输送机保持增速，如此电动机进入发电反响运行状态，当反响功率超过满载功率100%时，刹车通过制动器起作用。5、慢速运行制动装置完全释放，湿式摩擦离合器受控保持一定压力，动、静摩擦片间有相对滑动，行星轮系环齿圈慢速转动，输送机保持慢速运行。如输送机超过设置的速度运行，如此湿式摩擦离合器松开，刹车通过制动器起作用。6、减速

15、按设置的减速度斜坡曲线，逐渐减小湿式摩擦离合器压力，并逐渐使用刹车。离合器动、静摩擦片间滑差逐渐增大，行星轮系环齿圈转速逐渐升高，CST输出轴转速逐渐降低，输送机运行速度逐渐减小，直至停车。第二节 CST系统的主要技术指标与性能特点1、速比CST主机减速器速比围57.66，AGMA标准速比有13档：15.38，17.09，18.91，20.9，23.16，25.63，28.36，31.39，34.74，38.44，45.00，47.08，57.66。根据CST主机减速器的结构，改变第一级外啮合齿轮的传动比，即可获得CST系统的不同速比。2、输出功率P表461 CST系统输出功率Pkw 电动机满

16、载转速=1480r/min型号230K280K420K630K1120K1750k1950K2550KAGMA传动比实际传动比输出轴转速最大输出功率实际传动比输出轴转速最大输出功率(kw)实际传动比输出轴转速最大输出功率(kw)实际传动比输出轴转速最大输出功率(kw)实际传动比输出轴转速最大输出功率(kw)22422441840538062655894285215662243683365207701368128121382382311522422430628045043341665763012171117193217462152194528152544207187252226396368339

17、575523101015781425175815882299207716915320618630927946442090182474512881164143512971877169663660849799495077611081059865144913851131表462 CST系统输出功率Pkw 电动机满载转速=990r/min型号230K280K420K630K1120K1750k1950K2550KAGMA传动比实际传动比输出轴转速最大输出功率实际传动比输出轴转速最大输出功率(kw)实际传动比输出轴转速最大输出功率(kw)实际传动比输出轴转速最大输出功率(kw)实际传动比输出轴转速最大输

18、出功率(kw)22422441840538062655863057015662243683365205151368128121382382311522422430628045043341644042112171117193217462152194528152544207187252226396368339385350101015781425175815882299207716915320618630927931018190182474512881164143512971877169663660849799495077611081059865144913851131CST系统采用输出力矩作为作为

19、其产品型号的标定，如1120K表示这种型号的CST系统输出轴最大力矩为1120103inm，CST系统产品系列的输出力矩围为2301032250103in1b26288kN57.66，如此输出功率围为1023115kW。3、CST主机尺寸630K630KRL848965W9431626H9221092pmax/i942/ib1480r/min630/ ib990 r/minpmin/i420/id1480 r/min281/id990 r/min注：LWH长宽高mmpmax最大输出功率kW；pmin最小输出功率kWi传动比，ia=15.32, ib=17.09 ic id ie 4、冷却系统的

20、有关参数： 型号冷却油量L/min液压泵电机功率kW风扇电机功率kW630K1135 系统压力为102.0par710421055、CST系统的性能特点： CST系统主机将减速器和进展软起、制动控制的湿式线性离合器合为一体，结构紧凑，起动和停车时加、减速度均可控。 1起动性能好，起动和停车的加、减速度可在大围调节和控制CST系统的起动加速度与负荷无关，电动机空载起动到额定转数后，输送机由静止状态按设置的加速度加速至满速，允许每小时起动10次。它具有优异的力矩控制特性，可根据输送机工况起动、调速、运行、停车的需要，灵活准确地改变离合器的压力与传递力矩的大小，实现带式输送机无冲击均匀加速与平稳运行

21、。现场可调加减速度，加速时间为1060s或更长，可使输送机减速停车时间长于自然停车时间超自然停车。运用CST传动系统可最大限度地降低输送带中的动力与紧装置的位移，从而可降低输送带强度等级，并提高输送带、牵引电动机、滚筒、托辊与整机结构件寿命，以与大大减小起动电流对电网的冲击。理想的加速度曲线为s形曲线。2优良的调速性能应用反响盘湿式离合器输出速度大幅度可调，稳定转速可在10%100%之间任意调节，故很容易实现验带时的低速运行要求。3运行可靠，效率高湿式线性离合器提供双向保护，使减速器与输送机免受冲击载荷与过大驱动力矩的损害，整机寿命可以达10万小时。离合器为非磨损部件，液压粘滞层使各摩擦片之间

22、没有因相对滑动而产生的磨损，故寿命很长，无需经常更换。减速运行时，CST反响盘系统完全被锁住，动、静磨擦片间无滑动效率损失，所以CST系统总传动交往率很高，可达93%。4多级驱动或多点驱动时具有良好的功率与负载平衡性能。 用计算机控制CST系统,对所有驱动单元可实现预期的负载合理匹配或均衡分配，匹配误差不超过2%；还可使所有电动机在空载条件下顺序起动，从而降低所需电动机容量，并大大减小峰值功率对电网的要求，具有明显的经济效益。5控制灵活简便CST系统具有完善的电液控制装置和先进的控制技术，可很容易地实现对输送机的起动、停车时间，加、减速率，运行速度，各驱动单元的负荷分配与所提供的最大力矩等参数

23、的准确、有效控制。6有完善的操作、控制、保护功能CST系统的控制中心是一台微型电子计算机，可进展全数字式控制。主控板上设显示屏幕、操作按键与通信插口。电控板执行对整套CST系统的控制、保护功能。电液控制技术先进、性能完善、安全可靠、使用方便。第三节 CST系统的应用DODGE公司已销售1000余台CST传输系统，在美国、加拿大、澳大利亚、印度、中国等国的带式输送机上成功使用。美国有很多矿井采用CST进展技术改造，扩大生产和运输能力。我国首先引进CST系统的是德西铜矿，在矿井主提升带式输送机Q=2500和t/h，L=1237m,B=1200m上安装了三套CST型号980K系统，总传动功率为210

24、0KW，运行正常，效果很好。、等地的一些煤矿已购置或签约进口CST系统装备在带式输送机上。集团神府精煤公司购置了4套630K型CST系统，将分别用于大柳塔煤矿和活鸡兔煤矿的主平硐带式输送机上。DODGE公司准备在中国建厂生产CST传输系统，以便于向中国和亚洲用户供给产品和配件。图4611和图4612是CST系统的应用实例。美国科罗拉多州塞浦露斯矿业公司20英里矿，设计生产能力为400万吨/年，全矿职工175人，其中正式工50人，工作制度每班10h，工人每周工作4天40h。该矿主斜井长2134m，倾角为40，提升高度为152.4m。主斜井装备三条800m长的带式输送机搭接，完成全矿井主提升运输任

25、务，如图4613所示。主斜井吊挂式带式输送机主要技术参数：输送能力Q=3200t/h，输送机长度L=800m，带宽B=1524mm，带速V=3.81m/s，驱动电动机功率N=3298KW；驱动滚筒直径D=1000mm，托辊直径为159mm，槽角为35，4层尼龙面芯胶带，强度为1400N/mm。该主斜井带式输送机的传运装置采用道奇公司的CST软起动系统，每台带式输送机安装3套420K型CST系统，3台输送机共用9套CST。其主要技术参数：输入功率N=488KW，输入轴转速nr=1800r/min，速比i=25.63，输出轴转速nc=68r/min，起动时间tq=90s。停车方式：自然停车，未采用

26、CST可控停车，亦未加紧急制动系统。塞浦露斯20英里矿设置一个综合机械化采煤工作面完成全矿产量，工作面运输巷长度L=3352m装备一台多点驱动可伸缩吊挂式带式输送机，其主要技术参数：输送能力Q=2700t/h，输送机最大长度L=3350m，带宽B=1372mm，带速V=3.81m/s，驱动时机功率N=42400hp；驱动滚筒直径D=1000mm，托辊直径为159mm，槽角为35，4层尼龙布芯胶带，强度为1400N/mm；储带仓容量为244；尾部拉紧装置为液压拉紧油缸配活动小车。如图4614所示，工作面运输巷可伸缩带式输送机设置了4个驱动站，每个驱动站均为双滚筒双电动机驱动，共选用8套420K型

27、CST系统进展传动。起动控制为计算机控制顺序起动，起动时间120180s；停车方式为自然停车。CST具有准确的负载平衡系统，匹配误差1%2%。两个驱动站之间的负载分配、功率平衡与力测定均通过传感器反响到CST的计算机系统中，进展调控，达到平衡。每个驱动站的两套CST系统紧凑地布置在井下的一个硐室里，其中包括主机、热交换器、冷却器风冷、主控制箱、计算机控制系统等。该矿的生产效率与管理水平在世界上属首屈一指的，每班稳产在13000t左右，CST的平均可用性指标为98%，2%的时间为维修时间。全矿仅有2人负责维护带式输送机的17套CST系统，4人用局部时间维护检修主斜井与工作面运输巷带式输送机。由于CST系统质量优良，连续运行5年以上，运行平稳可靠，主机噪音不大，湿式离合器摩擦片从未更换，辅机热交换器风冷式仅采用外循环自然冷却风扇未运转，最高温度为601.2倍，在起动过程中输送带紧装置位移行程甚小，从而大大改善了带式输送机的运行工况和受力状态，延长了输送机工作部件的寿命，降低了设备投资与运行费用。15 / 15