1、引言
    帶式輸送機是煤礦最理想的高效連續(xù)運輸設備，運行可靠，而且易于實現(xiàn)自動化、集中化控制，特別是對高產高效礦井，帶式輸送機已成為煤炭高效開采機電一體化技術與裝備的關鍵設備。近年來隨著雙高工作面的出現(xiàn)以及采掘設備生產能力的大幅度提高和降低散料運輸成本的要求，作為整機，帶式輸送機正迅速朝著長距離、大運量、高速度、大功率和廣泛的適應性能方向發(fā)展，大型帶式輸送機在煤礦井下的應用也越來越廣泛。
    對長距離、大運量、大功率、高速度帶式輸送機來說，輸送帶張力過大和嚴重的波涌現(xiàn)象以及動力學現(xiàn)象是存在的主要問題，而解決問題并使其性能和運量最優(yōu)化的關鍵是把加速、停車和運行時的輸送帶張力及其瞬態(tài)值減到最小，并實現(xiàn)張緊力的自動實時控制。目前，國內外均采用可控起動技術和自動張緊技術以滿足上述要求。
    國外大型帶式輸送機的設計技術已達到很高水平，有專用的帶式輸送機動態(tài)設計軟件，進行動態(tài)分析和動態(tài)設計，既安全可靠，成本又低。我國從80年代起開始研制大型帶式輸送機，近年來國內對大型帶式輸送機的動態(tài)問題及可控軟起動裝置也進行了大量的探索，研制了一些適合大型輸送機重載起動和傳動的可控軟起勸傳動裝置，如液體粘性軟起動裝置、調速偶合器、電軟起動裝置等，并得到了較好的推廣和應用。
2、大型帶式輸送機的應用
    東聯(lián)公司在2001年-2002年生產制造的近十條大型帶式輸送機在平煤一礦、寧夏靈州磁窯保礦、神華上灣礦、大柳塔礦等煤礦投入使用，技術參數(shù)為：最大帶寬為1400mm;最長距離為2386m,最大帶速達5.1m／s；輸送量達2500t/h；膠帶傾角0°～15°；電機功率達2000Kw，上述膠帶機均配有自動張緊裝置和制動裝置。
3、方案選擇設計
3.1驅動裝置
    驅動系統(tǒng)是帶式輸送機最重要的部件，最好的大型帶式輸送機驅動系統(tǒng)應該具有便于對整個帶式輸送機的控制、顯示優(yōu)越的可靠性（驅動器本身的可用性）、減少對帶式輸送機上電器元件的要求、減少對帶式輸送機上機械元件的要求、允許對膠帶的動力學和張力做適當?shù)目刂频裙δ�。近年來對大型帶式輸送機的研制，除了提高輸送帶的強度外，主要是研制大型帶式輸送機的控制傳動裝置系統(tǒng)。目前，國內外均采用各種軟起動作為關鍵技術，以實現(xiàn)上述功能，而且可控驅動裝置的性能已成為了帶式輸送機技術是否先進的標志之一。其中CST可控起動傳輸系統(tǒng)是最為理想的專門設計用在大型帶式輸送機上的理想驅動系統(tǒng)，并得到了廣泛的應用。
    (1)可控軟起動的形式及性能比較
    能夠實現(xiàn)軟啟動的設備可分為兩種型式，即電氣式和機械式。電氣式主要設備有交流變頻調速裝置、晶閘管軟啟動器等；機械式主要設備有調速型液力偶合器、叫離合器、CST等。綜合其應用情況分析，各有特點，如表1所示。
    通過表1性能比較，CST系統(tǒng)是起動性能最好的一種可控軟驅動裝置。
    (2)應用實例設計方案經(jīng)濟分析
    以平頂山天安煤業(yè)股份有限公司一礦戊一三水平暗主斜井膠帶輸送機為例，在設計方案時我們對常用的幾種軟起動方式進行了對比分析，如表2所示。
    通過表2可以看出，使用CST后，雖然CST自身的價格比其它高出很多，但整機價格基本持平，而且大大降低了運行費用，有著優(yōu)異的運行價格比：
    ①輸送帶的初張力大大降低，膠帶強度等級降低，膠帶的費用降低1/4左右，膠帶更換每年平均節(jié)約約31. 328萬元，使用壽命也相應延長。
    ②裝機功率大大減少，降低了耗電量，每年可節(jié)約電費29.4萬元。  ，
    ③元部件如滾筒、機架等規(guī)格小型化、通用化，重量減輕，簡化了零部件的加工制造，方便了運輸、安裝及維修，節(jié)約了資金；由于體積大大減小，峒室開挖量相應減小，減少了相應的施工工作量和施工難度，減少了土建費用。同時元部件的受力狀況得到改進，提高了壽命和可靠性。
    ④減低了對電控的要求，減少了整機的電控費用。
    根據(jù)長距離、大運量、大功率、高速度帶式輸送機的要求，為了提高產品檔次、技術性能以及經(jīng)濟性等，考慮CST優(yōu)異的性能價格比，使用壽命達15 - 20年，不需備件，可用性系數(shù)超過98%，維護費低，停機造成的損失低等優(yōu)點，最終采用了CST可控傳輸系統(tǒng)作為該機的驅動系統(tǒng)。
    (3)CST的主要結構、工作原理
    CST裝置是美國道奇公司生產的專門為帶式輸送機研制的一種驅動裝置，它是將行星齒輪減速器的內齒圈與濕式摩擦離合器組合而成，通過比例閥及控制系統(tǒng)來實現(xiàn)軟起動與功率平衡，調節(jié)精度達98%以上，是一種典型的集機、電、液、微電子為一體的高科技技術產品。主要由機械傳動系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、油泵站系統(tǒng)、冷卻控制系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等組成，機械傳動系統(tǒng)由行星齒輪減速器，線形濕式離合器，液壓控制系統(tǒng)組成。利用離合器中主、被動件之間的油膜剪切作用來傳遞動力，實現(xiàn)主、被動軸的同步運行和無級調速，并對傳動系統(tǒng)具有過載保護功能。而且可以利用電液控制，通過改變摩擦片之間的油膜厚度，對輸出軸的速度和傳遞的扭矩進行控制，實現(xiàn)對輸出軸的無級調速。
    監(jiān)控系統(tǒng)的內容主要有：油箱溫度，冷卻液的流量或壓力，離合器溫度，潤滑油的壓力，離合器組件液壓壓力，輸入速度和電網(wǎng)頻率，輸送帶速度、輸送帶運行張力等。監(jiān)視輸入速度和電網(wǎng)頻率可通過電機的滑差近似得到電機功率，采用串聯(lián)式PID控制器控制各驅動裝置速度及輸出力矩，實現(xiàn)功率平衡，在較低速度下，也能實現(xiàn)精確的力矩控制。電氣監(jiān)控系統(tǒng)包括動態(tài)跟蹤起、制動特性曲線，系統(tǒng)運行參數(shù)、信號、故障保護等數(shù)據(jù)實時采集，各驅動器的輸出控制；單機自動化、單機檢修慢速運行，單機手動運行。系統(tǒng)采用人機界面，大屏幕觸摸式顯示屏，實時動態(tài)顯示運行畫面，可軟件修改的觸模式開關，便于調試、操作，軟件設備多級保密，便于管理。
    采用CST可控軟啟動驅動裝置，可大大改善整機運行性能，有較好的經(jīng)濟性，具有如下特點：
    ①電動機空載起動，減小了對電網(wǎng)的沖擊，延長了電機的使用壽命。具我們觀察，560KW的主電機起動電流僅在1秒鐘之內即降至額定電流。雙電機又分時段起動，大大降低了起動電流，既有利于電機又利于電網(wǎng)。在運行中如需暫短停機，可以只停膠帶，而不停電機，減少了電機頻繁起動的次數(shù)，延長了電機的使用壽命。
    ②加速度和減速度的斜率平緩，改善了膠帶起動和停止的張力沖擊，因為起動加速時間足夠長（起動時間在0-120秒之內可調），減速度小于自然減速度，所以起動、運行、停止非常的平穩(wěn)，這樣就大大降低了運輸機對膠帶強度的要求，既保證了膠帶運行的安全性，又完成了膠帶選型的經(jīng)濟性。同時，膠帶在加速或停機時沒有滑動損失，減小了膠帶的損傷和各傳動部位的磨損。
    ③雙電機拖動，能夠隨時平衡其功率，雖然兩臺CST在運行中有主次之分，但兩臺電機的出力始終是一致的，電流差值一般情況在士1A。另外，在礦井開采初期或小負荷生產的情況下，可以單臺替換運行，以減少電耗。
    ④在主站的控制下，自成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。監(jiān)測、保護設施齊全、可靠，操作方便、故障易判斷。CST電器控制柜上設有一微機顯示觸摸屏，它可以顯示二十幾幅信息欄，有膠帶開動屏、膠帶運行屏、膠帶故障屏、膠帶控制屏、CST報警信號屏、CST跳閘信號屏等。對膠帶的起動、運行、停止全過程進行監(jiān)測、保護、調整。一般情況下，CST均處在自動狀態(tài)之下，開車、運行、停機只受主站的控制，不需要任何操作，值班人員只對運行參數(shù)進行觀察記錄即可。另外，還有一些故障因其危害性小，暫時運行無危險，CST便自動報警提醒，故障的性質可以由報警信號中獲得。
    ⑤可以慢速運行，完成驗帶檢查工作，膠帶慢動速度由10%-50%可調，方便、靈活、實用。
    ⑧CST各部軸承溫度的檢測可以通過檢測潤滑油的溫度實現(xiàn)，潤滑油的溫度可直接由運行顯示屏上得到。運行顯示屏還顯示有主電機電流、輸出速度、膠帶速度、冷卻油壓、離合器壓力、PCV壓力閥等參數(shù)。
3.2拉緊裝置
    拉緊裝置主要有固定式、移動式和自動式三種形式，考慮到大型帶式輸送機距離長，避免波動現(xiàn)象，要實現(xiàn)張緊力的自動實時控制等，必須選擇自動拉緊裝置。液壓自動拉緊裝置是近年來我國研制的一種新型自動拉緊裝置，在帶式輸送機上迅速得到了推廣應用。
    液壓自動拉緊裝置可根據(jù)膠帶張力的需要任意調節(jié)起動和正常運行時的拉緊力，可以使起動時拉緊力比正常運行時大1.4-1.5倍。響應快，起動時松邊突然松弛伸長，油缸能立即回縮，及時補償膠帶的伸長，對緊邊的沖擊小，使起動平穩(wěn)可靠，避免或減少斷帶事故的發(fā)生。具有斷帶時自動停止輸送機和打滑時自動增加拉緊力等保護功能，可與集控裝置連接，實現(xiàn)遠距離控制等。
3.3制動裝置
    由于大型帶式輸送機的逆止（制動）力矩較大，為了可靠、安全，一般采用NJ型低速大扭距逆止器和盤閘式軟制動裝置，直接安裝在傳動滾筒端，以防止帶式輸送機倒轉和滿足制動需要。
3.4中間機身
    大型帶式輸送機具有距離長、運量大、速度高等特點，中間機身設計時應與普通膠帶機有所區(qū)別。我們設計的中間機身有以下主要特點：①承載托輥組為固定架托輥組，使機身穩(wěn)定可靠；②槽形托輥組采用“品”字形，中托輥與側托輥不在同一軸線上，交錯布置，減小托輥間隙，避免劃傷輸送帶，易于更換輥子；③托輥組與中間架之間，中間架與支腿之間采用無螺栓連接，拆卸安裝方便，可實現(xiàn)快速安裝，提高拆裝效率；④為防止輸送帶跑偏，承載托輥組增設前傾和調心托輥組，回程托輥組采用V形前傾和調心托輥組；⑤在滿足承載能力的前提下，采用較大直徑的輥子，以延長使用壽命。
4、結語
    我們采用CST軟起動裝置、液壓自動拉緊裝置、大扭矩低速逆止器和盤閘制動器等關鍵技術以及特殊的中間機身結構設計制造的多條大型帶式輸送機，在煤礦井下均得到了良好的應用，克服了大型帶式輸送機存在的問題，滿足了用戶的要求，具有較好的技術性能和優(yōu)異的運行一經(jīng)濟價格比，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。