0、引言
    近年來(lái)。隨著高產(chǎn)高效集約化礦井的迅速發(fā)展，長(zhǎng)壁工作面單產(chǎn)持續(xù)提高，作為長(zhǎng)壁工作面的主要運(yùn)輸設(shè)備，刮板輸送機(jī)的裝機(jī)功率也在不斷提高。目前，國(guó)外綜采最大的工作面刮板輸送機(jī)，其運(yùn)量已達(dá)6 000t/h．裝機(jī)功率3xl 600 kW，運(yùn)距450 m。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的刮板輸送機(jī)運(yùn)量已達(dá)3 500 t/h．裝機(jī)功
率3x700 kW．運(yùn)距300m。這種大功率刮板輸送機(jī)負(fù)載量大．運(yùn)輸距離長(zhǎng)，起動(dòng)頻繁且多為帶載起動(dòng)，輸送機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題、功率平衡問(wèn)題與過(guò)載保護(hù)問(wèn)題日益突出。因此，刮板輸送機(jī)的起動(dòng)技術(shù)也從傳統(tǒng)的直接起動(dòng)發(fā)展為可控起動(dòng)。CST可控起動(dòng)傳輸裝置是美國(guó)道奇公司與DBT公司共同研究開(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)用于驅(qū)動(dòng)大功率刮板輸送機(jī)。它對(duì)保護(hù)電動(dòng)機(jī)、避免鏈條強(qiáng)烈沖擊，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)和安全運(yùn)行起著非常重要的作用。目前，CST可控起動(dòng)傳輸裝置在神華集團(tuán)引進(jìn)的大功率刮板輸送機(jī)上已經(jīng)得到成熟應(yīng)用。
1、刮板輸送機(jī)起動(dòng)特性分析
    刮板輸送機(jī)在與采煤機(jī)配套工作過(guò)程中，其裝煤量隨著采煤機(jī)的采煤速度和行進(jìn)方向不斷變化，范圍從空載到滿(mǎn)載甚至超載．且持續(xù)時(shí)間無(wú)規(guī)律。在極不穩(wěn)定的負(fù)荷狀態(tài)下，刮板輸送機(jī)經(jīng)常發(fā)生卡鏈、斷鏈、脫齒等故障，且經(jīng)常在重載或超載下起動(dòng)，另外，大功率刮板輸送機(jī)普遍采用多機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，由于機(jī)頭和機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部電動(dòng)機(jī)、鏈條等結(jié)構(gòu)及參數(shù)差異，導(dǎo)致多機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中各電動(dòng)機(jī)功率分配失衡，負(fù)載波動(dòng)，這些都對(duì)電動(dòng)機(jī)造成一定的損害，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。
    國(guó)內(nèi)外均采用軟起動(dòng)方式的目的是為了減少刮板輸送機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)張力，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中多機(jī)負(fù)載均衡。目前，有2種軟起動(dòng)方式，一種是直接控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)速度，達(dá)到軟起動(dòng)的目的；另一種是不直接起動(dòng)負(fù)載，而是先使電動(dòng)機(jī)在空載狀態(tài)下起動(dòng)，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，再慢慢接人負(fù)載，使系統(tǒng)無(wú)沖擊地緩慢轉(zhuǎn)人正常運(yùn)行。CST屬于后一種軟起動(dòng)方式，它具有起動(dòng)電流小、起動(dòng)速度平穩(wěn)、對(duì)電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)點(diǎn)。
2 、CST可控起動(dòng)傳輸裝置
2.1 CST驅(qū)動(dòng)方式
    電動(dòng)機(jī)-CST可控起動(dòng)傳輸裝置一驅(qū)動(dòng)鏈輪。電動(dòng)機(jī)與CST的輸入軸聯(lián)接，鏈輪與CST的輸出軸聯(lián)接。電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，鏈輪不轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，再接入負(fù)載，鏈輪逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，刮板輸送機(jī)也就起動(dòng)了。
2.2 CST系統(tǒng)組成
    CST可控起動(dòng)傳輸裝置是一個(gè)帶有電液反饋控制的多級(jí)齒輪減速器．且在其輸出端裝有線(xiàn)性濕式離合器的機(jī)電液一體化高技術(shù)傳動(dòng)系統(tǒng)。它是專(zhuān)門(mén)為平穩(wěn)起動(dòng)與運(yùn)送大慣量負(fù)載而設(shè)計(jì)的．多用于煤礦和礦山中大功率輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)部。CST系統(tǒng)包括：減速齒輪箱、液壓系統(tǒng)和專(zhuān)門(mén)為煤礦刮板輸送機(jī)設(shè)計(jì)的可編程控制器(PMC)。
    減速齒輪箱是CST的機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件，以刮板輸送機(jī)垂直驅(qū)動(dòng)部CST為例．其減速齒輪箱含有兩級(jí)行星齒輪減速裝置，且內(nèi)裝有摩擦片6、油缸3，這是CST裝置的核心部分（見(jiàn)圖2）。    液壓系統(tǒng)通常由離合器控制回路和冷卻回路兩部分組成。離合器控制回路為高壓回路，壓力油從高壓泵輸出，經(jīng)伺服閥調(diào)節(jié)后，推動(dòng)離合器控制活塞．實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器操作。冷卻回路為低壓回路，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻泵將油液從CST油箱抽出．然后分為2個(gè)支路，一路經(jīng)過(guò)離合器摩擦片上的凹槽直接回到油箱，其作用有2個(gè)：(l)帶走由于動(dòng)摩擦片和靜摩擦片相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量以及因摩擦片磨損產(chǎn)生的磨屑；(2)在摩擦片之間形成圓盤(pán)狀的傳動(dòng)油膜；另一路經(jīng)過(guò)濾器、冷卻器和節(jié)流閥后返回油箱，其作用是過(guò)濾油箱中的雜質(zhì)，并降低油液的溫度。
    可編程控制器(PMC)包括PMC-D控制器和PMC-V控制器2部分。PMC-D控制器包括一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠可靠運(yùn)行所必須的全部硬件設(shè)備，并與CST減速器上安裝的傳感器和伺服閥相連接．能夠?qū)崿F(xiàn)刮板輸送機(jī)的軟起動(dòng)和過(guò)載保護(hù)等功能。PMC-V控制器包括一個(gè)24鍵鍵盤(pán)和一個(gè)4英寸顯示器，它可以通過(guò)多種語(yǔ)言顯示各種數(shù)據(jù)曲線(xiàn)。報(bào)警信息和錯(cuò)誤信息。PMC-V可以清楚顯示減速器上的所有傳感器信息、單機(jī)和多機(jī)的CST運(yùn)行狀態(tài)，全局和本地參數(shù)等，還可以通過(guò)24個(gè)數(shù)字鍵方便地修改參數(shù)。重要的系統(tǒng)參數(shù)還可以設(shè)置密碼保護(hù)，防止其他工作人員隨意修改。
2.3 CST工作原理
    CST軟起動(dòng)工作原理見(jiàn)圖5。當(dāng)刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，控制器首先接收電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)信號(hào)，并允許電動(dòng)機(jī)在空載的情況下起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)．其力矩在特性曲線(xiàn)上已爬過(guò)高坡進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，此時(shí)可以穩(wěn)定地帶動(dòng)負(fù)載。具體情況是：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩通過(guò)輸入軸傳遞給太陽(yáng)輪，太陽(yáng)輪與3個(gè)行星齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)行星齒輪減速裝置后。帶動(dòng)線(xiàn)性濕式離合器的動(dòng)摩擦片旋轉(zhuǎn)，靜摩擦片、行星齒輪的托架和減速器的輸出軸為一體，此時(shí)應(yīng)不旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制器開(kāi)始對(duì)環(huán)形油缸增加液壓壓力，使線(xiàn)性濕式離合器的動(dòng)、靜摩擦片逐漸接近，并相互作用，帶動(dòng)減速器的輸出軸旋轉(zhuǎn)。線(xiàn)性濕式離合器是CST減速器中的關(guān)鍵部件，它的工作原理(見(jiàn)圖6):動(dòng)摩擦片通過(guò)鍵槽固定在內(nèi)齒圈上．并隨同內(nèi)齒圈一起旋轉(zhuǎn)：靜摩擦片通過(guò)鍵槽固定在輸出軸上；動(dòng)摩擦片與靜摩擦片交叉排列。相互隔離。當(dāng)離合器油缸無(wú)壓力時(shí)，與動(dòng)摩擦片連接的內(nèi)齒圈自由旋轉(zhuǎn)，行星架與輸出軸由于負(fù)載力矩作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)離合器環(huán)形油缸油壓逐漸增大時(shí)．動(dòng)摩擦片與靜摩擦片之間的油膜產(chǎn)生剪切作用力．使內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)速逐漸降低，根據(jù)作用與反作用原理，與輸出軸固定的靜摩擦片將受到反作用力，輸出軸轉(zhuǎn)速逐漸增大，最后達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，這樣刮板輸送機(jī)就起動(dòng)了。由此可知．通過(guò)控制離合器油缸的壓力及壓力作用時(shí)間，可以精確控制輸送機(jī)的起動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)軟起動(dòng)。
2.4CST液壓系統(tǒng)
    根據(jù)前文所述可知．CST可控起動(dòng)傳輸裝置的液壓系統(tǒng)分為離合器控制回路和冷卻回路。冷卻回路工作原理比較簡(jiǎn)單。下面重點(diǎn)分析離合器控制回路的工作原理：
    CST離合器控制回路的作用是根據(jù)刮板輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，供給環(huán)形油缸不同的工作油壓．調(diào)節(jié)離合器中動(dòng)、靜摩擦片的間隙大小，從而控制CST的輸出扭矩。
    CST離合器控制回路主要由油箱、柱塞泵、溢流閥、過(guò)濾器、壓差開(kāi)關(guān)、伺服閥、手動(dòng)閥等組成(見(jiàn)圖3)。液壓油箱安裝在變速箱的底部，因此低于變速箱的油位。該油箱頂部開(kāi)有補(bǔ)油孔，以確保向變速箱注油的同時(shí)，液壓油也被注入控制油箱，同時(shí)也能保證在控制回路發(fā)生輕微泄漏時(shí)，控制油箱仍保持充滿(mǎn)狀態(tài)。
    柱塞泵排出的液壓油經(jīng)過(guò)一個(gè)裝備有壓差開(kāi)關(guān)的10um過(guò)濾器后進(jìn)入伺服閥，以防止伺服閥遭受污染；如果過(guò)濾器進(jìn)出口之間的壓差超過(guò)0.69 MPa,壓差開(kāi)關(guān)便斷開(kāi)�？刂破鱌MC-V會(huì)顯示這些情況．同時(shí)也提醒操作人員在短時(shí)間內(nèi)必須更換過(guò)濾器濾芯。
    伺服閥是一個(gè)精密的三位四通電磁閥．通過(guò)外加直流控制信號(hào)，使閥芯發(fā)生位移，改變閥芯導(dǎo)通量，控制輸出流量大小，從而改變離合器壓力。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，液壓閥板上的手動(dòng)閥必須完全轉(zhuǎn)至右側(cè)停止位置，這樣才能在伺服閥和離合器之間建立聯(lián)系。利用伺服閥對(duì)壓力進(jìn)行控制．如果伺服閥由正向電流驅(qū)動(dòng)，控制油將從閥的壓力孔口P流向閥的控制孔口B，CST控制油缸中的壓力將會(huì)升高：如果伺服閥由反向電流驅(qū)動(dòng)，控制油將從閥的控制孔口B返回油箱，CST控制油缸中的壓力下降。伺服閥所需控制電流是在對(duì)實(shí)際壓力值與額定壓力值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，由控制器PMC-D計(jì)算確定的，壓力的真實(shí)值由液壓閥板上的壓力傳感器PDS100予以檢測(cè)。如此計(jì)算出伺服閥下一步閥芯動(dòng)作的增加值，從而實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)軟啟動(dòng)的全閉環(huán)自動(dòng)控制。
3、CST可控起動(dòng)傳輸裝置的優(yōu)缺點(diǎn)
    (1)優(yōu)點(diǎn)：①可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，逐漸增加離合器液壓壓力，從而實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)軟起動(dòng)：②起動(dòng)時(shí)無(wú)瞬間大電流沖擊，因而對(duì)供電系統(tǒng)要求很低，可有效保證供電設(shè)備及其他用電設(shè)備安全運(yùn)行；③離合器安裝在輸出軸上，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可對(duì)負(fù)載進(jìn)行精確控制；④負(fù)載加速度可控，可將刮板鏈的瞬態(tài)峰值張力減小至最低程度，防止或減少傳動(dòng)系統(tǒng)中的載荷沖擊．避免發(fā)生斷鏈?zhǔn)鹿�；⑤過(guò)載保護(hù)，在突然卡鏈時(shí)．CST裝置的電液控制器能很快發(fā)出指令，減小離合器的液壓壓力，限制最大傳遞力矩，避免刮板輸送機(jī)承受過(guò)大驅(qū)動(dòng)力矩；⑥可實(shí)現(xiàn)多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)之間高精度功率平衡，充分利用安裝功率；⑦輸送機(jī)短時(shí)間停機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，減少起動(dòng)次數(shù)．從而延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的工作壽命；⑧電動(dòng)機(jī)與其他元部件可按正常工作載荷選擇，而不是起動(dòng)條件．CST配套電動(dòng)機(jī)功率可以降到最小，從而降低設(shè)備成本；⑨PMC-D和PMC-V控制器具有控制與監(jiān)測(cè)功能。
    (2)缺點(diǎn)：①在起動(dòng)和調(diào)速過(guò)程中，發(fā)熱量大，傳動(dòng)效率低；②液壓控制系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)油液的清潔度要求很高，控制閥容易因油液污染而發(fā)生故障：③油液泄漏會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；④CST裝置價(jià)格昂貴，且維護(hù)成本高。
4、使用效果
    現(xiàn)代綜采工作面大功率刮板輸送機(jī)需要承受很大的運(yùn)輸量，而且需要承受負(fù)載的巨大變化。CST可控起動(dòng)傳輸裝置的使用，可以使電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊；優(yōu)化功率分配，使機(jī)頭和機(jī)尾的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)同步，避免不必要的負(fù)載變化：當(dāng)突然發(fā)生卡鏈時(shí)，可實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；優(yōu)化驅(qū)動(dòng)輸出，可實(shí)現(xiàn)最大的運(yùn)輸能力；合理利用電動(dòng)機(jī)最大力矩，消除壓溜現(xiàn)象的發(fā)生。