0、引言
近年來。隨著高產(chǎn)高效集約化礦井的迅速發(fā)展，長壁工作面單產(chǎn)持續(xù)提高，作為長壁工作面的主要運輸設(shè)備，刮板輸送機的裝機功率也在不斷提高。目前，國外綜采最大的工作面刮板輸送機，其運量已達(dá)6 000t/h．裝機功率3xl 600 kW，運距450 m。國內(nèi)自主研發(fā)的刮板輸送機運量已達(dá)3 500 t/h．裝機功
率3x700 kW．運距300m。這種大功率刮板輸送機負(fù)載量大．運輸距離長，起動頻繁且多為帶載起動，輸送機的起動問題、功率平衡問題與過載保護(hù)問題日益突出。因此，刮板輸送機的起動技術(shù)也從傳統(tǒng)的直接起動發(fā)展為可控起動。CST可控起動傳輸裝置是美國道奇公司與DBT公司共同研究開發(fā)，專門用于驅(qū)動大功率刮板輸送機。它對保護(hù)電動機、避免鏈條強烈沖擊，實現(xiàn)輸送機平穩(wěn)起動和安全運行起著非常重要的作用。目前，CST可控起動傳輸裝置在神華集團引進(jìn)的大功率刮板輸送機上已經(jīng)得到成熟應(yīng)用。
1、刮板輸送機起動特性分析
刮板輸送機在與采煤機配套工作過程中，其裝煤量隨著采煤機的采煤速度和行進(jìn)方向不斷變化，范圍從空載到滿載甚至超載．且持續(xù)時間無規(guī)律。在極不穩(wěn)定的負(fù)荷狀態(tài)下，刮板輸送機經(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，另外，大功率刮板輸送機普遍采用多機驅(qū)動方式，由于機頭和機尾驅(qū)動部電動機、鏈條等結(jié)構(gòu)及參數(shù)差異，導(dǎo)致多機驅(qū)動系統(tǒng)中各電動機功率分配失衡，負(fù)載波動，這些都對電動機造成一定的損害，嚴(yán)重時甚至燒毀電動機。
國內(nèi)外均采用軟起動方式的目的是為了減少刮板輸送機起動過程中的動張力，并實現(xiàn)運行過程中多機負(fù)載均衡。目前，有2種軟起動方式，一種是直接控制電動機的起動速度，達(dá)到軟起動的目的；另一種是不直接起動負(fù)載，而是先使電動機在空載狀態(tài)下起動，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，再慢慢接人負(fù)載，使系統(tǒng)無沖擊地緩慢轉(zhuǎn)人正常運行。CST屬于后一種軟起動方式，它具有起動電流小、起動速度平穩(wěn)、對電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)點。
2 、CST可控起動傳輸裝置
2.1 CST驅(qū)動方式
電動機-CST可控起動傳輸裝置一驅(qū)動鏈輪。電動機與CST的輸入軸聯(lián)接，鏈輪與CST的輸出軸聯(lián)接。電動機空載起動，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)動起來，刮板輸送機也就起動了。
2.2 CST系統(tǒng)組成
CST可控起動傳輸裝置是一個帶有電液反饋控制的多級齒輪減速器．且在其輸出端裝有線性濕式離合器的機電液一體化高技術(shù)傳動系統(tǒng)。它是專門為平穩(wěn)起動與運送大慣量負(fù)載而設(shè)計的．多用于煤礦和礦山中大功率輸送機的驅(qū)動部。CST系統(tǒng)包括：減速齒輪箱、液壓系統(tǒng)和專門為煤礦刮板輸送機設(shè)計的可編程控制器(PMC)。
減速齒輪箱是CST的機械驅(qū)動部件，以刮板輸送機垂直驅(qū)動部CST為例．其減速齒輪箱含有兩級行星齒輪減速裝置，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，推動離合器控制活塞．實現(xiàn)對離合器操作。冷卻回路為低壓回路，電動機驅(qū)動冷卻泵將油液從CST油箱抽出．然后分為2個支路，一路經(jīng)過離合器摩擦片上的凹槽直接回到油箱，其作用有2個：(l)帶走由于動摩擦片和靜摩擦片相對運動產(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狀的傳動油膜；另一路經(jīng)過濾器、冷卻器和節(jié)流閥后返回油箱，其作用是過濾油箱中的雜質(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控制器包括一個完整的驅(qū)動系統(tǒng)，能夠可靠運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)刮板輸送機的軟起動和過載保護(hù)等功能。PMC-V控制器包括一個24鍵鍵盤和一個4英寸顯示器，它可以通過多種語言顯示各種數(shù)據(jù)曲線。報警信息和錯誤信息。PMC-V可以清楚顯示減速器上的所有傳感器信息、單機和多機的CST運行狀態(tài)，全局和本地參數(shù)等，還可以通過24個數(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軟起動工作原理見圖5。當(dāng)刮板輸送機的電動機起動時，控制器首先接收電動機的起動信號，并允許電動機在空載的情況下起動。當(dāng)電動機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時．其力矩在特性曲線上已爬過高坡進(jìn)入穩(wěn)定運行區(qū)域，此時可以穩(wěn)定地帶動負(fù)載。具體情況是：電動機轉(zhuǎn)矩通過輸入軸傳遞給太陽輪，太陽輪與3個行星齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過兩級行星齒輪減速裝置后。帶動線性濕式離合器的動摩擦片旋轉(zhuǎn)，靜摩擦片、行星齒輪的托架和減速器的輸出軸為一體，此時應(yīng)不旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，控制器開始對環(huán)形油缸增加液壓壓力，使線性濕式離合器的動、靜摩擦片逐漸接近，并相互作用，帶動減速器的輸出軸旋轉(zhuǎn)。線性濕式離合器是CST減速器中的關(guān)鍵部件，它的工作原理(見圖6):動摩擦片通過鍵槽固定在內(nèi)齒圈上．并隨同內(nèi)齒圈一起旋轉(zhuǎn)：靜摩擦片通過鍵槽固定在輸出軸上；動摩擦片與靜摩擦片交叉排列。相互隔離。當(dāng)離合器油缸無壓力時，與動摩擦片連接的內(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．動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，這樣刮板輸送機就起動了。由此可知．通過控制離合器油缸的壓力及壓力作用時間，可以精確控制輸送機的起動速度，實現(xiàn)刮板輸送機軟起動。
2.4CST液壓系統(tǒng)
根據(jù)前文所述可知．CST可控起動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單。下面重點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)刮板輸送機的實際運行情況，供給環(huán)形油缸不同的工作油壓．調(diào)節(jié)離合器中動、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、過濾器、壓差開關(guān)、伺服閥、手動閥等組成(見圖3)。液壓油箱安裝在變速箱的底部，因此低于變速箱的油位。該油箱頂部開有補油孔，以確保向變速箱注油的同時，液壓油也被注入控制油箱，同時也能保證在控制回路發(fā)生輕微泄漏時，控制油箱仍保持充滿狀態(tài)。
柱塞泵排出的液壓油經(jīng)過一個裝備有壓差開關(guān)的10um過濾器后進(jìn)入伺服閥，以防止伺服閥遭受污染；如果過濾器進(jìn)出口之間的壓差超過0.69 MPa,壓差開關(guān)便斷開。控制器PMC-V會顯示這些情況．同時也提醒操作人員在短時間內(nèi)必須更換過濾器濾芯。
伺服閥是一個精密的三位四通電磁閥．通過外加直流控制信號，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。在正常運轉(zhuǎn)期間，液壓閥板上的手動閥必須完全轉(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。利用伺服閥對壓力進(jìn)行控制．如果伺服閥由正向電流驅(qū)動，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升高：如果伺服閥由反向電流驅(qū)動，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實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計算確定的，壓力的真實值由液壓閥板上的壓力傳感器PDS100予以檢測。如此計算出伺服閥下一步閥芯動作的增加值，從而實現(xiàn)刮板輸送機軟啟動的全閉環(huán)自動控制。
3、CST可控起動傳輸裝置的優(yōu)缺點
(1)優(yōu)點：①可實現(xiàn)電動機空載起動，當(dāng)電動機達(dá)到額定轉(zhuǎn)速之后，逐漸增加離合器液壓壓力，從而實現(xiàn)刮板輸送機軟起動：②起動時無瞬間大電流沖擊，因而對供電系統(tǒng)要求很低，可有效保證供電設(shè)備及其他用電設(shè)備安全運行；③離合器安裝在輸出軸上，動態(tài)響應(yīng)快，可對負(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，防止或減少傳動系統(tǒng)中的載荷沖擊．避免發(fā)生斷鏈?zhǔn)鹿剩虎葸^載保護(hù)，在突然卡鏈時．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，避免刮板輸送機承受過大驅(qū)動力矩；⑥可實現(xiàn)多電動機驅(qū)動之間高精度功率平衡，充分利用安裝功率；⑦輸送機短時間停機時，電動機可繼續(xù)運轉(zhuǎn)，減少起動次數(shù)．從而延長電動機的工作壽命；⑧電動機與其他元部件可按正常工作載荷選擇，而不是起動條件．CST配套電動機功率可以降到最小，從而降低設(shè)備成本；⑨PMC-D和PMC-V控制器具有控制與監(jiān)測功能。
(2)缺點：①在起動和調(diào)速過程中，發(fā)熱量大，傳動效率低；②液壓控制系統(tǒng)復(fù)雜，對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油液泄漏會對環(huán)境造成污染；④CST裝置價格昂貴，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需要承受很大的運輸量，而且需要承受負(fù)載的巨大變化。CST可控起動傳輸裝置的使用，可以使電動機空載起動，降低對電網(wǎng)的沖擊；優(yōu)化功率分配，使機頭和機尾的電動機驅(qū)動同步，避免不必要的負(fù)載變化：當(dāng)突然發(fā)生卡鏈時，可實現(xiàn)過載保護(hù)；優(yōu)化驅(qū)動輸出，可實現(xiàn)最大的運輸能力；合理利用電動機最大力矩，消除壓溜現(xiàn)象的發(fā)生。
