煤矿CST

一、简述

可控起动传输（CST）是用于大惯性负载平滑起动的多级减速齿轮装置，多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动。CST的主要结构包括减速齿轮箱、润滑油冷却系统、液压系统和基于可编程控制器（PLC）的控制装置。

CST减速箱由三部分组成,，输入轴齿轮组，输出轴行星齿轮组和离合器部分。输入轴的斜齿轮将电机的旋转运动传递到太阳轮上，并通过太阳行星轮之间的啮合将运动传递到行星轮一体的输出轴上，驱动输出轴运动。

机械式离合器的工作原理，旋转板（静摩擦片）在外圈方向上通过键槽固定在齿圈/制动盘上，并随齿圈/制动盘同步旋转。静止板（静摩擦片）在内圈方向上通过键槽固定在输出轴体上。内外两层摩擦片交叉布置，相互隔离。调整环形活塞上的液压，可控制摩擦片之间的压力，并导致摩擦片之间的间隙发生变化。环形活塞上未施加控制压力时，齿圈/制动盘处于自由运动状态，CST不传动运动。实际应用中，在带式输送机起动初期输出轴由于负载力矩作用而于静止状态。当逐渐增大外部液压控制作用时，环形活塞将逐渐压紧离合器，，由于摩擦作用齿圈/制动盘旋转速度将减慢；根据作用力与反作用力原理，与输出轴固定的摩擦片将受到反向作用力，当施加的控制力能提供足够的起动力矩时，皮带机就起动了。调节活塞上的液压压力，可精确控制输入轴电机传送到CST输出轴的力矩。齿圈与输出轴的速度呈线性反比例并系，当齿圈静止时，输出轴将达到满速运行。

冷却系统用于带走由于动摩擦片和静摩擦片相对运动所带来的损耗热量。通过冷动泵的运行，促使冷却油在CST油箱、热交换器和离合器之间循环流动以保证CST的安全运行。

液压系统通常由2级机械式液压泵、桥式液压整流阀组和比例阀组成。一

级液压泵为低压泵，其流量较大，主要供CST轴承润滑并为二级泵提供输入压力；二级液压泵为高压泵，但流量较小，为桥式整流阀组提供较高的压力，以确保比例阀控制作用。

基于PLC的控制系统可对每台CST装置进行监视、控制和操作，并提供用户接口。

采用CST的主要目的是为了在起动过程中加速阶段降低张力作用对皮带机带来不利影响，通过控制起动上升曲线，可减小皮带机空载或满载起动时带来的瞬时尖峰张力，从而得到一个比较满意的动态结果。

CST所带来的另外一个优点是主电机可以在空载状态起动，从而减小了起动冲击电流并缩短了起动时间，同时允许操作员更灵活的对带式输送机的起停操作，而无需反复起停主电机。另一方面，也提高了CST控制的可操作性，这意味着多驱动并行系统中，在不影响其它CST控制系统正常运行的情况下可临时离线处理（停止）某台CST的运行。

传感器和变送器均属于CST的监控系统部分。对于点型的CST，需要监测机箱油温、润滑油压力、液压控制压力和输出轴速度，主电机功率信号从用户电机控制中心传送到PLC控制率统中，功率信号变送器标定为电机额定功率的0～150%。其它一些参数，例如皮带机速度（滑差）、皮带机张力、电机绕组温度以及电机和CST振动等，也可由PLC系统进行监控。PLC控制系统输出0～20mA用于比例阀（PCV）控制，PCV阀带有一脉宽调制型电流放大器，确保PCV阀芯线性开度。离合器摩擦片可在0—100%范围内响应控制压力，保证离合器压力与输出力矩的线性关系。这种并键特性允许精确的过载保护，以及在并行多驱动系统之间实现精确的负载平衡。

多数超长带式输送机采用了多级驱动系统方式，要求驱动装置之间的负载平衡分配以减小皮带机各个部分的负载和应力影响。对于那些多于一个CST驱

动装置的皮带机系统中，控制系统必须保证电机负载平衡分配。基于PLC的控制系统单机可最多控制4台CST的运行，通过在多级驱动系统中配置主驱和从驱的方式可实现负载的平衡分配，嵌套的PID控制环节可实现低速滑行下力矩的精确控制。主驱和从驱的配置取决于齿轮减速比和滚筒的直径大小。为了达到良好的负载平衡控制特性，推荐使用从驱滚筒直径比主驱大3到4%的配置方式。任何情况下，从驱将跟随主驱自动调整状态，在不同的负荷下均能保持一致的输出功率。

在典型的2×CST驱动控制中，处于尾部的操作员在确认皮带机安全自锁状态后向CST控制箱发出皮带机运行信号，以下阐述了带式输送机的运行状态：

状态- 0：待机状态

CST控制系统在检测到以下状态后发出“备车”信号，操作员可起动带式输送机。

带式输送机速度为：0； 离合器压力小于5%系统压力； 系统无故障和报警状态。 状态-1：起动状态

在操作员发出带式输送机“起动”信号后，PLC中的控制程序将起动冷却水泵和主电机。多机系统中，主电机起动间隔为5s以避开起动电流冲击。离合器压力将预压至10%，保证冷却系油充满离合器摩擦片间隙。

状态-2：预压状态

在离合器摩擦片预压结束后，速度和功率PID闭环调节模块将切换“自动/前馈”模式。逐渐增加各台CST压力PID闭环调节模块的输入设定，直至检测到皮带机起动为止。

如果带式输送机系统具有独立的制动单元，在离合器预压后CST控制

系统应输出开关量或模拟量信号至制动单元以释放制动状态。

状态-3：啮合状态

在检测到皮带机速度＞3%时，皮带机就进入了啮合状态。在此状态下，速度PID设定逐渐上升，而功率PID模块处于功率平衡控制模式下，在检波测到速度后，需利用一段缓冲特性来提升起动性能，缓冲期间速度将保持在5%左右。缓冲时间可在5～20s之间调整。

状态-4：加速状态

缓冲结束后，速度PID设定将按预设的加速曲线上升至满速。加速时间可在30～300s之间进行调整，加速状态期间热交换器风机将起动运行。

状态-5：满速状态

在检测到皮带机速度＞95%时，系统进入满速运行状态，用户可起动加料设备。速度设定一般保持在98%或100%。主驱运行在恒速闭环控制模式上，而从驱处于功率平衡控制状态。运行期间，功率控制都应控制在±2%的误差范围内。

状态-6：减速状态

正常运行期间，发生任何CST故障或用户停机指令都将导致系统进入减速运行状态。输送机按设定曲线停机，停机时间不小于自然停车时间，可按需要调整。当速度＜5%时，减速状态结束。

下列情况下，CST控制系统会发出一般报警信号，此种报警不影响带式输送机和主电机的正常运行。

? 变送器超出测量范围（压力、温度、速度和功率） ? 皮带机打滑速度超限（±20%） ? 主电机过载（≥100%）

? 功率平衡控制超差（＞±20%） ? 加热器起动故障

? 智能轴承温度和振动过高（某些系统具备）

下列情况下，系统将触发故障报警，带式输送机将进入停车模式，但此状态下主电机无需停机。

? 制动故障（某此系统具备）

? 智能轴承温度超高和振动过高（某些系统具备） ? 主电机/冷却泵/风机/加热器起动故障 ? 主电机过载（＞110%） ? 滑油温度低

? CST起动过程中，冷却压力、离合器压力过低（＜10psi） ? 离合器压力高（90%） ? CST打滑超限（±20%） ? 功率平衡控制超差（＞±30%） 以下故障将触发CST停主电机 ? 润滑故障 ? 滑油温度超高 ? 外部紧急停机事件

CST控制系统可提供DH485或DH＋通讯接口,用户在定制产品时可选择接口型式,实现与中央集控计算机系统联网并进行远程数据传输.

CST配置程序包含一些“智能”模块，基于PLC的CST控制系统的扩展到对整个带式输送机系统的机械动力部分进行在线监测，可对1500英尺内的62个站点进行轴承振动、温度的监测。为建立可靠、易操作、易维护的单机或多机系统提供了极大的灵活性。

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