1、可控起動傳輸（ CST ）系統第一節 CST 系統的結構及工作原理 為了保證重型輸送機的平穩、安全、經濟、高效運行，必須對其起、制動 過渡過程、運行狀態及性能進行合理的調節與控制，實行軟特性可控起動與制 動，延長起、制動時間，減小速度變化率及其引起的動載荷，改善輸送機的運 行條件，使驅動裝置、牽引構件及張緊裝置的負載能力與強度得到充分利用， 達到最佳的技術狀態和經濟效果。美國道奇（DODGE ）公司制造的可控起動傳輸系統 （CONTROLLED START TRANS-MISSION SYSTEM ，以下簡稱 CST 系統）是 80 年代初研制的機械減速 與液壓控制相結合的軟特性可控傳輸系統，

2、它具有優良的起動、停車、調速和 功率平衡性能，是重型刮板輸送機和長大帶式輸送機上較理想的動力傳輸裝置。一、主機結構及運動分析CST 系統是一 個可進行微機閉環控制的機液傳動系統，其主機部分是一 個帶有反應盤濕式摩擦離合器的齒輪減速箱，如圖46 1 所示。減速器由輸入軸、一對外嚙合齒輪（斜齒圓柱齒輪或圓錐齒輪）和一套行星輪系的二級變 速裝置及與行星輪托架固接的輸出軸組成。 液控反應盤濕式摩擦離合器 （見圖 4 62）由動摩擦片組、靜摩擦片組及環行液壓控制油缸組成。動摩擦片以圓 周外齒嵌于行星輪系環形內齒輪一側的內環齒中，與內齒輪同步旋轉；靜摩擦 片中心的花鍵孔，可沿固定于機殼離合器座上的花鍵軸滑

3、移。牽引電動機起動時，輸入軸與電動機軸同步旋轉，經外嚙合齒輪驅動太陽 輪、行星輪轉動。因與帶式輸送機驅動滾筒軸相聯接的 CST 輸出軸上承受很大 負載力矩，輸出軸和行星輪托架不轉動，行星輪只做自轉而不繞太陽輪公轉， 從而帶動內齒輪和動摩擦片旋轉。這時環形油缸活塞未擠壓摩擦片，動、靜摩擦片間隙較大，未形成傳遞扭矩的油膜，故靜摩擦片并不阻礙動摩擦片和內齒 輪的旋轉運動。當電動機空載起動，達到額定轉速后，液壓控制器使環形液壓 缸工作，其環形活塞的擠壓作用，使動、靜摩擦片間隙減小，二者間形成傳遞 力矩的油膜，增加行星輪系內齒輪的旋轉阻力矩，即將負載力矩逐漸加到內齒 輪上，這時行星輪則不僅自轉，且繞太陽

4、輪公轉，其托架和CST輸出軸轉動，輸出力逐漸驅動負載。輸出力矩值與環形液壓缸中液體壓力成正比。隨著負載按設置加速度起動，內齒輪亦按相應減速度制動，輸出軸與內齒 輪轉向相反、轉速成反比。直至動、靜摩擦片間無相對滑移轉動，動摩擦片和 內齒輪停轉，行星輪托架和 CST輸出軸達到最高轉速（滿速）運行。改變環形液壓缸中的壓力，移動環形活塞，即可調節動、靜摩擦片間隙及 滑差，并改變對內齒輪的制動力矩及內齒輪的轉速， 從而調節行星輪托架及CST 輸出軸和輸送帶驅動滾筒的轉速，達到控制帶式輸送機加、減速率及運行速度 的目的，實現軟特性起、制動和高、低速運行。二、軟起動控制特性分析反應盤濕式摩擦離合器傳遞力矩方

5、程：n ”Mi uF（1_i）（R； R12） 1（N m）（46 1）2b式中n摩擦副數；u 油膜的等效動力粘度，N s/m2 ;F（R； Ri2） 摩擦面面積，m2;Ri、R 2摩擦面內、外圓半徑，m;1 主動摩擦片的（等于內齒輪的）旋轉角速度，rad/s;i二2八1從動、主動摩擦片轉速比；b 油膜平均厚度，m。一定型號的CST軟起動傳輸系統中，主機各零部件結構尺寸已定；從動摩擦片不旋轉，2 =0,i二匕/宀=0 ；在一定工況下，油液的等效動力粘度u基本 恒定，則：M K 1(462)b式中K二nuF(1 i)(R； R2)為一常數，可稱為CST濕式摩擦離合器力矩傳輸系數。2在系統等加速起

6、動過程中，電動機輸出功率 N基本不變，行星輪架輸出力矩，即CST主機輸出力矩：M (ti1M1(t)(46 3)式中1 +aii ：CL-內齒輪與太陽輪齒數比。根據能量守恒定律:(464)(465)M (t) (t) Mi(t) i(t)二 N 令(4 62)式中-1©八，即：b(t)控制起動過程中：為某一常數，貝心M (ti1M 1(ti1Ka在系統起動過程中，調節環形液壓缸中的壓力P，使濕式摩擦離合器中的油膜厚度b(t)隨時間線懷減小。當：為常數時，內齒輪角速度.(t)亦呈線性減小, 而行星齒輪架角速度即CST主機輸出軸角速度' (t)呈線性增大。起動過程中CST內齒輪與

7、輸出軸轉速變化及轉換關系如圖 4 63所示三、系統組成及控制分析CST系統由驅動減速器、液壓系統、計算機控制系統，冷卻系統和潤滑系統組成1、驅動減速器減速器是 CST 系統的主機。典型的 CST 減速器由一對斜齒圓柱齒輪（或斜 齒圓錐齒輪）和一套行星輪系（一個太陽輪、三個行星輪及一個環形內齒輪） 組成。減速器外殼為鋼板裝置式焊接結構，分上、下兩部分，外表平整光潔、 質量良好。齒輪材料為 Cr Mn Ni Mo （AISI標準，合金元素含量：Cr 0.4%0.6%; Mn 0.75 1%； Ni 0.4%0.7%； Mo 0.150.25%； C 0.4%0.45%），采用滲碳淬火熱處 理工藝，

8、齒面硬度在 HRC64 以上 ,精度等級為 AGMA（ 美國齒輪制造協會 ）標準 12 級，內齒輪環形齒精度為 AGMA 標準 11 級等級。齒輪為整體結構，太陽輪 與中間軸采用花鍵聯接，便于拆裝和更換;行星輪裝在軸承外圈上，過盈配合， 結構緊湊。減速器的輸入軸，輸出軸與聯軸器聯接處無軸肩，與聯軸器以單鍵（平鍵） 聯接，輸入軸與聯軸器采用端部定位結構，以防止聯軸器軸向滑動;輸出軸與 聯軸器采取過盈配合，以補償單鍵傳遞力矩之不足。輸入軸、輸出軸均采用帶彈簧圈的雙唇密封，并在內側輔之以標準的油脂清 潔輔助密封，以可靠、有效地隔離外部污物的侵入。軸承全部采用重載雙列調心滾子軸承， 其標準號為 AFB

9、NA （減摩軸承協會） B10,工作壽命不低于15000h。減速器箱中的反應盤系統是一個濕式離合器力矩加載系統，離合器摩擦片采用1035鋼制造，厚度為2.0mm,精加工后厚度偏差值為0.010 0.020mm。動 摩擦片表面有熱傳遞性能很好的環氧樹脂復合材料涂層，涂層厚1.5mm，表面呈菱形花紋,構成工作油液流動溝槽,利于形成動、靜摩擦片間的工作油膜。 不同型號的 CST 離合器摩擦片規格、 數量各異, 630k 型 CST 主機中的離合器摩擦片數為 32 對CST 減速器的結構形式有兩種，一種是輸出軸與輸入軸平行，第一級為斜齒 圓柱齒輪傳動，第二級為行星輪系傳動；另一種是輸出軸與輸入軸直交，

10、第一 級為圓錐齒輪傳動，第二級為圓柱齒輪傳動，第三級為行星輪系傳動。直交軸 的CST在型號中加R表示。圖465和圖4 6 6分別為兩種典型的CST主 機結構圖。2、液壓系統 液壓系統提供控制油液，油泵經伺服閥向環形液壓缸提供壓力油。通過改變 油壓及環形活塞壓力，控制和保持動、靜摩擦片間隙及壓力油膜產生的剪切阻 力矩大小，從而獲得不同的輸出力矩和輸出轉速。液壓泵由變頻調速電機驅動，控制油泵的壓力對于 630K 型 CST 系統為 20bar(2MPa),對于 1120K型 CST 系統為 30bar(3MPa).3、潤滑系統 雙向潤滑泵向系統內所有運動部件提供連續的強制潤滑和冷卻，以減小磨損、防

11、止過熱，確保正常運行。4、冷卻系統 冷卻系統對工作沒液進行降溫冷卻。起動時，吸收反應盤離合器滑動損耗發熱的工作油液，經熱交換器冷卻后再泵入反應盤系統。以埋入減速器箱內的環 形熱敏傳感器監督油溫。熱交換器有風冷和水冷兩種形式。液壓控制、潤滑及冷卻用油液均使用牌號為Mobilfluid 424的汽車油。5、計算機控制系統CST 具有一套完善、先進的操作、控制、保護系統計算機控制系統。該 系統的核心是一臺微型計算機，在主控板上設有顯示屏幕、操作按鍵及通信接 口。主控板是 CST 系統的控制中樞，主控板與電控板通信，電控板則具體執行 對該套 CST 系統的控制、保護職能。輸送機及 CST 系統的起動、

12、超自然停車、多點驅動時的功率平衡及冷卻系統 的開停，均采用計算機控制及屏幕監督。操作人員將要求的特性存入電液控制 器，電控部分使用固態數字邏輯電路產生準確的加速度控制。輸出軸上的數字 測速計（速度傳感器）產生脈沖序壓力及反應盤壓力進行調整，以產生一個理 想的加速過渡過程和加速度曲線。圖 467 為控制系統的基本方塊圖。CST 的計算機電液控制系統技術先進，控制保護性能完善，操作使用方便 快捷。（1）對系統各部分工況參數進行連續監控及保護。受監控的工況參數有液壓 油壓力、反應盤離合器溫度、油箱油液溫度、潤滑油壓力及進出口壓差、冷卻 油液流量、輸入軸的振動、輸出油轉速、電動機輸出功率等。其中一些參

13、數直 接顯示在主控板屏幕上，使操作者一目了然。如系統工作出現任何不正常狀態 或發生故障，微機將發出指令使系統迅速停機，進行保護，同時在屏幕上顯示 故障的類型及求助的方式。（ 2）分級保密系統。輸送機及 CST 系統工作的一些重要控制參數，如起動時 間、停機時間、低速運行的速度值、油壓油溫的極限值、各驅動電動機的功率 分配等，可通過主控板上的按鍵預先輸入到電子計算機中去。根據這些參數的 重要程度和管理權限，劃分為 A、B、C 三種密級，只有相應職級的人員，才 能持有該級別的密碼，從而有權輸入或修改該級別的參數，不能越級執行。這 樣的分級保密、 執行系統， 為輸送機和 CST 系統嚴格科學的管理和

14、安全可靠的 運行提供了可靠的保證。（ 3）具有通信聯網能力和現代控制系統所特有的優良性能。 CST 系統的主控板微型計算機設置了 RS232 異步串行通信接口， 可以通過雙芯屏蔽通信線下 與各臺 CST 電控箱連接，管理各 CST 傳動系統的運行控制和工況參數檢測， 向上可與上級指揮調度中心的計算機（或 PLC）聯網，傳遞CST的工作信息， 并接受調度中心指令。因此該計算機電控系統可將帶式輸送機作為一個重要生 產環節納入全礦的生產監控系統中。圖 4 68 表示了 CST 主機（驅動器）與控制器、水冷系統、液壓系統的 連接關系。根據環境條件，也可選用風冷系統，以電風扇吹風冷卻；作為選擇 件，液壓

15、控制器也可以裝到驅動器（主機）上；根據驅動單元布置條件，CST驅動器也可選用直角（ KR ）結構。當 CST 系統用于傾斜下運帶式輸送機上，且驅動電動機處于發電反饋運行 方式時， CST 應與制動裝置配合使用。四、控制方法1、靜止 制動裝置鎖住，濕式摩擦離合器完全放松，處于自由狀態，輸送機與電動 機分離。2、起動仍舊使用制動裝置， 濕式摩擦離合器仍處于自由狀態； 通電空載起動電動機； 檢查全部系統，一切正常即輸送機開始加速，否則停止。3、加速 按設置的加速度斜坡曲線，逐漸減小制動器壓力而增大濕式摩擦離合器壓力， 動、靜摩擦片滑差減小，行星輪系環齒圈轉速降低， CST 輸出軸轉速漸增，輸 送機加

16、速運行。4、滿速運行制動裝量完全釋放，濕式摩擦離合器完全加壓，動、靜摩擦片間無相對滑 動，行星輪系環齒圈無轉動。如輸送機保持增速，則電動機進入發電反饋運行 狀態，當反饋功率超過滿載功率100%時，剎車通過制動器起作用。5、慢速運行制動裝置完全釋放，濕式摩擦離合器受控保持一定壓力，動、靜摩擦片間 有相對滑動，行星輪系環齒圈慢速轉動，輸送機保持慢速運行。如輸送機超過 設置的速度運行，則濕式摩擦離合器松開，剎車通過制動器起作用。6、減速按設置的減速度斜坡曲線，逐漸減小濕式摩擦離合器壓力，并逐漸使用剎車。離合器動、靜摩擦片間滑差逐漸增大，行星輪系環齒圈轉速逐漸升高，CST輸出軸轉速逐漸降低，輸送機運行

17、速度逐漸減小，直至停車。第二節CST系統的主要技術指標及性能特點1、速比iCST主機減速器速比范圍i=15.38 57.66,AGMA標準速比有13檔：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。根據CST主機減速器的結構，改變第一級外嚙合齒輪的傳動比，即可獲得CST系統的不同速比。2、輸出功率P表4 6 1 CST系統輸出功率 P( kw) 電動機滿載轉速n =1480r/min型號230K280K420K630K1120K1750k1950K2550KAGMA傳動比實

18、際傳 動 比輸出 軸 轉 速最大 輸出 功率實際傳 動 比輸出軸轉速，最大 輸出 功率(kw)實際傳 動 比輸出軸轉速最大 輸出 功率(kw)實際傳 動 比輸出軸轉速最大 輸出 功率(kw)實際傳 動 比輸出軸轉速最大 輸出 功率(kw)15.3817.0917.0918.9136.678.322422415.3817.6696.383.841840517.0919.2536.676.962655817.0918.9186.678.394285217.0986.6156618.9118.8678.538020.9320.9370.722419.4776.036820.6371.752020.9

19、370.777020.9370.7136821382382311521.2939.533622.3866.2128123.1623.1653.922423.3863.330623.8862.045024.5060.465723.1663.9121719322152281525.6325.6357.722425.5358.028024.8259.643325.5957.863023.5462.9111717461945254425.8157.341625.6357.728.3628.3652.220728.3552.225227.1054.639628.0052.957528.3652.2101

20、015781758229931.3931.3947.118731.7146.722629.2150.736830.8048.152331.3947.114251588207731.6346.833934.7434.7442.616934.7442.620634.7242.630934.7442.646431.7146.690112881435187738.4438.4438.515338.4438.518638.4438.527938.3338.642034.7442.682411641297169638.4438.574545.0045.0032.96369941108144947.0847

21、.0831.46089501059138557.6657.6625.74977768651131表4 6 2 CST系統輸出功率 P ( kW )電動機滿載轉速n=990r/min型號230K280K420K630K1120K1750k1950K2550KAGMA實際輸出最大實際輸出最大實際;輸出最大實輸出最大實際輸出最大傳動比傳軸輸出傳軸輸出傳軸輸出際傳一軸輸出傳軸輸出動轉功率動轉功率動轉功率轉功率動轉功率比速比速(kw)比速(kw)速(kw)比速(kw)15.3817.0986.622415.3896.341817.0936.6626仃.0957.0963017.0986.6156617.

22、0918.9178.322417.6683.840519.2576.9558佃.9152.457018.9118.8678.538020.9320.9370.722419.4776.036820.6371.752020.9347.351520.9370.7136821382382311521.2989.533622.3866.2128123.1623.1663.922423.3863.330623.8862.045024.5040.444023.1663.9121719322152281525.6325.6357.722425.5358.028024.8259.643325.5938.7421

23、23.5462.9111717461945254425.8157.341625.6357.728.3628.3652.220728.3552.225227.1054.639628.0035.438528.3652.2101015781758229931.3931.3947.118731.7146.722629.2150.736830.8032.135031.3947.114251588207731.6346.833934.7434.7442.616934.7442.620634.7242.630934.7428.531031.7146.690112881435187738.4438.4438.

24、515338.4438.518638.4438.527938.3325.818134.7442.682411641297169638.4438.574545.0045.0032.96369941108144947.0847.0831.46089501059138557.6657.6625.74977768651131CST系統采用輸出力矩作為作為其產品型號的標定， 如1120K表示這種型號的CST系統輸出軸最大力矩為1120X 103in 1b (126.5kN m), CST系統產品系列的輸出力矩范圍為 230X 1032250X 103in1b （26288kN m）。采用4極或6極異步電

25、動機，額定轉速為1480r/min或990r/min，速比為15.3857.66,則輸出功率范圍為1023115kW。3、CST主機尺寸630K630KRL848965W9431626H9221092Fmax/i942/ib (1480r/min)630/ ib (990 r/min)Pmin/i420/id (1480 r/min)281/id (990 r/min)注：L x Wx H =長乂 寬 乂高（mm）Pmax最大輸出功率（kW ）； Pmin 一一最小輸出功率（kW ）i 傳動比，ia=15.32, ib=17.09ic=20.93 id=38.44ie=57.664、冷卻系統的

26、有關參數：型號冷卻油量（L/min ）液壓泵電機功率（kW）風扇電機功率（kW）630K113518.62.24系統壓力為 10 30psi,約 0.7 2.0par （7x 1042x 105）5、CST系統的性能特點：CST系統主機將減速器和進行軟起、制動控制的濕式線性離合器合為一體，結構緊湊，起動和停車時加、減速度均可控。1）起動性能好，起動和停車的加、減速度可在大范圍內調節和控制CST系統的起動加速度與負荷無關，電動機空載起動到額定轉數后，輸送 機由靜止狀態按設置的加速度加速至滿速，允許每小時起動10次。它具有優異 的力矩控制特性，可根據輸送機工況（起動、調速、運行、停車）的需要，靈

27、活精確地改變離合器的壓力及傳遞力矩的大小，實現帶式輸送機無沖擊均勻加 速及平穩運行。 現場可調加減速度， 加速時間為 1060s 或更長， 可使輸送機減 速停車時間長于自然停車時間 （超自然停車）。運用 CST 傳動系統可最大限度地 降低輸送帶中的動張力及張緊裝置的位移，從而可降低輸送帶強度等級，并提 高輸送帶、牽引電動機、滾筒、托輥及整機結構件壽命，以及大大減小起動電 流對電網的沖擊。理想的加速度曲線為 s 形曲線。2）優良的調速性能 應用反應盤濕式離合器輸出速度大幅度可調，穩定轉速可在 10%100%之 間任意調節，故很容易實現驗帶時的低速運行要求。3）運行可靠，效率高 濕式線性離合器提供

28、雙向保護，使減速器及輸送機免受沖擊載荷及過大驅 動力矩的損害，整機壽命可以達 10 萬小時。離合器為非磨損部件，液壓粘滯層 使各摩擦片之間沒有因相對滑動而產生的磨損，故壽命很長，無需經常更換。減速運行時， CST 反應盤系統完全被鎖住，動、靜磨擦片間無滑動效率損 失，所以 CST 系統總傳動交往率很高，可達 93%。4）多級驅動或多點驅動時具有良好的功率及負載平衡性能。用計算機控制 CST 系統 ,對所有驅動單元可實現預期的負載合理匹配或均 衡分配，匹配誤差不超過 2%；還可使所有電動機在空載條件下順序起動，從而 降低所需電動機容量，并大大減小峰值功率對電網的要求，具有明顯的經濟效5）控制靈活

29、簡便CST 系統具有完善的電液控制裝置和先進的控制技術，可很容易地實現對 輸送機的起動、停車時間，加、減速率，運行速度，各驅動單元的負荷分配及 所提供的最大力矩等參數的精確、有效控制。6）有完善的操作、控制、保護功能CST 系統的控制中心是一臺微型電子計算機，可進行全數字式控制。主控 板上設顯示屏幕、操作按鍵及通信插口。電控板執行對整套 CST 系統的控制、 保護功能。電液控制技術先進、性能完善、安全可靠、使用方便。第三節CST 系統的應用DODGE 公司已銷售 1000 余臺 CST 傳輸系統，在美國、加拿大、澳大利亞、 印度、中國等國的帶式輸送機上成功使用。美國有很多礦井采用 CST 進行

30、技術 改造，擴大生產和運輸能力。我國首先引進 CST 系統的是江西德西銅礦，在礦 井主提升帶式輸送機（Q=2500和t/h, L=1237m,B=1200m）上安裝了三套 CST（型號980K）系統，總傳動功率為2100KW，運行正常，效果很好。山西、寧 夏、山東、陜西等地的一些煤礦已購買或簽約進口 CST 系統裝備在帶式輸送機 上。神華集團神府精煤公司購買了 4 套 630K 型 CST 系統,將分別用于大柳塔 煤礦和活雞兔煤礦的主平硐帶式輸送機上。 DODGE 公司準備在中國建廠生產 CST 傳輸系統,以便于向中國和亞洲用戶供應產品和配件。圖4611 和圖 4612 是 CST 系統的應用

31、實例。美國科羅拉多州塞浦露斯礦業公司 20 英里礦,設計生產能力為 400 萬噸 / 年，全礦職工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）。該礦主斜井長2134m,傾角為40°，提升高度為152.4m。主斜井裝備三條800m 長的帶式輸送機（搭接轉載） ,完成全礦井主提升運輸任務,如圖 4 613 所示。主斜井吊掛式帶式輸送機主要技術參數： 輸送能力Q=3200t/h,輸送機長度 L=800m，帶寬 B=1524mm,帶速 V=3.81m/s，驅動電動機功率 N=3X298KW; 驅動滾筒直徑D=1000mm,托輥直徑為159mm,槽角為35° 4層尼龍面芯膠帶， 強度為 1400N/mm。該主斜井帶式輸送機的傳運裝置采用道奇公司