可控起动传输(CST)系统原理..

可控起动传输（CST）系统

第一节CST系统的结构及工作原理

为了保证重型输送机的平稳、安全、经济、高效运行，必须对其起、制动过渡过程、运行状态及性能进行合理的调节与控制，实行软特性可控起动与制动，延长起、制动时间，减小速度变化率及其引起的动载荷，改善输送机的运行条件，使驱动装置、牵引构件及张紧装置的负载能力与强度得到充分利用，达到最佳的技术状态和经济效果。

美国道奇（DODGE）公司制造的可控起动传输系统（CONTROLLED START TRANS-MISSION SYSTEM，以下简称CST系统）是80年代初研制的机械减速与液压控制相结合的软特性可控传输系统，它具有优良的起动、停车、调速和功率平衡性能，是重型刮板输送机和长大带式输送机上较理想的动力传输装置。

一、主机结构及运动分析

CST系统是一个可进行微机闭环控制的机—液传动系统，其主机部分是一个带有反应盘湿式摩擦离合器的齿轮减速箱，如图4—6—1所示。减速器由输入轴、一对外啮合齿轮（斜齿圆柱齿轮或圆锥齿轮）和一套行星轮系的二级变速装置及与行星轮托架固接的输出轴组成。液控反应盘湿式摩擦离合器（见图4—6—2）由动摩擦片组、静摩擦片组及环行液压控制油缸组成。动摩擦片以圆周外齿嵌于行星轮系环形内齿轮一侧的内环齿中，与内齿轮同步旋转；静摩擦片中心的花键孔，可沿固定于机壳离合器座上的花键轴滑移。

牵引电动机起动时，输入轴与电动机轴同步旋转，经外啮合齿轮驱动太阳轮、行星轮转动。因与带式输送机驱动滚筒轴相联接的CST输出轴上承受很大负载力矩，输出轴和行星轮托架不转动，行星轮只做自转而不绕太阳轮公转，从而带动内齿轮和动摩擦片旋转。这时环形油缸活塞未挤压摩擦片，动、静摩

擦片间隙较大，未形成传递扭矩的油膜，故静摩擦片并不阻碍动摩擦片和内齿轮的旋转运动。当电动机空载起动，达到额定转速后，液压控制器使环形液压缸工作，其环形活塞的挤压作用，使动、静摩擦片间隙减小，二者间形成传递力矩的油膜，增加行星轮系内齿轮的旋转阻力矩，即将负载力矩逐渐加到内齿轮上，这时行星轮则不仅自转，且绕太阳轮公转，其托架和CST 输出轴转动，输出力逐渐驱动负载。输出力矩值与环形液压缸中液体压力成正比。

随着负载按设置加速度起动，内齿轮亦按相应减速度制动，输出轴与内齿轮转向相反、转速成反比。直至动、静摩擦片间无相对滑移转动，动摩擦片和内齿轮停转，行星轮托架和CST 输出轴达到最高转速（满速）运行。

改变环形液压缸中的压力，移动环形活塞，即可调节动、静摩擦片间隙及滑差，并改变对内齿轮的制动力矩及内齿轮的转速，从而调节行星轮托架及CST 输出轴和输送带驱动滚筒的转速，达到控制带式输送机加、减速率及运行速度的目的，实现软特性起、制动和高、低速运行。 二、 软起动控制特性分析

反应盘湿式摩擦离合器传递力矩方程： )()

)(1(2

1

21221m N b

R R i uF n

M ⋅+-=ω （4—6—1）

式中 n ——摩擦副数；

u ——油膜的等效动力粘度，N ·s/m 2 ； )(2122R R F +=π——摩擦面面积，m 2； 2

1、R

R ——摩擦面内、外圆半径，m ；

1ω——主动摩擦片的（等于内齿轮的）旋转角速度，rad/s ； 12/ωω=i ——从动、主动摩擦片转速比； b ——油膜平均厚度，m 。

一定型号的CST 软起动传输系统中，主机各零部件结构尺寸已定；从动

摩擦片不旋转，，02=ω0/12==ωωi ；在一定工况下，油液的等效动力粘度u 基本恒定，则：

b

K M 1

1ω⋅

= （4—6—2）

式中=K ))(1(2

2122R R i uF n +-为一常数，可称为CST 湿式摩擦离合器力矩传输系数。

在系统等加速起动过程中，电动机输出功率N 基本不变，行星轮架输出

力矩，即CST 主机输出力矩：

)()(11t M i t M = （4—6—3）

式中 α

α

+=

11i ；

α—— 内齿轮与太阳轮齿数比。

根据能量守恒定律：

N t t M t t M =+)()()()(11ωω （4—6—4） 令（4—6—2）式中

αω=)

()

(1t b t ，即：

a K t

b t K

t M ==)

()

()(11ω

控制起动过程中α为某一常数，则：

Ka i t M i t M 111)()(== （4—6—5） 在系统起动过程中，调节环形液压缸中的压力P ，使湿式摩擦离合器中的油膜厚度)(t b 随时间线怀减小。当α为常数时，内齿轮角速度)(1t ω亦呈线性减小，而行星齿轮架角速度即CST 主机输出轴角速度)(t ω呈线性增大。起动过程中CST 内齿轮与输出轴转速变化及转换关系如图4—6—3所示。

三、系统组成及控制分析

CST系统由驱动减速器、液压系统、计算机控制系统，冷却系统和润滑系统组成。

1、驱动减速器

减速器是CST系统的主机。典型的CST减速器由一对斜齿圆柱齿轮（或斜齿圆锥齿轮）和一套行星轮系（一个太阳轮、三个行星轮及一个环形内齿轮）组成。减速器外壳为钢板装置式焊接结构，分上、下两部分，外表平整光洁、质量良好。

齿轮材料为Cr Mn Ni Mo（AISI标准，合金元素含量：Cr 0.4%—0.6%；Mn 0.75—1%；Ni 0.4%—0.7%；Mo 0.15—0.25%；C 0.4%—0.45%），采用渗碳淬火热处理工艺，齿面硬度在HRC64以上,精度等级为AGMA(美国齿轮制造协会)标准12级，内齿轮环形齿精度为AGMA标准11级等级。齿轮为整体结构，太阳轮与中间轴采用花键联接，便于拆装和更换；行星轮装在轴承外圈上，过盈配合，结构紧凑。

减速器的输入轴，输出轴与联轴器联接处无轴肩，与联轴器以单键（平键）联接，输入轴与联轴器采用端部定位结构，以防止联轴器轴向滑动；输出轴与联轴器采取过盈配合，以补偿单键传递力矩之不足。

输入轴、输出轴均采用带弹簧圈的双唇密封，并在内侧辅之以标准的油脂清洁辅助密封，以可靠、有效地隔离外部污物的侵入。

轴承全部采用重载双列调心滚子轴承，其标准号为AFBNA（减摩轴承协会）B10，工作寿命不低于15000h。

减速器箱中的反应盘系统是一个湿式离合器—力矩加载系统，离合器摩擦片采用1035钢制造，厚度为2.0mm，精加工后厚度偏差值为0.010—0.020mm。动摩擦片表面有热传递性能很好的环氧树脂复合材料涂层，涂层厚 1.5mm，表面