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(2121221m N bR R i uF nM ⋅+-=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； 21、RR ——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：bK M 11ω⋅= （4—6—2）式中=K ))(1(22122R 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 αα+=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 tb t Kt 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，表面呈菱形花纹，构成工作油液流动沟槽，利于形成动、静摩擦片间的工作油膜。

不同型号的CST离合器摩擦片规格、数量各异，630k型CST主机中的离合器摩擦片数为32对。

CST减速器的结构形式有两种，一种是输出轴与输入轴平行，第一级为斜齿圆柱齿轮传动，第二级为行星轮系传动；另一种是输出轴与输入轴直交，第一级为圆锥齿轮传动，第二级为圆柱齿轮传动，第三级为行星轮系传动。

直交轴的CST在型号中加R表示。

图4—6—5和图4—6—6分别为两种典型的CST主机结构图。

2、液压系统液压系统提供控制油液，油泵经伺服阀向环形液压缸提供压力油。

通过改变油压及环形活塞压力，控制和保持动、静摩擦片间隙及压力油膜产生的剪切阻力矩大小，从而获得不同的输出力矩和输出转速。

液压泵由变频调速电机驱动，控制油泵的压力对于630K型CST系统为20bar(2MPa)，对于1120K型CST系统为30bar(3MPa).3、润滑系统双向润滑泵向系统内所有运动部件提供连续的强制润滑和冷却，以减小磨损、防止过热，确保正常运行。

4、冷却系统冷却系统对工作没液进行降温冷却。

起动时，吸收反应盘离合器滑动损耗发热的工作油液，经热交换器冷却后再泵入反应盘系统。

以埋入减速器箱内的环形热敏传感器监督油温。

热交换器有风冷和水冷两种形式。

液压控制、润滑及冷却用油液均使用牌号为Mobilfluid—424的汽车油。

5、计算机控制系统CST具有一套完善、先进的操作、控制、保护系统——计算机控制系统。

该系统的核心是一台微型计算机，在主控板上设有显示屏幕、操作按键及通信接口。

主控板是CST系统的控制中枢，主控板与电控板通信，电控板则具体执行对该套CST系统的控制、保护职能。

输送机及CST系统的起动、超自然停车、多点驱动时的功率平衡及冷却系统的开停，均采用计算机控制及屏幕监督。

操作人员将要求的特性存入电液控制器，电控部分使用固态数字逻辑电路产生准确的加速度控制。

输出轴上的数字测速计（速度传感器）产生脉冲序压力及反应盘压力进行调整，以产生一个理想的加速过渡过程和加速度曲线。

图4—6—7为控制系统的基本方块图。

CST的计算机—电液控制系统技术先进，控制保护性能完善，操作使用方便快捷。

（1）对系统各部分工况参数进行连续监控及保护。

受监控的工况参数有液压油压力、反应盘离合器温度、油箱油液温度、润滑油压力及进出口压差、冷却油液流量、输入轴的振动、输出油转速、电动机输出功率等。

其中一些参数直接显示在主控板屏幕上，使操作者一目了然。

如系统工作出现任何不正常状态或发生故障，微机将发出指令使系统迅速停机，进行保护，同时在屏幕上显示故障的类型及求助的方式。

（2）分级保密系统。

输送机及CST系统工作的一些重要控制参数，如起动时间、停机时间、低速运行的速度值、油压油温的极限值、各驱动电动机的功率分配等，可通过主控板上的按键预先输入到电子计算机中去。

根据这些参数的重要程度和管理权限，划分为A、B、C三种密级，只有相应职级的人员，才能持有该级别的密码，从而有权输入或修改该级别的参数，不能越级执行。

这样的分级保密、执行系统，为输送机和CST系统严格科学的管理和安全可靠的运行提供了可靠的保证。

（3）具有通信联网能力和现代控制系统所特有的优良性能。

CST系统的主控板微型计算机设置了RS—232异步串行通信接口，可以通过双芯屏蔽通信线下与各台CST电控箱连接，管理各CST传动系统的运行控制和工况参数检测，向上可与上级指挥调度中心的计算机（或PLC）联网，传递CST的工作信息，并接受调度中心指令。

因此该计算机电控系统可将带式输送机作为一个重要生产环节纳入全矿的生产监控系统中。

图4—6—8表示了CST主机（驱动器）与控制器、水冷系统、液压系统的连接关系。

根据环境条件，也可选用风冷系统，以电风扇吹风冷却；作为选择件，液压控制器也可以装到驱动器（主机）上；根据驱动单元布置条件，CST 驱动器也可选用直角（KR）结构。

当CST系统用于倾斜下运带式输送机上，且驱动电动机处于发电反馈运行方式时，CST应与制动装置配合使用。

四、控制方法1、静止制动装置锁住，湿式摩擦离合器完全放松，处于自由状态，输送机与电动机分离。

2、起动仍旧使用制动装置，湿式摩擦离合器仍处于自由状态；通电空载起动电动机；检查全部系统，一切正常即输送机开始加速，否则停止。

3、加速按设置的加速度斜坡曲线，逐渐减小制动器压力而增大湿式摩擦离合器压力，动、静摩擦片滑差减小，行星轮系环齿圈转速降低，CST输出轴转速渐增，输送机加速运行。