可控启动传输装置在井下1.4 m皮带机上的应用

申瑞屏

(晋城煤业集团胡底煤业，山西晋城048214)

0 引言

目前国内常用的软启动技术主要方式分为机械和电气两大类。机械方式:包括使用液力偶合器，CST(线性湿式离合器)等;电气方式:主要为变频调速(谐波对井下电网及监测监控干扰较大，在煤矿井下应用性不强。)。

成庄煤矿自2006 年开始在井下5303 工作面顺槽1.4 m皮带机首次采用CST 软启动装置，该装置在皮带重载启动、停止及功率平衡等方面表现出了良好的特性，而且故障率低，在矿井原煤提升中发挥了巨大的作用。

1 1.4 m 皮带机中CST 配置情况

成庄矿1.4 m 皮带机总装机功率3 ×400 kW，配置3 套CST，设计输送能力2 500 t/h，最大运输距离2 000 m。其典型配置分别如图1、图2 所示。

图1 1.4 m 皮带机滚筒布置示意图

图2 CST 布置示意图

1)布置方式:从驱动滚筒行人侧布置1#CST，非行人侧布置液压闸盘;主驱动滚筒行人侧与非行人侧分别布置2#CST、3#CST。

2)CST 选型:按与主电机功率匹配的原则，CST 型号为420 KRS，液压控制压力范围为0 ～300 psi，最大离合压力250 psi，输入输出轴呈直角三角形布置。3 台CST 出轴方向完全一致，在空间上可以实现任意互换。

3)主从关系:一般情况下，选2#CST 为主驱动，1#和3#CST设置为从驱。特殊情况时也可以选择3#或1#CST 为主驱，从而大大提高了设置主从关系的灵活性。当某台CST 被选为主驱后，工作在速度闭环控制模式下，保证带速要求，从驱根据主驱功率进行跟随，以保证3 台驱动功率平衡，平衡精度可达到2%。

2 1.4 m 皮带机中CST 控制系统框图(图3)

图3 CST 电控系统框图

其中，PROMOS 控制系统监测CST 状态，以实现对整条皮带的启停控制及保护。CST 控制装置(PLC)对CST 进行精确控制，控制离合器压力，以保证皮带正常运行，同时采集润滑压力、系统压力、离合压力、冷却流量、液压油温度、皮带速度等信号，实现对CST 的控制与保护。

3 CST 在1.4 m 皮带机中的应用效果分析

成庄矿自2006 年开始在井下综采工作面顺槽1.4 m 皮带机中使用CST 软启动装置，从实际应用情况来看，取得了非常不错的效果。

1)使皮带机实现了启动/停车可控、启动时间可控、最终速度可控。CST 通过PLC 程序来控制皮带机启动的速度曲线，既可选直线启动方式，也可以选曲线启动方式，为了保证皮带机在重载停车后能再次平稳启动，绝大多数情况下选曲线启动方式。典型的启动曲线如图4 所示。

图4 皮带机启动曲线

2)皮带机启动后当速度大于3%时，利用一段缓冲时间来提升起动性能，缓冲期间速度将保持在5%左右。缓冲时间可在5 ～20 s 之间调整。缓冲结束后，速度PID 设定将按预设的“S”曲线上升至满速，皮带机的加速起动时间可以在40 ～300 s的范围内根据要求设定。除了可变的起动时间外，皮带机还可以有可变的最终速度，比如验带速度(慢动)方式;和可控起动一样，CST 也可以控制皮带机按照要求的曲线停车。对于正常停车，停车时间为30 s;而对于紧急停车，停车时间一般在10 s之内。正是由于可精确跟踪设定的启动及停车曲线，加、减速度在较大的范围内可调节和控制，输送机平稳启动/停车使输送带、滚筒、托辊及其他结构件的寿命大大提高。

3)由于湿式离合器的应用，可大范围调节输出转速，空载条件下稳定的转速可在10% ～100%之间任意调整。湿式离合器提供了对CST 齿轮及负载的双向保护，它既保护了齿轮免受皮带机冲击负载的影响，又限制了最大传递转矩，保护了皮带机免受大驱动转矩的损害。离合器组件装在输出端，吸收冲击并保护了电机、齿轮箱、轴承、托辊、滚筒及胶带接头等。湿式离合器使离合片之间没有直接接触，离合片没有磨损。

4)无论在什么情况下，皮带机主电机都能实现空载启动。CST 主电机空载启动顺序为:首先启动1#主电机、其次启动2#主电机、最后启动3#主电机。电机的空载启动大大减少了对电网的冲击，对其余用电负荷影响极小，同时还大大提高了电机的使用寿命。电机在选型时可以按运行负载进行而不按启动负载进行，减少了电机功率。

5)在检测到皮带机速度大于95%时，系统进入满速运行状态。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，因此能精确控制输送带的速度及多台CST 之间的功率平衡，其准确度可达2%，从而为多个驱动装置同步提供了可能。(避免小马拉大车，提高使用效率。)

6)使用灵活:当1 台CST 发生故障后，可以选另外2 台CST 继续运行(当主驱故障后，可选另外两台中的1 台设置为主驱。)。

4 CST 使用中的技术管理

1)CST 控制接线复杂，电气保护齐全灵敏。因此电气安装时，必须严格按技术要求接线，边接线边校核，必须做到1 次接线成功，如果存在接线错误、虚接等现象，CST 将不能正常启动，而且排查故障比较困难。CST 运行过程中，还必须定期对电气接线进行检查，防止接线由于振动、挤压出现松动、脱落、断线等故障现象。控制器外壳应保持干净，门盖必须严密关闭，门盖的衬垫和卡子必须拧紧防止水和油脂等杂物进入，引起保护误动作，导致误停车。

2)安装精度要求较高，安装基础必须足够大并且非常坚固，以保证滚筒、CST 和驱动电机之间同轴度，并防止CST 装置在安装后和运行时产生移动。在井下一般采用混凝土基础，基础表面必须水平且误差在1.5 mm 之内，以免拧紧地脚螺栓时引起变形。定期紧固CST 基础的地脚螺栓及顶丝，更换电机与CST 输入轴间的弹性柱销联接棒，核实滚筒、CST 和驱动电机之间同轴度。否则如果轴不同心，销、轴易磨损，导致设备损坏。

3)对液压油使用要求苛刻，必须严格按厂家提供的标号及数量加入液压油，同时要绝对保证液压油干净无杂质。在井下如果液压油中进入煤尘颗粒、脏物、金属颗粒或其他固体颗粒堵塞过滤器使过滤器两端产生压差，会造成冷却流量低或润滑压力低而停机。运行6 个月至少更换1 次油，油样必须每月采集并送正规的实验室分析化验，油的黏度必须在实验室中进行分析。当油的黏度、所含杂质和水分、添加剂和酸碱度等指标中的任何一项超出给定的范围时必须更换油。

4)皮带机中有多台CST 时，控制系统可以确保每台驱动电机分担相同的负载，即功率平衡。CST 内部是通过保持控制每台CST 离合器的压力，并允许1 台或几台CST 的离合器进行轻微打滑来实现的功率平衡。而外部则要求提供4 ～20 mA 的电机功率信号，因此与之配套的组合开关必须配置功率传感器，在设计选型及设备配套时必须注意这一技术要求，否则CST 将无法正常工作。

［1］王川，宋庆亮. 基于PLC 的煤矿带式输送机可控启动传输系统［M］.山东:山东煤炭科技出版社，2011.

［2］李克孝，徐晓明.可控启动传输系统(CST)在煤矿带式输送机上的应用［M］.陕西:陕西煤炭出版社，2007.

［3］吴志宏，侯友夫.带式输送机可控启动系统的试验研究.［J］.工矿自动化，2003(4).

［4］余华.可控启动传输装置在带式输送机系统中的应用.［J］.矿山机械，2004(12).