CST在顺槽皮带机上的应用及推广2

技术进步奖申报书申报单位（盖章）：申报时间：年月日奖励评审结果申报单位初评局专业组评审局技术委员会评审奖励等级二等奖励金额（元）8000评委会主任（组长）盖章一、项目基本情况申请奖种技术改进成果奖专业分类机电类项目名称CST在顺槽皮带机上的应用及推广主题词CST软启；promos系统；自动涨紧；太阳轮；行星轮完成单位晋煤集团租赁站主要完成人项目起止时间起始：2006年3月完成：2007年9月资金总投入及来源950万经济效益（万元）产能相当情况下，节约498项目可否公布应用情况（1）1、稳定应用；2、应用后停止；3未应用成果密级（1）1、非密；2、秘密；3、机密；4、绝密；5、未定密项目申报联系人姓名韩寅生电子邮箱[e-mail]办公电话3668233移动电话[phone]归档号二、项目简介项目所属科学技术领域、主要内容、特点及推广应用情况：随着成庄矿、寺河矿、赵庄矿等大型现代化矿井的建设和投产，晋城煤业集团对大运量、长运距、智能型皮带输送机的需求逐年增加。而对于大型带式输送机，其驱动系统的要求主要体现在启动、制动过程中能最大限度的降低系统的惯性力，并能实现过载保护和负载平衡，将带式输送机的加速、停车和运行时的胶带张力减到最小。目前应用比较广泛的驱动器主要是CST和变频器，而CST相对与变频器又存在如下的优点：1、变频器是用于变速的。但大型带式输送机要求的运行速度为恒速。改变带速不但是不必要的，而且还可能带来系统共振。对于超长距离的大运量的带式输送机,最重要的要求是可控起动和停车。CST是专为重载带式输送机的可控起动和停车而设计的。2、变频器安装于减速器的高速轴侧，如果产生过载，不能立即提供对减速器，滚筒，胶带和电动机的保护。而CST的离合器安装于减速器的低速轴侧，如果发生过载，离合器片能立即隔开冲击并吸收冲击负荷。综上所述，CST控制可以满足长距离、大运量的大型带式输送机需求，使大型带式输送机的性能达到最好。目前大功率、智能化的皮带机以进口为主，但全进口皮带机的价格较高，同时运行和维护的代价高。为替代进口设备，晋城煤业集团机电总厂配套了由CST控制的顺槽皮带机。其主要组成部分：美国罗克韦尔道奇公司的CST减速器、天津贝克公司的本布罗保护系统(PROMOS)、中国矿大自动张紧绞车系统，整个控制由CST的PLC进行控制。以寺河矿2302工作面顺槽的进口皮带机为参照，其运输能力、故障率都相同的情况下，一套皮带机节约生产投入498万元人民币。因此，该设备应在煤矿生产中得到推广。三、项目详细内容1、立项背景：为替代进口皮带机，2003年机电总厂研制了变频器软启系统，但由于功率要求大，产品技术不成熟，导致系统运行不稳定，维护成本高等不良后果。为解决以上问题，2006年机电总厂配套了CST控制的皮带机，其主要组成部分：美国罗克韦尔道奇公司的CST减速器、天津贝克公司的本布罗保护系统(PROMOS)、中国矿大自动张紧绞车系统，整个控制由CST的PLC进行控制。这样，在运输能力相当的情况下，整套皮带机的稳定性大大提高了，并节约了大量成本。2、详细科学技术内容随着成庄矿、寺河矿、赵庄矿等大型现代化矿井的建设和投产，晋城煤业集团对大运量、长运距、智能型皮带输送机的需求逐年增加。目前大功率、智能化的皮带机以进口为主，但进口皮带机的价格较高，同时运行和维护的代价高。为替代进口设备，晋城煤业集团机电总厂配套了由CST控制的顺槽皮带机。现以寺河矿2307工作面顺槽巷皮带机为例，介绍一下CST在皮带机上的应用情况。2.1系统配置及控制原理寺河矿2307工作面顺槽长2500米，采用三台400KW主电机驱动。运输能力为2500t/h，皮带满速为3.55m/s。皮带机主要的电气部分主要包括：美国罗克韦尔道奇公司的CST减速器，天津贝克公司的本布罗保护系统(PROMOS)，中国矿大自动张紧绞车系统。整个控制由CST的PLC进行控制。CST减速器是一种带有电液反馈控制的齿轮减速器，该系统由CST减速器、CST电液控制元件、以及冷却系统组成，可通过调整离合器系统压力实现可控软启动和软停机的目的。本布罗系统主要是对整个皮带沿线进行在线保护，其主要保护功能有：跑偏、烟雾、打滑、撕裂、堆煤等，并每隔200米有一部扩音电话，用于沿线通讯。自动张紧系统主要是由PLC通过张力传感器测量出输送带张力信号并与设定的张力值进行比较，并随时调整，从而达到恒定张力运行，与输送带载荷变化无关。1)PROMOS监控系统PROMOS监控系统是一种适用于各种控制任务的通用形,高性能,高可靠性的工业自动化系统，它适用于煤矿井下有甲烷和煤尘危险的环境中。PROMOS系统中有独立的语音通讯线使系统可以在延伸的地方就可进行语音通讯。系统中有特定的安全保护回路，与控制回路相连使用，可使系统控制安全可靠。PROMOS系统和CST系统相配合完成皮带的软启动和软停车。其配合过程如下:起车：将PROMOS起停开关打到起车位置，则发出起车预警声，2秒后张紧系统运行，然后检测张紧绞车“张力正常”信号。当系统收到“张力正常”信号后，间隔3秒依次启动3台主电机；如果没有“正常停车故障信号”则发出“CST运行”信号，皮带开始起动，当收到“CST满速”信号后，起车预警结束，正常运行灯亮，起车过程结束。停车：当运行过程中需要“正常停车”时，则系统向CST发出“CST停车”信号，CST减压，皮带停止，但主电机不停机，故障解除后，通过控制器“起车”开关重新起动CST，这样可防止主电机频繁起动。当系统有急停信号或其它CST严重故障时，则CST系统或PROMOS切断主电机运行回路，主电机停止，皮带机以很快的速度减速至零，这样可将皮带减速时间缩至最短，将事故影响缩至最小。2)CST软起动可控起动传输装置(CST)是一个由多级齿轮减速器加上湿式离合器及液压控制组成的系统。它是专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的。CST的输出扭矩是由液压控制系统控制的，它随着离合器上所加的液压压力而变化。一条皮带机可以由一台电机及一台CST驱动，也可以由多台电机及多台CST（纸面不够，可另增页）2、详细科学技术内容驱动。驱动电机在负载（皮带机）起动之前启动，此时CST的输出轴保持不动，当驱动电机达到满转速时，控制系统逐渐增加到每台CST离合器上的液压压力，起动皮带机并逐渐加速到满速度。这使得皮带机在被加速至满速度之前有一个缓慢而均匀的预拉伸过程。加速时间可以根据需要在规定范围内进行调整。CST系统也可以控制主电机的起停，启动时驱动电机可以按顺序空载启动，所以电机的冲击电流非常小。由于驱动电机可以根据运行负载进行选择而不必根据起动负载选择，所以CST驱动系统可以选用功率较小的电机。同样CST也可以象控制皮带机的起动那样控制皮带机的停车，通过延长停车时间可以降低对胶带的动态冲击力。当一驱动系统中有多台CST时，控制系统可以通过PLC程序里的多个PID控制回路来确保每台驱动电机分担相同的负载。合理的功率平衡可以有效地延长整个驱动系统各部件的寿命。功率平衡是通过保持控制每台CST离合器的压力，并允许一台或几台CST的离合器进行轻微打滑来实现的。皮带正常运行时，根据系统中各CST的功率平衡要求，每台CST的离合器或者保持少量打滑状态，或者维持压力以无打滑方式输出所要求的扭矩，但系统中任何负载的增加都将引起离合器打滑，这种情况被称为“软锁定”。当离合器被软锁定时，任何的瞬间的过载或冲击载荷都将引起离合器的打滑，这样驱动系统的所有部件，包括联轴器、轴承和齿轮等都将在冲击或过载时受到保护，从而延长其使用寿命。驱动装置配置CST减速器后，可使驱动装置具有较高的传动效率，启动和运转中具有可靠的过载保护能力，具有较好的可控性，控制启动、停车时的速度、加减速度，可实现每台电机功率平衡误差小于±2%，以避免出现电机过载而发生问题。CST是一种带有电液反馈控制及齿轮减速器，在低速轴装有线性湿式离合器的机电一体化可控传动系统。其中CST减速器是传动部分包括一级减速齿轮，行星轮系和可控的湿式离合器，CST电液控制组件是其控制部分，其控制元件是电液控制器，电动机通过联轴器带动轴转动，经齿轮传到行星轮系的三个太阳轮驱动三个行星轮，行星轮自传并带动自由旋转的内齿圈，因输出轴与行星架为一体，因此输出轴并不转动。当压力控制阀增加油缸压力时，离合器的主动摩擦片和与内齿圈相联的从动摩擦片相互作用，其结果使内齿圈受到力矩作用，转速受到控制，同时行星轮在内齿圈上滚动，并驱动输出轴转动。从CST系统构成和传动原理可知，该传输系统，可通过调整离合器系统（摩擦片间）压力，实现可控软启动和软停车的目的。平行轴式CST含有两级减速齿轮，第一级减速装置为螺旋齿轮装置，第二级减速装置为行星齿轮装置。直角方式的CST含有三级减速齿轮，第一级为直角螺旋斜齿轮装置，其他两级齿轮与平行轴式CST装置相同。当电机达到满转速时，太阳轮（1）带动三个行星轮（2）转动；行星轮带动自由旋转齿圈（4）转动；输出轴固定在行星齿轮架（3）上的，此时并不转动，当液压系统向环形活塞加压时，离合器的旋转板和静止板（5）相互作用，使加在齿圈（4）上的力矩逐渐增加，当齿圈的转速以控制速率降低时，行星齿轮架由行星轮及内齿圈带动开始转动，输出轴的转速与齿圈的转速成反比(参看下图)。（纸面不够，可另增页）2、详细科学技术内容反应盘系统是一个湿式离合器力矩传递的系统，传递到输出轴上的力矩是通过变化压力来控制的，当环形活塞上的压力增加时，旋转板和静止板在其自由旋转的齿条上旋转并互相靠近。当活塞的压力使旋转板和静止板接近时，静止板将使旋转板和齿圈的转速降低，由于齿圈的速度降低，输出轴的速度则加快。当齿圈的转速降为零时，输出轴将达到正常的额定速度。CST系统包括一台冷却油循环泵和一台热交换器。CST在加速和需要离合器打滑来进行功率平衡时，冷却油通过离合器摩擦片上的特殊凹槽（参看下图）对离合器进行冷却。当离合器完全锁定后，也可以停掉冷却油泵。（纸面不够，可另增页）2、详细科学技术内容皮带机的运行将循环往复以下七个状态：状态0停止状态1启动状态2预压状态3缓冲状态4加速状态5满速状态6减速停止在此阶段CST离合器上的压力保持为零。但所有安全保护传感器的信号均在监测之中。启动在所有驱动电机空载起动运行后，CST接到运行信号，并判断CST没有故障后，开始起动皮带机。预压在松闸之前先给离合器上建立一定的压力，防止皮带倒转。缓冲在检测到最小速度时，例如10%速度，开始一段缓冲过程，使整条皮带在低速下均匀运行一段时间。加速在皮带均匀运转后，开始按照内部设定的速度曲线进行加速，直到达到满速。满速给用户输出达到满速信号，并保持此速度直到接收到停车信号。减速在接收到停车信号后开始按照内部设定曲线减速，直到皮带机完全停止。3)拉紧装置拉紧装置作用是保证输送带具有足够的张力，使滚筒与输送带间产生必要的摩擦力，而避免出现打滑现象，另一个作用是限制输送带在各支撑托辊组间的下垂度，使输送机能正常工作。拉紧装置除拉紧座及滑轮外均为中国矿业大学的自动张紧绞车，使用中由其PLC通过张力传感器测量输送带张力信号并与设定的张力值进行比较，并随时调整，从而达到恒定的张力运行，与输送带载荷变化无关。2.2实际应用及经济效益目前，寺河矿2307和2306都使用了CST控制的皮带机，其运输能力都不低于首采工作面进口皮带机，且比变频软启皮带机稳定可靠。寺河矿2302工作面顺槽进口皮带机（不含胶带）的价格为1448万元，而该设备（不含胶带）的价格为950万元，在运煤量相当的情况下，该设备节约生产投入498万元。因此，该设备应在煤矿生产中得到推广。（纸面不够，可另增页）3、发明点或创新点：该设备是由进口设备和国产设备灵活配套，既保障了系统的稳定性，又大大节约了生产成本。4、与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较：与当前国内外同类技术水平相当。5、应用推广情况：该设备在寺河矿、成庄矿、赵庄矿都已经应用过了。一套设备为矿上节约