CST在李村礦主運皮帶上的設計應用

孫宏斌

（潞安集團 李村煤礦建設管理處，山西 長治 046000）

1 李村礦帶式輸送機基本參數及使用過程中可能存在的問題

1.1 李村礦帶式輸送機基本參數

李村礦礦井設計總規模5.0Mt／a，一期設計生產能力3.0Mt／a。主煤流經1301大采高首采工作面順槽帶式輸送機流入南翼大巷帶式輸送機，經南翼上倉帶式輸送機送入1號煤倉，配倉帶式輸送機用于井底1號及2號煤倉之間配煤。南翼上倉斜巷帶式輸送機將南翼生產的煤炭運至主井井底煤倉。機頭設在井底1號煤倉上口處，通過機頭分叉溜槽卸料，卸入井底1號煤倉，或卸入井底煤倉倉口上的配倉帶式輸送機，轉載運至井底2號煤倉。南翼上倉輸送機參數如下頁表1所示。

1.2 在使用過程中可能存在的問題

李村礦所使用的帶式輸送機具有大運量、高速度、長距離、大功率的特點，由于輸送帶是一種粘彈性體，在起、制動和載荷變化等不穩定階段，驅動裝置施加到輸送帶上的牽引力及慣性力將以一定的波速在帶內傳播，疊加、反射，加上其他因素的影響，將在輸送帶內引起復雜的應力變化，若其瞬時峰值應力超過允許值，將造成滾筒、托輥等主要部件過載或輸送帶接合處斷裂。并且由于該輸送帶的靜態質量較大，故在起動時需要較高的起動系數，使電機在起動的時候需要較大的起動電流，這樣就會對電網造成較大的沖擊使壓降增加，造成了起動困難。故需要采用調速起動的方式來降低起動載荷及對電機的沖擊。

2 目前主要的調速起動方式

常用的調速起動控制方式［1］主要包括：變頻調速起動、調速型液力耦合器調速起動、CST調速起動。

變頻調速啟動裝置可以通過改變電機勵磁頻率進行調速，起動全程自控、調速范圍廣。但在低頻起動時會降低電機的輸入電壓，導致電機輸出轉矩降低，且不具備功率平衡和無級調速功能，所以必須與限矩型液力耦合器配套使用，故不適合大型帶式輸送機低速大轉矩的起動要求。

調速型液力耦合器可以改善電機的起動性能，降低電機起動時的沖擊。但是液力耦合器傳遞的扭矩與轉速的平方成正比，低速時傳遞的扭矩比較小，在低速階段不能提供平滑穩定的加速度，傳動效率較低。

CST是集減速器、低速軸離合器、電液控制裝置為一體的設備［2］，CST可以根據實際的需要，通過控制器設置所需的加速度曲線和起動時間，在收到起動信號后，電機空載起動，達到額定速度后，液壓系統開始增加離合器反應盤的系統壓力，當反應盤相互作用時，輸出力矩將與液壓系統的壓力成正比。

表1 南翼上倉斜巷帶式輸送機參數表

位于輸出軸上的速度傳感器將檢測到的輸出轉速反饋給控制系統，控制系統將接收到的速度信號與系統中設定的加速度曲線作比較，并將其差值用于調節高速反應盤的壓力，從而保證了加速度斜率的穩定。

CST還能對起動階段加速度進行控制，使輸送帶的動態張緊力減至最小，可以根據帶式輸送機不同的起動狀態，通過控制起動加速度的斜率可得到理想的效果，使輸送帶的峰值張力減到最小。在大型帶式輸送機運用中，通過在加速度斜率中加入一段緩沖即預拉緊段，進一步改善啟動瞬間輸送帶中的峰值張力。在預拉緊階段可使原來松弛的輸送帶張緊，這樣所有零部件在加速度和力矩增大之前以較低的力矩和速度進入運行狀態，可以極大地降低輸送帶的張力。并且CST系統還是唯一能夠保證在緊急停車或者突然斷電的時候提供可控停車的驅動系統。

在相同的條件下三種起動方式的總效率如圖1所示。

綜上所述采用CST控制裝置，不僅可以解決輸送機在起、制動過程中存在的動力學問題［3，4］，而且可以大幅降低所使用的輸送帶的規格及電機功率，提高使用效率并可以使輸送機的主電機順序空載起動，減少對電網的沖擊［5，6］，實現精確的功率平衡控制，保護電機，降低運輸機的整體使用費用。

3 CST設備在李村礦的應用

3.1 CST的布置形式

圖1 不同調速起動裝置的效率

在綜合對比各種帶式輸送機調速起動設備，特別是對晉煤集團寺河礦的現場考察后，對CST的性能與專業特性有了進一步了解，考慮到李村礦的實際情況，經過科學的分析計算認為，從長遠考慮CST是目前最適合李村礦井下大功率帶式輸送機的調速起動、停車控制系統。根據上倉膠帶輸送機的技術參數與要求，將上倉皮帶的軟起動設備確定為CST G750KSx3，采用2∶1的布置方式，CST設備布置示意圖如圖2所示。該CST由AB公司SLC 505構架的PLC控制柜進行精確控制，保證平滑的柔性起動和停車，并保證精確的驅動電機功率平衡，控制器面板清晰明確，界面友好，使用簡單。如下頁圖3所示。

圖2 CST設備布置示意圖

3.2 CST投入使用后帶式輸送機的工作情況

CST調速控制裝置在根據皮帶機的特性，充分考慮皮帶機1%的垂度的情況下，在40～300s時間內可以按任意順序空載起動，當電機達到額定轉速后，控制系統逐漸增加離合器液壓系統的壓力，按設定的起動曲線平穩地起動輸送機，如下頁圖4所示。在此起動曲線下起動輸送機其起動系數僅為1.05。

圖3 CST PLC控制面板圖

圖4 CST控制下輸送機的起動曲線

三套CST G750KS的功率平衡系數可達到0.98，提高了CST的傳動效率，與其他驅動方式相比，至少提高效率13%，節省了裝機功率。

該帶式輸送機采用多臺CST聯合控制后，驅動電動機在起動輸送帶之前空載起動，當電動機達到額定的轉速以后，通過控制系統增加離合器的壓力并緩慢地讓輸送帶張緊、起動、加速至正常運行速度。通過其良好、可控的起動性能，輸送帶的基本張力可降低30%；且與采用液力耦合器相比輸送帶安全系數可相應降低1.9（安全度不變），節約了成本，降低了輸送帶的耗損率，自運行以來累計節約輸送帶費用約400萬元。由于電動機為空載起動，減小了起動時對電動機的沖擊，該輸送帶配套電動機使用多年來運行狀態良好，未出現影響使用功能的故障。

CST裝置同時也能很好的控制帶式輸送機的停機曲線，通過增加停機時間使輸送帶在停機過程中的動態張力大幅減小。這種特性很大程度上降低了對長距離、大運量帶式輸送機張緊裝置的要求。通過該裝置對帶式輸送機的保護作用，延長了帶式輸送機各種部件的使用壽命，保障了工作面的正常生產。

4 結語

通過實踐可知李村礦采用CST軟起動設備作為主輸送帶的控制裝置，是科學、合理的，它很好地解決了大運量、高速度、長距離、大功率帶式輸送機常見的起動難、停車難、對電網沖擊大等技術難題，在保障設備安全可靠的情況下明顯提高了輸送機運行的經濟效益、推進了煤礦生產設備的技術進步。

［1］ 朱曉霞，項魯丁.CST在帶式輸送機電控系統中的應用［J］.煤礦機電，2005，35（5）：57-59.

［2］ 曲德臣，曹留柱.彭永忠.CST在煤礦帶式輸送機上的應用實踐［J］.礦山機械，2005，33（6）：107-108.

［3］ 羅克韋爾／道奇.可控起動傳輸（CST）［J］.煤礦技術，1999，32（1）：33-35.

［4］ 張尊敬.用于大型重載帶式輸送機的軟起動裝置 ［J］.起重運輸機械，1995，43（10）：10-14.

［5］ 胡登恩.變頻調速和CST在煤礦大型帶式輸送機的應用分析 ［J］.礦山機械，2006，34（9）：82-85.

［6］ 王麗萍.交流電機調速方法 ［J］.機械管理開發，2009，24（4）：40-41.