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CST系統介紹

1.CST工作原理


1.1 帶式輸送機理想速度及加速度曲線


可控起動傳輸(CST)是用于大慣性負載平滑起動的多級減速齒輪裝置,多用于煤礦和礦山中帶式輸送機的驅動。CST 的主要結構包括減速齒輪箱、滑油冷卻系統、液壓系統和基于可編程控制器(PLC)的控制裝置。圖1.2 描述了CST 系統的主要結構和工。

CST 減速齒輪箱由三部分組成:輸入軸齒輪組,輸出軸行星齒輪組和離合器部分。輸入軸的斜齒輪將電機的旋轉運動傳遞到太陽輪上,并通過太陽行星輪之間的嚙合將運動傳遞到與行星輪一體的輸出軸上,驅動輸出軸運動。圖中放大部分詳細說明了機械式離合器的工作原理。旋轉板(動摩擦片)在外圈方向上通過鍵槽固定

1.2 CST 系統的主要結構和工作原理。


在齒圈/制動盤上,并隨齒圈/制動盤同步旋轉。靜止板(靜摩擦片)在內圈方向通過鍵槽固定在輸出軸體上。內外兩層摩擦片交叉布置,相互隔離。調整環形活塞上的液壓,可控制摩擦片之間的壓力,并導致摩擦片之間的間隙產生變化。環形活塞上未施加控制壓力時,齒圈/制動盤處于自由運動狀態,CST 不傳遞運動。實際應用中,在帶式輸送機起動初期輸出軸由于負載力矩作用而處于靜止狀態。當逐漸增大外部液壓控制作用時,環形活塞將逐漸壓緊離合器,由于摩擦作用齒圈/制動盤旋轉速度將減慢;根據作用與反作用原理,與輸出軸固定的摩擦片將受到反向作用力,當施加的控制壓力能提供足夠的起動力矩時,皮帶機就起動了。調節活塞上的液壓壓力,可精確控制輸入軸電機傳送到CST 輸出軸的力矩。齒圈與輸出軸的速度呈線性反比例關系,當齒圈靜止時,輸出軸將達到滿速運行。

冷卻系統用于帶走由于動摩擦片和靜摩擦片相對運動所帶來的損耗熱量。冷卻系統可以采用油/空氣或油/水熱交換器方式,通過相等容量冷卻泵的運行,促使冷卻油在CST 油箱、熱交換器和離合器之間循環流動以保證CST 的安全運行。

在一些超長、多模數皮帶機應用中,皮帶機內存儲的動應力能量在制動過程中會出現反作用,產生尖峰應變力,甚至比起動過程產生的影響更大。在動態分析的基礎上,尤其對停車失敗或緊停制動這些狀態下應力波的分析結果,需要為CST 的停車過程提供一減速曲線。這種減速方式可通過在輸入軸上安裝飛輪系統進行解決。在大多數應用中,依靠與皮帶機相連的驅動裝置和電機的慣量,控制環形活塞壓力也可得到這種特性。

除了滿足張力與速率控制要求之外,還必須防止瞬間負載沖擊帶來的不利影響。正如系統在突然起動時會提供瞬間沖擊力矩一樣,瞬間負載沖擊同樣會給機械部分帶來過載影響。因而CST 驅動系統應具有調整最大輸出力矩的功能,保護帶式輸送機各組成部分。同等重要的是,力矩限幅的動態響應可消除帶式輸送機上浪涌負載對減速機和電機不利影響的可能性。多數超長的帶式輸送機系統采用了多機并行驅動的方式,要求所有運行狀態下驅動裝置之間均能實現負載的均衡分配,以降低負載影響。而基于皮帶機的綜合研究表明,造成負載波動和多驅動系統之間負載振蕩的非周期性張力波,將嚴重危及低模數編織皮帶機的動態張力控制。必須采取有效措施控制這部分無序的張力波,防止皮帶機結合處、減速機構和其它一些機械部分出現故障。研究表明,采用低慣性驅動系統是控制和解決非周期張力波的有效措施,同時力矩控制部分(液壓濕式離合器)也盡量要求低慣量以提高響應特性,因此力矩限幅裝置一般被放置在了驅動輸出端。CST 所帶來的另外一個優點是主電機可以在空載狀態起動,從而減小了起動沖擊電流并縮短了起動時間。同時允許操作員更靈活的帶式輸送機起停操作,而無需反復起停主電機。另一方面,也提高了CST 控制的可操作性,這意味著多驅動并行系統中,在而不影響其它CST 正常運行的情況下可臨時離線處理(停止)某臺CST 的運行。

2.目前CST控制算法和實際運行情況

2.1 控制算法:

目前CST采用的控制算法主要為:以皮帶速度和電機功率為控制參數,以各CST的壓力(即CST輸出力矩)為被控參數,在保證皮帶實際運行速度跟蹤理想給定速度曲線的前提下,保證各電機的輸出功率(即CST輸出力矩)盡可能平衡,其中速度控制采用串級調節,功率平衡控制采用PID調節,邏輯原理圖如圖所示。

2.1: 3xCST 驅動系統主驅與從驅控制功能圖


2.2 運行操作與控制過程:

多數超長帶式輸送機采用了多級驅動系統方式,要求驅動裝置之間的負載平衡分配以減小皮帶機各個部分的負載和應力影響。對于那些多于一個CST 驅動裝置的皮帶機系統中,控制系統必須保證電機負載平衡分配。通過在多級驅動系統中配置主驅和從驅的方式可實現負載的平衡分配。嵌套的PID 控制以下為一典型的2xCST 驅動控制的例子,通過對此系統的分析可理解CST 的控制方式。主驅和從驅的配置取決于齒輪減速比和滾筒的直徑大小。為了達到良好的負載平衡控制特性,推薦使用從驅滾筒直徑比主驅大。任何情況下,從驅將跟隨主驅自動調整狀態,在不同的負荷下均能保持一致的輸出功率。在典型的2xCST 驅動控制中,處于尾部的操作員在確認皮帶機安全自鎖狀態后向CST 控制箱發出皮帶機運行信號。以下闡述了帶式輸送機的運行過程:

狀態-0:待機狀態

CST 控制系統在檢測到以下狀態完備后發出“備車”信號,操作員可起動帶式輸送機。

狀態-1:起動狀態

在操作員發出帶式輸送機“起動”信號后,PLC 中的控制程序將起動冷卻泵和主電機。多機系統中,主電機起動間隔為5s 以避開起動電流沖擊。離合器壓力將預壓至10%,保證冷卻油預先充滿離合器摩擦片間隙。

狀態-2:預壓狀態

在離合器摩擦盤預壓結束后,速度和功率PID 閉環調節模塊將切換到“自動/前饋”模式。逐漸增加各臺CST 壓力PID 閉環調節模塊的輸入設定,直至檢測到皮帶機起動為止。

狀態-3:嚙合狀態

在檢測到皮帶機速度>3%時,皮帶機就進入了嚙合狀態。在此狀態下,主要是為了保證所有的惰輪均能同速運行起來,同時速度PID 設定逐漸上升,而功率PID 模塊處于功率平衡控制模式下,在檢測到速度后,需利用一段緩沖特性來提升起動性能,緩沖期間速度將保持在5%左右。緩沖時間可在5~20s 之間調整。

狀態-4:加速狀態

緩沖結束后,速度PID 設定將按預設的S”曲線上升至滿速。加速時間可在30~300s 之間進行調整。

狀態-5:滿速狀態

在檢測到皮帶機速度>95%時,系統進入滿速運行狀態,用戶可起動加料設備。速度設定一般保持在98%或100%。主驅運行在恒速閉環控制模式上,而從驅處于功率平衡控制狀態。運行期間,功率控制都應控制在±2%的誤差范圍內。

狀態-6:減速狀態

正常運行期間,發生任何CST 故障或用戶停機指令都將導致系統進入減速運行狀態。輸送機按設定曲線停機,停機時間不小于自然停車時間,可按需要調整。當速度<5>%時,減速狀態結束。<!--5<-->


2.2 實際運行曲線一(正常狀態)


2.3 實際運行曲線二(異常狀態)



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