新莊孜煤礦三號主斜井傾角16.5°，斜長l550m，井筒中原有13部帶式輸送機(jī)，帶寬1.4 m，帶速2 m/s。13部帶式輸送機(jī)配套3 kV電機(jī)13臺，其中有l(wèi)1臺125 kW電機(jī)，2臺200 kW電機(jī)。由于原設(shè)備陳舊，易出故障，電機(jī)不防爆，皮帶非阻燃，因此淮南礦業(yè)集團(tuán)公司決定對三號主斜井帶式輸送機(jī)進(jìn)行技改。拆除原有13部帶式輸送機(jī)，改建為一部帶式輸送機(jī)。輸送總長為1540m，提升垂高為430 m，帶寬1.2 m，帶強(qiáng)為ST3150N/mm，帶速4m/s，運(yùn)量800 t/h。在地面驅(qū)動樓內(nèi)，安裝3臺CST630KS和3臺6 kV560 kW電機(jī)。
1、CST的工作原理
操作者根據(jù)需要，通過控制器設(shè)置所需要的加速度曲線和起動時間。在收到起動信號后，電機(jī)空載起動，達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，液壓系統(tǒng)開始增加離合器反應(yīng)盤系統(tǒng)的壓力。當(dāng)反應(yīng)盤相互作用時，其輸出力矩將與液壓系統(tǒng)的壓力成正比。設(shè)在輸出軸上的速度傳感器，檢測出轉(zhuǎn)速并反饋給控制系統(tǒng)，該速度信號將與控制系統(tǒng)設(shè)定的加速度曲線比較，其差值將用于調(diào)整反應(yīng)盤壓力，從而確保穩(wěn)定的加速度斜率。
在起動過程中，離合器滑差產(chǎn)生的熱量將由流經(jīng)反應(yīng)盤的冷卻液帶走并經(jīng)熱交換系統(tǒng)散熱。冷卻液，減速機(jī)潤滑液以及液壓系統(tǒng)的液壓油采用相同的油。
當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，太陽輪驅(qū)動3個行星輪。行星輪自轉(zhuǎn)，并帶動自由旋轉(zhuǎn)的內(nèi)齒圈。因此，與輸送軸為一體的行星架并不轉(zhuǎn)動（行星輪并不繞太陽輪公轉(zhuǎn)）。當(dāng)壓力控制閥增加環(huán)形油缸的壓力時，離合器的靜止盤和內(nèi)齒圈相聯(lián)的轉(zhuǎn)動盤相互作用，其結(jié)果使內(nèi)齒圈受到力矩作用，轉(zhuǎn)速受到控制，同時，行星輪在內(nèi)齒圈上滾動并驅(qū)動行星架（輸出軸）轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速與內(nèi)齒圈的轉(zhuǎn)速之和為常數(shù)。
反應(yīng)盤系統(tǒng)為一線性濕式離合器。傳遞到輸出軸上的力矩完全由壓力控制閥的壓力控制。在加速過程中，冷卻油通過反應(yīng)盤上的溝槽將熱量帶到熱交換器散熱。控制系統(tǒng)實時檢測輸出軸轉(zhuǎn)速并隨時調(diào)整液壓系統(tǒng)壓力以保證跟蹤所要求的加速度斜率。
2、帶式輸送機(jī)的動力學(xué)問題
2.1 CST改善了帶式輸送機(jī)的性能
圖l是CST的起動曲線，它能大幅度的降低皮帶的張力、電機(jī)功率及結(jié)構(gòu)費(fèi)用。在起動曲線中，延遲段的速度為10%的額定速度。在延遲段內(nèi)，下垂皮帶被張緊，按最小加速度或最小沖擊的方式完成輸送機(jī)的起動過程，從而最大程度降低帶式輸送機(jī)的起動張力。
起動時，我們采用了60 s起動曲線，由于加速度很小，由此產(chǎn)生皮帶張力也小。經(jīng)廠家技術(shù)服務(wù)人員用筆記本電腦測試（控制CST的可編程控制器有計算機(jī)接口），起動段和運(yùn)行段皮帶張力數(shù)值基本相同。
在進(jìn)行動力學(xué)分析時，應(yīng)把皮帶看成彈性體而不是剛體。如果停車時減速度過大，張力波的振蕩帶來動態(tài)振動問題。對于平皮帶可產(chǎn)生局部應(yīng)力過低，皮帶下垂，皮帶撕裂，托輥破壞及物料外泄。對于提升皮帶，造成制動滾筒兩端高，低應(yīng)力比過大，而造成皮帶在制動滾筒上打滑，這種打滑會導(dǎo)致皮帶逆轉(zhuǎn)并沿斜面下滑。
可通過下列途徑來解決停車時的事故。
(1)在CST輸入軸安裝飛輪，使得電機(jī)在斷電后的一段時間內(nèi)，依靠慣性，對帶式輸送機(jī)提供動力。飛輪的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)由動力學(xué)分析來決定。
(2)對電控系統(tǒng)提供不間斷電源，使得反饋信號繼續(xù)存在，控制繼續(xù)存在。
(3)在液壓系統(tǒng)通向高壓控制腔的管道內(nèi)增加閉鎖閥。一旦斷電，閉鎖閥從開路變?yōu)閱蜗蜷y，高壓腔內(nèi)油壓能保持一段時間。
CST是唯一的驅(qū)動系統(tǒng)能保證在緊急停車時及突然斷電時，提供可控停車。
該部帶式輸送機(jī)慣性大，帶速高，動能大。選用CST，采用40 s停車曲線，使其儲存的平動及轉(zhuǎn)動動能消耗盡才停車，就可避免停車及斷電時產(chǎn)生的動力學(xué)問題。延時通過第(2)途徑。
2.2采用CST降低30%的基本皮帶張力
傳動滾筒上的受力見圖2。根據(jù)尤拉公式，滿足輸送帶不打滑的條件為：
與偶合器進(jìn)行比較，采用CST后膠帶的基本張力可降低(1.5-1.05)÷1.5= 30%。而選用其它傳動方式，經(jīng)計算帶強(qiáng)為ST5400 N/mm，皮帶較重，增加電機(jī)功率。選用CST，帶強(qiáng)得以下降，經(jīng)計算帶強(qiáng)只需選用Srl3150 N/mrn。選用4m/s帶速有利于降低帶強(qiáng)，帶速較高，單位長度皮帶上原煤重量較輕。
2.3使用CST后，傳動效率可提高13%
幾種傳動系統(tǒng)效率比較如見表1所示。可見與偶合器比較，采用CST可提高傳動效率(0.85 -0.75)÷0.75 =13%。
由于CST的力矩控制器能嚴(yán)格控制最大傳遞力矩，因此電機(jī)的提檔不影響帶強(qiáng)及減速器型號的選擇。在實際工作中，使用CST后，電機(jī)功率可平均下降30%左右，技改前13臺電機(jī)總功率為l 775kW，現(xiàn)為1680 kW，減少電機(jī)功率95 kW。
3、選用CST的效益分析
(1)帶強(qiáng)ST5400 N/mm皮帶國內(nèi)不能生產(chǎn)，需進(jìn)口，價格為3 750元/m；帶強(qiáng)SI3150 N/mm的國內(nèi)產(chǎn)品，價格僅為l 875元/m。皮帶總長3 200 m，節(jié)約投資（3750元/m -1875元/m）×3200 m=600萬元。
(2)按每年運(yùn)行5 000 h計算，節(jié)省電費(fèi)(1775 kW -1680 kW) x5 000 h x0.5元/kW.h=23.75萬元。
(3)改造前13臺帶式輸送機(jī)需司機(jī)39人，現(xiàn)需6人，減少司機(jī)33人，按年人均工資2萬元計，節(jié)約工資（39人-6人）×2萬元／人=66萬元。
如選用其它傳動方式，3臺560 kW電機(jī)為滿載起動，起動電流達(dá)1200 A。礦主井變電所內(nèi)有2臺12 500 kVA變壓器，電源滿足不了直接起動的要求。起動電流易造成主井變電所內(nèi)斷路器過負(fù)荷跳閘，影響礦井安全生產(chǎn)。選用CST，3臺電機(jī)依次空載起動后逐步加載，起動電流只有400 A，對電網(wǎng)基本無沖擊。
