CST在李村矿主运皮带上的设计应用

孙宏斌

（潞安集团 李村煤矿建设管理处，山西 长治 046000）

1 李村矿带式输送机基本参数及使用过程中可能存在的问题

1.1 李村矿带式输送机基本参数

李村矿矿井设计总规模5.0Mt／a，一期设计生产能力3.0Mt／a。主煤流经1301大采高首采工作面顺槽带式输送机流入南翼大巷带式输送机，经南翼上仓带式输送机送入1号煤仓，配仓带式输送机用于井底1号及2号煤仓之间配煤。南翼上仓斜巷带式输送机将南翼生产的煤炭运至主井井底煤仓。机头设在井底1号煤仓上口处，通过机头分叉溜槽卸料，卸入井底1号煤仓，或卸入井底煤仓仓口上的配仓带式输送机，转载运至井底2号煤仓。南翼上仓输送机参数如下页表1所示。

1.2 在使用过程中可能存在的问题

李村矿所使用的带式输送机具有大运量、高速度、长距离、大功率的特点，由于输送带是一种粘弹性体，在起、制动和载荷变化等不稳定阶段，驱动装置施加到输送带上的牵引力及惯性力将以一定的波速在带内传播，叠加、反射，加上其他因素的影响，将在输送带内引起复杂的应力变化，若其瞬时峰值应力超过允许值，将造成滚筒、托辊等主要部件过载或输送带接合处断裂。并且由于该输送带的静态质量较大，故在起动时需要较高的起动系数，使电机在起动的时候需要较大的起动电流，这样就会对电网造成较大的冲击使压降增加，造成了起动困难。故需要采用调速起动的方式来降低起动载荷及对电机的冲击。

2 目前主要的调速起动方式

常用的调速起动控制方式［1］主要包括：变频调速起动、调速型液力耦合器调速起动、CST调速起动。

变频调速启动装置可以通过改变电机励磁频率进行调速，起动全程自控、调速范围广。但在低频起动时会降低电机的输入电压，导致电机输出转矩降低，且不具备功率平衡和无级调速功能，所以必须与限矩型液力耦合器配套使用，故不适合大型带式输送机低速大转矩的起动要求。

调速型液力耦合器可以改善电机的起动性能，降低电机起动时的冲击。但是液力耦合器传递的扭矩与转速的平方成正比，低速时传递的扭矩比较小，在低速阶段不能提供平滑稳定的加速度，传动效率较低。

CST是集减速器、低速轴离合器、电液控制装置为一体的设备［2］，CST可以根据实际的需要，通过控制器设置所需的加速度曲线和起动时间，在收到起动信号后，电机空载起动，达到额定速度后，液压系统开始增加离合器反应盘的系统压力，当反应盘相互作用时，输出力矩将与液压系统的压力成正比。

表1 南翼上仓斜巷带式输送机参数表

位于输出轴上的速度传感器将检测到的输出转速反馈给控制系统，控制系统将接收到的速度信号与系统中设定的加速度曲线作比较，并将其差值用于调节高速反应盘的压力，从而保证了加速度斜率的稳定。

CST还能对起动阶段加速度进行控制，使输送带的动态张紧力减至最小，可以根据带式输送机不同的起动状态，通过控制起动加速度的斜率可得到理想的效果，使输送带的峰值张力减到最小。在大型带式输送机运用中，通过在加速度斜率中加入一段缓冲即预拉紧段，进一步改善启动瞬间输送带中的峰值张力。在预拉紧阶段可使原来松弛的输送带张紧，这样所有零部件在加速度和力矩增大之前以较低的力矩和速度进入运行状态，可以极大地降低输送带的张力。并且CST系统还是唯一能够保证在紧急停车或者突然断电的时候提供可控停车的驱动系统。

在相同的条件下三种起动方式的总效率如图1所示。

综上所述采用CST控制装置，不仅可以解决输送机在起、制动过程中存在的动力学问题［3，4］，而且可以大幅降低所使用的输送带的规格及电机功率，提高使用效率并可以使输送机的主电机顺序空载起动，减少对电网的冲击［5，6］，实现精确的功率平衡控制，保护电机，降低运输机的整体使用费用。

3 CST设备在李村矿的应用

3.1 CST的布置形式

图1 不同调速起动装置的效率

在综合对比各种带式输送机调速起动设备，特别是对晋煤集团寺河矿的现场考察后，对CST的性能与专业特性有了进一步了解，考虑到李村矿的实际情况，经过科学的分析计算认为，从长远考虑CST是目前最适合李村矿井下大功率带式输送机的调速起动、停车控制系统。根据上仓胶带输送机的技术参数与要求，将上仓皮带的软起动设备确定为CST G750KSx3，采用2∶1的布置方式，CST设备布置示意图如图2所示。该CST由AB公司SLC 505构架的PLC控制柜进行精确控制，保证平滑的柔性起动和停车，并保证精确的驱动电机功率平衡，控制器面板清晰明确，界面友好，使用简单。如下页图3所示。

图2 CST设备布置示意图

3.2 CST投入使用后带式输送机的工作情况

CST调速控制装置在根据皮带机的特性，充分考虑皮带机1%的垂度的情况下，在40～300s时间内可以按任意顺序空载起动，当电机达到额定转速后，控制系统逐渐增加离合器液压系统的压力，按设定的起动曲线平稳地起动输送机，如下页图4所示。在此起动曲线下起动输送机其起动系数仅为1.05。

图3 CST PLC控制面板图

图4 CST控制下输送机的起动曲线

三套CST G750KS的功率平衡系数可达到0.98，提高了CST的传动效率，与其他驱动方式相比，至少提高效率13%，节省了装机功率。

该带式输送机采用多台CST联合控制后，驱动电动机在起动输送带之前空载起动，当电动机达到额定的转速以后，通过控制系统增加离合器的压力并缓慢地让输送带张紧、起动、加速至正常运行速度。通过其良好、可控的起动性能，输送带的基本张力可降低30%；且与采用液力耦合器相比输送带安全系数可相应降低1.9（安全度不变），节约了成本，降低了输送带的耗损率，自运行以来累计节约输送带费用约400万元。由于电动机为空载起动，减小了起动时对电动机的冲击，该输送带配套电动机使用多年来运行状态良好，未出现影响使用功能的故障。

CST装置同时也能很好的控制带式输送机的停机曲线，通过增加停机时间使输送带在停机过程中的动态张力大幅减小。这种特性很大程度上降低了对长距离、大运量带式输送机张紧装置的要求。通过该装置对带式输送机的保护作用，延长了带式输送机各种部件的使用寿命，保障了工作面的正常生产。

4 结语

通过实践可知李村矿采用CST软起动设备作为主输送带的控制装置，是科学、合理的，它很好地解决了大运量、高速度、长距离、大功率带式输送机常见的起动难、停车难、对电网冲击大等技术难题，在保障设备安全可靠的情况下明显提高了输送机运行的经济效益、推进了煤矿生产设备的技术进步。

［1］ 朱晓霞，项鲁丁.CST在带式输送机电控系统中的应用［J］.煤矿机电，2005，35（5）：57-59.

［2］ 曲德臣，曹留柱.彭永忠.CST在煤矿带式输送机上的应用实践［J］.矿山机械，2005，33（6）：107-108.

［3］ 罗克韦尔／道奇.可控起动传输（CST）［J］.煤矿技术，1999，32（1）：33-35.

［4］ 张尊敬.用于大型重载带式输送机的软起动装置 ［J］.起重运输机械，1995，43（10）：10-14.

［5］ 胡登恩.变频调速和CST在煤矿大型带式输送机的应用分析 ［J］.矿山机械，2006，34（9）：82-85.

［6］ 王丽萍.交流电机调速方法 ［J］.机械管理开发，2009，24（4）：40-41.