可控起动传输(CST)系统原理.doc

可控起动传输( CST )系统第一节 CST 系统的结构及工作原理为了保证重型输送机的平稳、安全、经济、高效运行,必须对其起、制动过渡过程、运行状态及性能进行合理的调节与控制,实行软特性可控起动与制动,延长起、制动时间,减小速度变化率及其引起的动载荷,改善输送机的运行条件,使驱动装置、牵引构件及张紧装置的负载能力与强度得到充分利用, 达到最佳的技术状态和经济效果。美国道奇( DODGE ) 公司制造的可控起动传输系统( CONTROLLED START TRANS-MISSION SYSTEM , 以下简称 CST 系统)是 80 年代初研制的机械减速与液压控制相结合的软特性可控传输系统,它具有优良的起动、停车、调速和功率平衡性能, 是重型刮板输送机和长大带式输送机上较理想的动力传输装置。一、主机结构及运动分析 CST 系统是一个可进行微机闭环控制的机—液传动系统,其主机部分是一个带有反应盘湿式摩擦离合器的齿轮减速箱,如图 4—6—1 所示。减速器由输入轴、一对外啮合齿轮(斜齿圆柱齿轮或圆锥齿轮)和一套行星轮系的二级变速装置及与行星轮托架固接的输出轴组成。液控反应盘湿式摩擦离合器( 见图 4 —6—2 )由动摩擦片组、静摩擦片组及环行液压控制油缸组成。动摩擦片以圆周外齿嵌于行星轮系环形内齿轮一侧的内环齿中,与内齿轮同步旋转;静摩擦片中心的花键孔,可沿固定于机壳离合器座上的花键轴滑移。牵引电动机起动时,输入轴与电动机轴同步旋转,经外啮合齿轮驱动太阳轮、行星轮转动。因与带式输送机驱动滚筒轴相联接的 CST 输出轴上承受很大负载力矩,输出轴和行星轮托架不转动,行星轮只做自转而不绕太阳轮公转, 从而带动内齿轮和动摩擦片旋转。这时环形油缸活塞未挤压摩擦片,动、静摩擦片间隙较大,未形成传递扭矩的油膜,故静摩擦片并不阻碍动摩擦片和内齿轮的旋转运动。当电动机空载起动,达到额定转速后,液压控制器使环形液压缸工作,其环形活塞的挤压作用,使动、静摩擦片间隙减小,二者间形成传递力矩的油膜,增加行星轮系内齿轮的旋转阻力矩,即将负载力矩逐渐加到内齿轮上,这时行星轮则不仅自转,且绕太阳轮公转,其托架和 CST 输出轴转动, 输出力逐渐驱动负载。输出力矩值与环形液压缸中液体压力成正比。随着负载按设置加速度起动,内齿轮亦按相应减速度制动,输出轴与内齿轮转向相反、转速成反比。直至动、静摩擦片间无相对滑移转动,动摩擦片和内齿轮停转,行星轮托架和 CST 输出轴达到最高转速(满速)运行。改变环形液压缸中的压力,移动环形活塞,即可调节动、静摩擦片间隙及滑差, 并改变对内齿轮的制动力矩及内齿轮的转速, 从而调节行星轮托架及 CS T 输出轴和输送带驱动滚筒的转速,达到控制带式输送机加、减速率及运行速度的目的,实现软特性起、制动和高、低速运行。二、软起动控制特性分析反应盘湿式摩擦离合器传递力矩方程: )() )(1(2 1 21 221mNb RRiuF nM?????(4—6—1) 式中 n ——摩擦副数; u ——油膜的等效动力粘度, N· s/m 2; )( 21 22RRF???——摩擦面面积, m 2; 21、RR ——摩擦面内、外圆半径, m; 1?——主动摩擦片的( 等于内齿轮的) 旋转角速度, rad/s ; 12/???i ——从动、主动摩擦片转速比; b ——油膜平均厚度, m。一定型号的 CST 软起动传输系统中, 主机各零部件结构尺寸已定; 从动摩擦片不旋转,, 0 2??0/ 12????i ; 在一定工况下, 油液的等效动力粘度 u 基本恒定,则: b KM 11???(4—6—2) 式中?K) )(1(2 21 22RRiuF n??为一常数, 可称为 CST 湿式摩擦离合器力矩传输系数。在系统等加速起动过程中, 电动机输出功率 N 基本不变, 行星轮架输出力矩,即 CST 主机输出力矩: )()( 11tMitM?(4—6—3) 式中???? 1 1i ;?——内齿轮与太阳轮齿数比。根据能量守恒定律: NttMttM??)()()()( 11??(4—6—4) 令( 4—6—2 )式中???)( )( 1tb t ,即: aKtb tKtM??)( )()( 11?控制起动过程中?为某一常数,则: Ka itMitM 111)()(??(4—6—5) 在系统起动过程中,调节环形液压缸中的压力 P ,使湿式摩擦离合器中的油膜厚度)(tb 随时间线怀减小。当?为常数时,内齿轮角速度)( 1t?亦呈线性减小, 而行星齿轮架角速度即 CS T 主机输出轴角速度)(t?呈线性增大。起动过程中 CS T 内齿轮与输出轴转速变化及转换关系如图 4—6—3 所示。三、系统组成及控制分析 CST 系统由驱动减速器、液压系统、计算机控制系统, 冷却系统和润滑系