礦用自卸卡車模塊化設計探討

孟仲　田瑞軍　張麗峰　鄧華　高貴琴

摘要：礦用電動化自卸卡車在運輸過程中，具有運貨量較大、方便快捷、效率高、經濟實惠等特點。在一些大型的露天工作中，例如煤礦、鐵礦運輸過程中較為常用。現階段在我國很多重型企業都在發展電動化礦用自卸卡車，但是這些自卸卡車的控制模塊以及主要不反環節掌握在國外一些發達國家的企業手中。在制造礦用自卸卡車過程中造成經濟大部分流出，而且在對礦用自卸卡車進行維修部件時受到約束，同時總成件的價格也是難以接受的。主要是由于礦用自卸卡車的核心技術沒有掌握，從而限制了我國礦用自卸卡車的發展。本文就國內發展礦用自卸卡車受到制約這一情況進行分析，從而提出了動力傳動系統的設計思路，以及輔助控制系統模塊的設計想法，將這些設計想法融入到發展卡車的動力控制方面，從而促進國內礦用自卸卡車的發展。

關鍵詞：礦用自卸卡車;動力控制;模塊化

引言

現階段國內在使用大型礦用自卸卡車范圍較廣，但是電動輪自卸卡車的核心技術以及市場的營業額大多都掌握在國外的發達國家的企業手中。在近十年來，我國很多重型裝備制造企業也投入到了大型礦用自卸卡車的發展中，在制作礦用自卸卡車時，由于控制系統以及卡車的總成件需要依靠進口，價格高的同時還沒有自主知識產權。但是國內重型制造企業在發展礦用自卸卡車的同時吸收了國外的設計理念以及對新型材料的使用，在一定程度上也促進了國內礦用自卸卡車的發展。

一、礦用自卸卡車控制

礦用自卸卡車的控制系統大多都是來自于美國的通用電氣公司。美國通用電氣公司從19世紀60年代就開始生產電氣控制系統，采用的方式是驅動直流電動機，在將電氣控制系統發展的較為完善時，將此系統應用在大型的露天礦用自卸卡車上，從而促進了電氣控制系統的發展。

二、礦用自卸卡車主要的構成部分

電動化礦用自卸卡車的轉動方式是通過交流變為直流，再由直流輸出進行轉動。柴油發動機通過減震飛輪為直接耦合的交流發動機提供驅動扭矩，進而牽引電動機，內部的設置結構為減速齒輪系、鉗式制動器。

礦用自卸卡車的發動機輸出分為三部分。第一部分主要是為發動機的電樞提供直流電源，其工作方法是通過基波繞組來為三相交流輸出將三相全橋整流進行牽引。第二部分是，為牽引電動機提供磁場電源，主要方式是通過單相橋式半可控整流電路進行一組三次諧波繞組為單相交流輸出。第三部分是，通過單相橋式半控整流電路，將另外一組的諧波饒組為單相交流輸出，進而為發電機自身提供磁場電源。

三、動力傳動控制模塊

動力傳動控制由牽引控制和電氣制動控制兩部分組成。常見的部分是發電機和電動機的磁場控制。區別在于電制動改變制動電阻的連接方式來控制制動電流。目前，我國大功率IGBT管的發展已經能夠滿足非接觸式開關在自卸電動汽車長制動中的應用。擴展制動的電流和電壓是整個功率驅動控制中最高的，而IGBT控制更容易用于發電機勵磁、電機勵磁和電樞控制。使用IBGT取代傳統接觸器可以解決與振動引起的自卸卡車在礦區運行接觸器不正常跳動維護成本增加和維護工作量的增加，替代解決IGBT高頻開關電源和工作本身會產生熱量的冷卻問題，驅動和控制系統的信號，反饋信號電平轉換問題。

四、動力牽引控制模塊

低壓邏輯控制又可以稱為動力牽引。控制系統中的相關元件、繼電器和接觸器必須按一定的邏輯動作，以完成牽引狀態。一般控制過程描述如下：卡車司機啟動引擎后，報警顯示正常，所有駕駛室向前或向后電磁閥動作的選擇開關，和牽引開關信號是由按下油門踏板來完成牽引指令。發電機和電機勵磁機的脈沖控制模塊的工作電源由可控硅進行觸發準備;發電機電壓是在發電機勵磁后確定的。釋放過程中，通過延時控制將牽引接觸器與電機磁場接觸器延時斷開，使接觸器無負載斷電，減少電弧對接觸器的燒蝕。

五、動態能耗制動控制

開卡車在慣性，司機使用電動剎車踏板或卡車到超速發生自動控制時，使用控制邏輯把電動機運行到勵發電機運動狀態，卡車的慣性產生的機械能到電能制動電阻制動電流與牽引（反方向的電樞電流）在電動機電樞反向制動轉矩，將卡車的運行速度大幅度降低。

一般控制過程如下：在卡車運行過程中，踩下電剎車踏板，產生電剎車信號（或系統速度控制輸入自動進入電剎車狀態）;電氣制動踏板電位器制動基準和發動機轉速信號為電動制動組高怠速，發電機和電動機勵磁機脈沖控制組件工作電源準備晶閘管觸發器，當電制動電接觸器和電動機磁接觸器和發電機磁場接觸器，準備一臺發電機，發電機勵磁接觸器經吸收發電機組的基準轉換為電制動設定基準，使發電機蓄電池升壓接觸器、發電機發電、卡車進電制動。

六、監控模塊設計

監控模塊設計的主要設計在于監控軟件的開發。由于軟件數據接口涉及多方程序開發，需要保證程序接口的高魯棒性和容錯性，并提供強大的錯誤處理機制。監控接口設計的功能是實現各功能模塊、貨車監控模塊和電氣控制系統之間的數據采集和實時傳輸。在接口電路中設置信號狀態存儲器，等待卡車監控系統掃描和讀取，或由電氣控制系統指令改變狀態存儲器相應位置的值來驅動執行元件的動作。

總結

礦山自卸卡車本地化發展的核心問題是控制系統的發展，設計一個滿足操作要求，滿足故障數據存儲和控制系統的觀點在當前國內控制理論和應用技術有困難并不大，主要是介紹和發展之間具有成本效益的問題，希望本文提供了一些建議致力于發展國內控制系統。

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（作者單位：北奔重型汽車集團技術中心）