礦用自卸卡車模塊化設(shè)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(yùn)輸過程中，具有運(yùn)貨量較大、方便快捷、效率高、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)。在一些大型的露天工作中，例如煤礦、鐵礦運(yùn)輸過程中較為常用?，F(xiàn)階段在我國很多重型企業(yè)都在發(fā)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(huán)節(jié)掌握在國外一些發(fā)達(dá)國家的企業(yè)手中。在制造礦用自卸卡車過程中造成經(jīng)濟(jì)大部分流出，而且在對礦用自卸卡車進(jìn)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(shù)沒有掌握，從而限制了我國礦用自卸卡車的發(fā)展。本文就國內(nèi)發(fā)展礦用自卸卡車受到制約這一情況進(jìn)行分析，從而提出了動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計思路，以及輔助控制系統(tǒng)模塊的設(shè)計想法，將這些設(shè)計想法融入到發(fā)展卡車的動力控制方面，從而促進(jìn)國內(nèi)礦用自卸卡車的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：礦用自卸卡車;動力控制;模塊化

引言

現(xiàn)階段國內(nèi)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(shù)以及市場的營業(yè)額大多都掌握在國外的發(fā)達(dá)國家的企業(yè)手中。在近十年來，我國很多重型裝備制造企業(yè)也投入到了大型礦用自卸卡車的發(fā)展中，在制作礦用自卸卡車時，由于控制系統(tǒng)以及卡車的總成件需要依靠進(jìn)口，價格高的同時還沒有自主知識產(chǎn)權(quán)。但是國內(nèi)重型制造企業(yè)在發(fā)展礦用自卸卡車的同時吸收了國外的設(shè)計理念以及對新型材料的使用，在一定程度上也促進(jìn)了國內(nèi)礦用自卸卡車的發(fā)展。

一、礦用自卸卡車控制

礦用自卸卡車的控制系統(tǒng)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(jì)60年代就開始生產(chǎn)電氣控制系統(tǒng)，采用的方式是驅(qū)動直流電動機(jī)，在將電氣控制系統(tǒng)發(fā)展的較為完善時，將此系統(tǒng)應(yīng)用在大型的露天礦用自卸卡車上，從而促進(jìn)了電氣控制系統(tǒng)的發(fā)展。

二、礦用自卸卡車主要的構(gòu)成部分

電動化礦用自卸卡車的轉(zhuǎn)動方式是通過交流變?yōu)橹绷?，再由直流輸出進(jìn)行轉(zhuǎn)動。柴油發(fā)動機(jī)通過減震飛輪為直接耦合的交流發(fā)動機(jī)提供驅(qū)動扭矩，進(jìn)而牽引電動機(jī)，內(nèi)部的設(shè)置結(jié)構(gòu)為減速齒輪系、鉗式制動器。

礦用自卸卡車的發(fā)動機(jī)輸出分為三部分。第一部分主要是為發(fā)動機(jī)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(jìn)行牽引。第二部分是，為牽引電動機(jī)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(jìn)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(jìn)而為發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)和電動機(jī)的磁場控制。區(qū)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(fā)展已經(jīng)能夠滿足非接觸式開關(guān)在自卸電動汽車長制動中的應(yīng)用。擴(kuò)展制動的電流和電壓是整個功率驅(qū)動控制中最高的，而IGBT控制更容易用于發(fā)電機(jī)勵磁、電機(jī)勵磁和電樞控制。使用IBGT取代傳統(tǒng)接觸器可以解決與振動引起的自卸卡車在礦區(qū)運(yùn)行接觸器不正常跳動維護(hù)成本增加和維護(hù)工作量的增加，替代解決IGBT高頻開關(guān)電源和工作本身會產(chǎn)生熱量的冷卻問題，驅(qū)動和控制系統(tǒng)的信號，反饋信號電平轉(zhuǎn)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?？刂葡到y(tǒng)中的相關(guān)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(tài)。一般控制過程描述如下：卡車司機(jī)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(guān)，和牽引開關(guān)信號是由按下油門踏板來完成牽引指令。發(fā)電機(jī)和電機(jī)勵磁機(jī)的脈沖控制模塊的工作電源由可控硅進(jìn)行觸發(fā)準(zhǔn)備;發(fā)電機(jī)電壓是在發(fā)電機(jī)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(jī)磁場接觸器延時斷開，使接觸器無負(fù)載斷電，減少電弧對接觸器的燒蝕。

五、動態(tài)能耗制動控制

開卡車在慣性，司機(jī)使用電動剎車踏板或卡車到超速發(fā)生自動控制時，使用控制邏輯把電動機(jī)運(yùn)行到勵發(fā)電機(jī)運(yùn)動狀態(tài)，卡車的慣性產(chǎn)生的機(jī)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(jī)電樞反向制動轉(zhuǎn)矩，將卡車的運(yùn)行速度大幅度降低。

一般控制過程如下：在卡車運(yùn)行過程中，踩下電剎車踏板，產(chǎn)生電剎車信號（或系統(tǒng)速度控制輸入自動進(jìn)入電剎車狀態(tài)）;電氣制動踏板電位器制動基準(zhǔn)和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號為電動制動組高怠速，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)勵磁機(jī)脈沖控制組件工作電源準(zhǔn)備晶閘管觸發(fā)器，當(dāng)電制動電接觸器和電動機(jī)磁接觸器和發(fā)電機(jī)磁場接觸器，準(zhǔn)備一臺發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)勵磁接觸器經(jīng)吸收發(fā)電機(jī)組的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換為電制動設(shè)定基準(zhǔn)，使發(fā)電機(jī)蓄電池升壓接觸器、發(fā)電機(jī)發(fā)電、卡車進(jìn)電制動。

六、監(jiān)控模塊設(shè)計

監(jiān)控模塊設(shè)計的主要設(shè)計在于監(jiān)控軟件的開發(fā)。由于軟件數(shù)據(jù)接口涉及多方程序開發(fā)，需要保證程序接口的高魯棒性和容錯性，并提供強(qiáng)大的錯誤處理機(jī)制。監(jiān)控接口設(shè)計的功能是實(shí)現(xiàn)各功能模塊、貨車監(jiān)控模塊和電氣控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時傳輸。在接口電路中設(shè)置信號狀態(tài)存儲器，等待卡車監(jiān)控系統(tǒng)掃描和讀取，或由電氣控制系統(tǒng)指令改變狀態(tài)存儲器相應(yīng)位置的值來驅(qū)動執(zhí)行元件的動作。

總結(jié)

礦山自卸卡車本地化發(fā)展的核心問題是控制系統(tǒng)的發(fā)展，設(shè)計一個滿足操作要求，滿足故障數(shù)據(jù)存儲和控制系統(tǒng)的觀點(diǎn)在當(dāng)前國內(nèi)控制理論和應(yīng)用技術(shù)有困難并不大，主要是介紹和發(fā)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(fā)展國內(nèi)控制系統(tǒng)。

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（作者單位：北奔重型汽車集團(tuán)技術(shù)中心）