矿用自卸卡车模块化设计探讨

孟仲　田瑞军　张丽峰　邓华　高贵琴

摘要：矿用电动化自卸卡车在运输过程中，具有运货量较大、方便快捷、效率高、经济实惠等特点。在一些大型的露天工作中，例如煤矿、铁矿运输过程中较为常用。现阶段在我国很多重型企业都在发展电动化矿用自卸卡车，但是这些自卸卡车的控制模块以及主要不反环节掌握在国外一些发达国家的企业手中。在制造矿用自卸卡车过程中造成经济大部分流出，而且在对矿用自卸卡车进行维修部件时受到约束，同时总成件的价格也是难以接受的。主要是由于矿用自卸卡车的核心技术没有掌握，从而限制了我国矿用自卸卡车的发展。本文就国内发展矿用自卸卡车受到制约这一情况进行分析，从而提出了动力传动系统的设计思路，以及辅助控制系统模块的设计想法，将这些设计想法融入到发展卡车的动力控制方面，从而促进国内矿用自卸卡车的发展。

关键词：矿用自卸卡车;动力控制;模块化

引言

现阶段国内在使用大型矿用自卸卡车范围较广，但是电动轮自卸卡车的核心技术以及市场的营業额大多都掌握在国外的发达国家的企业手中。在近十年来，我国很多重型装备制造企业也投入到了大型矿用自卸卡车的发展中，在制作矿用自卸卡车时，由于控制系统以及卡车的总成件需要依靠进口，价格高的同时还没有自主知识产权。但是国内重型制造企业在发展矿用自卸卡车的同时吸收了国外的设计理念以及对新型材料的使用，在一定程度上也促进了国内矿用自卸卡车的发展。

一、矿用自卸卡车控制

矿用自卸卡车的控制系统大多都是来自于美国的通用电气公司。美国通用电气公司从19世纪60年代就开始生产电气控制系统，采用的方式是驱动直流电动机，在将电气控制系统发展的较为完善时，将此系统应用在大型的露天矿用自卸卡车上，从而促进了电气控制系统的发展。

二、矿用自卸卡车主要的构成部分

电动化矿用自卸卡车的转动方式是通过交流变为直流，再由直流输出进行转动。柴油发动机通过减震飞轮为直接耦合的交流发动机提供驱动扭矩，进而牵引电动机，内部的设置结构为减速齿轮系、钳式制动器。

矿用自卸卡车的发动机输出分为三部分。第一部分主要是为发动机的电枢提供直流电源，其工作方法是通过基波绕组来为三相交流输出将三相全桥整流进行牵引。第二部分是，为牵引电动机提供磁场电源，主要方式是通过单相桥式半可控整流电路进行一组三次谐波绕组为单相交流输出。第三部分是，通过单相桥式半控整流电路，将另外一组的谐波饶组为单相交流输出，进而为发电机自身提供磁场电源。

三、动力传动控制模块

动力传动控制由牵引控制和电气制动控制两部分组成。常见的部分是发电机和电动机的磁场控制。区别在于电制动改变制动电阻的连接方式来控制制动电流。目前，我国大功率IGBT管的发展已经能够满足非接触式开关在自卸电动汽车长制动中的应用。扩展制动的电流和电压是整个功率驱动控制中最高的，而IGBT控制更容易用于发电机励磁、电机励磁和电枢控制。使用IBGT取代传统接触器可以解决与振动引起的自卸卡车在矿区运行接触器不正常跳动维护成本增加和维护工作量的增加，替代解决IGBT高频开关电源和工作本身会产生热量的冷却问题，驱动和控制系统的信号，反馈信号电平转换问题。

四、动力牵引控制模块

低压逻辑控制又可以称为动力牵引。控制系统中的相关元件、继电器和接触器必须按一定的逻辑动作，以完成牵引状态。一般控制过程描述如下：卡车司机启动引擎后，报警显示正常，所有驾驶室向前或向后电磁阀动作的选择开关，和牵引开关信号是由按下油门踏板来完成牵引指令。发电机和电机励磁机的脉冲控制模块的工作电源由可控硅进行触发准备;发电机电压是在发电机励磁后确定的。释放过程中，通过延时控制将牵引接触器与电机磁场接触器延时断开，使接触器无负载断电，减少电弧对接触器的烧蚀。

五、动态能耗制动控制

开卡车在惯性，司机使用电动刹车踏板或卡车到超速发生自动控制时，使用控制逻辑把电动机运行到励发电机运动状态，卡车的惯性产生的机械能到电能制动电阻制动电流与牵引（反方向的电枢电流）在电动机电枢反向制动转矩，将卡车的运行速度大幅度降低。

一般控制过程如下：在卡车运行过程中，踩下电刹车踏板，产生电刹车信号（或系统速度控制输入自动进入电刹车状态）;电气制动踏板电位器制动基准和发动机转速信号为电动制动组高怠速，发电机和电动机励磁机脉冲控制组件工作电源准备晶闸管触发器，当电制动电接触器和电动机磁接触器和发电机磁场接触器，准备一台发电机，发电机励磁接触器经吸收发电机组的基准转换为电制动设定基准，使发电机蓄电池升压接触器、发电机发电、卡车进电制动。

六、监控模块设计

监控模块设计的主要设计在于监控软件的开发。由于软件数据接口涉及多方程序开发，需要保证程序接口的高鲁棒性和容错性，并提供强大的错误处理机制。监控接口设计的功能是实现各功能模块、货车监控模块和电气控制系统之间的数据采集和实时传输。在接口电路中设置信号状态存储器，等待卡车监控系统扫描和读取，或由电气控制系统指令改变状态存储器相应位置的值来驱动执行元件的动作。

总结

矿山自卸卡车本地化发展的核心问题是控制系统的发展，设计一个满足操作要求，满足故障数据存储和控制系统的观点在当前国内控制理论和应用技术有困难并不大，主要是介绍和发展之间具有成本效益的问题，希望本文提供了一些建议致力于发展国内控制系统。

参考文献：

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[2] 马伟，陈媛媛，张作状.矿山机械液压油污染在线监测系统设计[J].液压与气动，2010，（8）.

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（作者单位：北奔重型汽车集团技术中心）