礦用自卸卡車模塊化設(shè)計(jì)思考

俞 敏

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

目前國(guó)內(nèi)外大型礦用自卸卡車應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大極快，電動(dòng)輪自卸卡車市場(chǎng)份額絕大部分掌握在國(guó)外廠家手中，近10年以來(lái)陸續(xù)有國(guó)內(nèi)的重型裝備制造企業(yè)加入到大型礦用自卸卡車的制造行業(yè)中，但控制系統(tǒng)及主要總成件使用進(jìn)口，附加值低的同時(shí)無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，屬于低端合作組裝階段。筆者從事進(jìn)口電動(dòng)輪礦用自卸卡車電氣維護(hù)工作，對(duì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用及維護(hù)有一定的專業(yè)能力，應(yīng)用中對(duì)控制系統(tǒng)提出了一些改進(jìn)方案并用于實(shí)踐，因此提出了礦用自卸卡車模塊化設(shè)計(jì)的想法。

國(guó)內(nèi)重型裝備制造企業(yè)在引進(jìn)國(guó)外設(shè)備的同時(shí)，對(duì)其設(shè)計(jì)理念、新型材料、控制理論進(jìn)行消化吸收，并形成了一定程度上的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)，目前中冶（京誠(chéng)）湘潭重裝設(shè)備有限公司開(kāi)發(fā)的MCC系列電動(dòng)輪自卸卡車在結(jié)構(gòu)件、前后橋設(shè)計(jì)、液壓控制、整車布局上取得了比較好的效果。

但是，國(guó)內(nèi)礦用電動(dòng)輪自卸卡車的制造只是圍繞在核心控制組件周邊進(jìn)行配套系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)應(yīng)用，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整體的控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化。本文從實(shí)現(xiàn)礦用卡車運(yùn)行操作、動(dòng)力傳動(dòng)控制、輔助功能控制、故障報(bào)警、運(yùn)行數(shù)據(jù)/故障數(shù)據(jù)保存及下載方面討論了一個(gè)總體的構(gòu)成，把這些功能通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)方法綜合在一起，各功能模塊通過(guò)數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，并實(shí)現(xiàn)在顯示終端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、故障查詢、故障復(fù)位、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看功能。

2 礦用自卸卡車控制簡(jiǎn)介

電動(dòng)輪自卸卡車控制系統(tǒng)多數(shù)采用美國(guó)通用電氣公司產(chǎn)品，其從1963年開(kāi)始生產(chǎn)的采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電氣控制系統(tǒng)，之后廣泛應(yīng)用于世界各地的大型露天礦山的重型卡車上，電氣控制系統(tǒng)也在應(yīng)用中逐步升級(jí)，歷經(jīng)了繼電器邏輯、固態(tài)邏輯、微處理器邏輯到目前的交流調(diào)速系統(tǒng)。

2.1 礦用自卸卡車主要構(gòu)成

電動(dòng)輪自卸卡車采用交—直—直傳動(dòng)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（康明斯或MTU發(fā)動(dòng)機(jī)，2050HP@1900RAM）通過(guò)減震飛輪為直接耦合的交流發(fā)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)扭矩，牽引電動(dòng)機(jī)采用內(nèi)置減速齒輪系、鉗式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)。

發(fā)電機(jī)輸出分三部分：基波繞組為三相交流輸出經(jīng)三相全橋整流后為二臺(tái)串聯(lián)的牽引電動(dòng)機(jī)電樞提供直流電源；一組三次諧波繞組為單相交流輸出經(jīng)單相橋式半控整流為牽引電動(dòng)機(jī)提供磁場(chǎng)電源；另一組三次諧波繞組為單相交流輸出經(jīng)單相橋式半控整流為發(fā)電機(jī)自身提供磁場(chǎng)電源。

卡車二臺(tái)串聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用控制磁場(chǎng)電流方向?qū)崿F(xiàn)卡車運(yùn)行方向的控制。

2.2 礦用自卸卡車電氣控制的發(fā)展

礦用自卸卡車電控系統(tǒng)的控制功能分兩部分，一是傳動(dòng)控制，一是輔助功能控制。動(dòng)力傳動(dòng)控制的核心是靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)，包含牽引時(shí)牽引基準(zhǔn)、功率基準(zhǔn)；制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)基準(zhǔn)；車輛運(yùn)行方向改變的控制；卡車速度信號(hào)的接收及速度事件的控制等等。美國(guó)通用電氣的早期I型靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁盤FL191作用的，通過(guò)各種接觸器、繼電器的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自卸卡車在牽引工況及制動(dòng)工況時(shí)主發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。II型靜態(tài)勵(lì)磁控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁盤FL191作用的，通過(guò)各種接觸器、繼電器和邏輯盤FL236的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自卸卡車在牽引工況及制動(dòng)工況時(shí)主發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。III型系統(tǒng)則是由計(jì)算機(jī)管理的、通過(guò)對(duì)各種接觸器、繼電器的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自卸卡車在牽引工況及制動(dòng)工況時(shí)對(duì)主發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。

III型系統(tǒng)各種基準(zhǔn)的建立固化在卡車微處理器程序當(dāng)中，外部功能組件與II型卡車相同，對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)輸入的外部信號(hào)、輸出的控制信號(hào)基本相同。

2.2.1 動(dòng)力傳動(dòng)控制

自卸卡車的傳動(dòng)控制分牽引時(shí)發(fā)電機(jī)的恒功率控制及動(dòng)態(tài)電氣制動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制二部分。

在牽引工況下，為了主發(fā)電機(jī)的輸出功率與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得恒功率調(diào)節(jié)，勵(lì)磁控制系統(tǒng)首先要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速建立一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率基準(zhǔn)函數(shù)（功率基準(zhǔn)板件），然后送到（功率誤差板件）與該工況實(shí)測(cè)的發(fā)電機(jī)電壓和電流的乘積（即實(shí)功率信號(hào)）進(jìn)行比較，得到發(fā)電機(jī)功率誤差信號(hào)送給靜態(tài)勵(lì)磁器的SCR觸發(fā)控制環(huán)節(jié)，對(duì)主發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，使其輸出功率時(shí)刻與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，使發(fā)動(dòng)機(jī)的功率得到充分利用。

在制動(dòng)工況下，為保證電動(dòng)機(jī)有足夠的制動(dòng)力矩使卡車減速，通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作在一定的轉(zhuǎn)速下，發(fā)電機(jī)的制動(dòng)功率基準(zhǔn)是通過(guò)功率基準(zhǔn)誤差板件的電位計(jì)（設(shè)定）到一個(gè)固定電位，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)提供建立電氣制動(dòng)工況下的發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)基準(zhǔn)，送到功率誤差板件與電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流反饋信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生制動(dòng)工況下的磁場(chǎng)誤差信號(hào)控制靜態(tài)勵(lì)磁器的SCR控制觸發(fā)環(huán)節(jié)，對(duì)馬達(dá)的勵(lì)磁進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，保證制動(dòng)工況的制動(dòng)電流。圖1為主發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制框圖。

圖1 主發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)勵(lì)磁控制框圖

2.2.2 輔助功能控制

自卸卡車的輔助功能控制為低壓邏輯控制系統(tǒng)，用于對(duì)動(dòng)力牽引、動(dòng)力制動(dòng)等工況進(jìn)行邏輯控制，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)、信號(hào)報(bào)警等功能。是自卸卡車電氣控制系統(tǒng)的必要組成部分。

3 礦用自卸卡車模塊化控制設(shè)計(jì)思路

隨著國(guó)內(nèi)微型計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路、新型電力電子器件和傳感器的開(kāi)發(fā)、自動(dòng)控制理論［3］、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、診斷技術(shù)及數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的深入發(fā)展，筆者認(rèn)為國(guó)內(nèi)重型裝備企業(yè)已經(jīng)具備設(shè)計(jì)制造與國(guó)外生產(chǎn)廠家相當(dāng)?shù)拇笮碗妭鲃?dòng)自卸卡車能力。通過(guò)對(duì)通用電氣公司自卸卡車控制系統(tǒng)的消化吸收，筆者將自卸卡車控制系統(tǒng)歸入了動(dòng)力傳動(dòng)、勵(lì)磁控制［2］、卡車監(jiān)控、輔助功能4個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的闡述。期望能夠?qū)ψ孕犊ㄜ囃耆珖?guó)產(chǎn)化提供一點(diǎn)借鑒。

3.1 動(dòng)力傳動(dòng)控制模塊

動(dòng)力傳動(dòng)控制包含牽引控制和電氣制動(dòng)控制二部分，其公共部分為發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)控制，區(qū)別在于電氣制動(dòng)改變制動(dòng)電阻連接的方式進(jìn)而控制制動(dòng)電流。

目前，國(guó)內(nèi)大功率IGBT管的發(fā)展已經(jīng)能夠滿足自卸電傳動(dòng)卡車擴(kuò)大制動(dòng)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用，在整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)控制中擴(kuò)大制動(dòng)的電流和電壓最高，而發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁、電樞控制采用IGBT控制更容易實(shí)現(xiàn)。使用IBGT替代傳統(tǒng)的接觸器可以解決自卸卡車在礦區(qū)運(yùn)行產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)接觸器異常跳動(dòng)帶來(lái)的維護(hù)成本增加及檢修工作量的增加，替代需解決IGBT高頻開(kāi)關(guān)電源及本身工作產(chǎn)生熱量的散熱問(wèn)題及與控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、反饋信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

3.1.1 動(dòng)力牽引控制部分

動(dòng)力牽引控制屬于低壓邏輯控制。要完成牽引工況在控制系統(tǒng)中有關(guān)元件、繼電器、接觸器必須按一定的邏輯次序動(dòng)作。

一般控制過(guò)程描述為：駕駛員啟動(dòng)卡車發(fā)動(dòng)機(jī)后，各部報(bào)警、顯示正常，通過(guò)駕駛室選擇器開(kāi)關(guān)選擇前進(jìn)或后退使向前或向后電磁閥動(dòng)作，踩下油門踏板產(chǎn)生牽引開(kāi)關(guān)信號(hào)完成牽引指令［4］。發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁器的脈沖控制組件得到工作電源為可控硅觸發(fā)做好了準(zhǔn)備；發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)受到勵(lì)磁后建立發(fā)電機(jī)電壓。釋放過(guò)程需通過(guò)延時(shí)控制牽引接觸器和電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)接觸器延時(shí)斷開(kāi)，使接觸器不帶負(fù)荷斷電，減少電弧對(duì)觸頭的燒蝕。

3.1.2 動(dòng)態(tài)能耗制動(dòng)控制部分

卡車在慣性行駛時(shí)，駕駛員使用電氣制動(dòng)踏板或卡車進(jìn)入超速自動(dòng)控制狀況時(shí)，由控制邏輯使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入它勵(lì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，將卡車的慣性機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能通過(guò)制動(dòng)電阻產(chǎn)生制動(dòng)電流（與牽引工況電樞電流方向相反）使電動(dòng)機(jī)電樞發(fā)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減低卡車運(yùn)行速度。

一般控制過(guò)程描述為：卡車運(yùn)行過(guò)程中踩下電氣制動(dòng)踏板，產(chǎn)生電氣制動(dòng)信號(hào)（或系統(tǒng)速度控制投入自動(dòng)進(jìn)入電氣制動(dòng)工況）；電氣制動(dòng)踏板電位計(jì)信號(hào)產(chǎn)生制動(dòng)基準(zhǔn)的同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)入電氣制動(dòng)設(shè)置的高怠速，使發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁器的脈沖控制組件得到工作電源為可控硅觸發(fā)做好了準(zhǔn)備，當(dāng)電氣制動(dòng)接觸器通電吸合后，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)接觸器及發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)接觸器相繼吸合，為發(fā)電機(jī)發(fā)電做好準(zhǔn)備，在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁接觸器吸合后使發(fā)電機(jī)功率基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到電氣制動(dòng)設(shè)置的基準(zhǔn)、使發(fā)電機(jī)電瓶升壓接觸器吸合，發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電，卡車進(jìn)入電氣制動(dòng)工況。

3.2 勵(lì)磁控制模塊設(shè)計(jì)

勵(lì)磁控制是電氣控制的核心，它的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性決定了自卸卡車驅(qū)動(dòng)性能［5］。勵(lì)磁控制模塊設(shè)計(jì)所要解決四方面問(wèn)題，一是基準(zhǔn)建立參數(shù)的確定、二是反饋調(diào)節(jié)方式、三是輸出調(diào)節(jié)對(duì)象、四是同步信號(hào)采集。最終目標(biāo)是使主發(fā)電機(jī)的外特性在一定工作區(qū)域內(nèi)獲得恒功率調(diào)節(jié)(屬于恒值調(diào)節(jié)范疇)；使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在各種工況下獲得最佳勵(lì)磁。

自卸卡車勵(lì)磁控制電源采用三繞組交流發(fā)電機(jī)提供電源，具有結(jié)構(gòu)緊湊和故障發(fā)生率低等優(yōu)點(diǎn)。勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)采用單相半控整流電路，最大勵(lì)磁電流不超過(guò)400A。

在主發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)繞組設(shè)并聯(lián)的壓敏電阻，用于當(dāng)發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)或電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)接觸器斷開(kāi)回路時(shí)釋放自感尖峰電壓。

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制的基準(zhǔn)依據(jù)牽引工況和電氣制動(dòng)工況時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)建立基準(zhǔn)函數(shù)，反饋量為發(fā)電機(jī)電壓與電流的積，控制對(duì)象為發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)單相半控橋式整流可控硅觸發(fā)角度，同步信號(hào)采集［1］點(diǎn)設(shè)置在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源輸入端。

牽引工況時(shí)依據(jù)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)電樞電流值高的建立控制電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)，制動(dòng)工況依據(jù)卡車速度、制動(dòng)踏板位置及電樞電流（制動(dòng)工況為制動(dòng)電流）三個(gè)量建立控制電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)電流的基準(zhǔn)。

反饋量為電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，控制對(duì)象為電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)單相半控整流可控硅觸發(fā)角度，同步信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)置在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電源輸入端。

表1 勵(lì)磁控制模塊輸入輸出信號(hào)

3.3 卡車監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)的核心在于監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)，由于軟件數(shù)據(jù)接口涉及多方的程序開(kāi)發(fā)，所以要保證程序接口的高健壯性及高容錯(cuò)性，提供強(qiáng)大的錯(cuò)誤處理機(jī)制。監(jiān)控接口設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的功能為實(shí)現(xiàn)各功能模塊與卡車監(jiān)控模塊和電氣控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的采集與實(shí)時(shí)傳輸。接口電路中設(shè)置信號(hào)狀態(tài)存儲(chǔ)器，等待卡車監(jiān)控系統(tǒng)掃描讀取、或來(lái)自電氣控制系統(tǒng)的指令改變狀態(tài)存儲(chǔ)器相應(yīng)位置的值，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件動(dòng)作。

存儲(chǔ)器連續(xù)存儲(chǔ)記錄主要的卡車運(yùn)行數(shù)據(jù)，如果有故障發(fā)生，系統(tǒng)自動(dòng)按如下規(guī)則抓拍下相應(yīng)的故障信息數(shù)據(jù)：故障發(fā)生之前、之中和之后的數(shù)據(jù)信息。抓拍的間隔可以由監(jiān)控程序設(shè)定，每一楨的持續(xù)時(shí)間也可以改變。故障數(shù)據(jù)提故障診斷的各種數(shù)據(jù)：降低排除故障的時(shí)間、降低卡車停車時(shí)間和利用率的損失、得到故障信息的記錄。

發(fā)動(dòng)機(jī)一般都配置了自身的控制軟件及監(jiān)控系統(tǒng)，在卡車的監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)中只要解決與發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控程序的通訊接口及顯示界面設(shè)計(jì)就可以完成發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中維護(hù)、故障處理等相關(guān)問(wèn)題。

由程序設(shè)定的數(shù)據(jù)端口，要能夠?qū)崿F(xiàn)各功能模塊數(shù)據(jù)的交換和驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳輸。監(jiān)控顯示終端要能夠完成一般的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)查看，調(diào)整顯示信息，一般參數(shù)的設(shè)置。

監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)的保護(hù)系統(tǒng)分為預(yù)防性保護(hù)和故障性保護(hù)兩種。預(yù)防性保護(hù)電路使卡車在正常運(yùn)行時(shí)不發(fā)生或少發(fā)生故障，如保護(hù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電樞接觸器觸頭的延時(shí)保護(hù)功能，吸收發(fā)電機(jī)三相輸出浪涌電壓的阻容保護(hù)功能。故障性保護(hù)是當(dāng)卡車運(yùn)行中出現(xiàn)故障并引發(fā)有關(guān)參數(shù)不正常時(shí)，通過(guò)有關(guān)保護(hù)電路去控制邏輯電路，切斷驅(qū)動(dòng)，防止故障發(fā)生或擴(kuò)大。如故障檢測(cè)、接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)第三繞組保護(hù)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)保護(hù)、電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù)等等。

監(jiān)控模塊中對(duì)數(shù)字量輸入部分要經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路，消除卡車各系統(tǒng)（各種接觸器、繼電器、開(kāi)關(guān)等）的電磁干擾噪音進(jìn)入模塊，保證穩(wěn)定性。

3.4 輔助功能模塊設(shè)計(jì)

駕駛操作室是卡車控制指令發(fā)出和卡車狀況反饋終端。卡車運(yùn)行方向選擇及控制、加減速控制、舉升操作、燈光使用、儀表觀察等指令發(fā)出和卡車狀況觀察伴隨著卡車駕駛員操作的整個(gè)過(guò)程。

自卸卡車性能、操作感、運(yùn)行效率與控制卡車相關(guān)的輔助功能有很大聯(lián)系，操控儀表及開(kāi)關(guān)等裝置設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔可以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，有利于安全生產(chǎn)。

3.4.1 蓄電池及電源控制部分

卡車配置的蓄電池充電使用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的自勵(lì)充電機(jī)提供，充電電壓可調(diào)。在駕駛室鑰匙開(kāi)關(guān)接通后為控制系統(tǒng)提供電源，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后充電機(jī)為蓄電池提供充電和為控制系統(tǒng)提供電源。

蓄電池及電源控制設(shè)計(jì)了24V直流電源經(jīng)震蕩電路、脈沖變壓器、正負(fù)調(diào)壓器產(chǎn)生正負(fù)電源輸出環(huán)節(jié)，輸出電壓要能夠滿足控制系統(tǒng)各部分電源極性及電壓范圍要求。（一般有+5V、+15V、-15V、19V、24V）。直流調(diào)壓部分可由專業(yè)電源制造廠家完成，再整合到模塊中。

3.4.2 液壓系統(tǒng)控制模塊

液壓系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì)要滿足轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、舉升的控制功能［6］。

操作員向方向盤施加轉(zhuǎn)向力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向控制閥，由此引導(dǎo)液壓油通過(guò)流量放大閥至轉(zhuǎn)向缸完成操作員預(yù)期的轉(zhuǎn)向操作。

制動(dòng)有三種，長(zhǎng)時(shí)間或熄火后的制動(dòng)使用停車制動(dòng)；裝載時(shí)使用輪制動(dòng)；運(yùn)行低速時(shí)或緊急情況時(shí)使用工作制動(dòng)。停車制動(dòng)使用控制開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，輪制動(dòng)使用控制開(kāi)關(guān)或液壓感受閥控制，工作制動(dòng)由踏板閥實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)的設(shè)計(jì)要求要滿足安全考慮：比如液壓制動(dòng)的自動(dòng)投入設(shè)計(jì)、停車制動(dòng)投入條件的設(shè)計(jì)及正常運(yùn)行過(guò)程中防止誤動(dòng)作的連鎖設(shè)計(jì)。

舉升由操縱桿控制舉升先導(dǎo)閥通過(guò)舉升閥到舉升油缸的油路，完成舉升，在舉升先導(dǎo)油路受控于舉升限制電磁閥，常通狀態(tài)，舉升到限定高度時(shí)關(guān)閉。

3.4.3 稱重系統(tǒng)模塊

自卸卡車稱重系統(tǒng)模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能為測(cè)量、顯示、記錄卡車運(yùn)輸循環(huán)的裝載量，系統(tǒng)通常包括控制器、測(cè)量顯示器、4個(gè)懸掛傳感器和1個(gè)傾斜儀、翻斗舉升開(kāi)關(guān)信號(hào)、輪制動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)和卡車速度信號(hào)。

控制器為稱重系統(tǒng)核心部件，內(nèi)嵌了實(shí)現(xiàn)由懸掛傳感器檢測(cè)的壓力變化量模擬運(yùn)算出的卡車裝載量程序，傾斜儀電位變化用于校正卡車水平變化對(duì)傳感器壓力影響的誤差。

3.4.4 燈光系統(tǒng)控制模塊

自卸卡車燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)因使用區(qū)域和用途不同有所差別，本文把燈光控制組合在模塊中，包含控制和輸出狀態(tài)顯示兩部分，外部燈光總成安裝位置要依據(jù)車型作相關(guān)調(diào)整。

3.5 控制系統(tǒng)性能對(duì)卡車運(yùn)行效率及維護(hù)成本的影響

控制系統(tǒng)穩(wěn)定性及無(wú)故障運(yùn)行周期對(duì)卡車運(yùn)行效率有極大的影響，同時(shí)也維護(hù)成本的投入。自卸卡車在露天礦現(xiàn)場(chǎng)受潮濕空氣、灰塵、震動(dòng)等因素影響，電氣控制系統(tǒng)故障是卡車故障的主要構(gòu)成因素，故障發(fā)生后的檢查處理受維修人員技術(shù)水平限制引發(fā)的停機(jī)時(shí)間無(wú)法把控，這制約了卡車?yán)寐实姆€(wěn)定，同時(shí)維修人員判斷的不準(zhǔn)確使故障重復(fù)發(fā)生和備件異常更換也造成了維護(hù)成本的增加。

3.5.1 提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性要素分析

提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性確保其設(shè)計(jì)性能的發(fā)揮有三個(gè)要素：一是，每階段的電氣保養(yǎng)執(zhí)行到位?？ㄜ囯A段性保養(yǎng)項(xiàng)目是依據(jù)廠家推薦項(xiàng)目、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件、運(yùn)行易發(fā)生故障點(diǎn)再依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間間隔制定的檢查、維護(hù)、緊固、清潔項(xiàng)目。按項(xiàng)目逐條進(jìn)行并有復(fù)查記錄。二是，制定并進(jìn)行周期性的檢測(cè)項(xiàng)目。電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)軸承測(cè)試、保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試等項(xiàng)目的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患及時(shí)處理避免發(fā)生停機(jī)事件。三是，運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析。故障事件、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、稱重?cái)?shù)據(jù)的下載查看，依據(jù)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)擬定階段性維護(hù)措施。

3.5.2 控制系統(tǒng)多發(fā)故障分析及控制措施

自卸卡車受路況、懸掛、操作因素影響接觸器跳動(dòng)故障較頻繁。730E采用了7級(jí)擴(kuò)大制動(dòng)接觸器控制制動(dòng)電流，系統(tǒng)定義的60#故障描述了牽引工況時(shí)擴(kuò)大制動(dòng)接觸器在沒(méi)有吸合指令時(shí)存在吸合反饋信號(hào)。查看故障數(shù)據(jù)為單貞反饋信號(hào)，表明其吸合時(shí)間短。由于接觸器因外部因素異常吸合使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)兩端的電樞電壓經(jīng)跳動(dòng)的接觸器串入了制動(dòng)電阻箱使冷卻風(fēng)機(jī)承受高壓，造成絕緣擊穿故障，恢復(fù)周期長(zhǎng)且維護(hù)成本高；有時(shí)對(duì)接觸器本身也造成大的損壞，往往使動(dòng)觸頭部分報(bào)廢。預(yù)防此類故障從兩方面著手，一是操作駕駛員車速的控制，道路條件差時(shí)謹(jǐn)慎駕駛。二是對(duì)安裝擴(kuò)大制動(dòng)器總成的結(jié)構(gòu)緊固情況的檢查，接觸器回位彈簧張緊度的檢查。

4 小結(jié)

礦用自卸卡車國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)的核心問(wèn)題是控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)一個(gè)滿足運(yùn)行工況要求、滿足故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查看的控制系統(tǒng)在目前國(guó)內(nèi)控制理論及應(yīng)用技術(shù)來(lái)說(shuō)已經(jīng)難度不大，主要存在引進(jìn)和開(kāi)發(fā)間性價(jià)比的問(wèn)題，希望本文對(duì)致力于國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供一點(diǎn)建議。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文概要介紹了貴冶智能工廠建設(shè)中三維智能化管控平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法和構(gòu)建過(guò)程，通過(guò)項(xiàng)目建設(shè)，探索了一種結(jié)合激光掃描儀和無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)采集廠房?jī)?nèi)外部實(shí)景數(shù)據(jù)的新穎技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的廠區(qū)三維實(shí)景復(fù)制，該技術(shù)同時(shí)為未來(lái)模型空間的擴(kuò)建、維護(hù)提供了代價(jià)較低的解決方案；以三維實(shí)景模型為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的智能化管控平臺(tái)采用介入式技術(shù)融合多源實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)了二、三維數(shù)據(jù)信息的一體化和各虛擬場(chǎng)景的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。作為基礎(chǔ)平臺(tái)，進(jìn)一步導(dǎo)入其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)后，結(jié)合多場(chǎng)景融合、大數(shù)據(jù)融合、云端應(yīng)用融合等技術(shù)手段，能夠同時(shí)支撐地理信息、業(yè)務(wù)辦公、地上/地下建筑規(guī)劃管理和輔助決策，以多元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)三維載體，為數(shù)字化工廠提供血液，打造數(shù)字化工廠的大腦。