摘要：众所周知，在矿山开采过程中矿用重型汽车运输是实现大规模生产的重要形式之一。矿用重型汽车作为运输环节中的关键设备，其完整性不仅直接影响到整个矿山生产的采矿效率，也对矿山企业的经济效益有着很大的影响。矿用重型汽车具有装载量大、运行效率高、经济性好特点，成为大型露天铜矿、煤矿、铁矿的运输工程卡车。
关键词：矿用；矿用重型汽车；应用
目前国内外大型矿用重型汽车应用领域扩大极快，电动轮自卸卡车市场份额绝大部分掌握在国外厂家手中，近年以来陆续有国内的重型装备制造企业加入到大型矿用重型汽车的制造行业中，但控制系统及主要总成件使用进口，附加值低的同时无自主知识产权，属于低端合作组装阶段。我公司矿用重型汽车既有进口车型也有国产车型，在采场运输中应用普遍。
一、矿用重型汽车电气控制的发展
1、动力传动控制。自卸卡车的传动控制分牵引时发电机的恒功率控制及动态电气制动时驱动电动机的励磁控制二部分。在牵引工况下，为了主发电机的输出功率与发动机相匹配，使发动机获得恒功率调节，励磁控制系统首先要根据发动机的转速建立一个发动机的功率基准函数，然后送到与该工况实测的发电机电压和电流的乘积进行比较，得到发电机功率误差信号送给静态励磁器的 SCR 触发控制环节，对主发电机的励磁进行闭环调节，使其输出功率时刻与发动机相匹配，使发动机的功率得到充分利用。在制动工况下，为保证电动机有足够的制动力矩使卡车减速，通过控制发动机工作在一定的转速下，发电机的制动功率基准是通过功率基准误差板件的电位计到一个固定电位，模拟发动机的转速信号提供建立电气制动工况下的发电机磁场基准，送到功率误差板件与电动机磁场电流反馈信号进行比较，产生制动工况下的磁场误差信号控制静态励磁器的 SCR 控制触发环节，对马达的励磁进行闭环调节，保证制动工况的制动电流。
2、辅助功能控制。自卸卡车的辅助功能控制为低压逻辑控制系统，用于对动力牵引、动力制动等工况进行逻辑控制，实现安全保护、信号报警等功能。是自卸卡车电气控制系统的必要组成部分。
二、矿用重型汽车应用模块化控制
随着国内微型计算机、大规模集成电路、新型电力电子器件和传感器的开发、自动控制理论的深入发展，通过对通用电气公司自卸卡车控制系统的消化吸收，笔者将自卸卡车控制系统进行实现的阐述。期望能够对自卸卡车完全国产化提供一点借鉴。
1、动力传动控制模块。动力传动控制包含牵引控制和电气制动控制二部分，其公共部分为发电机、电动机的磁场控制，区别在于电气制动改变制动电阻连接的方式进而控制制动电流。
（1）动力牵引控制部分。动力牵引控制属于低压逻辑控制。要完成牵引工况在控制系统中有关元件、继电器、接触器必须按一定的逻辑次序动作。一般控制过程描述为 ：驾驶员启动卡车发动机后，各部报警、显示正常，通过驾驶室选择器开关选择前进或后退使向前或向后电磁阀动作，踩下油门踏板产生牵引开关信号完成牵引指令。发电机和电动机励磁器的脉冲控制组件得到工作电源为可控硅触发做好了准备 ；发电机磁场受到励磁后建立发电机电压。释放过程需通过延时控制牵引接触器和电动机磁场接触器延时断开，使接触器不带负荷断电，减少电弧对触头的烧蚀。
（2）动态能耗制动控制部分。卡车在惯性行驶时，驾驶员使用电气制动踏板或卡车进入超速自动控制状况时，由控制逻辑使电动机进入它励发电机运行状态，将卡车的惯性机械能转换为电能通过制动电阻产生制动电流使电动机电枢发生反向制动转矩，减低卡车运行速度。
一般控制过程描述为 ：卡车运行过程中踩下电气制动踏板，产生电气制动信号（或系统速度控制投入自动进入电气制动工况）；电气制动踏板电位计信号产生制动基准的同时发动机转速进入电气制动设置的高怠速，使发电机和电动机励磁器的脉冲控制组件得到工作电源为可控硅触发做好了准备，当电气制动接触器通电吸合后，电动机磁场接触器及发电机磁场接触器相继吸合，为发电机发电做好准备，在发电机励磁接触器吸合后使发电机功率基准转换到电气制动设置的基准、使发电机电瓶升压接触器吸合，发电机开始发电，卡车进入电气制动工况。
2、励磁控制模块设计。励磁控制是电气控制的核心，它的响应速度、稳定性决定了自卸卡车驱动性能。励磁控制模块设计所要解决四方面问题，一是基准建立参数的确定、二是反馈调节方式、三是输出调节对象、四是同步信号采集。最终目标是使主发电机的外特性在一定工作区域内获得恒功率调节；使驱动电动机在各种工况下获得最佳励磁。自卸卡车励磁控制电源采用三绕组交流发电机提供电源，具有结构紧凑和故障发生率低等优点。励磁电流调节采用单相半控整流电路，最大励磁电流不超过 400A。在主发电机和电动机磁场绕组设并联的压敏电阻，用于当发电机磁场或电动机磁场接触器断开回路时释放自感尖峰电压。发电机励磁控制的基准依据牵引工况和电气制动工况时发动机转速信号建立基准函数，反馈量为发电机电压与电流的积，控制对象为发电机磁场单相半控桥式整流可控硅触发角度，同步信号采集点设置在发电机励磁电源输入端。牵引工况时依据两台电动机电枢电流值高的建立控制电动机磁场电流的基准，制动工况依据卡车速度、制动踏板位置及电枢电流三个量建立控制电动机磁场电流的基准。反馈量为电动机励磁电流，控制对象为电动机磁场单相半控整流可控硅触发角度，同步信号采集点设置在电动机励磁电源输入端。
3、卡车监控模块设计。监控模块设计的核心在于监控软件的开发，由于软件数据接口涉及多方的程序开发，所以要保证程序接口的高健壮性及高容错性，提供强大的错误处理机制。监控接口设计所要实现的功能为实现各功能模块与卡车监控模块和电气控制系统之间数据的采集与实时传输。接口电路中设置信号状态存储器，等待卡车监控系统扫描读取、或来自电气控制系统的指令改变状态存储器相应位置的值，驱动执行元件动作。存储器连续存储记录主要的卡车运行数据，如果有故障发生，系统自动按如下规则抓拍下相应的故障信息数据 ：故障发生之前、之中和之后的数据信息。抓拍的间隔可以由监控程序设定，每一桢的持续时间也可以改变。故障数据提故障诊断的各种数据 ：降低排除故障的时间、降低卡车停车时间和利用率的损失、得到故障信息的记录。发动机一般都配置了自身的控制软件及监控系统，在卡车的监控模块设计中只要解决与发动机监控程序的通讯接口及显示界面设计就可以完成发动机运行中维护、故障处理等相关问题。预防性保护电路使卡车在正常运行时不发生或少发生故障，如保护驱动电动机电枢接触器触头的延时保护功能，吸收发电机三相输出浪涌电压的阻容保护功能。故障性保护是当卡车运行中出现故障并引发有关参数不正常时，通过有关保护电路去控制逻辑电路，切断驱动，防止故障发生或扩大。如故障检测、接地保护、发电机第三绕组保护、驱动电动机保护、电动机温度保护等。监控模块中对数字量输入部分要经过电平转换电路，消除卡车各系统（各种接触器、继电器、开关等）的电磁干扰噪音进入模块，保证稳定性。
矿用重型汽车国产化开发的核心问题是控制系统的开发，设计一个满足运行工况要求、满足故障数据存储及查看的控制系统在目前国内控制理论及应用。
参考文献：
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