目前国内山西天地煤机、常州科试等50多个厂家已经可以为国内矿井装备各类矿用防爆无轨胶轮车。国内市场上的绝大多数矿用无轨胶轮车的电气控制采用的形式是直接用防爆开关控制电气设备通断。该种方式的原理是：采用防爆开关配上防爆外壳的方式，将该开关和相应电气设备直接串入供电回路里，即电池箱或调节器，通过旋转开关的形式直接控制电气设备的通断。该种方式虽然原理简单，但是体积较大，电气设备较多时无法集中控制。为此，笔者一种矿用无轨胶轮车电气控制装置，采用手柄式组合开关集中采集各类控制信号、执行继电器开出控制电气设备的方式，大大节省了驾驶室内的安装体积，且外观漂亮、技术先进，随着科技的进步、时间的推移，这种类似于地面汽车的控制方式在矿用无轨胶轮车上具有发展的趋势。
1矿用无轨胶轮车电气设备分析
无轨胶轮车需要一套电气控制装置来驱动并控制车上的电气设备。这些电气设备一般可分为电启动设备、信号照明设备、声光报警设备、辅助电气设备等。电启动设备主要有启动电机，信号照明设备主要有倒车灯、刹车灯、左右转向灯、远近光灯、预热、信号灯等，声光报警设备主要有倒车声光报警器、电喇叭等，辅助电气设备主要有喷水、雨刮、暖风、润滑等[3]。一辆完整的无轨胶轮车还需配备电源、电子仪表等电气设备，电源供电、仪表是显示参数，不属于本文讨论的控制范畴，所以暂不做讨论。为了实现防爆无轨胶轮车电气设备的控制，需要做如下几个方面的设计。（1）控制信号采集。各个电气设备都需要根据对应的控制信号实现动作，控制信号主要来源于对驾驶员动作的检测以及液压回路压力的检测，产生一系列的控制信号命令。（2）信号处理及开出控制。通过单片机处理采集到的控制信号，映射到继电器开出，通过继电器开出控制相应的电气设备工作。（3）电启动控制车辆的的启动电机在启动时所需的电流较大，所以需要设计独立的电启动控制箱，实现车辆电机的正常启动。
2电气控制装置设计
2.1电气控制装置总体规划
根据前文分析，整个装置主要由信号采集、信号处理及开出控制、电启动控制等组成。其控制方式如图1所示。图1电气控制装置总体规划驾驶员通过手柄式组合开关产生一系列控制信号，通过CAN总线传输给控制箱；液压回路的压力开关采集的控制信号通过开关量信号传输给控制箱；控制箱通过继电器输出控制相应的电气设备工作，启动信号由手柄式组合开关发出的CAN命令，经过控制箱继电器给出启动信号，再由电启动箱控制启动电机。
2.2控制信号采集的实现
控制信号采集主要有两类，一类是驾驶员的直接动作命令，如拨动左右转向灯等；另一类是液压回路的开关量信号，如制动压力、倒车开关等。驾驶员的直接动作命令通过“手柄式组合开关”采集触点，在其内部放置采集电路板，利用单片机分析动作触点并发出不同的CAN总线信号。液压回路的开关量信号则采用“压力开关传感器”采集，根据不同车型的液压回路的压力点，来定制压力开关传感器的动作点，传感器输出开关量信号。
2.3采集信号处理及开出控制的实现
采集的两类信号，无论是“CAN总线信号”还是“开关量信号”都传输至控制箱，控制箱由信号处理及继电器开出控制两部分组成，CPU板处理输入信号，控制相应的继电器动作，实现开出控制，每一个继电器开出对应一个电气设备。根据车载电气设备工作时所需的功耗，选择继电器的输出节点容量为DC24V/5A，而控制箱内有多个继电器输出，根据防爆要求，当总功率超过250W时，需分腔设计[4]。控制箱的原理图如图2所示。
2.4电启动控制的实现
有相当一部分胶轮车采用电启动方式启车，如防爆皮卡车和指挥车等，启动电机的功率主要有2.8kW、3.7kW、5.5kW以及7kW等，使用最多的是5.5kW的启动电机。启动电机为3线制，其中2线为电源线，工作时最大冲击电流可达到300A左右，另一根线作为启动电机的控制线，工作时电流约5A左右。电启动箱控制启动电机的工作原理如图3所示。当手柄式组合开关接通“ON”档，K1继电器得电动作，启动电机有电；当手柄式组合开关接通“START”档，K2继电器得电动作，启动电机，进而启车。根据启动电机的工作特性，选择相应的继电器，其中一路继电器输出接点容量为DC24V/300A，另一路继电器输出接点容量为DC24V/5A[5]。电启动箱工作时的总功率超过250W，所以也必须分腔设计。
3实例应用
在江阴某公司的皮卡车上，我们设计了这样一套电气控制装置：驾驶员拨动手柄给出控制信号接入控制箱，刹车压力开关采集刹车信号接入控制箱；控制箱连接车载电气设备，包括左右转向灯、远近光、倒车灯、刹车灯、倒车灯、倒车声光报警器、断油阀、断气阀、喇叭、喷水、雨刮、暖风等，由于此皮卡车所需控制电气设备较多，故本装置采用了2台控制箱级联的方式，分别控制不同的电气设备，通过CAN通信线实现级联，用主令开关同时控制2台控制箱的供电；电启动箱根据控制箱给出的通电控制触点和启动控制触点信号，控制启动电机；整车系统由皮卡车已经装配的电池箱及调节器供电，车启动后调节器对电池箱充电。此皮卡车已装配成功，此套胶轮车电气控制装置应用到了实际，如图4所示。
4结束语
从矿用无轨胶轮车应用的实际情况出发，在分析无轨胶轮车车载电气设备的基础上，结合煤矿车载设备应用环境，设计了矿用无轨胶轮车电气控制装置。该装置能实现无轨胶轮车的电启动设备、信号照明设备、声光报警设备、辅助电气设备等的控制。装置中的手柄式组合开关相比于隔爆开关大大节省了安装空间，并且美观实用。装置中的控制箱可增减配置，对于开出控制数量较多的无轨胶轮车，可用多个控制箱级联使用。装置中电启动箱由于控制启动电机时功率较大而单独设计。目前，该无轨胶轮车电气控制装置已在防爆皮卡车、指挥车等无轨胶轮车上使用，装置运行稳定可靠，解决了矿用无轨胶轮车整车电气控制的难题。
作者：吕小强 程刘胜 张吉祥 单位：天地（常州）自动化股份有限公司
