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首钢：团队创新打造“中国芯”
来源:中国数控机床网
大型矿用汽车制造是首钢矿业公司装备制造业的重要组成部分。2008年以来，围绕提高大型矿用汽车国产化水平，首钢集团矿业公司专门组建了我们这个学习创新团队，自主研发矿车电控系统，实现了重大突破，连续成功开发出交直电控系统和交交电控系统，填补了国内技术空白。
白手起家，挑战尖端课题
电动轮矿车在国外起步比较早，经过多年的发展不断升级，技术已经相当成熟，能够批量生产。而国内大型矿用自卸车研发较晚，仅有的两家电动轮制造厂家电控系统也没有成熟产品，多是引进美国GE等公司产品，国外技术垄断的格局一直难以改变。
多年从事大吨位电动轮矿车研发工作的矿业公司，一直致力于提高大型电动轮矿车的国产化水平。2008年，公司把目标锁定在矿车核心部件——电控系统的自主研发上。
2008年9月份，矿业公司把这个任务交给了矿业计控室，由我担任项目负责人，并着手组建研发团队。从“招兵买马”白手起家，经过公开招聘，精心挑选了4名青工，又聘请了已经退休的电气专家窦振印，一个由老、中、青三代员工组成的6人研发团队诞生了。
在这之前，我们从来没有涉足过矿车电器设计及维修等相关业务，但是，开弓没有回头箭，接了任务就必须向前走。此后，我们先从交直流电控系统开发做起。
对矿车电控系统的研发离不开整车参数及对整车性能的设计需求。在没有现成资料可参考的情况下，我们只能向实践学习。首先要掌握矿车结构、各部件性能、工作原理、驾驶室各种操作知识，然后再研究电气控制原理。我们从“山上跑的车”入手，一项一项去研究，学操作流程、学矿车的工作原理、学故障处理方法。当时正值冬季，因为在水厂没有办公场所，穿着棉劳保鞋的脚已经被冻僵了，但为了搞清楚矿车的控制思路、运行状况，我们依然在现场调研两个多月，并摸索出励磁电流、输出功率等90多个参数，记录了矿车运行过程中出现的断牵引、无制动等大小故障案例20多条；学会了转速不稳定、发电机不发电等常见故障的判断和处理，为后期电控系统的开发奠定了坚实的基础。
精诚合作，冲破道道难关
经过对电动轮整体结构和原理进行仔细分析后得知，电动轮矿车电控系统由中央控制器、电气柜、电阻柜、驾驶室内电控电路、行车电脑等五部分组成，中央控制器是其核心控制部分，是整个系统的神经中枢，于是，我们决定把中央控制器作为研发的切入点。在山上跑着的170吨1号、2号电动轮电控部分是由北京一家公司生产的，得到他们的支持是不可能的，于是我们拿着几个月摸索出来的所有资料和信息，开始了为期40天的封闭式开发。
汽车设计的首要问题是安全。170吨载重加上电动轮矿车自重130吨，共计300吨重的庞然大物，在采区内连续上坡和下坡道路上行驶，一旦发生故障，后果不堪设想。为了保证矿车能够按照预定的控制思路运行，整个团队不分昼夜地潜心研究电控系统的每一个细节、每一个数据，还自己动手制作了一个试验平台，在实验室里模拟司机操作，观察控制是否符合车辆行走停止的要求，从逻辑控制到励磁调节，我们都非常谨慎。
记得触发板的一个故障着实困扰了我们很长一段时间。当时在实验室里调试触发板没有发现问题，但是到车上调试就是不能正常工作，试验了很多次，仍没有结果。当时正值端午节期间，但我们团队没有一个人休息，反复在车上与实验室进行试验。经过多次与触发板厂家打电话沟通，苦战了三天三夜之后，终于找到了电源不稳而导致不能正常励磁触发的原因，并彻底根除。在每个人的拼搏奉献和团队的精诚合作下，经过数月的艰苦努力，安装着我们自己研制的中央控制器进行控制的170吨2号矿车终于在车场跑起来了。
此后的调试期间，一个突如其来的问题让大家顿时紧张了起来。在一次下坡运行调试时突然电制动没有了，微机还出现了死机现象，300吨重的“大家伙”来了一个“自由滑行”，虽然司机赶紧将刹车踩死，但是因为速度过快，液压刹车根本无法停车。就在这关键时刻，微机的自动复位功能起了作用，在电制动和液压制动的同时作用下，车终于停了下来，虽然只有短短的几秒钟，但是却好像过了很长时间。过后大家分析了十几种可能导致死机的原因，经过排除、修改软件、完善硬件，并与北科大、清华大学的专家一起讨论研究等，最后将故障原因锁定为通讯模块工作不正常。通过认真修改通讯程序和长时间的实验室模拟实验，等到再投入使用时，整个系统一直工作正常，彻底根除了这个隐患。
乘势而上，跻身全球四强
大型矿用自卸车的技术含量取决于其采用的驱动方式。驱动方式分为机械传动和电传动，前者需要大功率液力变矩器，后者又分为直流驱动和交流驱动。直流驱动使用大功率可控硅、接触器、直流电机，电机需要定期更换电刷和拆装保养。交流驱动则采用大功率晶闸管、交流异步电机。相对于机械传动、直流驱动系统，交流传动无需机械传动扭矩，无需定期拆装电机、更换电刷和换向器，仅此就可大大降低运行成本。且交流电机具有体积小、重量轻、结构简单等特点，可有效解决电动轮的热负荷困扰，满足对车辆大型化、吨位增长的市场需求。所以说，发展大吨位车辆，就必然走发展交流电传动系统之路。
我们成功开发出了直流电控系统，具有完全自主知识产权。在这个基础上，我们又把目标定在了交交电控系统的研发上，此项技术在国内仍是空白，全球也只有美国卡特彼勒、GE和德国西门子掌握。而国内虽有个别厂家能生产交流电传动自卸车，但其电控系统也只能引进国外GE、西门子公司的整套设备。
“坚持自主创新，打造国产大矿车的‘中国芯’。”抱着这样的信念，2010年底，我们开始了对SGE-AC电传动矿用自卸车交流电传动系统集中攻关。2011年5月，完成了设备制造、软件编制；7月完成样车安装调试；8月开始空载与重载试车；9月8日进入水厂铁矿生产序列运行；9月25日全面完成各项性能指标测试。其间，我们在进行整车重载试验时，一开始就出现了运行不平稳的现象，大家先后从控制周期、响应时间、参数调整、功率匹配等方面逐项进行检查完善，却依然“找不到北”。在屡试不灵的情况下，我们鼓励大家要充分发挥自身的专业特长，积极表达自己的观点，勇于推翻别人的论点。经过一次又一次的思想交锋，一次又一次“提出+推翻”的反复较量，善于思考与总结的陈静思提出了自己的新见解：矿车在交直系统中运行稳定，是因为直流电机输出端电压不变。而在交交变频系统中功率采集时间长，导致变频器输出电压波动，所以矿车在运行时不平稳。原因找到了，方向明确了，我们通过调整功率采集时间、增加采集次数，并进行有效滤波之后，让问题得到了圆满解决。
2011年9月26日，矿业公司在水厂铁矿汽运作业区召开“首钢自主研发交流电传动矿用自卸车成功运行新闻发布会”。我们郑重对外宣布，“首钢矿业公司自主研发，通过重载测试的交流电传动矿用自卸车研制成功，标志着国内生产的大吨位矿车电控系统完全实现了国产化。”
中环动力重型汽车有限公司资深顾问、73岁的徐乃镗十分欣喜地说：“大型矿车国产化是中国人多年的宿愿，首钢矿业公司对交流电传动控制系统核心技术的突破，必将大大加快大型矿车国产化的进程。”
白手起家，挑战尖端课题
电动轮矿车在国外起步比较早，经过多年的发展不断升级，技术已经相当成熟，能够批量生产。而国内大型矿用自卸车研发较晚，仅有的两家电动轮制造厂家电控系统也没有成熟产品，多是引进美国GE等公司产品，国外技术垄断的格局一直难以改变。
多年从事大吨位电动轮矿车研发工作的矿业公司，一直致力于提高大型电动轮矿车的国产化水平。2008年，公司把目标锁定在矿车核心部件——电控系统的自主研发上。
2008年9月份，矿业公司把这个任务交给了矿业计控室，由我担任项目负责人，并着手组建研发团队。从“招兵买马”白手起家，经过公开招聘，精心挑选了4名青工，又聘请了已经退休的电气专家窦振印，一个由老、中、青三代员工组成的6人研发团队诞生了。
在这之前，我们从来没有涉足过矿车电器设计及维修等相关业务，但是，开弓没有回头箭，接了任务就必须向前走。此后，我们先从交直流电控系统开发做起。
对矿车电控系统的研发离不开整车参数及对整车性能的设计需求。在没有现成资料可参考的情况下，我们只能向实践学习。首先要掌握矿车结构、各部件性能、工作原理、驾驶室各种操作知识，然后再研究电气控制原理。我们从“山上跑的车”入手，一项一项去研究，学操作流程、学矿车的工作原理、学故障处理方法。当时正值冬季，因为在水厂没有办公场所，穿着棉劳保鞋的脚已经被冻僵了，但为了搞清楚矿车的控制思路、运行状况，我们依然在现场调研两个多月，并摸索出励磁电流、输出功率等90多个参数，记录了矿车运行过程中出现的断牵引、无制动等大小故障案例20多条；学会了转速不稳定、发电机不发电等常见故障的判断和处理，为后期电控系统的开发奠定了坚实的基础。
精诚合作，冲破道道难关
经过对电动轮整体结构和原理进行仔细分析后得知，电动轮矿车电控系统由中央控制器、电气柜、电阻柜、驾驶室内电控电路、行车电脑等五部分组成，中央控制器是其核心控制部分，是整个系统的神经中枢，于是，我们决定把中央控制器作为研发的切入点。在山上跑着的170吨1号、2号电动轮电控部分是由北京一家公司生产的，得到他们的支持是不可能的，于是我们拿着几个月摸索出来的所有资料和信息，开始了为期40天的封闭式开发。
汽车设计的首要问题是安全。170吨载重加上电动轮矿车自重130吨，共计300吨重的庞然大物，在采区内连续上坡和下坡道路上行驶，一旦发生故障，后果不堪设想。为了保证矿车能够按照预定的控制思路运行，整个团队不分昼夜地潜心研究电控系统的每一个细节、每一个数据，还自己动手制作了一个试验平台，在实验室里模拟司机操作，观察控制是否符合车辆行走停止的要求，从逻辑控制到励磁调节，我们都非常谨慎。
记得触发板的一个故障着实困扰了我们很长一段时间。当时在实验室里调试触发板没有发现问题，但是到车上调试就是不能正常工作，试验了很多次，仍没有结果。当时正值端午节期间，但我们团队没有一个人休息，反复在车上与实验室进行试验。经过多次与触发板厂家打电话沟通，苦战了三天三夜之后，终于找到了电源不稳而导致不能正常励磁触发的原因，并彻底根除。在每个人的拼搏奉献和团队的精诚合作下，经过数月的艰苦努力，安装着我们自己研制的中央控制器进行控制的170吨2号矿车终于在车场跑起来了。
此后的调试期间，一个突如其来的问题让大家顿时紧张了起来。在一次下坡运行调试时突然电制动没有了，微机还出现了死机现象，300吨重的“大家伙”来了一个“自由滑行”，虽然司机赶紧将刹车踩死，但是因为速度过快，液压刹车根本无法停车。就在这关键时刻，微机的自动复位功能起了作用，在电制动和液压制动的同时作用下，车终于停了下来，虽然只有短短的几秒钟，但是却好像过了很长时间。过后大家分析了十几种可能导致死机的原因，经过排除、修改软件、完善硬件，并与北科大、清华大学的专家一起讨论研究等，最后将故障原因锁定为通讯模块工作不正常。通过认真修改通讯程序和长时间的实验室模拟实验，等到再投入使用时，整个系统一直工作正常，彻底根除了这个隐患。
乘势而上，跻身全球四强
大型矿用自卸车的技术含量取决于其采用的驱动方式。驱动方式分为机械传动和电传动，前者需要大功率液力变矩器，后者又分为直流驱动和交流驱动。直流驱动使用大功率可控硅、接触器、直流电机，电机需要定期更换电刷和拆装保养。交流驱动则采用大功率晶闸管、交流异步电机。相对于机械传动、直流驱动系统，交流传动无需机械传动扭矩，无需定期拆装电机、更换电刷和换向器，仅此就可大大降低运行成本。且交流电机具有体积小、重量轻、结构简单等特点，可有效解决电动轮的热负荷困扰，满足对车辆大型化、吨位增长的市场需求。所以说，发展大吨位车辆，就必然走发展交流电传动系统之路。
我们成功开发出了直流电控系统，具有完全自主知识产权。在这个基础上，我们又把目标定在了交交电控系统的研发上，此项技术在国内仍是空白，全球也只有美国卡特彼勒、GE和德国西门子掌握。而国内虽有个别厂家能生产交流电传动自卸车，但其电控系统也只能引进国外GE、西门子公司的整套设备。
“坚持自主创新，打造国产大矿车的‘中国芯’。”抱着这样的信念，2010年底，我们开始了对SGE-AC电传动矿用自卸车交流电传动系统集中攻关。2011年5月，完成了设备制造、软件编制；7月完成样车安装调试；8月开始空载与重载试车；9月8日进入水厂铁矿生产序列运行；9月25日全面完成各项性能指标测试。其间，我们在进行整车重载试验时，一开始就出现了运行不平稳的现象，大家先后从控制周期、响应时间、参数调整、功率匹配等方面逐项进行检查完善，却依然“找不到北”。在屡试不灵的情况下，我们鼓励大家要充分发挥自身的专业特长，积极表达自己的观点，勇于推翻别人的论点。经过一次又一次的思想交锋，一次又一次“提出+推翻”的反复较量，善于思考与总结的陈静思提出了自己的新见解：矿车在交直系统中运行稳定，是因为直流电机输出端电压不变。而在交交变频系统中功率采集时间长，导致变频器输出电压波动，所以矿车在运行时不平稳。原因找到了，方向明确了，我们通过调整功率采集时间、增加采集次数，并进行有效滤波之后，让问题得到了圆满解决。
2011年9月26日，矿业公司在水厂铁矿汽运作业区召开“首钢自主研发交流电传动矿用自卸车成功运行新闻发布会”。我们郑重对外宣布，“首钢矿业公司自主研发，通过重载测试的交流电传动矿用自卸车研制成功，标志着国内生产的大吨位矿车电控系统完全实现了国产化。”
中环动力重型汽车有限公司资深顾问、73岁的徐乃镗十分欣喜地说：“大型矿车国产化是中国人多年的宿愿，首钢矿业公司对交流电传动控制系统核心技术的突破，必将大大加快大型矿车国产化的进程。”