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西門子正向礦用卡車市場“立體延伸”——西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)初探國內(nèi)中型礦用卡車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)市場

在露天煤礦開采現(xiàn)場，已經(jīng)很少能看見人工勞動(dòng),，取而代之的是礦用卡車、電鏟和拉斗鏟三大“巨人”忙碌的身影,。其中,，礦用卡車是礦山開采過程中非常重要的運(yùn)輸工具，其性能的優(yōu)劣直接影響到礦山的開采效率和運(yùn)營成本,。而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為礦用卡車的靈魂,，是保障“巨人”高效運(yùn)作的基礎(chǔ),，在礦用卡車性能方面起著舉足輕重的作用。礦用卡車根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式不同可分為機(jī)械式礦用卡車和電動(dòng)輪礦用卡車兩種,，由于電動(dòng)輪礦用卡車具有結(jié)構(gòu)簡單,、驅(qū)動(dòng)力和電制動(dòng)力強(qiáng)勁、配件損耗少,、節(jié)省燃油等特點(diǎn),，已經(jīng)成為礦用卡車發(fā)展的主流趨勢。

礦用電動(dòng)輪卡車的研發(fā)與生產(chǎn)需要足夠技術(shù)實(shí)力及制造工藝水平,，所以世界上能夠研發(fā)和生產(chǎn)礦用電動(dòng)輪卡車的企業(yè)數(shù)量不多,，國外礦車*占礦用電動(dòng)輪卡車*的90%以上。

內(nèi)蒙古北方重型汽車股份有限公司（簡稱北方股份）是中國非公路礦用車行業(yè)的,，立志打造自主研發(fā)的品牌卡車,。2009年12月，北方股份與西門子簽約合作,，不到兩年的時(shí)間,，北方股份自主研發(fā)、擁有*自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)電動(dòng)輪礦用卡車NTE260誕生了,，它的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)自主品牌200噸級以上電動(dòng)輪礦用卡車的又一個(gè)突破,。

NTE260無疑是個(gè)龐然大物，自重160噸,，額定載重236噸,，僅輪胎就有兩個(gè)成人高。讓這個(gè)“巨人”動(dòng)起來,，為人們?nèi)スぷ?，可不是一件容易的事。西門子基于為800多臺(tái)礦用卡車提供驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決方案的經(jīng)驗(yàn),，根據(jù)全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（IDS）的理念,，為客戶提供了全交流電控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括集成性的逆變器,、制動(dòng)電阻箱,、發(fā)電機(jī)、牽引電機(jī),、齒輪箱,、SIBAS核心控制器、狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)SIRAS/MIDAS等,，不僅讓“巨人”動(dòng)起來,，而且保障巨人日以繼日安全高效地為人們運(yùn)送物料。

添三份保險(xiǎn),，多十分安全

安全性是礦用卡車設(shè)計(jì)的*標(biāo)準(zhǔn),，西門子的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決方案是全集成的理念,，不再僅僅看重單獨(dú)產(chǎn)品的性能，更強(qiáng)調(diào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品集成的解決方案,，為客戶帶來更多收益,。在這個(gè)項(xiàng)目中，基于全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的理念,，西門子提供的解決方案中包含了三項(xiàng)技術(shù)：1. 通過傳感數(shù)據(jù)精確計(jì)算上坡力矩,，防止溜車；2. 車輪速度傳感器可自動(dòng)檢測有無打滑和空轉(zhuǎn),，通過改變力矩讓車輪速度*,，防止打滑和空轉(zhuǎn)；3. 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障突然停機(jī)時(shí),，電氣制動(dòng)依然可制動(dòng)停車,，為卡車的安全添加了三份保險(xiǎn)。

首先是防溜車技術(shù),。爬坡過程中,，對于卡車的安全性是一個(gè)極大的考驗(yàn)，試想一下,，NTE260在坡上溜車,，就好比400噸的巨型圓石從坡上滾下，危險(xiǎn)可想而知,。傳統(tǒng)的礦用卡車的爬坡操作如同開手動(dòng)檔汽車,，需要油離配合，整個(gè)過程中四肢并用,，對于駕駛員是一個(gè)挑戰(zhàn),，更主要的是安全性不高。而西門子的解決方案,，在車上安裝了坡度傳感器和車重傳感器,，通過檢測的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算車輛爬坡時(shí)所需的力矩,。就好比開自動(dòng)擋車,，操作簡便更安全。另外,，一旦車運(yùn)行的方向與預(yù)設(shè)的不一樣,，卡車機(jī)械閘會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，防止溜車,。再通過傳感器的計(jì)算,，當(dāng)達(dá)到啟車所需力矩時(shí)，閘才會(huì)松開,。計(jì)算誤差在5%以內(nèi),，精確的力矩計(jì)算，使得卡車在坡上的啟動(dòng)更加平穩(wěn),，不會(huì)顛簸,。

在雨雪天，卡車在行進(jìn)過程中容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象,，如某個(gè)輪胎不動(dòng),、輪胎懸空等問題。不僅容易磨損輪胎,，主要是有極大的安全隱患,。西門子另一項(xiàng)就是防打滑技術(shù)，通過在前后輪上加入速度傳感器,，通過前后輪速度不*時(shí),，系統(tǒng)判斷卡車出現(xiàn)打滑，自動(dòng)矯正車輪的驅(qū)動(dòng)力矩,，使卡車正常運(yùn)行,。

礦用卡車的能源是自給式的，通過柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電,，供電氣控制系統(tǒng)使用,。一旦在卡車運(yùn)行過程中，突遇發(fā)電機(jī)停轉(zhuǎn),，意味著卡車的電氣控制系統(tǒng)因失去電力而失靈,。這時(shí)，400噸的卡車只能靠機(jī)械閘制動(dòng),，危險(xiǎn)性*,，如此大的安全隱患是西門子不能放過的。經(jīng)過研發(fā),，西門子獲得了一項(xiàng)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障突然停機(jī)時(shí),，依然可電氣制動(dòng)的，并運(yùn)用在NTE260上,。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能一直監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)的速度,，一旦發(fā)電機(jī)停機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)突然下降,，系統(tǒng)檢測到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到特定的閾值,，將卡車自動(dòng)切換到電氣制動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)電機(jī)變成發(fā)電機(jī),，將現(xiàn)有的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能,，用以電氣制動(dòng)。

安全,、可靠,、效率的大化融合

西門子的三項(xiàng),，為“巨人”平添了三份保險(xiǎn)，體現(xiàn)了安全至上的宗旨,。除了安全的*標(biāo)準(zhǔn),，可靠性和效率是卡車性能的另外兩個(gè)重要指標(biāo)。這樣一個(gè)巨型的機(jī)械的一次性投入和耗油量是巨大的,，靠拉物料來盈利的卡車,，不僅要在復(fù)雜礦場環(huán)境下能連續(xù)作業(yè)，大限度節(jié)省能耗和降低每頓運(yùn)料的費(fèi)用,，同時(shí)還需提高作業(yè)效率才能獲得大利益,。

西門子的IDS解決方案提供的是機(jī)械產(chǎn)品與電氣相結(jié)合的解決方案。一體化的解決方案集成性高,，兼容性強(qiáng),，采用統(tǒng)一的CAN總線，協(xié)調(diào)各部件的功能,，使系統(tǒng)化,。在每個(gè)部件在使用和功能設(shè)計(jì)上都追求盡善盡美，如使用標(biāo)準(zhǔn)化的集成性逆變器,，高集成性帶來高可靠性,，系統(tǒng)的診斷和編程也更方便。采用斬波器代替電磁接觸器,，相對于需要定期檢查維護(hù)的接觸器,，斬波器壽命更長，基本無需維護(hù),，并且可均勻調(diào)節(jié)電壓,，通過電制動(dòng)將車輛速度降到0，避免其他機(jī)械磨損,。同時(shí)斬波器還具有噪音低的特點(diǎn),。西門子還將風(fēng)冷系統(tǒng)獨(dú)立出來，這樣可以自由調(diào)節(jié)風(fēng)量,。相比于與發(fā)動(dòng)機(jī)同軸的風(fēng)機(jī),，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到750r/min時(shí)，卡車即可啟動(dòng),，無需達(dá)到1400r/min,，為用戶節(jié)省燃油；在高海拔地區(qū),，還可根據(jù)工作環(huán)境調(diào)整參數(shù),、提高風(fēng)機(jī)速度，增加供風(fēng)量。設(shè)備冷卻效果優(yōu)于不能調(diào)速的風(fēng)冷系統(tǒng),，更節(jié)能,。

基于全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（IDS）解決方案，還提供對電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行全生命周期的管理服務(wù),。在卡車控制箱中安裝工業(yè)級的監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù),，通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù),，跟蹤卡車的整個(gè)運(yùn)行狀態(tài),。用戶可以通過西門子提供的頁面實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛狀態(tài)，工程師可以遠(yuǎn)程對車輛軟件進(jìn)行維護(hù)升級,，并且通過趨勢分析對車輛做預(yù)防性的維護(hù),，從而獲得更高可用性和更低的操作成本。即使需要現(xiàn)場服務(wù),，西門子化的服務(wù)理念和服務(wù)網(wǎng)絡(luò),，可以為客戶提供更加方便快捷的服務(wù)。

西門子IDS帶來了更高的安全性,，提高了產(chǎn)品整體性能,。NTE260高車速64.4kph/ 40mph；動(dòng)力強(qiáng)勁,，爬坡性能優(yōu)良,，大爬坡度30.1%；可靠耐用的產(chǎn)品,，保障卡車能在-40℃～+50℃和高海拔條件下正常工作,，溫度和海拔再也阻止不了“巨人”前行的腳步。實(shí)踐證明,，西門子全集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可用率高達(dá)98%以上,，高于平均標(biāo)準(zhǔn)的95%。燃油消耗更低,。與機(jī)械傳動(dòng)相比,，電驅(qū)動(dòng)可以減少柴油消耗量，效率提高4%-6%,，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益,。

除此之外，所有采用西門子電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的礦用卡車都可使用西門子*的架線技術(shù),，繼續(xù)為客戶降低成本,。通常情況下，80%的燃料消耗在上坡階段,，使用架線系統(tǒng),，爬坡過程中引入電力，燃油消耗量節(jié)省近50%。架線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠比柴油驅(qū)動(dòng)提供更大的動(dòng)力,，卡車的爬坡速度幾乎翻倍,，生產(chǎn)效率提高20%；減少了噪音,、尾氣和碳排放,。這項(xiàng)技術(shù)在國外的礦用卡車已經(jīng)得到了廣泛的使用，西門子下一步將尋求更多的合作伙伴,，將這樣的技術(shù)運(yùn)用到國內(nèi)的礦用卡車上,，將技術(shù)轉(zhuǎn)化為更多的產(chǎn)品，用實(shí)際應(yīng)用拓展更大的市場,。

西門子作為*的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的提供商,，從1998年為Hitachi和Liebherr提供GTO（門控晶閘管）型卡車傳動(dòng)系統(tǒng)的樣機(jī)開始，到2013年,，各地共分布著1000多臺(tái)配備西門子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的卡車,、電鏟和拉斗鏟（卡車807臺(tái)，電鏟222臺(tái),，拉斗鏟8臺(tái)）,。每天這些“巨人”在不同的礦場工作著，幫助人類在惡劣的露天環(huán)境下完成艱巨的工作,。目前世界上大的交流電動(dòng)輪卡車——Belaz的75710,，一次能運(yùn)輸450噸的物料，在卡車中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上顯赫的印著西門子的標(biāo)志,。