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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)動系統(tǒng)初探國內(nèi)中型礦用卡車驅(qū)動系統(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，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)動方式不同可分為機(jī)械式礦用卡車和電動輪礦用卡車兩種，由于電動輪礦用卡車具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動力和電制動力強(qiáng)勁、配件損耗少、節(jié)省燃油等特點，已經(jīng)成為礦用卡車發(fā)展的主流趨勢。

礦用電動輪卡車的研發(fā)與生產(chǎn)需要足夠技術(shù)實力及制造工藝水平，所以世界上能夠研發(fā)和生產(chǎn)礦用電動輪卡車的企業(yè)數(shù)量不多，國外礦車*占全球礦用電動輪卡車*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)的龍頭企業(yè)，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，不到兩年的時間，北方股份自主研發(fā)、擁有*自主知識產(chǎn)權(quán)電動輪礦用卡車NTE260誕生了，它的出現(xiàn)實現(xiàn)了國內(nèi)自主品牌200噸級以上電動輪礦用卡車的又一個突破。

NTE260無疑是個龐然大物，自重160噸，額定載重236噸，僅輪胎就有兩個成人高。讓這個“巨人”動起來，為人們?nèi)スぷ?，可不是一件容易的事。西門子基于為全球800多臺礦用卡車提供驅(qū)動系統(tǒng)解決方案的經(jīng)驗，根據(jù)全集成驅(qū)動系統(tǒng)（IDS）的理念，為客戶提供了全交流電控驅(qū)動系統(tǒng)，包括集成性的逆變器、制動電阻箱、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，多十分安全

安全性是礦用卡車設(shè)計的*標(biāo)準(zhǔn)，西門子的驅(qū)動系統(tǒng)解決方案是全集成的理念，不再僅僅看重單獨產(chǎn)品的性能，更強(qiáng)調(diào)驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品集成的解決方案，為客戶帶來更多收益。在這個項目中，基于全集成驅(qū)動系統(tǒng)的理念，西門子提供的解決方案中包含了三項技術(shù)：1. 通過傳感數(shù)據(jù)精確計算上坡力矩，防止溜車；2. 車輪速度傳感器可自動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)動機(jī)出現(xiàn)故障突然停機(jī)時，電氣制動依然可制動停車，為卡車的安全添加了三份保險。

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極大的考驗，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，危險可想而知。傳統(tǒng)的礦用卡車的爬坡操作如同開手動檔汽車，需要油離配合，整個過程中四肢并用，對于駕駛員是一個挑戰(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)可以自動計算車輛爬坡時所需的力矩。就好比開自動擋車，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)械閘會自動啟動，防止溜車。再通過傳感器的計算，當(dāng)達(dá)到啟車所需力矩時，閘才會松開。計算誤差在5%以內(nèi)，精確的力矩計算，使得卡車在坡上的啟動更加平穩(wěn)，不會顛簸。

在雨雪天，卡車在行進(jìn)過程中容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，如某個輪胎不動、輪胎懸空等問題。不僅容易磨損輪胎，最主要是有極大的安全隱患。西門子另一項就是防打滑技術(shù)，通過在前后輪上加入速度傳感器，通過前后輪速度不*時，系統(tǒng)判斷卡車出現(xiàn)打滑，自動矯正車輪的驅(qū)動力矩，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，400噸的卡車只能靠機(jī)械閘制動，危險性*，如此大的安全隱患是西門子不能放過的。經(jīng)過研發(fā)，西門子獲得了一項當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障突然停機(jī)時，依然可電氣制動的，并運(yùn)用在NTE260上。驅(qū)動系統(tǒng)能一直監(jiān)測發(fā)動機(jī)的速度，一旦發(fā)電機(jī)停機(jī)，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速會突然下降，系統(tǒng)檢測到發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到特定的閾值，將卡車自動切換到電氣制動狀態(tài)，這時電機(jī)變成發(fā)電機(jī)，將現(xiàn)有的動能轉(zhuǎn)換成電能，用以電氣制動。

安全、可靠、效率的最大化融合

西門子的三項，為“巨人”平添了三份保險，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重要指標(biāo)。這樣一個巨型的機(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)，最大限度節(jié)省能耗和降低每頓運(yùn)料的費(fèi)用，同時還需提高作業(yè)效率才能獲得最大利益。

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。在每個部件在使用和功能設(shè)計上都追求盡善盡美，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，通過電制動將車輛速度降到0，避免其他機(jī)械磨損。同時斬波器還具有噪音低的特點。西門子還將風(fēng)冷系統(tǒng)獨立出來，這樣可以自由調(diào)節(jié)風(fēng)量。相比于與發(fā)動機(jī)同軸的風(fēng)機(jī)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到750r/min時，卡車即可啟動，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)動系統(tǒng)（IDS）解決方案，還提供對電動輪驅(qū)動系統(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)控計算機(jī)實時采集數(shù)據(jù)，通過移動網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)，跟蹤卡車的整個運(yùn)行狀態(tài)。用戶可以通過西門子提供的頁面實時監(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)，西門子全球化的服務(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最高車速64.4kph/ 40mph；動力強(qiáng)勁，爬坡性能優(yōu)良，最大爬坡度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。實踐證明，西門子全集成驅(qū)動系統(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)械傳動相比，電驅(qū)動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輪驅(qū)動系統(tǒng)的礦用卡車都可使用西門子獨有的架線技術(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)動系統(tǒng)能夠比柴油驅(qū)動提供更大的動力，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，用實際應(yīng)用拓展更大的市場。

西門子作為資深的電動輪驅(qū)動系統(tǒng)的提供商，從1998年為Hitachi和Liebherr提供GTO（門控晶閘管）型卡車傳動系統(tǒng)的樣機(jī)開始，到2013年，全球各地共分布著1000多臺配備西門子驅(qū)動系統(tǒng)的卡車、電鏟和拉斗鏟（卡車807臺，電鏟222臺，拉斗鏟8臺）。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。目前世界上最大的交流電動輪卡車——Belaz的75710，一次能運(yùn)輸450噸的物料，在卡車中的驅(qū)動系統(tǒng)上顯赫的印著西門子的標(biāo)志。