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西門子正向礦用卡車市場“立體延伸”——西門子全集成驅動系統初探國內中型礦用卡車驅動系統市場

在露天煤礦開采現場，已經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輸工具，其性能的優劣直接影響到礦山的開采效率和運營成本。而驅動系統作為礦用卡車的靈魂，是保障“巨人”高效運作的基礎，在礦用卡車性能方面起著舉足輕重的作用。礦用卡車根據驅動方式不同可分為機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構簡單、驅動力和電制動力強勁、配件損耗少、節省燃油等特點，已經成為礦用卡車發展的主流趨勢。

礦用電動輪卡車的研發與生產需要足夠技術實力及制造工藝水平，所以世界上能夠研發和生產礦用電動輪卡車的企業數量不多，國外礦車*占全球礦用電動輪卡車*的90%以上。

內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的龍頭企業，立志打造自主研發的品牌卡車。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、擁有*自主知識產權電動輪礦用卡車NTE260誕生了，它的出現實現了國內自主品牌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，為人們去工作，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動系統解決方案的經驗，根據全集成驅動系統（IDS）的理念，為客戶提供了全交流電控驅動系統，包括集成性的逆變器、制動電阻箱、發電機、牽引電機、齒輪箱、SIBAS核心控制器、狀態監控和數據采集分析系統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送物料。

添三份保險，多十分安全

安全性是礦用卡車設計的*標準，西門子的驅動系統解決方案是全集成的理念，不再僅僅看重單獨產品的性能，更強調驅動系統產品集成的解決方案，為客戶帶來更多收益。在這個項目中，基于全集成驅動系統的理念，西門子提供的解決方案中包含了三項技術：1. 通過傳感數據精確計算上坡力矩，防止溜車；2. 車輪速度傳感器可自動檢測有無打滑和空轉，通過改變力矩讓車輪速度*，防止打滑和空轉；3. 當發動機出現故障突然停機時，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。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，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，通過檢測的數據，系統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，一旦車運行的方向與預設的不一樣，卡車機械閘會自動啟動，防止溜車。再通過傳感器的計算，當達到啟車所需力矩時，閘才會松開。計算誤差在5%以內，精確的力矩計算，使得卡車在坡上的啟動更加平穩，不會顛簸。

在雨雪天，卡車在行進過程中容易出現打滑現象，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，通過在前后輪上加入速度傳感器，通過前后輪速度不*時，系統判斷卡車出現打滑，自動矯正車輪的驅動力矩，使卡車正常運行。

礦用卡車的能源是自給式的，通過柴油發電機發電，供電氣控制系統使用。一旦在卡車運行過程中，突遇發電機停轉，意味著卡車的電氣控制系統因失去電力而失靈。這時，400噸的卡車只能靠機械閘制動，危險性*，如此大的安全隱患是西門子不能放過的。經過研發，西門子獲得了一項當發動機出現故障突然停機時，依然可電氣制動的，并運用在NTE260上。驅動系統能一直監測發動機的速度，一旦發電機停機，發動機的轉速會突然下降，系統檢測到發動機的轉速下降到特定的閾值，將卡車自動切換到電氣制動狀態，這時電機變成發電機，將現有的動能轉換成電能，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，體現了安全至上的宗旨。除了安全的*標準，可靠性和效率是卡車性能的另外兩個重要指標。這樣一個巨型的機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，不僅要在復雜礦場環境下能連續作業，最大限度節省能耗和降低每頓運料的費用，同時還需提高作業效率才能獲得最大利益。

西門子的IDS解決方案提供的是機械產品與電氣相結合的解決方案。一體化的解決方案集成性高，兼容性強，采用統一的CAN總線，協調各部件的功能，使系統化。在每個部件在使用和功能設計上都追求盡善盡美，如使用標準化的集成性逆變器，高集成性帶來高可靠性，系統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的接觸器，斬波器壽命更長，基本無需維護，并且可均勻調節電壓，通過電制動將車輛速度降到0，避免其他機械磨損。同時斬波器還具有噪音低的特點。西門子還將風冷系統獨立出來，這樣可以自由調節風量。相比于與發動機同軸的風機，發動機轉速達到750r/min時，卡車即可啟動，無需達到1400r/min，為用戶節省燃油；在高海拔地區，還可根據工作環境調整參數、提高風機速度，增加供風量。設備冷卻效果優于不能調速的風冷系統，更節能。

基于全集成驅動系統（IDS）解決方案，還提供對電動輪驅動系統進行全生命周期的管理服務。在卡車控制箱中安裝工業級的監控計算機實時采集數據，通過移動網絡遠程傳送數據，跟蹤卡車的整個運行狀態。用戶可以通過西門子提供的頁面實時監測車輛狀態，工程師可以遠程對車輛軟件進行維護升級，并且通過趨勢分析對車輛做預防性的維護，從而獲得更高可用性和更低的操作成本。即使需要現場服務，西門子全球化的服務理念和服務網絡，可以為客戶提供更加方便快捷的服務。

西門子IDS帶來了更高的安全性，提高了產品整體性能。NTE260最高車速64.4kph/ 40mph；動力強勁，爬坡性能優良，最大爬坡度30.1%；可靠耐用的產品，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，西門子全集成驅動系統的可用率高達98%以上，高于平均標準的95%。燃油消耗更低。與機械傳動相比，電驅動可以減少柴油消耗量，效率提高4%-6%，為企業帶來可觀的經濟效益。

除此之外，所有采用西門子電動輪驅動系統的礦用卡車都可使用西門子獨有的架線技術，繼續為客戶降低成本。通常情況下，80%的燃料消耗在上坡階段，使用架線系統，爬坡過程中引入電力，燃油消耗量節省近50%。架線驅動系統能夠比柴油驅動提供更大的動力，卡車的爬坡速度幾乎翻倍，生產效率提高20%；減少了噪音、尾氣和碳排放。這項技術在國外的礦用卡車已經得到了廣泛的使用，西門子下一步將尋求更多的合作伙伴，將這樣的技術運用到國內的礦用卡車上，將技術轉化為更多的產品，用實際應用拓展更大的市場。

西門子作為資深的電動輪驅動系統的提供商，從1998年為Hitachi和Liebherr提供GTO（門控晶閘管）型卡車傳動系統的樣機開始，到2013年，全球各地共分布著1000多臺配備西門子驅動系統的卡車、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75710，一次能運輸450噸的物料，在卡車中的驅動系統上顯赫的印著西門子的標志。