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在世界各地的露天礦場(chǎng)，人們隨處可見(jiàn)巨型機(jī)械在轟鳴運(yùn)作。它們或許在挖掘?yàn)r青砂，或許在運(yùn)輸成千上萬(wàn)噸銅礦石。通過(guò)裝配這些*的巨型挖掘機(jī)、巨型卡車以及效率超高的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，西門子可以幫助客戶節(jié)約能源、縮短工時(shí)、降低成本。

挖掘機(jī)每操作一次就可以挖出 120 噸土，而自卸卡車一次的運(yùn)輸量為 400 噸。懸鏈線的加入使得運(yùn)輸過(guò)程更加快捷、經(jīng)濟(jì)，同時(shí)還能減少溫室氣體的排放。

眼前是一輛巨大的自卸卡車。與之相比，周圍的一切都顯得如此渺小?？ㄜ嚺赃叺娜丝瓷先ヒ仓挥欣鲜蟀愦笮?。卡車車輪直徑為 4 米，車體總高度與三層樓建筑不相上下，寬度也可與雙車道公路相媲美。無(wú)論是在安第斯山脈的銅礦區(qū)、贊比亞的鉆石礦區(qū)，還是加拿大的瀝青砂井，都能看到這種卡車的身影，它們總是在轟鳴運(yùn)作著。自卸卡車的身形巨大，其車斗就足有游泳池那么大。這種卡車的主要任務(wù)是把原材料運(yùn)至收集點(diǎn)、分類廠及洗煤廠。

自卸卡車的體積巨大，生產(chǎn)一輛車的成本高達(dá) 200 萬(wàn)歐元，因此數(shù)量不多。Walter Köllner 來(lái)自位于美國(guó)佐治亞州亞特蘭大市的西門子能源與自動(dòng)化集團(tuán)。就此問(wèn)題，他表示：“盡可能提高這些卡車的利用率，減少停機(jī)時(shí)間顯得至關(guān)重要。”自卸卡車所使用的三相電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保證了該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的銷售工作也是由 Köllner 負(fù)責(zé)。安裝在卡車后輪上的發(fā)動(dòng)機(jī)可以使卡車的時(shí)速達(dá)到 60 公里，同時(shí)還可以控制卡車的制動(dòng)。然而這些都算不上最值得贊嘆的。每輛自卸卡車都重達(dá)約 200 噸，相當(dāng)于 130 輛中型小轎車的重量。當(dāng)卡車滿載時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置需要從砂子、淤泥、深坑抑或是陡峭的山坡搬移重達(dá) 600 噸的貨物。

電力，而非柴油。一臺(tái) 3,000 馬力的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就可以產(chǎn)生電流，那么在卡車上為什么不使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)呢？因?yàn)閱渭兪褂脵C(jī)械推動(dòng)力有很大缺陷， Köllner 道出了其中原委：“原因很簡(jiǎn)單，足以產(chǎn)生這些卡車所需動(dòng)力的變速箱不僅體積龐大，而且需要悉心維護(hù)，因此在礦場(chǎng)使用汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置來(lái)推動(dòng)重型機(jī)械會(huì)得不償失。”

自卸卡車不僅可以不使用變速箱，由于有了電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它們還能在沒(méi)有離合器、沒(méi)有制動(dòng)盤的情況下正常運(yùn)行。剎車可以通過(guò)電阻器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)三相調(diào)頻還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。身為工程師的 Köllner曾親自駕馭過(guò)這種龐然大物，他說(shuō)：“開(kāi)這種卡車，實(shí)際上就是在開(kāi)一輛裝有自動(dòng)變速箱的小汽車。”

30 多年前，西門子就開(kāi)始使用三相電力驅(qū)動(dòng)來(lái)作為礦場(chǎng)交通工具的動(dòng)力。Köllner 說(shuō)：“旋轉(zhuǎn)電場(chǎng)可以直接轉(zhuǎn)化成機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。”另一方面，仍有一些制造商鐘情于采用直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?？墒?，直流發(fā)動(dòng)機(jī)只有通過(guò)多次的電流中斷和重新連接才能產(chǎn)生旋繞運(yùn)動(dòng)。這不僅大大限制了此類型發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，還必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)部件進(jìn)行定期維護(hù)。Köllner 表示：“在能耗量相同的情況下，交流電發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率比直流發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率高出多達(dá) 7%，而因機(jī)器的維護(hù)和維修所造成的停工時(shí)間也很少。一般來(lái)說(shuō)，交流電發(fā)動(dòng)機(jī)只需要每年進(jìn)行一次技術(shù)檢測(cè)就足夠了。”

大卡車，*。作為西門子研發(fā)的基礎(chǔ)，采用交流電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還可以大大提高無(wú)軌卡車的運(yùn)輸?shù)V產(chǎn)品的速度。無(wú)軌卡車和路面電車的功能相似，只需按鈕就能控制鹿角狀縮放儀的上升或下降。這就意味著司機(jī)可以將卡車與架空導(dǎo)線（懸鏈線）連接在一起，而架空導(dǎo)線通常都安裝在陡坡上。Köllnerr說(shuō)：“在這種特殊的環(huán)境下，普通卡車就算功率達(dá)到 3,000馬力，也只能像蝸牛一樣爬行。”而懸鏈線可以為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供約 6,000 馬力，這就意味著卡車能夠以雙倍速度前進(jìn)，礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商們也可以因此減少在其它價(jià)格昂貴的重型機(jī)械上的花費(fèi)，以節(jié)約成本。

采用無(wú)軌卡車技術(shù)對(duì)環(huán)境也十分有利。只要卡車和架空導(dǎo)線聯(lián)系起來(lái)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)自動(dòng)熄火，因此不會(huì)造成溫室氣體的排放。另外，卡車下坡時(shí)所產(chǎn)生的制動(dòng)能會(huì)被收集起來(lái)并通過(guò)另外兩根導(dǎo)線輸送回能源網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)橛辛诉@些優(yōu)點(diǎn)，無(wú)軌卡車技術(shù)可以為自己買單。 Köllner 表示：“用不了 3 年時(shí)間，礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商就能收回購(gòu)買無(wú)軌卡車的成本以及安裝架空導(dǎo)線的成本。”

速度決定一切。這一點(diǎn)并不單單體現(xiàn)在運(yùn)輸上，還體現(xiàn)在裝載性能上。這也就是為什么要將巨型卡車和巨型挖掘機(jī)一起在礦場(chǎng)上使用的原因。挖掘機(jī)都是大型鋼鐵結(jié)構(gòu)，其整體形狀和船首相似。挖掘機(jī)利用卡特皮勒履帶帶動(dòng)機(jī)身前進(jìn)。挖掘機(jī)操作臂的形狀和輸電塔相似，而挖掘鏟和房車大小相仿。挖掘鏟每挖一次就能挖出 120 噸原材料，4 次就可裝滿一輛巨型卡車的車斗。Köllner 說(shuō)：“所有流程只需兩分鐘就可完成。”

這種巨型挖掘機(jī)也采用了西門子的三相電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。目前在全球范圍內(nèi)投入使用的此類型挖掘機(jī)共有 150 多臺(tái)。Köllner 表示：“我們?yōu)榫扌屯诰驒C(jī)安裝了 4 臺(tái)不同功率的發(fā)動(dòng)機(jī)。最大的一臺(tái)功率為 2,600馬力，它負(fù)責(zé)挖掘機(jī)操作臂的升降；還有一臺(tái)負(fù)責(zé)挖掘鏟的移動(dòng)； 另外兩臺(tái)分別負(fù)責(zé)挖掘機(jī)的轉(zhuǎn)向以及卡特皮勒履帶的運(yùn)轉(zhuǎn)。”與卡車不同的是，挖掘機(jī)通常會(huì)在一個(gè)固定的位置停留很長(zhǎng)時(shí)間，而且不需要使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

不過(guò)，不管是巨型卡車還是巨型挖掘機(jī)，逆變器都是三相電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最核心的部分。這些逆變器被安置在大型鋼制變電箱內(nèi)，其作用是將柴油發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電流或電纜傳來(lái)的電流轉(zhuǎn)換成可調(diào)制的三相電流。這些逆變器的特點(diǎn)在于其電路元件使用壽命很久。這些電路元件已經(jīng)在軌道技術(shù)領(lǐng)域使用并被事實(shí)證明了其超群的能力。Köllner 說(shuō)：“和礦場(chǎng)交通工具一樣，火車也會(huì)遭遇到極其惡劣的天氣狀況。”即使是在零下 40 攝氏度或是溫度*的條件下，這些逆變器也必須能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。除此之外，無(wú)論氣壓有多低，其空氣冷卻器也必須安全可靠。

數(shù)字化助手。想要盡量減少設(shè)備的維護(hù)及維修時(shí)間，精密的控制系統(tǒng)也很關(guān)鍵。舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)橛辛司艿目刂葡到y(tǒng)，我們能夠通過(guò)監(jiān)控中心了解機(jī)器的功能性。Christian Dirscherl 是西門子工業(yè)的員工，他的工作地點(diǎn)位于德國(guó)的愛(ài)爾蘭根。Christian Dirscherl 為礦場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商們開(kāi)發(fā)出了一套全面服務(wù)解決方案。他說(shuō)：“如果客戶有需要，西門子設(shè)在各地區(qū)的分部和當(dāng)?shù)睾献骰锇槎寄転槠涮峁┍憬莸姆?wù)。”事實(shí)上，西門子的服務(wù)項(xiàng)目在未來(lái)還會(huì)有進(jìn)一步拓展。Dirscherl 表示：“我們還打算將來(lái)給挖掘機(jī)和卡車都裝上傳感器，以便可靠地探測(cè)障礙物，即便在粉塵很多的條件下也能準(zhǔn)確探測(cè)。”至于道路交通狀況，新的數(shù)字化助手系統(tǒng)將有助于提高操作的安全性，降低司機(jī)的工作難度。也許有一天，巨型卡車可以在無(wú)人駕駛的情況下自己開(kāi)向要裝載的原材料。“不過(guò)目前這還只是幻想。” Dirscherl 說(shuō)。