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西門子緊湊式變速箱服務(wù)巨型挖泥船

zui大的耙吸式挖泥船之一采用了來自西門子的技術(shù)。這種挖泥船可以挖取河床或近海海床表面淤泥，以拓寬航道或開采原料。它們也用于從海床采砂，用以建造人工島嶼。

zui近，西門子生產(chǎn)兩套定制變速箱，提供給由馬來西亞造船廠Inai Kiara SDN BHD建造的新船Inai Kenanga。這兩個(gè)多檔位變速箱重約90公噸，是泥泵驅(qū)動系統(tǒng)的組成部分。西門子也為驅(qū)動螺旋槳的推進(jìn)系統(tǒng)提供了變速箱。這項(xiàng)任務(wù)的主要挑戰(zhàn)是讓變速箱盡可能緊湊。

Inai Kenanga耙吸式挖泥船長近200米，其容量達(dá)3萬多立方米，相當(dāng)于10個(gè)50米標(biāo)準(zhǔn)游泳池的容量之和。通過兩條安裝在側(cè)面的吸泥管，Inai Kenanga可以zui多深入水下120米處進(jìn)行挖泥，然后將之卸入泥艙。在45米疏浚深度，Inai Kenanga為每根吸泥管啟用一個(gè)主泵。在更深處，吸泥管會延伸，并啟用輔助泵。吸入管中的水會立即與泥漿分離。Inai Kenanga配備兩臺柴油發(fā)動機(jī)。每臺柴油機(jī)驅(qū)動一個(gè)泥泵，以及一個(gè)推進(jìn)螺旋槳。在每個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)中，一臺變速箱將發(fā)動機(jī)連接至推進(jìn)系統(tǒng)，而另一個(gè)變速箱則將發(fā)動機(jī)連接至主泵。

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挖泥船可以挖取河床或近海海床表面淤泥。

Inai Kenanga挖泥船行將竣工。

三檔變速箱

連接至主泵的變速箱有三個(gè)檔位。其中兩個(gè)檔位用于調(diào)節(jié)泥泵性能，以適應(yīng)不同水下深度。第三個(gè)檔位則用于主泵卸泥。否則，需要另外配備一臺泵，就像許多其他挖泥船那樣。

盡管一臺重90噸、高4.5米的多檔變速箱本身已屬罕見，但西門子工程師面對的主要挑戰(zhàn)是造船廠希望整個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)占用相對較小的空間。為此，主泵變速箱及其三個(gè)離合器不得不盡可能緊湊。通過利用名為“套筒軸”的特殊設(shè)計(jì)，將離合器安裝在變速箱外殼上，實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。這個(gè)解決方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)工人可以輕松檢修離合器。

一攬子解決方案

發(fā)動機(jī)與推進(jìn)系統(tǒng)之間的變速箱也需要盡可能緊湊。除傳遞每臺發(fā)動機(jī)高達(dá)13,250千瓦的全輸出功率之外，這些變速箱運(yùn)行時(shí)候十分安靜，并且經(jīng)久耐用。這要?dú)w功于對鋼制齒輪所做的特殊處理：進(jìn)行了表面硬化和研磨。西門子還為這種新型耙吸式挖泥船的其他泵和設(shè)備提供了變速箱和離合器，因而成為世界上*一家提供全面的一攬子解決方案的制造商。

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挖掘效率

防撞監(jiān)測器、速度控制器、車道保持輔助系統(tǒng)等，都是汽車上常見的系統(tǒng)?，F(xiàn)在，它們也在采礦車上找到了用武之地。其目的是：提高生產(chǎn)效率，增強(qiáng)安全性。

動作規(guī)劃和機(jī)器環(huán)境感知等技術(shù)，正日益推進(jìn)采礦自動化。

力大無比、身形龐大的機(jī)械式電動挖掘機(jī)，一鏟下去可以挖起上百噸重的土石方。然后，鏟斗回轉(zhuǎn)至一輛等在一旁的長途卡車上方，打開鏟斗底門，將這些土石方傾瀉一空。整個(gè)過程中，鏟斗都要小心翼翼地避免碰到卡車。當(dāng)鏟斗返回，重新開始挖掘時(shí)，飛揚(yáng)的塵土往往會擋住駕駛員的視線。裝完三鏟斗土石方之后，滿載的卡車緩緩駛離，另一輛卡車立即上前，補(bǔ)上空位。90秒一個(gè)周期，一天24小時(shí)，一年365天，挖掘機(jī)就這樣一刻不停地工作著。

操作世界上zui大的挖掘機(jī)，并不是一項(xiàng)容易的工作。挖掘機(jī)重達(dá)1600噸以上，其巨大的組件響應(yīng)遲緩，坐在駕駛室里進(jìn)行操控，要求有良好的預(yù)見性和精確性。速度很重要，“每噸成本”是露天采礦的硬通貨。換句話說，效率，是重中之重。然而，大多數(shù)時(shí)候，挖掘機(jī)的全部潛能并未得到充分利用。2012年，西門子在加拿大的一座采礦場所開展的案例分析，表明了這一點(diǎn)。對4輛機(jī)械式電動挖掘機(jī)所進(jìn)行的研究顯示，事實(shí)上，它們的平均工作周期太長。此外，鏟斗也往往未能裝滿。

其結(jié)果是：每輛卡車增加了的裝載周期，以及每天較少的開采量，使得成本更高。并且，挖掘機(jī)駕駛員很難判斷，應(yīng)將鏟斗置于自卸卡車上方的什么高度。為了避免偶然碰到卡車，駕駛員力求穩(wěn)妥，放慢速度，并且/或者從不必要的高度，將鏟斗移近卡車。盡管如此，挖掘機(jī)仍然時(shí)而撞上卡車，造成破壞，有時(shí)還會導(dǎo)致人員受傷。

使用全自動挖掘機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的操作，但這樣的轉(zhuǎn)變不可能在一夜之間實(shí)現(xiàn)。在位于慕尼黑的西門子*研究院，Robert Eidenberger博士是一位專門研究機(jī)器人和自治系統(tǒng)的工程師，他說：“要在采礦場實(shí)現(xiàn)全自動移動模式，必須循序漸進(jìn)。包括引入*面向挖掘機(jī)駕駛員的輔助功能。”

引入數(shù)字輔助系統(tǒng)。兩年來，攜手來自喬治亞州Alpharetta的西門子驅(qū)動技術(shù)業(yè)務(wù)部移動采礦部門的同事，Eidenberger一直在從事這種系統(tǒng)的研究。他的工作涉及傳感器技術(shù)、機(jī)器對其周邊環(huán)境的“感知”，以及動作規(guī)劃。與此同時(shí)，他的美國同事則專注于傳動控制技術(shù)、動作執(zhí)行，以及將所有組件集成到一個(gè)完備的系統(tǒng)中。

這些努力旨在打造出與汽車上的輔助系統(tǒng)相類似的系統(tǒng)，以便向采礦場的挖掘機(jī)駕駛員提供支持，幫助他們提高工作效率，同時(shí)增強(qiáng)安全性。名為“回轉(zhuǎn)至卡車/返回至卡車，且避免碰撞”的系統(tǒng)，是專門針對大型電鏟司機(jī)而設(shè)計(jì)的*批系統(tǒng)之一。這個(gè)系統(tǒng)可以對鏟斗回轉(zhuǎn)至長途卡車、卸貨，然后返回至起始位置的過程，進(jìn)行無縫控制，當(dāng)這一過程結(jié)束時(shí)，將恢復(fù)由駕駛員控制。現(xiàn)在，一家、。制造商正在對這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試。

*移動順序。Daniel Robertson是移動采礦部門的軟件和自治系統(tǒng)產(chǎn)品，他說：“30多年來，我們一直在開發(fā)面向電鏟的傳動控制系統(tǒng)。然而，我們欠缺關(guān)于周邊環(huán)境的信息。”這支團(tuán)隊(duì)攜手西門子*研究院，將開發(fā)一個(gè)基于傳感器的感知系統(tǒng)，它可以利用紅外光脈沖，持續(xù)不斷地記錄電鏟的周邊情況。當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)動時(shí)，系統(tǒng)將生成一幅三維環(huán)境圖，以檢測出某個(gè)對象相對于鏟斗的距離，不論這個(gè)對象是長途卡車、推土機(jī)，還是輕型車輛。這個(gè)模塊可以識別并確定，為了避免發(fā)生碰撞，鏟斗應(yīng)當(dāng)繞開的區(qū)域。它還能感知到任意時(shí)刻鏟斗的裝載程度，以及料堆輪廓，從而可以估算出需要挖運(yùn)多少土石方。

除感知系統(tǒng)之外，他們還開發(fā)了一個(gè)動作執(zhí)行系統(tǒng)，以將計(jì)算出的*鏟斗移動軌跡，轉(zhuǎn)化為面向傳動系統(tǒng)的控制輸入。來自喬治亞州Norcross的傳動技術(shù)專家，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)連接至挖掘機(jī)現(xiàn)有傳動控制系統(tǒng)的位置控制接口，從而免去了駕駛員手動輸入的麻煩。這個(gè)系統(tǒng)使得電鏟能夠沿著一條經(jīng)優(yōu)化調(diào)整的移動路徑，自動執(zhí)行所有動作，從而縮短工作周期，提高動作效率。

未來，諸如“回轉(zhuǎn)至卡車/返回至卡車”等輔助系統(tǒng)可以避免延誤，更加快速地執(zhí)行移動模式，從而節(jié)約能源。案例分析表明，每個(gè)工作周期可以節(jié)約大約4秒鐘的時(shí)間。這意味著每輛挖掘機(jī)每天的裝車數(shù)量可以增加12%，從而能提高生產(chǎn)率，降低成本。這種系統(tǒng)有可能在短短兩年內(nèi)面市。

實(shí)際上，進(jìn)一步發(fā)展存在無限可能。但要實(shí)現(xiàn)全自治采礦——*不需要人類介入的采礦作業(yè)——依然還有很長的路要走。在那之前，仍將需要技藝*的挖掘機(jī)駕駛員和駕駛員輔助功能系統(tǒng)。

Nicole Elflein

面向世界上zui大的自卸卡車的傳動系統(tǒng)

怎樣才能讓世界上zui大的卡車開動起來？2011年，一家白俄羅斯汽車制造商BelAZ公司，帶著這個(gè)問題來向西門子求助。那時(shí)，BelAZ公司正在為其新開發(fā)的自卸卡車，物色電動傳動系統(tǒng)。這輛卡車自重高達(dá)360噸，額定zui高載荷為450噸——相當(dāng)于大約350輛大眾汽車公司的高爾夫轎車，或者6架滿載的空客A320-200飛機(jī)——比上一個(gè)“世界上zui大的自卸卡車”的紀(jì)錄保持者，提高了25%。計(jì)劃也要求這輛新卡車降低每噸的運(yùn)輸成本，并且在空載時(shí)實(shí)現(xiàn)zui高64公里/小時(shí)的行駛速度。要知道，那些從事地下和露天采礦的企業(yè)不僅必須遵守環(huán)境法規(guī)，而且也要考慮所涉及的成本。

正因如此，采礦業(yè)使用的卡車必須可靠、高效。西門子開發(fā)面向自卸卡車的傳動系統(tǒng)已有15年左右，其目標(biāo)始終是設(shè)法提高這些礦場巨獸的效率。“無軌電機(jī)車”的開發(fā)就是其中一例，這種卡車從高架電線獲得電能。歸功于這一創(chuàng)新，哪怕是在陡坡道上行駛，這種卡車的速度也幾乎提高了一倍。但是，對于西門子驅(qū)動技術(shù)集團(tuán)的工程師而言，BelAZ公司提出的挑戰(zhàn)不同以往。BelAZ公司請他們開發(fā)一個(gè)電動傳動系統(tǒng)，不僅要推動毛重高達(dá)810噸的卡車行進(jìn)，同時(shí)還要確保這輛卡車能夠又快、又可靠地運(yùn)送礦物原料。此外，這個(gè)項(xiàng)目的日程安排也相對比較緊張。從客戶前來詢問，到*輛卡車投運(yùn)，只有不到兩年的時(shí)間。較之于過去的車型，這輛新卡車配備了8個(gè)輪胎，因?yàn)槊總€(gè)輪胎的設(shè)計(jì)載荷都僅為100噸左右。為此，紐倫堡的西門子牽引傳動專家決定開發(fā)一個(gè)使用4臺電機(jī)、功能強(qiáng)大而又可靠的全輪驅(qū)動系統(tǒng)。一個(gè)屢經(jīng)檢驗(yàn)的傳動系統(tǒng)，充當(dāng)了這個(gè)新系統(tǒng)的模型。工程師們還開發(fā)了一個(gè)新的控制解決方案。這個(gè)電動傳動系統(tǒng)的所有組件均來自西門子，這確保了所有組成部分能夠配合得天衣無縫。全輪驅(qū)動配置為工程師開辟了新的可能性，如在卡車的兩個(gè)輪軸之間實(shí)現(xiàn)動態(tài)動力分配。此外，如果一臺電機(jī)發(fā)生故障，卡車仍將具備應(yīng)急驅(qū)動能力，這意味著它能靠自身動力，行駛至修理廠。換句話說，它不需要拖帶，也不會造成諸如堵塞等問題。這個(gè)系統(tǒng)使用了兩臺輸出功率約為1700千瓦的16缸柴油發(fā)動機(jī)。這兩臺發(fā)動機(jī)共同提供了電動傳動系統(tǒng)所需要的動力。2013年10月，這輛卡車向世人揭開了神秘面紗。它長達(dá)20多米，寬近10米，高約8米。其全輪驅(qū)動系統(tǒng)和四輪液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，確保了其直徑長達(dá)4米左右的輪胎不會被卡在崎嶇的路面上?，F(xiàn)在，這輛卡車正在西伯利亞的一座露天煤礦接受測試，預(yù)計(jì)將從今年下半年開始銷售。以后，它將被主要用于運(yùn)輸煤和鐵礦石。