2003年，乌兹别克斯坦的Angren露天褐煤矿完成将运营改为连续开采计划的第一阶段时，这台ThyssenKrupp Fördertechnik紧凑型斗轮挖掘机交付于此 斗轮挖掘机是在十九世纪末和二十世纪初，从多斗挖泥船“演化”而来，并由此诞生了一些陆地最大机器！概念或许很古老，机器也非常巨大，但是一些技术元素现在却非常小巧和智能。创新有助于斗轮系统在堆积、回收和港口散状物料输送、矿山中的开挖和废料处理以及湿法冶金工厂堆浸工艺的矿石处理等方面的应用。二十世纪的大部分时间，人们的注意力都集中于机械性能及规模上，但上世纪最后三十年，工程重点转向了电力驱动、控制和自动化系统。因此，电气系统供应商——特别是Siemens（西门子）和ABB，不仅在新机器的设计中担任越来越重要的角色，还开展了与OEM（原始设备制造商）合作进行现有机器的翻修，以及为采矿用户的设备进行新的电气化改造的大量业务。 斗轮挖掘机的发展 早期的链斗挖掘机（BCE）和斗轮挖掘机（BWE）发展到现在有两个重要变化，一是从蒸汽驱动变为电力驱动，二是用履带底盘取代了轨道行走。链斗挖掘机大致相当于一个反铲挖掘机，斗轮挖掘机则类似于一个正铲挖掘机。两者在采矿中的作用与拉铲类似，那就是剥离覆层并将其置于采空区，用一个地面输送系统将弃土运到一个排土机——通常距离较远——或者由挖掘机卸载到一个跨过采坑的排土桥上，而后再输送到之前的采坑内。每种方法都明显要比使用拉铲更为复杂，但是每小时的处理量更大。 上世纪的后期，斗轮挖掘机的发展与紧随其后的绳铲发展道路类似，包括机械传动和电力传动。不过，绳铲通常作为采矿中的装载工具，而斗轮挖掘机则能用于直接挖掘软质岩石而无需爆破——就如同液压挖掘机所能做的工作。上世纪七十年代之前，各种型号的斗轮挖掘机和绳铲广泛使用于土石方和采矿应用中，但后来，除了大规模露天采矿外，它们在土石方上的应用几乎全部被液压挖掘机所取代。 这些作业因素意味着斗轮挖掘机和链斗挖掘机的发展又重新回到其最早的应用上来——开挖褐煤层、移除大面积且连续的软质覆层以及油砂生产中。与大容量输送带联合使用，这些机器能向加工厂持续供应大吨位原材料，这在商品销售连续进行的场合尤其具有成本效益——如火电厂和石油生产。现在，开采褐煤用于发电是其主要应用，尽管有些较小型的斗轮挖掘机也使用在开采工业矿物和其它特定场合中。 这样的市场地位并非意味着斗轮挖掘机和链斗挖掘机制造商们可以轻松起来，因为褐煤并非最佳的燃料，其用户不得不与其它更有效率的发电系统竞争。上世纪八十年代时，为优化斗轮挖掘机和链斗挖掘机的电力供给、自动化及驱动系统，Siemens与OEM合作开发出了Simine EXC包——完整的电气工程、驱动、自动化和服务套件。通过运行此方案，斗轮挖掘机和链斗挖掘机可以加载至性能极限，而不会有峰值负载风险。低压高压转换站提供不间断电力供应，SIMATIC S7自动化系统能够保证可靠性——据Siemens，尤其是与变速驱动一起工作时。使用Simine EXC一个显著优势就是该系统高度的一致性，需要较少的数据交换接口，从而简化项目规划。此包亦可用于控制料场运营，通过利用物料成份、质量和存储位置等精确信息，确保最佳的物料流动。Simine EXC包的早期受益者是印度的Neyveli褐煤运营，早在1982年这里就装备了三十多台斗轮挖掘机、堆料和取料机，之后的二十年，这些机器运行平顺——Siemens报告——减少了磨损、撕裂和停机时间，相应地提高了可用性和吞吐量。 上世纪九十年代，ThyssenKrupp Fördertechnik和Siemens与德国科隆的Rheinbraun合作为后者的Hambach（汉巴赫）煤矿（该矿目前由德国最大的发电集团RWE能源运营）设计和制造了一台新的斗轮挖掘机——Bagger 292。 这台机器的重量达到空前的13000吨，生产能力为惊人的200000立方米/天，主要设计目标是在困难挖掘每件下提高生产率。通过开发利用已有先进技术——这些技术从Rheinbraun自1976年在此级别机器上开始使用（Fortuna矿）时就开发出来——的全部潜能，这个目标得以实现。 这台斗轮挖掘机使用于地质断层区，倾斜煤层、不规则地层、低切削高度和坚硬、粗糙的粘土和夹杂岩石的煤炭都使挖掘变得非常困难。为满足Rheinbraun的苛刻要求，需要将大臂回转速度从30 m/min增加到40 m/min，最大提升速度从5 m/min增加到7.5 m/min。斗轮具有介于48-72斗/分钟之间的卸料速度。为在不增加机器磨损的条件下实现这些速度及增强斗轮挖掘机的动态响应，设计团队选择了具有自动功能的闭环控制技术，将操作者从一些常规任务中解放出来。 另一个关键的新设计元素是使用了脉冲控制变频进给的AC（交流）驱动技术。行走、大臂回转和斗轮驱动由AC鼠笼式电动机完成，电动机通过使用了GTO（可关断晶闸管）脉冲控制逆变器的电压源换流器供电。Siemens提供一个完整的系统，从110kW的大臂回转驱动一直到1680kW的斗轮驱动，具有统一的操作功能和开、闭环控制，IP55防护等级的自通风马达专为高负荷露天采矿而设计。 鉴于用于机器运行的使用了Simovert P转换系统的开环和闭环控制器的引入，Rheinbraun决定将数字型Simadyn D闭环控制器用于技术控制。自通风控制器通过使用独立转换器的串联链路进行通信，简化了诊断与故障定位。可编程逻辑控制技术的灵活性使Rheinbraun能够对其功能进行修改以满足未来新的需要。 自动化的概念强调了分散结构，以最限度地提高操作安全性和设备可用性。因为会产生大量的数据项，这些结构需要高性能的通信系统，Siemens使用专为采矿开发的SINEC LE 2总线系统并将其集成到Simatic PLC系统中。自动化系统的首要任务是确保斗轮能按操作者的设定来切削物料。大臂回转速度的设定值是斗轮马达的电流，从卸料输送带上获得输送重量和体积值，当超过限值时，大臂的移动速度会降低。传送带上的体积流量由一个专门开发的带激光扫描仪的负载传感装置进行测量。机器的两个控制舱中都有运行数据和生产力趋势监测来为操作人员提供支持。 最近，Siemens开发出了带有扩展露天开采行业库的Simine MES生产执行系统。为弥合过程自动化系统与业务管理程序之间的缺口，该产品具有生产单元接口、以及通过提供整个过程链生产活动在线信息来进行管理支持的新功能。基于Simatic IT组件的特殊MES功能已经覆盖了露天采矿的不同阶段，从挖掘到破碎、以及水处理和堆存等次级生产过程。使用此信息可生成关键绩效指标，以便用于分析性能、安全性和环境条件。 最近交付情况 德国的斗轮挖掘机主要制造商们认为德国境内褐煤矿的装备已经比较精良，但欧洲东部和东南部一些煤炭区的很大一部分机器设备需要更换或翻修，尤其在前南斯拉夫冲突地区。
组装场中的Sandvik（山特维克）最大的斗轮挖掘机——PE200-1400，它将使用于印度的Neyveli褐煤矿 Tenova Takraf——Techint集团的一部分——生产连续采矿设备已经多年，产品包括巨型排土桥——这是德国东部褐煤露天矿的一大特色，这里的地质状况适于使用这种系统来进行弃土处理。Takraf的采矿技术补充了Techint通过接管Italimpianti而获得的港口和其它散料搬运技术。Techint的CEO Rainer Kahrger表示现在移动和半移动式破碎是一个特别强劲的市场，东欧的斗轮挖掘机和相关设备翻修为公司创造了大量工作。一个原因是翻修比订购新设备更受欢迎，他补充到，主要是因为很难找到愿意去生产新的、完整的齿轮箱——需求量很小——的公司。但Takraf有能力使用标准零部件来生产此类齿轮箱，因而可将待翻修机器的整个驱动头有效替换，该公司有十个到2010年交货的斗轮挖掘机翻修订单，这些机器中有7台使用在波兰，其它的是欧洲南部的用户。 同样位于德国东部Lausitz褐煤开采区，Cottbus的电气和电子工程运营也是一家斗轮设备领域的主要技术提供商，目前隶属于ABB自动化有限公司，在过去的五十年中已经用电气系统装备了超过1000台大型采矿机器，并与Takraf和FAM有密切合作。如今Cottbus是ABB露天采矿的卓越中心。 2006年下半年，Thyssen- Krupp Fördertechnik（TKF）获得了两个来自贝尔格莱德国有电力公司EPS的大单，为其提供一台斗轮挖掘机和一台排土机，这些设备是EPS重大投资项目的一部分，目的是为了巩固和扩大以燃煤发电为基础的电力供应，EPS在塞尔维亚运营有多个露天褐煤矿，总产量约3500万吨/年，这些矿山所供应的燃煤电厂发电量约占塞尔维亚电力需求的2/3。 同年，还签订了另外两个订单，包括交付一台新的胶带车/排土机和重建一台2005年12月损坏的EPS的斗轮挖掘机。合同额约4500万欧元，并在塞尔维亚的公司的参与下实施，其供应和服务包括机械产品、电气部件和钢结构，以及在来自TKF专家们的指导下组装和启动设备。ABB也参与了整个项目，用三个System 800xA操作站对Tamnava West矿的控制室进行了现代化改造，以及为几台矿用机器提供相关设备。 TKF向Kolubara/Tamnava West露天褐煤矿提供了一台用于覆层移除的履带底盘斗轮挖掘机，工作能力为6600立方米/小时，此系统包括挖掘机、连接桥和装车装置，是一个完整新搬运线的一部分，搬运线还包括输送带、排土机和总电源。斗轮挖掘机的订单包括设计、交付、组装和启动以及对操作人员的培训，总合同期为30个月。该项目由欧洲复兴开发银行和德国复兴信贷银行提供资金。ABB为这台设备提供了ACS800多驱动型变频器和一个Freelance 800F控制系统、用于排土机的新型电气系统和用于升级FAM皮带驱动站的AC800F控制技术。采矿设备、皮带站和移动头均实现了可视化并由DigiVis工作站现场操作。 另一个投资项目中，正在Kostolac/Drmno露天褐煤矿建造的第二条完整的搬运线，TFK将为覆层移除提供卸载装置，包括一个排土机和一台卸料车。此设施的设计处理能力为8500立方米/小时，排土机是履带行走方式，长度135米，交付与启动将在24个月内完成，此投资项目由EPS提供资金。 根据EPS的一项决定，在Kolubara露天矿D采区损坏的斗轮挖掘机要重新组装并全面检修。除了零部件的维修，主要设备组件和电气系统完全用新技术进行了更新，TKF为维修提供相关技术和管理，此项工作将与Kolubara Metal合作实施，后者负责所有的当地含量。上述订单进一步加强和延续了TKF与EPS多年的合作关系，这两家公司共同为保障和扩大塞尔维亚的电力供应做出了重要贡献。
交付到Neyveli露天矿的一台Sandvik移动式皮带机，共三台 除了Takraf 和 ThyssenKrupp Fördertechnik之外，Sandvik也生产大型斗轮挖掘机以及皮带输送机和排土机。 这是收购自Voest Alpine（奥钢联集团公司）的物料搬运产品线的主要部分，该公司总部位于奥地利的莱奥本。2008年1月底，Sandvik最大的斗轮挖掘机PE200-1400/2x30在印度最大的露天褐煤矿Neyveli矿II（该矿每年为装机容量2490MW的电厂开采褐煤2400万吨）举行的官方庆典中揭幕。这台大型挖掘机臂长32米，每个铲斗容量为1.4立方米，此合同中还包括三台PB100-2000/35+40皮带车（已安装），另外的两台大型斗轮挖掘机和一台较小的斗轮挖掘机PE200- 700/5x20 BWE。 Sandvik与Neyveli Lignite的合作，始于2000年Sandvik为后者提供了两台运输履带装置。通过供应两台履带式排土机（每台卸料臂长度为60米）及三台移动式皮带机（生产能力4420立方米/小时）得到了进一步的发展，经由2002年订购的三台移动式皮带机，再次确立了它们的信心。随着之前七台新机器的加入，八年来Sandvik安装于NLC矿的机器数量达到了十六台。 2007年10月，Siemens宣布获得了一个来自RWE能源的订单，为该公司的斗轮挖掘机安装金属和石块检测系统，目的是为减少对挖掘机输送带的破坏并增加其可用性。 该检测系统——由RWE和Siemens联合开发——直接安装于斗轮后的撞击区域，撞击壁上有多达八个独立加速度传感器，当受到小型和中等尺寸石块撞击时，溜槽和悬杆都能够检测得到。悬杆传感器主要检测大石块——它们因为质量原因不会撞向该金属板。此外，一个集成的金属定位器线圈可检测到任何出现的金属。此系统仍在持续开发中，这是因为——比如，它还无法知道所检测出的块体是石头、冻结体或是粘土块。为了避免由于此限制而非必要地降低生产设备的可用性，该系统在必要时可由设备操作人员开启或关闭、或根据需要调整其灵敏度。 此岩石检测功能能够确定问题物料的位置，以便于用一个岩石吊车将其快速移除。因此增加了挖掘机的可用性并避免了输送带的损坏，因为此检测系统可防止岩石在该处处于楔形位置而撕裂皮带。该系统由一个Siemens S7 400自动化单元进行控制。一个FM458-1模块检测输送带上的连接点和问题点，准确地检测出需要移除岩石的位置。一个WinCC系统用于可视化显示物料的准确位置，而后将检测过程记录并存档。检测到的大小物体必须被系统挑选出来，使之到岩石吊车的转移能够计算和执行。 目前，该系统使用在Garzweiler和Hambach露天矿的斗轮挖掘机上。 升级现有机器 1995年到2000年间，一个由Siemens和FAM组成的联合体，用无齿轮传动装备了10台隶属于VEM（瓦腾福欧洲矿业集团）的Es 3150和ES 3750 Magdeburg链斗挖掘机。2007年中，该联合体又获得了一个用无齿轮传动装备另外两台VEM链斗挖掘机的订单。该传动装置将能减少斗链和链轮的磨损，并且维护需求很少。该项目预计2010年中完成，VEM集团每年为德国东部Lausitz地区的Jänschwalde发电站、Schwarze Pumpe（黑泵电厂）和Boxberg燃煤电站供应大约六千万吨褐煤，Boxberg正在扩大生产并确保长期稳定供应。除了运营中的Jänschwalde、Cottbus-Nord、Welzow-Süd 和Nochten露天矿以外，Vattenfall（瓦腾福）将在2010年重新开始Reichwalde露天矿的煤炭开采。 为Reichwalde露天矿的重开，Siemens和FAM正在对两台Es 3750 Buckau链斗挖掘机的每个斗链使用两个无齿轮传动进行装备，这些驱动器使用了减速马达，其速度可通过频率无级控制，电能通过循环换流器供给，而且同使用高速马达的齿轮传动相比，作用于斗链上的惯性力矩大幅降低，从而减少机械应力，增加使用寿命。订单内容包括交付、安装、调试和试运行。移交之后，依照现有的合同框架，Siemens将通过其在Nochten露天矿为Vattenfall设立的服务站，继续照管此系统。 Mibrag公司从捷克共和国收购了一台SRs 2000/1580斗轮挖掘机，用于德国Sachsen-Anhalt 的Profen露天褐煤矿，这台挖掘机用全新的电气设备进行了改造，包括一个新的控制器。升级之后的装机容量为3154kW，斗轮驱动功率800kW，于2006年5月底投入使用，年生产能力为1200万立方米。 位于德国莱比锡Teuchern的Gesa自动化公司，承担了部分结构和六十多个开关组的升级任务，质量和可靠性是选择必要组件的重点，因为使三班运行的斗轮挖掘机电气系统可用性最大化是主要目标。所有信号在使用了自动化部件的分布式结构中写入和读取，一个可靠的24V电源很关键。 Gesa决定依托可为其它组件提供有利环境温度、且无输出电压波动的Siemens Sitop系列电源——因始终能对该连接组件以其最佳电源电压供电，使之可在理想的电压范围内工作。电源装置上的限流器提供线路保护，但此装置能够始终提供足够的电力输出。即使在暂时过载情况下，电源装置仍具有保障系统可靠运行的充足储备，数量众多的辅助模块可应对电网故障，Sitop不间断电源已经证明能够保证自动技术正常工作。通过将电源与一个直流UPS模块相结合，那么一个电源模块能够通过逐级降低功率级来应对即使持续数小时的桥接期。作为冗余电源也是有可能的，Siemens表示。 此外，ABB广泛参与项目的现代化已经多年。不仅有德国的矿山和电厂，而且还包括保加利亚和塞尔维亚。在保加利亚的Trojanovo 1、3和North露天矿（供应Mini Maritz Iztok EAD电厂），ABB已经升级了三台斗轮挖掘机。最近要完成的型号是Trojanovo 3的SRs 1200，定于2008年9月启动。EPS在塞尔维亚现在的工作之前，ABB为修复一台生产能力为4000立方米/小时的SRs 1201斗轮挖掘机提供了控制技术、空调、操作室和视频监控，以及Kolubara D采区的装载装置（2004年投入使用）。
使用于Welzow露天矿的链斗挖掘机 物料搬运应用 从数字上看，使用于料场的斗轮取料机的市场或许要比用于采矿的斗轮挖掘机的要大，ThyssenKrupp估计自1970年以来，已向采矿用户销售了235台斗轮挖掘机，而同时期销售到料场的斗轮取料机数量为275台。 ThyssenKrupp Fördertechnik近期主要的物料处理项目是在马来西亚Tanjung Bin新的3 x 700MW电厂输煤设备的交钥匙工程。该系统的合同签订于2004年，包括三台堆取料机组合，使用先进控制系统的完整输送带和两个连续卸船机。每台设计用于35000-150000吨船舶的卸载，工作效率为2000吨/小时。高度自动化和计算机辅助卸载程序使位于斗式提升机旁操作室中的操作人员能够通过视频辅助来控制和监测生产过程，该系统的一个特点是一个旋转式进料台，确保物料可连续地卸载到斗式提升机，同时一个倾斜式卸载管能使到更大船舶货舱的通道最大化。2006年8月，用户成功地测试了该系统，整个设施于2007年完成。 在离家不远的地方，ThyssenKrupp Fördertechnik正在荷兰鹿特丹散货码头煤炭/矿石料场安装其第六台斗轮堆取料机。前五台臂长为50米，这台新设备的臂长60米，堆料和取料能力将分别达到6000吨/小时和4500吨/小时。 Takraf 和ABB正致力于俄罗斯远东的Wanino港口物料搬运项目，那里的环境温度低于-40℃，用户是SUEK（西伯利亚煤炭能源公司），设备系统包括破碎和筛选站、三台料场机器、两台装船机和十五个输送带的控制机构，煤炭搬运能力为3500吨/小时。 料场机器包括堆料机、取料机，堆/取料机也是Sandvik（山特维克）斗轮机技术的重要组成部分。例如，在亚洲，Sandvik上世纪八十年代向菲律宾的Semirara煤炭交付了第一个物料处理设备。从那以后，这种设备在亚洲流行开来。现在，可在中国的宝山、天津和深圳等地方以及泰国的Mae Moh看到它们。 煤炭装卸一直是一个重要的市场，最近的项目包括2006年夏季在伊明赫姆英国联合港口投入使用的一个创新设备，和两台于2006年交付于保加利亚Bourgas的成套系统。签订于2007年，正在履行中的两个合同是为加拿大温哥华Delta深海煤炭码头安装一台斗轮堆取料机，以及向澳大利亚新南威尔士Newcastle港口的Kooragang煤炭码头提供另外两台斗轮取料机，该码头由瓦拉特港务集团运营，两台取料机都计划于2009年底投入运行，每台的生产率达到8000吨/小时，臂长59米，位在世界最大取料机之列。一台同类型的取料机于2001年安装于该码头。 在一系列采矿和散料装卸机器中，Strachan & Henshaw曾在英国Bristol许可之下建造过紧凑型斗轮挖掘机。如今，Metso Minerals（美卓矿机）采矿业务的散装物料搬运副总裁David Hicken及其团队在此运营中。煤炭搬运作业对于Metso和Sandvik都是一个非常重要的市场。今年四月份，该公司宣布将为英国北约克郡的Drax电力公司提供一台斗轮堆取料机。交付工作将于2009年第四季度完成，此订单包括机器的设计、供应、安装和调试，这台机器将用于该公司的4000MW发电站，据称是英国最大、最清洁和高效的燃煤发电站。新机器的堆料能力为3000吨/小时，取料能力为2500吨/小时，臂长38米。它将取代由Metso公司的前身于1974年安装的堆取料机，订单内容包括这台旧机器的拆除工作。 Metso Minerals已经开始着手南非Richards Bay码头的煤炭搬运设施。 堆浸工程 上世纪八十年代，德国制造商和客户向褐煤开采行业之外大力推广连续地表开采技术的优势，其中一个目标市场为智利铜业。比如，Rheinbraun工程为Codelco公司的丘基卡马塔运营设计了废料搬运系统。 另一个综合了采矿与物料搬运的创新应用，是将堆取料技术用于建造堆浸料堆以及堆浸完成后矿石的移除。Takraf 和FAM Förderanlagen Magdeburg（最初只是Takraf内部的一个电厂输送带制造者，后来成为散料搬运设备/系统的重要供应商），已经开发出并向智利矿山提供了此类型的系统。 Takraf建造了所有在智利使用的工作能力为8000-9000吨/小时的堆浸系统，从El Abra的跟踪系统开始，每台机器都装有基于GPS的导航系统，水平精度为±2.54cm，垂直精度为±5.08cm。Takraf最近的堆浸设施在Codelco公司的 Gaby项目中，此系统目前已完成。同之前一样，Takraf选择了ABB自动化为该系统提供电气技术，系统堆料能力为8300吨/小时，取料能力9300吨/小时。 同时，FAM还工作于BHP Billiton（必和必拓）位于智利北部的新Spence铜矿，BHP Billiton于2003年和2004年开始在此规划一个新的堆浸系统，FAM负责这个复杂系统的交钥匙工程。试车日期定于2006年8月，FAM交付并组装了大约7500吨的物料搬运工艺设备，包括用于铜氧化物和硫化物堆的履带式堆料输送带（长度分别为300米和425米）。另一个履带式回收输送带（长300米）用于铜氧化物堆，一个斗轮式取料机、一个履带式排土机和皮带车、四个固定式输送系统（总长5700米）、一个可移动输送系统（长度950米）、五台进料车、两个漏斗车。 Spence矿使用动态矿堆以有效利用巨大的料场区域，矿堆在浸出之后被连续回收，随后由新矿石重建，浸出材料由一个倾倒系统输送至最终储存。 履带式输送机的设计对路基要求不高，使用于Spence项目的履带式输送机包括了首次应用的新功能和控制原理。每个履带底盘现在都具备补偿在各个方向上水平和倾斜差的功能，可以在任何时候对整个输送机的位置进行调整（即使是纵向的），此系统对温度不敏感，因而皮带运转的可靠性很高。 该公司称，Spence矿用于铜氧化物的浸取垫系统2006年8月以来一直可靠运行，已达到了规定的性能水平。整个设施的设计都是为了便于维护，具有较高的组件标准化水平，以最大限度地减少备件数量，包括单个零件、传动组件、甚至完整的底盘。 重要驱动装置的诊断数据由一个远程工作站集中收集，作为ZEDAS（一个状态和事件监测系统）的基础，利用这些系统数据（由WLAN传输）来计算保养间隔和必要的检修和维修数据，甚至预测潜在缺陷，故障可以进行回溯诊断。 此系统安装有一个使用大量有以太网功能的摄像头和工作站（通过另一个无线网络连接）的闭路电视系统，每个摄像头的图像都被馈送于该网络，可以被记录或在任何内部和外部工作站进行再现。 所述设备一个三年的维修合同，已经签给了FAM公司的一家智利全资子公司。 |
