300噸級礦用自卸車及核心部件國產(chǎn)化的總結(jié)與思考

徐 濤 楊成華 李書涵

(1.國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京市東城區(qū)，100011;2.中國航天三江集團(tuán)公司，湖北省武漢市，430040)

目前，國內(nèi)千萬噸級礦山土方運(yùn)輸用主流車型為200噸級(190～240 t)和300噸級(290～363 t)電動輪礦用自卸車(以下簡稱礦車)，總保有量近千臺，表現(xiàn)出越來越大型化的趨勢，且主要從國外進(jìn)口。從我國礦山企業(yè)使用進(jìn)口大型礦車起，始終伴隨著高昂的備件采購成本和苛刻的商務(wù)條款，雖然國產(chǎn)化的努力始終沒有停止，但是由于薄弱的工業(yè)基礎(chǔ)和有限的市場容量等種種原因，大型礦車整車和部件的國產(chǎn)化始終發(fā)展的不理想。自2008年金融危機(jī)以來，國內(nèi)礦山企業(yè)經(jīng)歷了嚴(yán)重的低谷周期階段，隨著我國推進(jìn)供給側(cè)改革工作的不斷深入，到2017年才稍有好轉(zhuǎn)，礦山企業(yè)困難時(shí)期對礦車及部件國產(chǎn)化的需求狀態(tài)更顯突出。與此同時(shí)，國內(nèi)重型高端裝備成為國家政策鼓勵發(fā)展的行業(yè)，多家綜合實(shí)力較強(qiáng)的礦車生產(chǎn)企業(yè)開始開發(fā)和生產(chǎn)300噸級礦車，給礦車整車和部件的國產(chǎn)化帶來新的力量和技術(shù)。

本文主要從技術(shù)角度對300噸級礦車和部件的國產(chǎn)化進(jìn)行分析和評估，從而帶來一些新的思考，供相關(guān)礦山企業(yè)和行業(yè)主管部門參考。

1 國內(nèi)300噸級礦車開發(fā)情況

隨著我國工業(yè)能力的不斷增強(qiáng)，我國礦車生產(chǎn)企業(yè)不斷開發(fā)100噸級礦車，近10年，陸續(xù)開發(fā)了200噸級和300噸級大型礦車，這代表了我國大型礦車的研發(fā)和制造實(shí)力已達(dá)到較高的水平。2008年，湘電重型裝備有限公司研制開發(fā)了的SF33900型220 t電動輪自卸車，在此基礎(chǔ)上于2011年開發(fā)了SF35100型300 t交流傳動電動輪自卸車，成為我國開發(fā)的第一臺300噸級礦車；2011年，中冶京誠(湘潭)重工設(shè)備有限公司研制生產(chǎn)的400短噸級非公路電動輪礦用自卸車MCC600在湖南湘潭九華工業(yè)園下線，這是國內(nèi)第一臺載重363 t礦車，最終順利通過礦區(qū)工業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)考核；2014年，內(nèi)蒙古北方重型汽車股份有限公司推出電動輪礦用自卸車NTE330，將其NTE系列的載重量提高到了300噸級；2015年北方股份的架線雙能源NTE360AC電動輪礦用自卸車順利下線，將NTE系列載重量又提升到了330 t，并小批生產(chǎn)3臺投入中廣核納米比亞湖山鈾礦運(yùn)行；中國航天科工集團(tuán)所屬的航天重型工程裝備有限公司于2011年開始進(jìn)入礦車行業(yè)，于2014年研制生產(chǎn)出載重363 t的HT3363礦車，2017年在神華準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)有限責(zé)任公司黑岱溝礦圓滿完成工業(yè)運(yùn)行試驗(yàn)，并通過新產(chǎn)品鑒定，該車性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平的同時(shí)，國產(chǎn)化水平也有突破性提高；此外，國內(nèi)工程機(jī)械龍頭徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司也聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢單位和大學(xué)研發(fā)了一臺300噸級礦車，但限于行業(yè)形勢和產(chǎn)品成熟度沒有進(jìn)一步發(fā)展。

2 國內(nèi)整車及部件研發(fā)生產(chǎn)能力評估

大型礦車一般由車架、動力系統(tǒng)、交流電驅(qū)動系統(tǒng)、前橋、后橋、平臺、駕駛室、貨廂、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)(含轉(zhuǎn)向、舉升、制動等)、智能診斷系統(tǒng)及附屬系統(tǒng)等組成。由于運(yùn)行工況惡劣，同時(shí)對其年運(yùn)輸能力和經(jīng)濟(jì)性有較高的要求，使其成為土方運(yùn)輸機(jī)械中技術(shù)含量最高的產(chǎn)品。目前100噸級以上礦車動力系統(tǒng)中的發(fā)動機(jī)自主國產(chǎn)化難度仍然較大，短期內(nèi)難以看到突破性進(jìn)展，但國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家已具備了整車的集成能力，整車性能不斷與國際先進(jìn)水平接近，整車其它總成件均不同程度的具備了國產(chǎn)化能力。本文以大型結(jié)構(gòu)部件、電驅(qū)動系統(tǒng)、大型輪邊減速機(jī)、輪胎和其它核心部件等為切入點(diǎn)，對300噸級礦車主要總成的國產(chǎn)化技術(shù)能力和生產(chǎn)能力進(jìn)行分析和總結(jié)。

2.1 大型結(jié)構(gòu)件

300噸級礦車大型結(jié)構(gòu)件主要包括車架、前橋、后橋、貨廂等，作為整車主要的承載部件，這些大型結(jié)構(gòu)件在材料和制造工藝上均有較高的要求。

2.1.1 材料

車架、前橋、后橋所用的材料主要是高強(qiáng)鋼板和鑄鋼，貨廂所用的材料主要是高強(qiáng)鋼板和耐磨鋼，這些材料均要求具有強(qiáng)度高、韌性好、低溫性能好以及焊接性能好等特點(diǎn)，因此綜合性能優(yōu)異的材料才能保證大型結(jié)構(gòu)件的使用壽命至少達(dá)到10 a以上。根據(jù)國際成熟的礦車經(jīng)驗(yàn)，先進(jìn)礦車所用耐候焊接結(jié)構(gòu)鋼板應(yīng)具有良好的綜合性能。國內(nèi)有些廠家首次制造礦車時(shí)，選擇使用全進(jìn)口鋼板制造車架和后橋。航天重型工程裝備有限公司聯(lián)合原武漢鋼鐵集團(tuán)研究院開發(fā)了363 t礦車專用高強(qiáng)鋼板，通過制定合理的焊接工藝并經(jīng)過焊接評定，焊接后的綜合性能超過進(jìn)口鋼板，應(yīng)用該型鋼板成型的車架通過了整車工業(yè)性運(yùn)行和檢測，說明國產(chǎn)高強(qiáng)鋼板完全可以用于300噸級礦車大型結(jié)構(gòu)件。

車架為鋼板和鑄鋼焊接的結(jié)構(gòu)對鑄鋼的材料性能要求與鋼板相近， 雖然300噸級礦車鑄鋼件結(jié)構(gòu)尺寸較大且鑄造難度較高，但是隨著我國基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)進(jìn)行重達(dá)十余噸的高強(qiáng)鋼鑄造有較多選擇，關(guān)鍵是要加強(qiáng)過程質(zhì)量檢驗(yàn)，如逐件進(jìn)行表面探傷和射線檢查等。對于耐磨鋼板，國內(nèi)各個(gè)主要鋼廠均開發(fā)了耐磨等級在400以上的耐磨鋼板，可以應(yīng)用于大部分礦山應(yīng)用場景，對于耐磨要求極高的工況環(huán)境和貨廂的關(guān)鍵部位，可以全部或部分使用國際一流品牌的耐磨鋼。

2.1.2 制造工藝

300噸級礦車對大型結(jié)構(gòu)件有較高的性能和尺寸精度要求，否則對整車長期運(yùn)行可靠性有嚴(yán)重的影響。車架對制造工藝的要求是重要焊縫達(dá)到一級焊縫標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)實(shí)操作中焊縫要雙面焊接、嚴(yán)格要求焊高)、部件和整體焊接變形??；前橋要求大型鑄件加工精度高、熱處理和硬化處理達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求；后橋要求厚鋼板卷筒精度高、開孔和焊接變形?。回泿蟾邚?qiáng)鋼板和耐磨鋼板預(yù)制結(jié)構(gòu)件精度高、組件組裝對接精度高。

通過采用國際先進(jìn)的焊接標(biāo)準(zhǔn)，制定合理的焊接工藝和焊接方案，國內(nèi)的設(shè)計(jì)水平和工業(yè)制造能力具備生產(chǎn)300噸級礦車大型結(jié)構(gòu)件的能力。航天重型工程裝備有限公司開發(fā)的HT3363礦車車架定位組焊方案如圖1所示。

圖1 HT3363礦車車架定位組焊方案

2.2 電驅(qū)動系統(tǒng)

電驅(qū)動系統(tǒng)主要部件有驅(qū)動控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、牽引電機(jī)和電阻箱。目前在高鐵行業(yè)和工業(yè)控制系統(tǒng)的高速發(fā)展下，電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)和制造基礎(chǔ)已經(jīng)具備，難點(diǎn)在于300噸級礦車對發(fā)電機(jī)、牽引電機(jī)和電阻箱的體積和重量有較高限制要求，對驅(qū)動控制系統(tǒng)還增加了高電壓和適應(yīng)不同工況環(huán)境復(fù)雜多變的控制要求，這些因素導(dǎo)致短期內(nèi)開發(fā)300噸級礦車國產(chǎn)電驅(qū)動系統(tǒng)難度較大。

在國內(nèi)參與電驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)的企業(yè)中，中國中車永濟(jì)電機(jī)有限公司為西門子的360 t礦車電驅(qū)系統(tǒng)配套了發(fā)電機(jī)，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。國內(nèi)有多家企業(yè)進(jìn)行了200噸級礦車的牽引電機(jī)和電阻箱的配套，中車株洲變流技術(shù)研究中心研發(fā)成功了100噸級的驅(qū)動控制系統(tǒng)，該中心也進(jìn)行了200噸級礦車的驅(qū)動控制系統(tǒng)的開發(fā)，并規(guī)劃了300噸級礦車驅(qū)動控制系統(tǒng)研發(fā)計(jì)劃。這些情況表明，300噸級電驅(qū)動系統(tǒng)國產(chǎn)化的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備。

從國內(nèi)礦車行業(yè)單個(gè)整車制造商的角度看，整合國內(nèi)分散的資源完成300噸級電驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)的意愿不足，同時(shí)共同支持和整合的政策和市場環(huán)境也不具備，根本原因在于投入巨大，而且要冒巨大的技術(shù)和市場風(fēng)險(xiǎn)因素，這是目前國內(nèi)開發(fā)300噸級礦車電驅(qū)動系統(tǒng)所面臨的困境，這些均需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新才可能取得突破。

2.3 大型輪邊減速機(jī)

300噸級礦車使用的大型輪邊減速機(jī)相對于其他行業(yè)的減速機(jī)在制造技術(shù)上有相通的方面，對材料、齒輪加工和檢測、裝配精度均有較高的要求，除需適應(yīng)礦車有限的安裝空間外，還要求減速機(jī)承載能力大、可靠性高、壽命長，適應(yīng)礦車在惡劣的環(huán)境長期運(yùn)行，這對減速機(jī)的設(shè)計(jì)有極高的要求。

從國內(nèi)多家綜合實(shí)力較強(qiáng)的大型減速機(jī)制造企業(yè)看，基本都具有大型減速機(jī)的制造、檢測、試驗(yàn)?zāi)芰?，但?00噸級輪邊減速機(jī)均沒有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)能力，這是成熟可靠國產(chǎn)大型輪邊減速機(jī)較少的主要原因。

另一方面，國內(nèi)已有多家企業(yè)進(jìn)行了大型輪邊減速機(jī)的國產(chǎn)化嘗試，如中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司，已為礦區(qū)成套供應(yīng)200噸級輪邊減速機(jī)備件，已開始開發(fā)和制造300噸級輪邊減速機(jī)的能力；航天重型工程裝備有限公司為363 t礦車自主開發(fā)設(shè)計(jì)了驅(qū)動扭矩達(dá)150萬N·m的輪邊減速機(jī)，并委托大連華銳重工集團(tuán)制造和集成，設(shè)計(jì)了嚴(yán)苛的廠區(qū)臺架試驗(yàn)方案，該產(chǎn)品在工廠進(jìn)行了幾個(gè)月的強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)中進(jìn)行了溫度和應(yīng)變測試，試驗(yàn)結(jié)束進(jìn)行了分解檢查和分析評估，產(chǎn)品性能完全滿足設(shè)計(jì)要求，該產(chǎn)品出廠后隨整車通過了工業(yè)性運(yùn)行考核驗(yàn)證。

2.4 輪胎

300 t礦車配備使用53/80R63輪胎，330～363 t礦車配備使用59/80R63輪胎。國內(nèi)輪胎廠家達(dá)數(shù)百家，但礦車輪胎長期依賴進(jìn)口，近年來國內(nèi)有多家實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)開發(fā)了礦車輪胎，如福建省海安橡膠有限公司、天津國際聯(lián)合輪胎橡膠有限公司、三角輪胎股份有限公司、賽輪金宇集團(tuán)股份有限公司等。目前100噸級礦車的國產(chǎn)輪胎已與進(jìn)口國際品牌性能接近，有較高的性價(jià)比，并在逐漸擴(kuò)大市場份額。而200噸級和300噸級礦車的輪胎在國內(nèi)應(yīng)用時(shí)間較短，在產(chǎn)品性能上還有待提高和驗(yàn)證。

基于礦車輪胎的發(fā)展前景，目前一些國內(nèi)輪胎企業(yè)也開始聚焦于200噸級以上礦車輪胎的研發(fā)，比如福建省海安橡膠有限公司，是國內(nèi)專門專注于開發(fā)全鋼子午線巨型工程輪胎的生產(chǎn)企業(yè)，該公司依托30多年的礦山輪胎管理經(jīng)驗(yàn)，成功突破了巨型輪胎技術(shù)的瓶頸，打破了米其林、普利司通等國外企業(yè)相關(guān)技術(shù)的壟斷，成功研發(fā)了53/80R63、59/80R63規(guī)格的系列巨型輪胎，具備了大批量穩(wěn)定生產(chǎn)和質(zhì)量控制能力，并已與力拓、必和必拓、FMG等國際知名礦業(yè)公司開展了配套合作，輪胎產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)都緊跟進(jìn)口國際品牌輪胎，已在國內(nèi)大型礦車輪胎市場有較高的市場占有率。

2.5 其他核心部件

300噸級礦車的其他核心部件還包括發(fā)動機(jī)、駕駛室、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、各型油缸以及其它一些附屬部件等。

(1)目前大型礦車上配套的發(fā)動機(jī)以美國康明斯公司生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)為主，但近年來以濰柴動力股份有限公司為代表的國內(nèi)企業(yè)在大功率柴油發(fā)動機(jī)的研發(fā)上取得進(jìn)展。濰柴研發(fā)的12M55發(fā)動機(jī)功率將達(dá)到1985 kW，已接近康明斯QSK60發(fā)動機(jī)。

(2)大型礦車駕駛室除一般駕駛室的功能要求外，還有防滾翻、防落物的安全性要求。在駕駛室制造工藝方面，國內(nèi)專業(yè)駕駛室生產(chǎn)廠家從表面處理到內(nèi)部裝飾已達(dá)到國際一流水平，駕駛室內(nèi)電氣部件大部分均可從市場獲得，從技術(shù)角度國內(nèi)已具備提供一流的駕駛室能力。

(3)電氣系統(tǒng)主要指整車的弱電控制部分，整車生產(chǎn)企業(yè)一般均具備電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，包括電氣系統(tǒng)集成和控制軟件設(shè)計(jì)，其使用的器件從中端到高端均可從市場獲得，國內(nèi)開發(fā)的各車型電氣系統(tǒng)均沒有嚴(yán)重問題。

(4)液壓系統(tǒng)是關(guān)系整車使用性能和安全的重要部分，主要包括液壓動力站、轉(zhuǎn)向、制動、舉升等子系統(tǒng)，目前國內(nèi)具備液壓系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)能力，但300噸級礦車選用的器件大部分仍為進(jìn)口品牌，部分企業(yè)也進(jìn)行了國產(chǎn)化嘗試，但成功案例較少。

(5)大型礦車一般有前懸油缸、后懸油缸、舉升油缸、轉(zhuǎn)向油缸，這些油缸在礦山備件市場有較多的國產(chǎn)化制造。近幾年，國內(nèi)開發(fā)的300噸級礦車一般均使用國產(chǎn)油缸，大多使用進(jìn)口的密封組件，國產(chǎn)油缸完全可以滿足礦山的惡劣使用環(huán)境。

(6)300噸級礦車上如集中潤滑系統(tǒng)等其它一些附屬部件，要求較高的可選用進(jìn)口產(chǎn)品，要求較低的也可選用國產(chǎn)的替代產(chǎn)品。輪輞組件可完全使用國產(chǎn)產(chǎn)品，具有較高的性價(jià)比。目前新增的攝像頭、安全探測、瞌睡報(bào)警系統(tǒng)等組件，國內(nèi)完全具備設(shè)計(jì)和集成生產(chǎn)能力。

3 300噸級礦車國產(chǎn)化后續(xù)發(fā)展思考

通過對300噸級礦車各主要總成件國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀的梳理，可以看出近10年來，國內(nèi)礦車生產(chǎn)廠家在主要總成國產(chǎn)化上均取得了巨大的進(jìn)步。在整車集成、大型結(jié)構(gòu)件、駕駛室、電氣系統(tǒng)和油缸等方面已具備完全的自主設(shè)計(jì)和開發(fā)能力；在電驅(qū)系統(tǒng)、輪邊減速機(jī)、發(fā)動機(jī)和液壓系統(tǒng)方面也具備相當(dāng)?shù)闹圃旌驮O(shè)計(jì)能力，這得益于國家對高端裝備制造的政策支持，也與大型礦山企業(yè)積極推進(jìn)和支持國產(chǎn)大型礦車發(fā)展有很大關(guān)系?？偨Y(jié)前期大型礦車國產(chǎn)化成功的經(jīng)驗(yàn)，展望我國300噸級礦車的進(jìn)一步發(fā)展，提出以下幾點(diǎn)思考：

(1)雖然國內(nèi)已形成可觀的核心總成生產(chǎn)和配套能力，但資源能力較為分散，需要依靠市場和國家導(dǎo)向進(jìn)一步整合，盡快形成大型礦車一流的系統(tǒng)配套能力，輻射國內(nèi)和國際市場。

(2)大型礦山企業(yè)集團(tuán)需要進(jìn)一步樹立對國產(chǎn)高端裝備的信心和支持國產(chǎn)化戰(zhàn)略，才能在采購礦車進(jìn)口備件時(shí)有更大的議價(jià)能力，有效降低備件采購成本。

(3)國內(nèi)整車生產(chǎn)企業(yè)必須緊密合作，穩(wěn)步提高大型礦車國產(chǎn)化率，可優(yōu)先重點(diǎn)解決大型礦車電驅(qū)系統(tǒng)輪邊減速機(jī)的國產(chǎn)化問題，目前已具備這樣的技術(shù)基礎(chǔ)。在提高礦車國產(chǎn)化率、降低成本的同時(shí)，還要注重礦車安全可靠性和售后服務(wù)工作，爭取早日在全壽命周期成本、性價(jià)比方面超越同規(guī)格進(jìn)口礦車。

(4)大型礦車發(fā)動機(jī)和輪胎的國產(chǎn)化能夠打破國外巨頭的壟斷，有效降低礦車制造成本和礦山開采成本，但在其國產(chǎn)化研發(fā)中切忌急功近利，需要重視基礎(chǔ)技術(shù)的研究和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，并且不斷優(yōu)化，從根本上提高產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命。

(5)在國家相關(guān)政策和大型礦業(yè)集團(tuán)的支持下，300噸級礦車整車和核心部件國產(chǎn)化已取得重大進(jìn)步，后續(xù)需要根據(jù)新的情況和形勢，優(yōu)化支持政策和方式，建議對有前景和礦區(qū)運(yùn)行有良好口碑的產(chǎn)品進(jìn)行重點(diǎn)支持。

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