大同煤礦集團煤機裝備再制造關(guān)鍵技術(shù)研究

賈清華

（大同煤礦集團有限責(zé)任公司同大科技研究院 山西大同037003）

0 引言

隨著煤炭市場形勢的日趨嚴(yán)峻，煤機裝備制造業(yè)競爭逐漸加劇，煤機裝備制造企業(yè)紛紛采取各種辦法來加強產(chǎn)品的營銷手段，用以銷定產(chǎn)的定制營銷模式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的營銷方式。2010年以來，為了應(yīng)對經(jīng)濟危機的影響，許多煤機制造企業(yè)推出以舊換新的置換業(yè)務(wù)，從某種程度上帶動了煤機裝備銷售數(shù)量的微幅提升。但到了2013年，隨著煤機裝備銷售形勢的日趨嚴(yán)峻，煤機制造企業(yè)出現(xiàn)降價促銷的現(xiàn)象，使某些煤機裝備的銷售價格已經(jīng)逼近甚至低于生產(chǎn)成本價，繼而出現(xiàn)了大型煤機裝備制造集團公司嘗試開展以融資租賃的方式來促進煤機裝備的銷售。上述種種營銷手段無疑對煤機裝備市場份額的擴大起到了有效的激勵作用，但仍然是處于微觀和狹窄的調(diào)控空間。這些方法對煤炭生產(chǎn)企業(yè)來說并未從根本上降低煤機裝備的價格，煤機裝備制造企業(yè)也無法從源頭上降低煤機制造的成本。而煤機裝備再制造業(yè)的興起，其利潤空間及其所具備的各種優(yōu)勢，給煤機裝備生產(chǎn)企業(yè)以及煤炭生產(chǎn)企業(yè)，帶來了欣喜的曙光。各大煤企、煤機裝備制造商紛紛將眼光投向煤機裝備再制造領(lǐng)域，通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)節(jié)能減排、綠色再制造，提高經(jīng)濟效益，同時為循環(huán)、低碳經(jīng)濟的發(fā)展作出了貢獻，產(chǎn)生顯著的社會效益。

煤機裝備主要應(yīng)用在礦井建設(shè)、采煤、掘進、機電、運輸、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)以及原煤粉碎研磨、篩選、洗煤與礦選設(shè)施等方面，涉及范圍非常廣泛，由于煤機裝備所處工作環(huán)境比較惡劣、操作設(shè)施破損較為嚴(yán)重。上世紀(jì)80年代，先后引進了一批國際先進的綜合機械化煤機裝備，經(jīng)過數(shù)年的井下運行，這些設(shè)備都相繼到了失效、報廢的時期。這期間國產(chǎn)煤機裝備也不斷得到發(fā)展，伴隨著煤機裝備使用量的不斷增加，其失效和報廢數(shù)量也在不斷加大。怎樣有效利用這些失效或報廢的煤機裝備，滿足煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展是一個迫切需要解決的問題。煤機裝備再制造概念就是在這樣一個時代背景下提出來的，對煤炭行業(yè)的發(fā)展具有非常積極的意義，本文就大同煤礦集團煤機裝備再制造關(guān)鍵技術(shù)研究做了簡要的分析［1］。

1 煤機裝備再制造概念

煤機裝備再制造是以裝備全壽命周期設(shè)計和管理為指導(dǎo)，以廢舊、失效、報廢的煤機裝備零部件，經(jīng)過再制造關(guān)鍵技術(shù)加工處理，實現(xiàn)零部件產(chǎn)品性能、質(zhì)量再提升，從而重新投入到正常的運行中為目標(biāo)。再制造零部件以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保為準(zhǔn)則，以先進的再制造加工技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)為手段，對廢舊、失效、報廢的煤機裝備零部件進行修復(fù)和加工的一系列技術(shù)實施或工藝處理活動的總稱。

中國國家標(biāo)準(zhǔn)《再制造術(shù)語》（編號：GB/T 28619-2012）指出了再制造的含義是：對再制造毛坯進行專業(yè)化修復(fù)或升級改造，使其質(zhì)量特性達到或優(yōu)于原有新品水平的制造過程（注：其中質(zhì)量特性包括產(chǎn)品功能、技術(shù)性能、綠色性、安全性、經(jīng)濟性等）。國家標(biāo)準(zhǔn)計劃項目《機械產(chǎn)品再制造通用技術(shù)要求》指出了再制造流程如圖1所示［1］。

圖1煤機裝備再制造流程圖

2 國內(nèi)外再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

歐美發(fā)達國家早在50年前就已經(jīng)形成了再制造產(chǎn)業(yè)，再制造產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值和利潤那時都已經(jīng)超過了鋼鐵行業(yè)，其中尤以汽車行業(yè)和工程機械再制造占比權(quán)重達2/3以上。美國、德國、日本等國家再制造已經(jīng)成為新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。歐美發(fā)達國家的再制造模式主要是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面，結(jié)合具體的使用產(chǎn)品，針對再制造過程中的重要設(shè)計要素如設(shè)計結(jié)構(gòu)與緊固方式、零件的材料種類、拆卸性能等進行研究，形成了非常成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，擁有上百項專利技術(shù)，并且已經(jīng)形成了規(guī)?；a(chǎn)。

中國的再制造概念從2000年左右開始明確提出，相比歐美發(fā)達國家，再制造業(yè)發(fā)展相對還是比較晚些，但我國再制造產(chǎn)業(yè)有其獨特的自身優(yōu)勢以及再制造關(guān)鍵技術(shù)運用特色，發(fā)展形式非常好，已成為世界上最重要的再制造中心之一。目前已經(jīng)探索形成了“以高新技術(shù)為支撐，以恢復(fù)尺寸、提升性能的表面工程技術(shù)為依托，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，既循環(huán)又經(jīng)濟”的中國特色的再制造模式。

3 煤機裝備再制造發(fā)展的階段

煤機裝備大都在潮濕、粉塵大、腐蝕性強的環(huán)境中工作，工作環(huán)境中各種抖動、顫動也非常大，煤機裝備的零部件失效形式主要有磨損、銹蝕、斷裂、腐蝕、疲勞等失效形式中的一種或幾種綜合。

煤機裝備的維修概括起來，大致經(jīng)歷了四個階段。

第一階段：煤礦企業(yè)內(nèi)部的機修廠進行維修

在這一階段，由于礦井煤炭開采量比較小，煤機裝備機械化程度比較低，煤機維修主要由礦方企業(yè)內(nèi)部的機修廠完成，維修的主要內(nèi)容是進行煤機零部件的更換、簡單銷軸等較小零部件的機械加工、破損部位的焊接以及電器線路等的技術(shù)革新或者改造。

第二階段：煤機裝備返原廠進行專業(yè)化維修

在這一階段，由于礦井煤炭開采量逐步有較大提升，煤礦大量上馬開采、支護、運輸?shù)却笮兔旱V機械裝備，煤機裝備的專業(yè)化程度相對有很大的提高，機、電、液聯(lián)合控制精度的不斷增強，煤礦企業(yè)內(nèi)部的機修廠面對煤機裝備出現(xiàn)的故障，往往顯得束手無策，因而必須把煤機裝備返回原生產(chǎn)廠進行專業(yè)化的維修。

第三階段：第三方外包維修

在這一階段，國內(nèi)煤炭市場經(jīng)濟復(fù)蘇，原煤需求量有較大幅度的增加，煤炭行業(yè)利潤可觀，所有煤企都開始加大馬力，大干快上，搶時間加快原煤生產(chǎn)，煤機裝備一旦出現(xiàn)問題，煤礦為了加快維修設(shè)備盡快恢復(fù)生產(chǎn)，會選擇技術(shù)維修水平比較專業(yè)的第三方進行外包維修，與煤機裝備生產(chǎn)制造廠家的維修相比具有時間短、價格低、服務(wù)到位等優(yōu)勢。

第四階段：煤機裝備制造企業(yè)和煤炭生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合組建維修基地

在這一階段，隨著煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展，煤機裝備在大小煤企的不斷普及，煤機裝備維修量大大增加，尤其是隨著進口煤機裝備的大量引進，對煤機裝備的維修提出了更高的技術(shù)和質(zhì)量要求。出現(xiàn)了煤炭企業(yè)與煤機裝備生產(chǎn)制造企業(yè)聯(lián)合，使?fàn)I銷市場與技術(shù)服務(wù)有機地結(jié)合在一起，實現(xiàn)利益雙贏的共同發(fā)展的經(jīng)營模式。國內(nèi)主要煤機裝備生產(chǎn)制造廠紛紛加快和煤炭生產(chǎn)企業(yè)建立戰(zhàn)略合作關(guān)系，共建煤機裝備維修基地。

經(jīng)過上述四個階段以后，煤機裝備維修市場的利潤空間顯得非常有限，最多是利潤的再分配，并沒有創(chuàng)造出利潤提升的空間。而煤機裝備再制造作為一種全新的維修模式，能夠大幅度地降低煤機裝備的維修成本，為煤企煤機裝備的維修提供快捷、優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)，并為維修的利潤空間增加提供了保障［2］。

4 煤機裝備再制造流程及其關(guān)鍵技術(shù)

煤機裝備再制造流程：

（1）檢測。對出井的煤機裝備、地面需要維修的煤機設(shè)備進行零部件尺寸及其機械性能的檢測，做好標(biāo)識記錄。

（2）拆解。對煤機裝備整機和零部件進行拆解。

（3）清洗。對出井的煤機裝備、地面需要維修的煤機設(shè)備拆解前和拆解后的零部件進行清洗。

（4）再制造、修復(fù)。針對不同的零部件，采用特殊的修復(fù)工藝，進行批量化修復(fù)和性能升級，而對于不可修復(fù)的零部件，需要用新零件來替換。

（5）使用。經(jīng)過再制造的零部件進行裝配，投入使用。

煤機裝備再制造全壽命周期如圖2所示，經(jīng)過圖2的再制造過程，運用PDCA循環(huán)管理方法，可能會發(fā)現(xiàn)煤機裝備零部件在原設(shè)計上或許存在不足之處，從而為零部件的優(yōu)化設(shè)計提供可行的設(shè)計改進意見。另外，在再制造過程中，應(yīng)用ISO9001質(zhì)量管理體系對零部件進行全過程質(zhì)量控制，從失效、報廢零部件利用再制造關(guān)鍵技術(shù)加工處理以及最終零部件成品的檢測出廠，各個環(huán)節(jié)都受到質(zhì)量監(jiān)控和監(jiān)測，以確保再制造零部件的質(zhì)量。

圖2煤機裝備再制造全壽命周期

4.1 煤機裝備再制造與維修的區(qū)別

煤機裝備零部件的維修是煤炭企業(yè)的一項重要管理工作，設(shè)備維修也是確保設(shè)備正常運行的主要手段。由于煤機裝備大都工作在比較惡劣的工況環(huán)境中，日常的設(shè)備維修保養(yǎng)工作顯得尤為重要，日常煤機裝備的維修工作，都是針對具體的一臺設(shè)備進行零星的維修作業(yè)，其技術(shù)含量、維修工作量、零部件修復(fù)速度和修復(fù)效率都是比較低的，傳統(tǒng)的煤機裝備日常保養(yǎng)和維修，也具有廢舊零部件利用、節(jié)能降耗等優(yōu)點。而煤機裝備再制造是利用失效、廢舊的零部件，通過再制造關(guān)鍵技術(shù)對這些零部件重新進行加工處理，恢復(fù)其形狀、尺寸等性能指標(biāo)，其加工形式也是批量性、流水線等較為規(guī)?；纳a(chǎn)方式，加工手段也是采用先進的再制造關(guān)鍵技術(shù)，加工效率高、修復(fù)快，是傳統(tǒng)維修方法無法比擬的，簡言之，再制造是廢舊設(shè)備高技術(shù)、高標(biāo)準(zhǔn)修復(fù)、改造的產(chǎn)業(yè)化。

4.2 煤機裝備再制造關(guān)鍵技術(shù)

煤機裝備所處的工作環(huán)境大都比較惡劣，所利用的失效、報廢的零部件，其形狀、尺寸、內(nèi)部各種隱患，都給這些零部件的再制造工作帶來嚴(yán)峻的技術(shù)難題，傳統(tǒng)的加工技術(shù)、工藝，根本無法滿足再制造的需要。

煤機裝備再制造的技術(shù)體系如圖3所示。

圖3煤機裝備再制造技術(shù)體系

（1）廢舊零部件的剩余壽命評估技術(shù)

由于煤機裝備所處工況大都比較惡劣，伴隨著潮濕、煤塵、震動、腐蝕等各種因素，使其零部件較早地會失效或報廢，或是以斷裂、疲勞，或是以腐蝕、銹蝕、磨損等其中一種或幾種的綜合形式出現(xiàn)。另外，因其內(nèi)部存在的暗裂紋、殘余應(yīng)力、隱形疲勞等各種因素，使得這些零部件再次被利用的價值及壽命成為一個亟待解決的難題[4]。

（2）廢舊零部件的高效無損拆解技術(shù)

煤機裝備大都在比較惡劣的工況中長期運行，煤泥、煤塵、銹蝕、腐蝕、變形、斷裂等都是經(jīng)常遇到的問題，其整機及零部件的拆解是再制造工作的第一道工序，直接關(guān)乎著這些零部件再制造的加工效率和再利用價值。煤機裝備再制造拆解技術(shù)要充分考量如何高效無損拆解和進行分類回收，例如煤機裝備等上的軸承及齒輪等，要用專用的拉拔工具進行拆解，不能生拉硬砸，這樣才能很好地保護這些零部件不變形、不損傷，而對于拆解下來的軸承及齒輪等要根據(jù)其型號、類型、變形程度等進行分類編號，做好標(biāo)識、登記，實現(xiàn)高效無損拆解，達到節(jié)約降耗的目的[4]。

（3）綠色清洗技術(shù)

煤機裝備大都長期在潮濕、腐蝕性強的工況中運行，煤泥、銹蝕、腐蝕是整機及零部件經(jīng)常存在的現(xiàn)象，對這些零部件及整機的清洗，是廢舊零部件再制造過程的重要環(huán)節(jié)。這個環(huán)節(jié)不是單純的普通清洗就能夠滿足要求，而是采用先進的無損噴丸清洗技術(shù)、自動化超聲波清洗技術(shù)、熱膨脹不變形高溫除垢技術(shù)等對煤機裝備零部件進行無損傷清洗，在工廠要開辟一塊專用的實現(xiàn)無污染、高效率、使用范圍廣的清洗區(qū)[4]。

（4）再制造毛坯加工技術(shù)

新產(chǎn)品機械制造工藝過程，一般可劃分為毛坯制造、零件加工和產(chǎn)品裝配三個階段。

煤機裝備再制造與新產(chǎn)品制造相比，在零部件毛坯制造、加工工藝、設(shè)備、產(chǎn)品裝配等方面都有許多不同。再制造使用的毛坯，是煤機裝備退役下來有利用價值的失效或報廢的廢舊零部件，在保持其原有材質(zhì)、形狀等基本情況下，采用先進的再制造關(guān)鍵技術(shù)來恢復(fù)零部件的原先尺寸要求，從而實現(xiàn)零部件的各項技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)的要求。由于再制造所利用的毛坯具有的自身特點，即其內(nèi)部存在的疲勞、裂紋、殘余內(nèi)應(yīng)力等因素，因此，零部件再制造的加工工藝顯得更為復(fù)雜。目前，在煤機裝備零部件再制造過程中，較多地采用了諸如堆焊、補焊、電鍍、電刷鍍、激光熔覆等較為成熟的表面修復(fù)技術(shù)，另外，隨著新材料、新技術(shù)、新工藝不斷發(fā)展進步，如納米等離子噴涂、高速電弧噴涂等先進的加工技術(shù)，都將在煤機裝備再制造過程中發(fā)揮積極的作用[5]。

（5）再制造產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)測與控制技術(shù)

煤機裝備再制造后，其整機及零部件的檢驗、檢測等都要執(zhí)行新產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，因此對再制造產(chǎn)品的過程控制、工序檢測、最終品質(zhì)控制技術(shù)的要求顯得尤為重要。采用國際ISO9001質(zhì)量管理體系，對再制造生產(chǎn)線實現(xiàn)進料、過程、最終全方位的質(zhì)量控制，現(xiàn)場實行5S、8S等管理方法，再制造產(chǎn)品的質(zhì)量一定會得到有效的監(jiān)測和控制。目前對于煤機裝備新產(chǎn)品制造過程中的質(zhì)量控制及預(yù)期服役壽命的預(yù)測基本成熟，而煤機裝備失效、報廢的零部件，作為再制造毛坯，因其內(nèi)部存在的暗裂紋、殘余應(yīng)力、隱形疲勞等各種因素，就使得這些零部件在第一道進料檢驗工序中，就很難評估其壽命以及能夠使用多久，這些都是國內(nèi)外再制造業(yè)將要研究、攻克的重大課題[1]。

5 大同煤礦集團煤機裝備再制造現(xiàn)狀

大同煤礦集團中央機廠和大同煤礦集團力泰公司專門從事生產(chǎn)制造、維修液壓支架等煤機裝備，年維修液壓支架3 000余架。中央機廠和力泰公司制造、大修液壓支架有著近幾十年的歷史，在液壓支架修理方法、工藝設(shè)置、質(zhì)量保障等方面積累了較為豐富的經(jīng)驗，先后大修了2萬余套各種型號的液壓支架。尤其是力泰公司，專門以維修液壓支架為主，具備了相對完善的維修質(zhì)量保證和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。公司于2013年進行了擴能改造，新增19 500平方米生產(chǎn)廠房，新增各種機加工設(shè)備136臺，形成了液壓支架的清洗、拆解、拋丸、噴漆、裝配、調(diào)試生產(chǎn)線以及立柱、千斤頂加工制造、修理、裝配、調(diào)試作業(yè)流水線。同時重新規(guī)劃完善了液壓支架結(jié)構(gòu)件大修的鉚焊車間、液壓閥維修車間、整機調(diào)試液壓車間、零部件機加工車間、原材料切割下料車間、熱處理車間等幾個主要生產(chǎn)工序車間，建成了較為完善的循環(huán)模式液壓支架模塊化再制造流水線，實現(xiàn)了液壓支架再制造從中低端向高端大噸位液壓支架的跨越，目前年大修液壓支架能力達2 000架，再制造能力得以顯著提升。

6 煤機裝備再制造經(jīng)濟效益分析

（1）節(jié)能、減排、環(huán)保煤機裝備再制造是節(jié)能和環(huán)境保護的需要，可以避免零部件采用回爐熔化等原始方式對環(huán)境的二次污染，對節(jié)能減排和保護生態(tài)環(huán)境有著重大意義。實踐證明煤機裝備零部件再制造和原始制造相比，能源消耗僅是原始制造中的1/2，勞動力消耗占60%，原材料消耗僅占30%。

（2）高附加值

煤機裝備再制造技術(shù)能大大挖掘廢舊煤機裝備零部件中的高附加值，再制造也是從這個方面產(chǎn)生出來的，在一臺煤機裝備中，各個零部件的使用壽命不等，由于其中一個零部件局部表面失效而導(dǎo)致整臺設(shè)備報廢。通過再制造工藝技術(shù)，對該零部件的局部損傷進行修復(fù)，使整機得以恢復(fù)功能，充分顯示出廢舊煤機裝備中蘊涵的附加值。

（3）可增加企業(yè)效益，提升市場競爭力

煤機裝備再制造技術(shù)充分利用廢舊零部件中蘊涵的高附加值，投入資金少，生產(chǎn)周期短，而再制造后的零部件質(zhì)量、性能都能達到原新產(chǎn)品的水平。煤機裝備再制造設(shè)備費用，僅是新設(shè)備購置費用的1/2，大大降低了資金投入，降低了生產(chǎn)成本，能為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益，提高企業(yè)的市場競爭能力。

（4）直接經(jīng)濟效益和社會效益

某企業(yè)以廢舊煤機裝備的核心零部件為毛坯進行再制造，每年能利用10 000 t左右，利用率70%左右，與生產(chǎn)同等原始零部件相比，節(jié)約鋼鐵7 000 t，折合標(biāo)準(zhǔn)煤4 200 t，同時減少新鋼鐵的使用，減少污染、排放。

大同煤礦集團力泰公司，以2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，再制造流水線擴能之前年大修液壓支架800多架，其中大修工作阻力8 000 kN以上液壓支架300架左右，年均產(chǎn)值9 000多萬元。建立循環(huán)模式液壓支架模塊化再制造流水線之后，大修工作阻力8000 kN以上支架756架，大修工作阻力8 000 kN以下支架543架，年大修液壓支架1 299架，產(chǎn)值16 666萬元，比之前提高產(chǎn)值7 666萬元。

推廣煤機裝備再制造，對我國煤炭行業(yè)有著重大的戰(zhàn)略意義，能夠促進煤炭行業(yè)煤機裝備生產(chǎn)企業(yè)布局的結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展煤機裝備再制造，對不斷完善和建設(shè)煤機裝備市場經(jīng)濟新秩序有著重要的意義[6]。

7 結(jié)論

煤機裝備制造業(yè)方興未艾。大同煤礦集團一直把煤機裝備制造業(yè)作為多元發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)來抓，注重集團內(nèi)部機械制造業(yè)的調(diào)整、重組，成立了煤機裝備制造公司，集中各種優(yōu)勢力量發(fā)展以煤機裝備及其零部件等為主的機械制造業(yè)。以電牽引采煤機、大運量工作面運輸機、液壓支架電液控制系統(tǒng)等為主的一大批煤機裝備，技術(shù)含量及先進性均走在國內(nèi)同行的前列，甚至達到國際水平。

大同煤礦集團堅持煤炭主業(yè)走“減”“優(yōu)”“綠”發(fā)展之路，在穩(wěn)步淘汰落后產(chǎn)能的同時，大力建設(shè)高產(chǎn)高效的礦井集群，大力培育高效產(chǎn)能，實現(xiàn)煤炭集約化生產(chǎn)。大同煤礦集團規(guī)劃的11座千萬噸礦井已建成9座，以最高標(biāo)準(zhǔn)推進智慧礦山建設(shè)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)機械化開采向智能化減人提效的跨越。煤機裝備向著成套化、自動化、智能化、信息化的高可靠性方向發(fā)展，煤機裝備再制造產(chǎn)業(yè)顯示出無比廣闊的前景。