黑岱沟露天矿630E卡车电动轮更新方案优化

李海军，牟鹏昊

（神华准能集团公司设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

黑岱沟露天矿630E卡车电动轮更新方案优化

李海军，牟鹏昊

（神华准能集团公司设备维修中心，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

通过对黑岱沟露天矿58台630E自卸卡车实际运行使用相关数据的采集和分析，得出黑岱沟露天矿58台630E卡车具备继续使用价值，但是630E卡车电动轮的整体状态已经无法满足这58台630E卡车的正常运行要求，需要对电动轮进行更新，综合各方面原因提出630E卡车更新数量优化方案，从而使黑岱沟露天矿58台630E卡车恢复正常生产秩序。

630E卡车；电动轮；经济性分析

0 引 言

神华准格尔能源有限责任公司黑岱沟露天矿主要的煤炭、土方和岩石的剥离运输主要靠电铲和卡车联合作业完成，其中煤炭和部分岩石、土方的运输和排弃主要靠630E自卸卡车来完成，630E卡车具有运行稳定性高，生产效率高，使用可靠性好等优点，是黑岱沟露天矿的重要运输设备。630E卡车自1994年投入运行以来，因累计运行时间较长，所以其关键部件电动轮使用状态整体下滑，目前还未淘汰更新，导致630E卡车电动轮故障率高，运行经济性差。为了达到设备全过程管理，达到设备寿命周期费用经济性的目的[1]，需要根据630E卡车自身运行实际情况，露天矿开采生产任务情况，确定630E卡车电动轮淘汰更新数量以及分析制定合理方案。从而彻底解决由于630E卡车电动轮故障率高、运行使用时间短、备件周转量不足质量差、现有维修速度跟不上等问题，提高630E卡车使用效能，使630E卡车尽快恢复正常生产运行效率。

1 630E卡车使用基本情况

准能公司黑岱沟露天矿现有58台630E卡车，这58台630E卡车自1994年全部投入运行使用运行到2015年末，平均单台累计运行总小时数已达到90 000 h，设备折旧费用已计提完毕，2015年设备配件材料成本为2.85元/m3。2016年因电动轮故障高、备用总成周转量不足，以及个别卡车液压系统、车架等部件老化严重等原因，停用5台630E卡车备用。在用的53台630E卡车仍然承担着黑岱沟露天矿全部的上煤任务运输任务和部分岩石、土方运输任务。

2011—2015年设备量、率及运行时间见表1，记录近5 a630E卡车的实际出动效率（实动率）和运载的数量（产量）等统计数据，可以看出设备运行状况和生产能力整体较平稳，同时结合设备维修实际情况，设备维修部门认为630E卡车还具有非常可观的继续利用价值。虽然设备的出动率和实动率有小幅波动，但是波动幅度很小(波动幅度在6%以下)，而且近5 a630E卡车的年平均产量维持在4 500万m3以上。

表1 2011—2015年设备量、率及运行时间

2011—2015年设备实动率如图1，630E卡车随着使用时间的增长，各部分原件均会出现性能下滑，因此630E卡车使用效能的下降是正常的，但是如果找到影响630E卡车效能下降的核心点或主要原件，再采取针对性措施消除这部分影响，就能反向提高630E卡车出动率。630E卡车是驱动系统的主要原件是由1台主发动机、1台主发电机、2个电动轮组成，其中发电机和发动机目前使用故障率较低，更新正常，周转件充足，但是电动轮使用情况比较严重，严重影响630E卡车运行使用效率，以下将对其进行详细介绍。

图1 2011—2015年设备实动率

2 630E卡车电动轮运行使用情况分析

630E卡车在黑岱沟露天矿担任全部上煤任务，是黑岱沟露天矿一款最重要的运输设备。鉴于630E卡车使用价值很大，本文着重论述解决电动轮（型号GE776）整体老化严重的问题。

由于电动故障率高，大型故障频繁，导致电动轮修理费用逐年增长，修复后的电动轮运行寿命逐年缩短，而且电动轮的维修费用占630E卡车维护总成本的比例逐年扩大。同时由于使用时间长，反复损坏和维修导致电动轮各部位零件老化和装配基准失真，以及基础变形等方面错误出现。由于目前准能设备维修中心的检修能力和再制造水平有限，通过更换零部件和再制造维修已经不能保证电动轮的使用性能和寿命。从表2修复的电动轮寿命可以看出，因电动轮故障下机量大，平均每天有7～9台卡车因电动轮故障造成彻底停车无法出动。依据统计数据可见，近5 a630E卡车电动轮异常故障数量逐年增加，其维修费用占总成本比例逐年增大，2015年占卡车维护成本的30.59%。所以若继续使用630E卡车，必须从源头上彻底消除630E电动轮故障率高这个最大的影响因素。

表2 2011—2015年630E卡车GE766型电动轮维修状况

目前在用53台630E卡车的车架、发动机、发电机、控制系统工况较好，且总成件故障均在可控范围内，如K50发动机最初大修理周期为15 000 h，经过7轮大修理后其大修理周期维持在10 000 h左右；其他总成件通过简单的更换零部件和再制造维修可以保证卡车运行要求，而且维护费用在可控范围内。以表1统计数据和目前运行状况，预计卡车还能够运行8 a。所以有必要更新一批630E电动轮，提高630E卡车的出动率，提高整车运行效能。

3 进口电动轮与国产化电动轮性价比分析

通过更换部分电动轮零部件或再制造修理，已很难修理出质量合格的630E卡车电动轮。所以需寻找一种最有效的方法解决这一难题，因此采用更新630E卡车电动轮的方法彻底解决该问题，鉴于国际市场价格因素过高的影响，采用批量国产化开发630E电动轮的方式，既节省采购费用，又可实现国内自主采购，是彻底消除现存630E卡车电动轮缺陷一种比较好的办法[2]。

若购置进口电动轮解决630E卡车电动轮老化、故障率高的问题，此方案的缺点是进口配件价格昂贵，投入费用较高，按照单件GE776电动轮进口价格320.00万元计算，批量更换53台卡车106件进口630E卡车电动轮的金额将高达33 920.00万元；此方案的优点是产品质量可靠。

根据目前国内市场调研分析，南高齿等国内多家大型企业具备国产化研发与GE776型同级别的电动轮，而且中车戚墅堰工艺研究所已开发出多种类似产品。在保证产品的质量同时，国产化电动轮价格仅为进口价的38%，因此采用国产的630E卡车电动轮更加合理。

4 630E卡车电动轮更新数量分析及优化

通过计算分析，并结合生产成本实际，建议批量国产化开发60件电动轮，费用约为7 320.00万元。以下是开发60件电动轮的理论计算[3－4]：

1）经济性模型构建。采用电动轮维修费用来订购国产化电动轮的策略，花费了订购费用，但节省了维修费用，即以“顾此失彼”原则来建模分析计算。

5 a质保期内电动轮总成本费用（含维修费和购置费）：

式中：π（N）为总维修费用；N为国产化开发电动轮数量，即决策变量；P为订购费用；Cm为单台电动轮每年的维护费用，以现在维修状态在16～18万元间取值；W为国产化电动轮保修期，取值为5 a。

5 a质保期内因更换国产化电动轮节省的费用：

式中：J（N）为总节省费用；S为旧的电动轮残值，初步取值为20.00万元。

因为其他全是常量，所以，π（N）是关于变量N的一次函数；J（N）是关于变量N的正比例函数。

二者相减得到改造支出费用C（N），且C（N）值越小改造效益越好：

式中：C（N）为实际花费的维修费用；J（N）为总节省费用。

经对以上算式求解后，得到批量国产化更新数量接近86件电动轮时，经济效益更好。

2）按实际维修建模说明[5－6]。改造后替换下的电动轮（按残值SN计算）和库存的配件还要用于未更新的（106－N）台电动轮，计划在5 a内消耗于未更新的（106－N）台电动轮，且（106－N）台电动轮日常修理只购置密封和部分轴承配件，其费用η≈ 8万元。根据之前5 a电动轮单机维修费在16万～18万元之间，则可以得到以下算式：

式中：K电动轮库存配件金额，现库存金额为1 200万元，5 a消耗库存约1 000万元。

求解得：54＜N＜62；鉴于每台卡车配置2件电动轮，因此，N 取值为 56、58、60。

3）在N取值范围内，按照式（2），则N取值越大经济性越好。所以结合维修实际和投资费用，以及经济性数学模型分析结果，建议一次性更新60台。

5 批量更换60件电动轮的经济性分析

1）降低了维修成本、提高了设备出动率。630E卡车只要运行就会创造经济价值，如果30台630E卡车的电动轮全部替换完成，那么以新电动轮运行的卡车出动率就会大大高于没有更换电动轮之前，从这一点来说630E卡车出动率提高是必然的。那么630E卡车60件被替换下的电动轮可以进一步拆解，提取有价值的零部件供余下的23台卡车利用，预计每件电动轮可利用的零部件价值为20万元，可节约维修成本1 200万元。同时23台卡车可以有效地消耗1 000万元的电动轮库存配件，进一步消耗库存的电动轮配件[7]。

630E卡车电动轮国产化更新前，30台卡车电动轮故障维修费为1 576万元（参照表2中年均维修费），更新后5 a质保期内这些更换了电动轮的630E卡车将不会产生电动轮的故障维修费用。因此，国产化开发费用相对于目前电动轮维修费，相当于用5 a的维修费购置了60件新电动轮还结余560万元。而且5 a后国产化的60件电动轮也只需花费轴承、密封等常消耗件费用。改造后卡车出动率预计从现在的68%～70%可提高至80%以上，运行效率提高产量增加，将会进一步提高投资收益。

相对于目前检修状况，国产化更新60件电动轮后，共计可节约维修成本1 760万元。

2）在5 a质保期内出动率和产量方面的效益分析。在厂家承诺质保5 a质保的前题下，30台装配国产化开发电动轮的卡车在后期运行过程中电动轮的故障费用可不考虑，按零计算。另外，依照目前电动轮检修状况和替换下的60套电动轮备用件，余下的23台卡车因电动轮故障停机数量将降低至1～2台。以这样估算，后期630E卡车整体出动率将提高10% ～12%，即出动率有望提高至85%。参照表1中的实动率和出动率比例，相应地实动率将提高至61%，相应地53台卡车生产能力将达到5 000万m3，较目前同数量卡车的生产能力提高600万m3。而且依照卡车成本数据和表1卡车产量数据，未更新前卡车单立方成本为2.73元/m3，预计国产化更新后53台卡车成本将低于2.24元/m3。

3）60件新电动轮运行5 a后，卡车运行效益分析。经过5 a运行，60件电动轮进入首个大修理期，按照更换密封件、轴承和附件材料价格计算，单件大修费预计为15万元/件（目前大修理费用为45万元/件，待国产化开发成功后，装配国产化轴承和附件，可以下降至1/3），共需要费用900万元，在数量相当条件下是目前电动轮大修理维修费的1/3。而修复后质量可以达到合格标准，还可以使用5 a以上。

剩余未更新电动轮的23台卡车，可按照其运行情况进行状态性修理，按最差情况估算：每台卡车的电动轮每年故障下机2次估算，但台卡车每年更换4件电动轮，电动轮修理时可以完全装配国产化的零部件，单件电动轮的维修费应该不大于12万元。按照之前对整体630E卡车还能运行8 a计算，修理3 a以后开始分批报废整体性能差的卡车，预计报废数量为13～15，报废工作可分3 a完成。

依据2011—2015年630E卡车GE766型电动轮维修状况以及60件电动轮首次大修费用，可估算出这3年的维护费用，具体见表3。

表3 更新5年后53台卡车电动轮维护费用万元

6 结论

由于黑岱沟露天矿630E卡车是一种主要运输设备，目前在用的53台630E卡车的出动率下降的最大影响因素就是电动轮故障过高，为了继续使用630E卡车，并使630E卡车恢复高效的运行状态，必须使630E卡车的电动轮整体质量和稳定性有较大的阶跃性提升，因此必须采用大批量更新手段，来保证630E卡车电动轮故障更低、运行时间更长。通过文中对更新方式，即直接采购进口或采用国内特制的优化分析；对更新数量的优化分析；对使用经济效应的优化分析等等，全方位的判断，最终得出黑岱沟露天矿国产化更新630E卡车电动轮60件是最优方案。

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Optimization of 630E trucks electric wheel update scheme in Heidaigou Open-pit Mine

LI Haijun,MU Penghao

(Equipment Maintenance Center，Shenhua Zhunge'er Group Co.,Ltd.,Ordos 010300,China)

Through the collection and analysis of 630E trucks operation relevant data,the article concludes that 630E trucks have the use value,but the overall status of 630E truck electric wheel has been unable to meet the normal operation of 630E trucks,which need to update electric wheel.This article puts forward 630E truck update quantity optimization scheme,so as to recover to normal production order.

630E truck;electric wheel;economy analysis

F407.1

B

1671－9816（2017）11－0004－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.11.002

李海军，牟鹏昊.黑岱沟露天矿630E卡车电动轮更新方案优化［J］.露天采矿技术，2017，32（11）：4-7.

2017-08-06

李海军（1975—），男，硕士，毕业于山东理工大学车辆工程专业，现任职于神华准能设备维修中心，从事露天采矿设备维修管理工作。

【责任编辑：陈 毓】