大同煤矿集团煤机装备再制造关键技术研究

贾清华

（大同煤矿集团有限责任公司同大科技研究院 山西大同037003）

0 引言

随着煤炭市场形势的日趋严峻，煤机装备制造业竞争逐渐加剧，煤机装备制造企业纷纷采取各种办法来加强产品的营销手段，用以销定产的定制营销模式来代替传统的营销方式。2010年以来，为了应对经济危机的影响，许多煤机制造企业推出以旧换新的置换业务，从某种程度上带动了煤机装备销售数量的微幅提升。但到了2013年，随着煤机装备销售形势的日趋严峻，煤机制造企业出现降价促销的现象，使某些煤机装备的销售价格已经逼近甚至低于生产成本价，继而出现了大型煤机装备制造集团公司尝试开展以融资租赁的方式来促进煤机装备的销售。上述种种营销手段无疑对煤机装备市场份额的扩大起到了有效的激励作用，但仍然是处于微观和狭窄的调控空间。这些方法对煤炭生产企业来说并未从根本上降低煤机装备的价格，煤机装备制造企业也无法从源头上降低煤机制造的成本。而煤机装备再制造业的兴起，其利润空间及其所具备的各种优势，给煤机装备生产企业以及煤炭生产企业，带来了欣喜的曙光。各大煤企、煤机装备制造商纷纷将眼光投向煤机装备再制造领域，通过技术创新实现节能减排、绿色再制造，提高经济效益，同时为循环、低碳经济的发展作出了贡献，产生显著的社会效益。

煤机装备主要应用在矿井建设、采煤、掘进、机电、运输、通风、排水等系统以及原煤粉碎研磨、筛选、洗煤与矿选设施等方面，涉及范围非常广泛，由于煤机装备所处工作环境比较恶劣、操作设施破损较为严重。上世纪80年代，先后引进了一批国际先进的综合机械化煤机装备，经过数年的井下运行，这些设备都相继到了失效、报废的时期。这期间国产煤机装备也不断得到发展，伴随着煤机装备使用量的不断增加，其失效和报废数量也在不断加大。怎样有效利用这些失效或报废的煤机装备，满足煤炭行业的可持续发展是一个迫切需要解决的问题。煤机装备再制造概念就是在这样一个时代背景下提出来的，对煤炭行业的发展具有非常积极的意义，本文就大同煤矿集团煤机装备再制造关键技术研究做了简要的分析［1］。

1 煤机装备再制造概念

煤机装备再制造是以装备全寿命周期设计和管理为指导，以废旧、失效、报废的煤机装备零部件，经过再制造关键技术加工处理，实现零部件产品性能、质量再提升，从而重新投入到正常的运行中为目标。再制造零部件以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进的再制造加工技术和产业化生产为手段，对废旧、失效、报废的煤机装备零部件进行修复和加工的一系列技术实施或工艺处理活动的总称。

中国国家标准《再制造术语》（编号：GB/T 28619-2012）指出了再制造的含义是：对再制造毛坯进行专业化修复或升级改造，使其质量特性达到或优于原有新品水平的制造过程（注：其中质量特性包括产品功能、技术性能、绿色性、安全性、经济性等）。国家标准计划项目《机械产品再制造通用技术要求》指出了再制造流程如图1所示［1］。

图1煤机装备再制造流程图

2 国内外再制造产业发展现状

欧美发达国家早在50年前就已经形成了再制造产业，再制造产业的产值和利润那时都已经超过了钢铁行业，其中尤以汽车行业和工程机械再制造占比权重达2/3以上。美国、德国、日本等国家再制造已经成为新兴产业的发展趋势。欧美发达国家的再制造模式主要是在产品结构设计等方面，结合具体的使用产品，针对再制造过程中的重要设计要素如设计结构与紧固方式、零件的材料种类、拆卸性能等进行研究，形成了非常成熟的产业链，拥有上百项专利技术，并且已经形成了规模化生产。

中国的再制造概念从2000年左右开始明确提出，相比欧美发达国家，再制造业发展相对还是比较晚些，但我国再制造产业有其独特的自身优势以及再制造关键技术运用特色，发展形式非常好，已成为世界上最重要的再制造中心之一。目前已经探索形成了“以高新技术为支撑，以恢复尺寸、提升性能的表面工程技术为依托，产学研相结合，既循环又经济”的中国特色的再制造模式。

3 煤机装备再制造发展的阶段

煤机装备大都在潮湿、粉尘大、腐蚀性强的环境中工作，工作环境中各种抖动、颤动也非常大，煤机装备的零部件失效形式主要有磨损、锈蚀、断裂、腐蚀、疲劳等失效形式中的一种或几种综合。

煤机装备的维修概括起来，大致经历了四个阶段。

第一阶段：煤矿企业内部的机修厂进行维修

在这一阶段，由于矿井煤炭开采量比较小，煤机装备机械化程度比较低，煤机维修主要由矿方企业内部的机修厂完成，维修的主要内容是进行煤机零部件的更换、简单销轴等较小零部件的机械加工、破损部位的焊接以及电器线路等的技术革新或者改造。

第二阶段：煤机装备返原厂进行专业化维修

在这一阶段，由于矿井煤炭开采量逐步有较大提升，煤矿大量上马开采、支护、运输等大型煤矿机械装备，煤机装备的专业化程度相对有很大的提高，机、电、液联合控制精度的不断增强，煤矿企业内部的机修厂面对煤机装备出现的故障，往往显得束手无策，因而必须把煤机装备返回原生产厂进行专业化的维修。

第三阶段：第三方外包维修

在这一阶段，国内煤炭市场经济复苏，原煤需求量有较大幅度的增加，煤炭行业利润可观，所有煤企都开始加大马力，大干快上，抢时间加快原煤生产，煤机装备一旦出现问题，煤矿为了加快维修设备尽快恢复生产，会选择技术维修水平比较专业的第三方进行外包维修，与煤机装备生产制造厂家的维修相比具有时间短、价格低、服务到位等优势。

第四阶段：煤机装备制造企业和煤炭生产企业联合组建维修基地

在这一阶段，随着煤炭行业的不断发展，煤机装备在大小煤企的不断普及，煤机装备维修量大大增加，尤其是随着进口煤机装备的大量引进，对煤机装备的维修提出了更高的技术和质量要求。出现了煤炭企业与煤机装备生产制造企业联合，使营销市场与技术服务有机地结合在一起，实现利益双赢的共同发展的经营模式。国内主要煤机装备生产制造厂纷纷加快和煤炭生产企业建立战略合作关系，共建煤机装备维修基地。

经过上述四个阶段以后，煤机装备维修市场的利润空间显得非常有限，最多是利润的再分配，并没有创造出利润提升的空间。而煤机装备再制造作为一种全新的维修模式，能够大幅度地降低煤机装备的维修成本，为煤企煤机装备的维修提供快捷、优质的技术服务，并为维修的利润空间增加提供了保障［2］。

4 煤机装备再制造流程及其关键技术

煤机装备再制造流程：

（1）检测。对出井的煤机装备、地面需要维修的煤机设备进行零部件尺寸及其机械性能的检测，做好标识记录。

（2）拆解。对煤机装备整机和零部件进行拆解。

（3）清洗。对出井的煤机装备、地面需要维修的煤机设备拆解前和拆解后的零部件进行清洗。

（4）再制造、修复。针对不同的零部件，采用特殊的修复工艺，进行批量化修复和性能升级，而对于不可修复的零部件，需要用新零件来替换。

（5）使用。经过再制造的零部件进行装配，投入使用。

煤机装备再制造全寿命周期如图2所示，经过图2的再制造过程，运用PDCA循环管理方法，可能会发现煤机装备零部件在原设计上或许存在不足之处，从而为零部件的优化设计提供可行的设计改进意见。另外，在再制造过程中，应用ISO9001质量管理体系对零部件进行全过程质量控制，从失效、报废零部件利用再制造关键技术加工处理以及最终零部件成品的检测出厂，各个环节都受到质量监控和监测，以确保再制造零部件的质量。

图2煤机装备再制造全寿命周期

4.1 煤机装备再制造与维修的区别

煤机装备零部件的维修是煤炭企业的一项重要管理工作，设备维修也是确保设备正常运行的主要手段。由于煤机装备大都工作在比较恶劣的工况环境中，日常的设备维修保养工作显得尤为重要，日常煤机装备的维修工作，都是针对具体的一台设备进行零星的维修作业，其技术含量、维修工作量、零部件修复速度和修复效率都是比较低的，传统的煤机装备日常保养和维修，也具有废旧零部件利用、节能降耗等优点。而煤机装备再制造是利用失效、废旧的零部件，通过再制造关键技术对这些零部件重新进行加工处理，恢复其形状、尺寸等性能指标，其加工形式也是批量性、流水线等较为规模化的生产方式，加工手段也是采用先进的再制造关键技术，加工效率高、修复快，是传统维修方法无法比拟的，简言之，再制造是废旧设备高技术、高标准修复、改造的产业化。

4.2 煤机装备再制造关键技术

煤机装备所处的工作环境大都比较恶劣，所利用的失效、报废的零部件，其形状、尺寸、内部各种隐患，都给这些零部件的再制造工作带来严峻的技术难题，传统的加工技术、工艺，根本无法满足再制造的需要。

煤机装备再制造的技术体系如图3所示。

图3煤机装备再制造技术体系

（1）废旧零部件的剩余寿命评估技术

由于煤机装备所处工况大都比较恶劣，伴随着潮湿、煤尘、震动、腐蚀等各种因素，使其零部件较早地会失效或报废，或是以断裂、疲劳，或是以腐蚀、锈蚀、磨损等其中一种或几种的综合形式出现。另外，因其内部存在的暗裂纹、残余应力、隐形疲劳等各种因素，使得这些零部件再次被利用的价值及寿命成为一个亟待解决的难题[4]。

（2）废旧零部件的高效无损拆解技术

煤机装备大都在比较恶劣的工况中长期运行，煤泥、煤尘、锈蚀、腐蚀、变形、断裂等都是经常遇到的问题，其整机及零部件的拆解是再制造工作的第一道工序，直接关乎着这些零部件再制造的加工效率和再利用价值。煤机装备再制造拆解技术要充分考量如何高效无损拆解和进行分类回收，例如煤机装备等上的轴承及齿轮等，要用专用的拉拔工具进行拆解，不能生拉硬砸，这样才能很好地保护这些零部件不变形、不损伤，而对于拆解下来的轴承及齿轮等要根据其型号、类型、变形程度等进行分类编号，做好标识、登记，实现高效无损拆解，达到节约降耗的目的[4]。

（3）绿色清洗技术

煤机装备大都长期在潮湿、腐蚀性强的工况中运行，煤泥、锈蚀、腐蚀是整机及零部件经常存在的现象，对这些零部件及整机的清洗，是废旧零部件再制造过程的重要环节。这个环节不是单纯的普通清洗就能够满足要求，而是采用先进的无损喷丸清洗技术、自动化超声波清洗技术、热膨胀不变形高温除垢技术等对煤机装备零部件进行无损伤清洗，在工厂要开辟一块专用的实现无污染、高效率、使用范围广的清洗区[4]。

（4）再制造毛坯加工技术

新产品机械制造工艺过程，一般可划分为毛坯制造、零件加工和产品装配三个阶段。

煤机装备再制造与新产品制造相比，在零部件毛坯制造、加工工艺、设备、产品装配等方面都有许多不同。再制造使用的毛坯，是煤机装备退役下来有利用价值的失效或报废的废旧零部件，在保持其原有材质、形状等基本情况下，采用先进的再制造关键技术来恢复零部件的原先尺寸要求，从而实现零部件的各项技术参数、性能指标的要求。由于再制造所利用的毛坯具有的自身特点，即其内部存在的疲劳、裂纹、残余内应力等因素，因此，零部件再制造的加工工艺显得更为复杂。目前，在煤机装备零部件再制造过程中，较多地采用了诸如堆焊、补焊、电镀、电刷镀、激光熔覆等较为成熟的表面修复技术，另外，随着新材料、新技术、新工艺不断发展进步，如纳米等离子喷涂、高速电弧喷涂等先进的加工技术，都将在煤机装备再制造过程中发挥积极的作用[5]。

（5）再制造产品的质量监测与控制技术

煤机装备再制造后，其整机及零部件的检验、检测等都要执行新产品的质量标准，因此对再制造产品的过程控制、工序检测、最终品质控制技术的要求显得尤为重要。采用国际ISO9001质量管理体系，对再制造生产线实现进料、过程、最终全方位的质量控制，现场实行5S、8S等管理方法，再制造产品的质量一定会得到有效的监测和控制。目前对于煤机装备新产品制造过程中的质量控制及预期服役寿命的预测基本成熟，而煤机装备失效、报废的零部件，作为再制造毛坯，因其内部存在的暗裂纹、残余应力、隐形疲劳等各种因素，就使得这些零部件在第一道进料检验工序中，就很难评估其寿命以及能够使用多久，这些都是国内外再制造业将要研究、攻克的重大课题[1]。

5 大同煤矿集团煤机装备再制造现状

大同煤矿集团中央机厂和大同煤矿集团力泰公司专门从事生产制造、维修液压支架等煤机装备，年维修液压支架3 000余架。中央机厂和力泰公司制造、大修液压支架有着近几十年的历史，在液压支架修理方法、工艺设置、质量保障等方面积累了较为丰富的经验，先后大修了2万余套各种型号的液压支架。尤其是力泰公司，专门以维修液压支架为主，具备了相对完善的维修质量保证和技术标准体系。公司于2013年进行了扩能改造，新增19 500平方米生产厂房，新增各种机加工设备136台，形成了液压支架的清洗、拆解、抛丸、喷漆、装配、调试生产线以及立柱、千斤顶加工制造、修理、装配、调试作业流水线。同时重新规划完善了液压支架结构件大修的铆焊车间、液压阀维修车间、整机调试液压车间、零部件机加工车间、原材料切割下料车间、热处理车间等几个主要生产工序车间，建成了较为完善的循环模式液压支架模块化再制造流水线，实现了液压支架再制造从中低端向高端大吨位液压支架的跨越，目前年大修液压支架能力达2 000架，再制造能力得以显著提升。

6 煤机装备再制造经济效益分析

（1）节能、减排、环保煤机装备再制造是节能和环境保护的需要，可以避免零部件采用回炉熔化等原始方式对环境的二次污染，对节能减排和保护生态环境有着重大意义。实践证明煤机装备零部件再制造和原始制造相比，能源消耗仅是原始制造中的1/2，劳动力消耗占60%，原材料消耗仅占30%。

（2）高附加值

煤机装备再制造技术能大大挖掘废旧煤机装备零部件中的高附加值，再制造也是从这个方面产生出来的，在一台煤机装备中，各个零部件的使用寿命不等，由于其中一个零部件局部表面失效而导致整台设备报废。通过再制造工艺技术，对该零部件的局部损伤进行修复，使整机得以恢复功能，充分显示出废旧煤机装备中蕴涵的附加值。

（3）可增加企业效益，提升市场竞争力

煤机装备再制造技术充分利用废旧零部件中蕴涵的高附加值，投入资金少，生产周期短，而再制造后的零部件质量、性能都能达到原新产品的水平。煤机装备再制造设备费用，仅是新设备购置费用的1/2，大大降低了资金投入，降低了生产成本，能为企业创造可观的经济效益，提高企业的市场竞争能力。

（4）直接经济效益和社会效益

某企业以废旧煤机装备的核心零部件为毛坯进行再制造，每年能利用10 000 t左右，利用率70%左右，与生产同等原始零部件相比，节约钢铁7 000 t，折合标准煤4 200 t，同时减少新钢铁的使用，减少污染、排放。

大同煤矿集团力泰公司，以2017年统计数据为准，再制造流水线扩能之前年大修液压支架800多架，其中大修工作阻力8 000 kN以上液压支架300架左右，年均产值9 000多万元。建立循环模式液压支架模块化再制造流水线之后，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，年大修液压支架1 299架，产值16 666万元，比之前提高产值7 666万元。

推广煤机装备再制造，对我国煤炭行业有着重大的战略意义，能够促进煤炭行业煤机装备生产企业布局的结构调整，大力发展煤机装备再制造，对不断完善和建设煤机装备市场经济新秩序有着重要的意义[6]。

7 结论

煤机装备制造业方兴未艾。大同煤矿集团一直把煤机装备制造业作为多元发展的重要产业来抓，注重集团内部机械制造业的调整、重组，成立了煤机装备制造公司，集中各种优势力量发展以煤机装备及其零部件等为主的机械制造业。以电牵引采煤机、大运量工作面运输机、液压支架电液控制系统等为主的一大批煤机装备，技术含量及先进性均走在国内同行的前列，甚至达到国际水平。

大同煤矿集团坚持煤炭主业走“减”“优”“绿”发展之路，在稳步淘汰落后产能的同时，大力建设高产高效的矿井集群，大力培育高效产能，实现煤炭集约化生产。大同煤矿集团规划的11座千万吨矿井已建成9座，以最高标准推进智慧矿山建设，实现了传统机械化开采向智能化减人提效的跨越。煤机装备向着成套化、自动化、智能化、信息化的高可靠性方向发展，煤机装备再制造产业显示出无比广阔的前景。