300噸級礦用自卸車及核心部件國產化的總結與思考

徐 濤 楊成華 李書涵

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

目前，國內千萬噸級礦山土方運輸用主流車型為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，表現出越來越大型化的趨勢，且主要從國外進口。從我國礦山企業使用進口大型礦車起，始終伴隨著高昂的備件采購成本和苛刻的商務條款，雖然國產化的努力始終沒有停止，但是由于薄弱的工業基礎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化始終發展的不理想。自2008年金融危機以來，國內礦山企業經歷了嚴重的低谷周期階段，隨著我國推進供給側改革工作的不斷深入，到2017年才稍有好轉，礦山企業困難時期對礦車及部件國產化的需求狀態更顯突出。與此同時，國內重型高端裝備成為國家政策鼓勵發展的行業，多家綜合實力較強的礦車生產企業開始開發和生產300噸級礦車，給礦車整車和部件的國產化帶來新的力量和技術。

本文主要從技術角度對300噸級礦車和部件的國產化進行分析和評估，從而帶來一些新的思考，供相關礦山企業和行業主管部門參考。

1 國內300噸級礦車開發情況

隨著我國工業能力的不斷增強，我國礦車生產企業不斷開發100噸級礦車，近10年，陸續開發了200噸級和300噸級大型礦車，這代表了我國大型礦車的研發和制造實力已達到較高的水平。2008年，湘電重型裝備有限公司研制開發了的SF33900型220 t電動輪自卸車，在此基礎上于2011年開發了SF35100型300 t交流傳動電動輪自卸車，成為我國開發的第一臺300噸級礦車；2011年，中冶京誠(湘潭)重工設備有限公司研制生產的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園下線，這是國內第一臺載重363 t礦車，最終順利通過礦區工業運行試驗考核；2014年，內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3臺投入中廣核納米比亞湖山鈾礦運行；中國航天科工集團所屬的航天重型工程裝備有限公司于2011年開始進入礦車行業，于2014年研制生產出載重363 t的HT3363礦車，2017年在神華準格爾能源集團有限責任公司黑岱溝礦圓滿完成工業運行試驗，并通過新產品鑒定，該車性能指標達到國際先進水平的同時，國產化水平也有突破性提高；此外，國內工程機械龍頭徐州工程機械集團有限公司也聯合國內優勢單位和大學研發了一臺300噸級礦車，但限于行業形勢和產品成熟度沒有進一步發展。

2 國內整車及部件研發生產能力評估

大型礦車一般由車架、動力系統、交流電驅動系統、前橋、后橋、平臺、駕駛室、貨廂、電氣系統、液壓系統(含轉向、舉升、制動等)、智能診斷系統及附屬系統等組成。由于運行工況惡劣，同時對其年運輸能力和經濟性有較高的要求，使其成為土方運輸機械中技術含量最高的產品。目前100噸級以上礦車動力系統中的發動機自主國產化難度仍然較大，短期內難以看到突破性進展，但國內主要生產廠家已具備了整車的集成能力，整車性能不斷與國際先進水平接近，整車其它總成件均不同程度的具備了國產化能力。本文以大型結構部件、電驅動系統、大型輪邊減速機、輪胎和其它核心部件等為切入點，對300噸級礦車主要總成的國產化技術能力和生產能力進行分析和總結。

2.1 大型結構件

300噸級礦車大型結構件主要包括車架、前橋、后橋、貨廂等，作為整車主要的承載部件，這些大型結構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鋼板和鑄鋼，貨廂所用的材料主要是高強鋼板和耐磨鋼，這些材料均要求具有強度高、韌性好、低溫性能好以及焊接性能好等特點，因此綜合性能優異的材料才能保證大型結構件的使用壽命至少達到10 a以上。根據國際成熟的礦車經驗，先進礦車所用耐候焊接結構鋼板應具有良好的綜合性能。國內有些廠家首次制造礦車時，選擇使用全進口鋼板制造車架和后橋。航天重型工程裝備有限公司聯合原武漢鋼鐵集團研究院開發了363 t礦車專用高強鋼板，通過制定合理的焊接工藝并經過焊接評定，焊接后的綜合性能超過進口鋼板，應用該型鋼板成型的車架通過了整車工業性運行和檢測，說明國產高強鋼板完全可以用于300噸級礦車大型結構件。

車架為鋼板和鑄鋼焊接的結構對鑄鋼的材料性能要求與鋼板相近， 雖然300噸級礦車鑄鋼件結構尺寸較大且鑄造難度較高，但是隨著我國基礎工業的發展，國內進行重達十余噸的高強鋼鑄造有較多選擇，關鍵是要加強過程質量檢驗，如逐件進行表面探傷和射線檢查等。對于耐磨鋼板，國內各個主要鋼廠均開發了耐磨等級在400以上的耐磨鋼板，可以應用于大部分礦山應用場景，對于耐磨要求極高的工況環境和貨廂的關鍵部位，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噸級礦車對大型結構件有較高的性能和尺寸精度要求，否則對整車長期運行可靠性有嚴重的影響。車架對制造工藝的要求是重要焊縫達到一級焊縫標準(現實操作中焊縫要雙面焊接、嚴格要求焊高)、部件和整體焊接變形小；前橋要求大型鑄件加工精度高、熱處理和硬化處理達到設計技術要求；后橋要求厚鋼板卷筒精度高、開孔和焊接變形小；貨廂要求高強鋼板和耐磨鋼板預制結構件精度高、組件組裝對接精度高。

通過采用國際先進的焊接標準，制定合理的焊接工藝和焊接方案，國內的設計水平和工業制造能力具備生產300噸級礦車大型結構件的能力。航天重型工程裝備有限公司開發的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 電驅動系統

電驅動系統主要部件有驅動控制系統、發電機、牽引電機和電阻箱。目前在高鐵行業和工業控制系統的高速發展下，電驅動系統的技術基礎和制造基礎已經具備，難點在于300噸級礦車對發電機、牽引電機和電阻箱的體積和重量有較高限制要求，對驅動控制系統還增加了高電壓和適應不同工況環境復雜多變的控制要求，這些因素導致短期內開發300噸級礦車國產電驅動系統難度較大。

在國內參與電驅動系統開發的企業中，中國中車永濟電機有限公司為西門子的360 t礦車電驅系統配套了發電機，達到了國際先進水平。國內有多家企業進行了200噸級礦車的牽引電機和電阻箱的配套，中車株洲變流技術研究中心研發成功了100噸級的驅動控制系統，該中心也進行了200噸級礦車的驅動控制系統的開發，并規劃了300噸級礦車驅動控制系統研發計劃。這些情況表明，300噸級電驅動系統國產化的技術基礎已經具備。

從國內礦車行業單個整車制造商的角度看，整合國內分散的資源完成300噸級電驅動系統開發的意愿不足，同時共同支持和整合的政策和市場環境也不具備，根本原因在于投入巨大，而且要冒巨大的技術和市場風險因素，這是目前國內開發300噸級礦車電驅動系統所面臨的困境，這些均需要進行技術創新和商業模式創新才可能取得突破。

2.3 大型輪邊減速機

300噸級礦車使用的大型輪邊減速機相對于其他行業的減速機在制造技術上有相通的方面，對材料、齒輪加工和檢測、裝配精度均有較高的要求，除需適應礦車有限的安裝空間外，還要求減速機承載能力大、可靠性高、壽命長，適應礦車在惡劣的環境長期運行，這對減速機的設計有極高的要求。

從國內多家綜合實力較強的大型減速機制造企業看，基本都具有大型減速機的制造、檢測、試驗能力，但在300噸級輪邊減速機均沒有較強的設計能力，這是成熟可靠國產大型輪邊減速機較少的主要原因。

另一方面，國內已有多家企業進行了大型輪邊減速機的國產化嘗試，如中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，已為礦區成套供應200噸級輪邊減速機備件，已開始開發和制造300噸級輪邊減速機的能力；航天重型工程裝備有限公司為363 t礦車自主開發設計了驅動扭矩達150萬N·m的輪邊減速機，并委托大連華銳重工集團制造和集成，設計了嚴苛的廠區臺架試驗方案，該產品在工廠進行了幾個月的強化疲勞試驗，試驗中進行了溫度和應變測試，試驗結束進行了分解檢查和分析評估，產品性能完全滿足設計要求，該產品出廠后隨整車通過了工業性運行考核驗證。

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。國內輪胎廠家達數百家，但礦車輪胎長期依賴進口，近年來國內有多家實力較強的企業開發了礦車輪胎，如福建省海安橡膠有限公司、天津國際聯合輪胎橡膠有限公司、三角輪胎股份有限公司、賽輪金宇集團股份有限公司等。目前100噸級礦車的國產輪胎已與進口國際品牌性能接近，有較高的性價比，并在逐漸擴大市場份額。而200噸級和300噸級礦車的輪胎在國內應用時間較短，在產品性能上還有待提高和驗證。

基于礦車輪胎的發展前景，目前一些國內輪胎企業也開始聚焦于200噸級以上礦車輪胎的研發，比如福建省海安橡膠有限公司，是國內專門專注于開發全鋼子午線巨型工程輪胎的生產企業，該公司依托30多年的礦山輪胎管理經驗，成功突破了巨型輪胎技術的瓶頸，打破了米其林、普利司通等國外企業相關技術的壟斷，成功研發了53/80R63、59/80R63規格的系列巨型輪胎，具備了大批量穩定生產和質量控制能力，并已與力拓、必和必拓、FMG等國際知名礦業公司開展了配套合作，輪胎產品標準和質量控制標準都緊跟進口國際品牌輪胎，已在國內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動機、駕駛室、電氣系統、液壓系統、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動機以美國康明斯公司生產的發動機為主，但近年來以濰柴動力股份有限公司為代表的國內企業在大功率柴油發動機的研發上取得進展。濰柴研發的12M55發動機功率將達到1985 kW，已接近康明斯QSK60發動機。

(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，國內專業駕駛室生產廠家從表面處理到內部裝飾已達到國際一流水平，駕駛室內電氣部件大部分均可從市場獲得，從技術角度國內已具備提供一流的駕駛室能力。

(3)電氣系統主要指整車的弱電控制部分，整車生產企業一般均具備電氣系統的設計能力，包括電氣系統集成和控制軟件設計，其使用的器件從中端到高端均可從市場獲得，國內開發的各車型電氣系統均沒有嚴重問題。

(4)液壓系統是關系整車使用性能和安全的重要部分，主要包括液壓動力站、轉向、制動、舉升等子系統，目前國內具備液壓系統的集成設計能力，但300噸級礦車選用的器件大部分仍為進口品牌，部分企業也進行了國產化嘗試，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、轉向油缸，這些油缸在礦山備件市場有較多的國產化制造。近幾年，國內開發的300噸級礦車一般均使用國產油缸，大多使用進口的密封組件，國產油缸完全可以滿足礦山的惡劣使用環境。

(6)300噸級礦車上如集中潤滑系統等其它一些附屬部件，要求較高的可選用進口產品，要求較低的也可選用國產的替代產品。輪輞組件可完全使用國產產品，具有較高的性價比。目前新增的攝像頭、安全探測、瞌睡報警系統等組件，國內完全具備設計和集成生產能力。

3 300噸級礦車國產化后續發展思考

通過對300噸級礦車各主要總成件國內發展現狀的梳理，可以看出近10年來，國內礦車生產廠家在主要總成國產化上均取得了巨大的進步。在整車集成、大型結構件、駕駛室、電氣系統和油缸等方面已具備完全的自主設計和開發能力；在電驅系統、輪邊減速機、發動機和液壓系統方面也具備相當的制造和設計能力，這得益于國家對高端裝備制造的政策支持，也與大型礦山企業積極推進和支持國產大型礦車發展有很大關系。總結前期大型礦車國產化成功的經驗，展望我國300噸級礦車的進一步發展，提出以下幾點思考：

(1)雖然國內已形成可觀的核心總成生產和配套能力，但資源能力較為分散，需要依靠市場和國家導向進一步整合，盡快形成大型礦車一流的系統配套能力，輻射國內和國際市場。

(2)大型礦山企業集團需要進一步樹立對國產高端裝備的信心和支持國產化戰略，才能在采購礦車進口備件時有更大的議價能力，有效降低備件采購成本。

(3)國內整車生產企業必須緊密合作，穩步提高大型礦車國產化率，可優先重點解決大型礦車電驅系統輪邊減速機的國產化問題，目前已具備這樣的技術基礎。在提高礦車國產化率、降低成本的同時，還要注重礦車安全可靠性和售后服務工作，爭取早日在全壽命周期成本、性價比方面超越同規格進口礦車。

(4)大型礦車發動機和輪胎的國產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，但在其國產化研發中切忌急功近利，需要重視基礎技術的研究和基礎數據的收集，并且不斷優化，從根本上提高產品的質量和使用壽命。

(5)在國家相關政策和大型礦業集團的支持下，300噸級礦車整車和核心部件國產化已取得重大進步，后續需要根據新的情況和形勢，優化支持政策和方式，建議對有前景和礦區運行有良好口碑的產品進行重點支持。

參考文獻：

[1] 李勇，楊耀東，馬飛.礦用電動輪自卸車的概況及未來發展趨勢[J].礦山機械，2010(7)

[2] 孫那斌.礦用大型自卸卡車的國產化探討[J].露天采礦技術，2009(5)

[3] 丁震，王鐵軍， 孟峰等 .巨型礦用輪胎全壽命管理研究[J].中國煤炭，2014(9)