基于循环经济的冶化运输设备利旧改造技术研究

1 引言

当前冶金企业普遍面临设备更新迭代产生的闲置资产处置压力。据中国工程机械工业协会统计数据显示，我国工业企业年报废设备价值超千亿元，其中约 30% 具备功能性改造潜力，但实际再利用率不足 15% 。尤其在冶化物流环节，特种车辆因工艺变更常提前退役，但其底盘、动力系统等核心部件仍具使用价值。传统“报废-购置”线性处置模式不仅造成资源浪费（每台废旧车辆产生约 4.8 吨废钢铁），还需支付高额拆解成本（约 5000 元/台），而新购运输设备则面临高昂投资压力（如 2 台平板车需65 万元）。

这一矛盾在资源密集型行业尤为突出。本研究以某冶炼厂闲置废液车（1 台）、翻斗车（1 台）为对象，通过结构重构与功能优化，探索特种车辆向通用运输平台转化的技术路径，为行业提供降本增效新范式。

2 问题诊断与改造目标

2.1 现状痛点分析

冶化企业运输系统普遍存在三方面结构性矛盾：

-资产闲置损耗：专用车辆因工艺调整提前退役，如废液车罐体腐蚀失效，翻斗车液压系统老化，年均产生 1.2 万元/台的维护成本，且占用仓储空间形成沉没成本。

-运力结构失衡：冶化生产需转运大型备件（如电解槽）、捆轧管材等非标物料，既有厢式货车与自卸车适配性差，且存在安全隐患。

-新增运力成本高：新购平板车单价达 32.5 万元，超出局部运输作业的经济性阈值。加之环保政策趋严，传统罐车处置成本增加 30‰ 。

2.2 改造目标设定

基于问题诊断，项目确立三级目标体系：

1.功能转换目标：拆除冗余结构（罐体/液压系统），构建通用平板运输平台，适配 5 类以上物料（废残极、吨袋原料等）

2.成本控制目标：改造成本 ⩽8 万元，回收期 <6 个月

3.效能提升目标：车辆利用率提升至 90% 以上，运输效率提升 40%

3 改造方案设计

3.1 技术路线与实施流程

项目实施遵循“评估-拆解-重构-验证”四阶段模型：

关键步骤包含：（1）车辆关键部件探伤检测；（2）罐体与液压系统无污染拆解；（3）车架应力分散设计；（4）多功能承载平台集成；（5）制动系统升级；（6） 300km 负载路试验证。

3.2 关键技术突破

3.2.1 结构轻量化改造

-冗余结构拆除：采用等离子切割技术拆除废液车罐体（减重 3.2 吨）、翻斗车液压举升系统（减重 1.8 吨），保留高强度车架（材料 Q345B）及康明斯 ISDe30040 发动机

-平台结构优化：采用桁架式平板设计（尺寸： 6.2×2.4m ），利用废旧 H 型钢（截面 200×200mm ）纵向加固，承载强度达 12t/m² 。通过有限元分析（ANSYS19.0）验证，在满载 10 吨工况下最大变形量 ⩽2.3mm

-底盘减重设计：移除备用油箱、辅助液压管路等非必要部件，合计减重 1.1 吨3.2.2 多功能适配设计

-模块化锚固系统：矩阵锚固点（ 500×500mm ）

-可扩展栏板结构：快换式旋锁机构（切换 <5 分钟）

-防滑处理技术：表面铺设花纹钢板，摩擦系数达 0.85，较普通平板车防滑性能提升 60%

3.2.3 安全性提升

-制动系统升级：增加 WABCO 气压储能装置，坡道制动距离由 15m 缩短至 9.8m （降低 35% ）

-可视化增强：加装 LED 作业警示灯（照度 5000cd）与反光标识系统，提升夜间作业安全性

-结构补强设计：在车架应力集中区焊接 δ12mm 三角形补强板（应力集中↓ 62% ），应力集中下降 62%

4 效益分析

4.1 经济效益量化分析

4.1.1 直接成本节约

-新车购置替代效益：新购同等规格平板车单价 32.5 万元，2 台合计 65 万元；实际改造成本 8 万元（含材料 5.2 万+人工 2.8 万），直接节省 57 万元

-处置成本规避：废旧车辆拆解费用约 5000 元/台，2 台合计节约 1 万元

-运营成本降低：通过轻量化设计及动力优化，单台车年燃油成本由 12.16 万元降至 10.56 万元（按 4 万公里/年、柴油 8 元/升计），2 台年节约 3.2 万元；维护成本从2.4 万元/年降至 1.4 万元/年，节约1 万元

4.1.2 增量收益创造

-闲置资产激活：改造前车辆基本闲置（利用率 <10% ），改造后投入冶化生产运输链，单台车日均创效 600 元（运输废残极、备件等），年运营天数 300 天，2 台车年增收 36 万元

-效率提升收益：装卸时间由 45 分钟/次缩短至 22 分钟/次，日均运输趟次增加 1.8倍

4.1.3 综合效益评估

一次性节约成本：新车购置节省 57 万 处置费节省 1 万共 58.0 万；

年度运营成本节约：燃油节约 3.2 万 + 维护节约 1 万共 4.2 万；

年度增量收入：600 元/天 ×300 天 ×2 台共 36.0 万

首年总效益： 共 98.2 万

年化持续效益： 共 40.2 万

>注：投资回收期=改造成本/年化持续效益 =8/40.2≈0.2 年（2.4 个月）

4.2 环境与社会效益

-资源循环利用：盘活闲置设备 2 台，减少废钢铁处置量 9.6 吨，相当于节约铁矿石开采 15.3 吨（按 1：1.6 转化率计算）

-碳减排效益：油耗降低至 33L/百公里（原 38L），年节油 4000 升，折合 CO₂⟩ 减排 10.68 吨（柴油 CO₂排放系数 2.67kg/L ）

-安全风险控制：通过制动系统升级与结构加固，事故率下降 70% ，符合GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》要求

5 创新点与应用价值

5.1 技术创新

-车架应力分散设计：创新采用三角形补强板结构，解决了传统拼接式加固增重过大的问题

-变截面纵梁技术：采用阶梯式纵梁，兼顾承载强度与自重控制，较等截面设计减重 18%

-模块化锚固系统：开发快换式旋锁机构，实现锁具的 5 分钟内切换，较传统焊接固定方式效率提升 6 倍

5.2 管理创新

-全生命周期价值重塑模型：建立“诊断评估→结构再造→功能升级→循环验证”四步法，使专用设备残余价值转化率提升至 76% （行业平均 ⩽35% ）

-跨部门协同机制：整合设备、生产、安环部门资源，改造周期压缩至 30 天（行业同类项目平均 60 天）

6 结论

1.经济性突出：以 8 万元改造成本置换 57 万元新车投资，首年创效 98.2 万元，颠覆了“报废-购置”的传统设备更新逻辑。投资回收期仅 2.4 个月，远低于行业设备投资平均值（3.5 年）。

2.技术可行性高：通过结构重构与系统优化，使专用车辆转变为通用运输平台，物料适配种类提升 60‰ 。独创的“车架应力分散设计”和“变截面纵梁技术”解决了废旧特种车辆改造中的结构强度与轻量化平衡难题。

3.绿色效应显著：实现设备全生命周期碳足迹削减（约 42 吨 CO₂ 当量），契合冶金行业低碳转型需求。项目资源循环利用率达 91.3% ，为破解“碳锁定效应”提供实践路径。

参考文献

[1]王陈鹏.煤矿闲置设备循环利用技术经济分析[J].矿业工程，2025（2）：45-48.

[2]《危险货物运输车辆清洗技术规范》，GB/T 39198-2023.

[3]中集车辆研究院.罐式车辆轻量化设计手册[M].北京：机械工业出版社，2023.