机械式挖掘机与矿用液压挖掘机使用成本对比分析

康贵红

（太原重工股份有限公司技术中心， 山西 太原 030024）

0 引言

机械式挖掘机和矿用液压挖掘机主要用于大型露天矿的剥离和采装作业，属于矿用自卸车或者自移式破碎站的上游配套设备。机械式挖掘机（以下简称电铲，见图1）采用机械方式传动，具有挖掘力均匀稳定、作业范围大、单位能耗低、维护成本低、整机寿命长等优点，但整机价格相对较高。矿用液压挖掘机（以下简称液压铲，见图2）采用液力传动，具有设备体积小、重量轻、机动灵活性好、整机价格低等优点，但挖掘力波动大、作业范围小、单位能耗高、维护成本高、整机寿命短、关键件国产化率低[1-2]。

图1 机械式挖掘机

图2 矿用液压挖掘机

图3 电铲装车图

图4 液压铲装车图

在现代化高效率、低成本运行的大型露天矿山，电铲因其节能、高效、全生命周期使用成本低等优点，为大型露天矿山的主力开采设备，而矿用液压挖掘机因其灵活的特点，一般用于电力设施不完善或频繁更换工作面的开采工况[3]。

1 原理介绍

1.1 机械式液压挖掘机

机械式液压挖掘机工作原理主要是通过高压电供给驱动电机作为动力源，电机再驱动齿轮箱到各执行机构完成作业，整机主要分为三大系统。

1.1.1 机械系统

机械系统按照执行功能分为五大机构：分别为提升结构、推压结构、回转机构、行走机构以及开斗机构。

1.1.2 润滑和气路系统

润滑和气路系统分为：气路系统、干油自动集中润滑系统、开式齿轮油自动集中润滑系统、减速机稀油润滑系统等。

1.1.3 电气系统

电气系统主要由供电系统、变频控制、超大功率驱动、状态监测、故障自诊断、远程监控系统等组成。机械式挖掘机主要适合高压电网较为完善的大型露天矿山，对供电系统要求较高。

1.2 矿用液压挖掘机

矿用液压挖掘机为大型露天矿山采矿设备，太重主要机型有WYD260/WY260、WYD390/WY390、WYD600、WYD800 等系列产品，徐工主要机型有XE1350、XE2000、XE2800、XE3000、XE4000、XE5600、XE7000 等吨位车型，驱动方式采用柴油驱动或电机驱动的不同方式，由柴油机或电机提供动力驱动液压系统，液压油经过压力和速度控制后，驱动油缸完成动作。该挖掘机采用高效的液压系统，配备优质的发动机，提供强劲的动力输出和高效的工作效率。同时配备了先进的操作控制系统，包括精确灵敏的操纵杆和多功能显示屏，使得操作人员能够轻松掌握和控制挖掘机的各项功能。此外，系统还具有智能故障自诊断和远程监控功能，能够及时检测并解决潜在问题，提高了工作效率。

2 市场情况介绍

目前国际市场上15 m3以上的矿用液压挖掘机主要被小松、卡特彼勒、利勃海尔、日立等厂家垄断，国内三一重工和徐工进行了相关产品开发，其中液压阀组、发动机等核心件均采用进口，相关产品也都处于试验阶段。电铲主要由太重、小松、卡特彼勒等三家垄断，国内新增市场太重产品市场占有率达95%以上。近年来随着太重产品力的不断提升，以及国际环境变化带来新的需求，电铲每年保持25%以上增长，已成为露天矿设备供应重要的一支力量。

国内市场15 m3以上级别矿用液压挖掘机保有量仅10 余台，主要用于矿山湿软地面、台阶边缘等特殊条件下辅助或应急作业。近五年新增量不超过5台，其中徐工15 m3在华联某矿和西藏某矿业使用，目前西藏矿业因其可动率过低已停止使用；2019 年徐工第一台XE7000（34 m3）在准格尔某露天煤矿试用，2022 年8 月第二台改进型XE7000 下线。

总体而言，液压挖掘机凭借其强大的动力系统、稳定可靠的结构设计、先进的操作控制系统、多功能的工作装置和人性化的驾驶室设计，在重型挖掘任务中表现出色。然而，用户在选购时需考虑其重量、燃油消耗以及运输和维护成本等因素。

下面将电铲与液压铲具备相近挖掘能力的设备之间进行比较，假设同等年产量条件下，对比使用寿命、采购价格、能源消耗、备件消耗等主要参数，最后将电铲与液压铲全生命周期内折合成吨成本进行比较。

3 WK-12C 电铲与260 t 级矿用液压挖掘机对比

WK-12C 电铲与260 t 级矿用液压挖掘机生产能力相当，根据某矿方使用情况统计，其主要参数对比见表1。

表1 WK-12C 与260 t 级液压铲参数

经对比，该吨位电铲的生命周期为液压铲的2.5倍，以电铲的生命周期25 年为基准，液压铲的购置成本是电铲的1.29 倍，综合考虑设备采购成本、备件消耗、能源消耗后，全生命周期折合吨成本液压铲是电铲的2.13 倍。

4 WK-20 电铲与360 t 级矿用液压挖掘机对比

WK-20 电铲与360 t 级矿用液压挖掘机生产能力相当，根据国内某矿方使用情况统计，其主要参数对比见表2。

表2 WK-20 电铲与360 t 液压铲参数

经对比，电铲的生命周期为液压铲的2.5 倍，以电铲的生命周期25 年为基准，液压铲的购置成本是电铲的1.79 倍，综合考虑设备采购成本、备件消耗、能源消耗后，全生命周期折合吨成本液压铲是电铲的2.29 倍。

5 WK-35 电铲与XE7000 矿用液压挖掘机对比

WK-35 电铲与徐工XE7000 矿用液压挖掘机生产能力相当，其主要参数对比见表3。

表3 WK-35 电铲与XE7000 矿用液压挖掘机参数

经矿用实际消耗量对比，电铲的生命周期为液压铲的2.5 倍，以电铲的生命周期25 年为基准，液压铲的购置成本是电铲的1.66 倍，综合考虑设备采购成本、备件消耗、能源消耗后，全生命周期折合吨成本液压铲是电铲的2.32 倍。

在露天矿山的工作实践中为了提高开采的效率以及安全，会科学地选用机械设备。总结现阶段的露天矿山开采会发现，矿用挖掘机是矿山开采工作实践中不可或缺的设备，其主要有电铲和液压铲两种类型。这两种类型的矿用挖掘机在实践中所表现的特点和优势各不相同，适用的条件也有显著的差异，所以为了保证设备的科学利用，需要在实践中做好设备的分析与选择工作。简言之，露天矿山在开采过程中是选用电铲挖掘机还是液压铲挖掘机需要根据实践来做判断，本文仅对部分矿方生产模式进行整理，分析讨论不同情况下的矿用挖掘机选择，这对于实践工作指导帮助巨大。文章分析研究露天矿山电铲和液压铲的选择，旨在指导实践工作，为国内其他露天矿选用提供参考。