現在市場上對於汽車起重機採用一個發動機(簡稱單發)還是起重作業和行駛各自用一個發動機即採用雙發動機(簡稱雙發),兩者孰高孰低,是公說公有理,婆說婆有理,那麼,事實到底如何?單發還是雙發,最終還是應該從用戶的角度考慮。只有從整體思考,能為用戶創造產品使用效益的最大化和過程使用成本的最低化,才是最佳的選擇答案。
一般而言,從購買到使用直至最後報廢,用戶消費汽車起重機的相應成本包括購入成本(一般按一次性計算)、使用成本(主要包含油費及維修費)及殘值(殘值作為收入,可計算為負成本)。本文從考察產品的主要消費成本入手,揭示採用發動機布置所引起的成本差異。
下表為QY70K、LT1070和LTM1070-4.1三種起重機的相關對比參數。
上表中:比功率按GB7258-2004《機動車運行安全技術條件》的定義為發動機最大凈功率(或0.9倍的發動機額定功率或0.9倍的發動機的標定功率)與機動車最大允許總質量之比。GB7258-2004標準要求該值必須大於5。
為了使對比的一致性,下文將只對變化的部分進行對應分析,其中以車型一為單發動機、車型二為雙發動機和兩者所必須增加的配置為例,說明設計中如果採用單發動機或雙發動機兩者之間的成本差別。
1、購入成本比較:
購入成本包括外協、外購件的採購成本和生產製造成本。
因為採用發動機的數目不同(單發或雙發),在總體布置、結構形式等方面也不相同,必將在需要的零部件方面產生差別,從而造成外協、外購件的採購成本和自製件成本相差較大。本文僅考慮發動機不同造成的差別,生產過程中的製造成本暫時不計。
車型一(單發)必需增加的零部件:
中心迴轉體及管路,費用約4000元,重量約為120kg。
車型二(雙發)必需增加的零部件:
下車液壓油箱(容量約70升)和濾油器、截止閥、支腿液壓油泵、上車發動機、空濾器、消音器、散熱器、分動箱、燃油箱、蓄電池、發動機控制機構及為安裝以上零部件而配備的支架、防護裝置等,需要增加費用105000元,增加重量約為1500kg。
按GB7258-2004標準中關於比功率規定,一般隨整車重量的增加,要求的發動機功率也要相應加大。所以,採用雙發動機時因重量增加,必須相應提高發動機功率,而提高發動機功率后,設計時又必須要採取加大傳動系統的承載能力,提高制動系統的輸出力矩等措施,導致以後運行過程中所增加的相應費用也不是一個可忽略的數目(因計算繁雜,在此略去)。
採用雙發動機多餘的成本是在購車時一次性投入的,所以考慮資本的利息,採用雙發動機的將有更多支出,此處近似計算為:
101000×(1+5%)10≈16.45(萬元)
其中:5%為商業貸款的平均利率。
小結1:採用單發動機比採用雙發動機至少節省成本16.45(萬元),且重量減少1380kg。
2、使用成本比較:
使用成本主要包含燃油費及維護、修理費。
2.1.油費的比較
國家規定每台機動車的生命周期為10年(至多可以延長至12年),鑒於我國起重機的總體水平,本文的計算按10年考慮;在整個使用周期內,起重機的起重作業時間與行駛時間之比在7:3至8:2之間,本文的計算按7.5:2.5即(3:1)來考慮。
計算起重機終身使用時間:10×305×8=24400小時;其中10年使用時間,每年工作按305天計,每天工作按8小時計。
上車的終身使用時間:24400×3/4=18300小時;
下車的終身使用時間:24400×1/4=6100小時。
採用單、雙發動機對於相同起重作業工況而言,兩者消耗的功率基本相同,但採用單發動機工作時,由於兩方面的原因會增加功率消耗,也即增加耗油量。一是發動機本身所帶附件,如風扇、轉向助力油泵、發電機等比雙發動機的上車發動機輸出功率大,在同等條件下,所消耗的附加功率要多一些;二是操作者在進行起重作業時,對發動機輸出功率與負載吸收功率不能合理匹配,為防止發動機突然熄火等原因,會操縱發動機以更高轉速運行,造成單發動機比雙發動機的上車發動機輸出功率大,從而耗費較多的燃料。
根據表1:LT1070上車採用的發動機的額定功率為112kw,上車發動機在工作時,其平均輸出功率一般按照額定功率的75%計算,即為112kw×75%=84kw計算。
單發動機由於上述兩方面的原因,比雙發動機各多消耗10%的燃油(兩個方面各多消耗5%)。所以,單發動機在整個起重作業生命周期平均要多消耗的燃油量為:
18300×210×84×10%÷1000÷0.9=35868(升)
其中:210——所採用的發動機的平均燃油消耗量(以上所列發動機的平均燃油消耗量在200~220g/kw.h,這裡取值為210g/kw.h);
0.9為燃油的比重;
1/1000為g轉化為kg的係數。
按目前平均每升燃油銷售價約4元計算,則採用單發動機在10年間共增加耗油成本:
35868升×4元/升=14.35(萬元)
但是,從另一方面考慮,按GB7258-2004機動車運行安全技術條件規定,一般隨整車重量的增加,要求的發動機功率也要相應加大。採用雙發動機的整車重量(只考慮發動機變動部分)增加了1380kg,會額外加大行車的耗油量,額外加大行車的耗油量占整車耗油量的比例為:1380÷46000=0.03。
LT1070下車採用的發動機的額定功率為261kw,車輛行駛時,其平均輸出功率一般按照額定功率的75%計算,即為261kW×75%=195.75kw計算。
10年間共增加使用耗油成本費用近似計算值為:
6100×210×195.75×0.03÷1000÷0.9×4≈3.34(萬元)
綜合考慮上述兩方面情況:採用雙發動機比採用單發動機節省的成本為:14.35-3.34=11.01(萬元)
2.2.維修成本比較
在正常使用周期內,起重機用的發動機都需要進行下列檢查、維護和保養工作。對潤滑系統,每年至少需要更換柴油機潤滑油一次,同時需要更換機油濾清器或濾芯;對冷卻系統,每二至三年需更換防凍液,每年入冬前要檢查、調整冷卻液冰點,有水濾清器的還需要清洗或更換濾芯;對燃燒系統,每年要清洗或更換燃油濾清器濾芯(包括粗濾和精濾),檢查和調整噴油嘴開啟壓力,在試驗台上檢查和調整噴油泵;對進氣系統,檢查空濾器保養指示器或指示燈,按要求定期清潔或更換空氣濾清器濾芯(包括主濾芯和安全濾芯),清理空濾器集塵杯,檢查和緊固進氣管路,檢查增壓器軸承間隙。其它維護和保養的還有活塞及環、軸瓦、皮帶、氣門及推桿、正時齒輪室等工作。
在正常使用周期內,還要考慮到發動機一至兩次大修和兩至四次中修。
因此,從維護和保養方面來講,採用雙發動機比用單發動機的維修成本要增加,按平均每年的維修成本5000元計算,多一個發動機,十年需多支付5萬元維修成本。
小結2:綜合耗油費和維修成本,採用雙發動機比採用單發動機節省的成本為:11.01-5=6.01(萬元)。
考慮殘值,在十年後,採用單發動機和雙發動機相差很小,此處忽略不計。
總結:採用單發動機比採用雙發動機節省成本為:16.45-6.01=10.44(萬元)。
3、其他方面的說明:
從發動機的利用率來說,雙發動機比用單發動機也有明顯差別,其下車行走用的發動機僅為單發動機起重機工作小時數的四分之一。從投資效率方面考慮,資金的利用率沒有得到充分發揮。
從產品性能和可靠性方面來說,對於整備質量一定的車輛,其重量利用率(配重體質量與整備質量之比)也應成為衡量起重能力的一個指標。即起重機在3米幅度起重量一定時,加在配重體的載荷越大,其中,長臂工況穩定性就越好,相對應的起重量也越大。反過來說,在起重能力一定時,車輛的整備質量越輕,用戶的採購成本和使用成本也就越少(作者認為利勃海爾公司在這方面是做得比較成功的典型)。而系統的功能在滿足使用要求的前提下,系統的結構越簡潔,其可靠性就越高。
近年來,電子控制噴射技術的柴油發動機採用了一系列新技術,包括增加高壓噴射、增壓器帶控制閥、四氣門技術、電控燃油噴射技術、排放控制技術等,能夠降低燃油噴射量近20%,提高發動機動力5%~7%,減少燃油消耗3%,並降低發動機噪音3分貝,行駛時發動機排放能夠達到歐Ⅲ排放標準,甚至能夠滿足將來更加嚴格的排放標準。
最主要一點是發動機的ECU(電子控制單元)可以根據產品車的實際工況,制定相應輸出功率曲線(即雙功率曲線發動機)。行車時發動機按最大功率模式輸出動力,而在起重作業時採用PTO模式輸出動力,使發動機工作在所設定的區間,包括最低、最高轉速,額定功率、扭矩等,綜合駕駛員的意願及反饋的負載大小,通過電子控制噴射系統適量供油,消除操作者在作業時的不合理現象,使發動機始終處於高效、經濟運行區域工作,從而達到省油和最大限度降低運行成本的目的。徐州重型機械有限公司已經推出的QY80K汽車起重機、Liebherr公司的LTM1070-4.1起重機是單發設計模式的典型代表。
下一步工作是推進單發雙功率曲線電控發動機在起重機產品上的應用,使產品的技術性能得到進一步提高,並成為公司技術創新的又一亮點。