挖掘機

挖掘機（ digging   machine）它是建筑機械的主要類型，也是土方工程中的主要機械設(shè)備之一它被稱為工程機械之王，挖掘機的工作量在工程中約占60%75%挖掘機廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟建設(shè)的許多行業(yè)，如工業(yè)和民用建筑、交通、管道、水利電力、農(nóng)田改造、在采礦和現(xiàn)代軍事及其他工程行業(yè)的機械建設(shè)中。

挖掘機可以追溯到15世紀末出現(xiàn)在意大利的淤泥挖泥船。1833年，美國費城的鐵路工程師威廉·奧蒂斯（William   Otis）第一臺蒸汽機被設(shè)計和制造出來、安裝在鐵路平車上的懸臂式單斗挖掘機。1880年，第一批以拖拉機為底盤的半旋轉(zhuǎn)式蒸汽鏟出現(xiàn)。1910年，美國出現(xiàn)了第一臺電機驅(qū)動的單斗挖掘機，并使用了履帶式行走裝置。1912年，由汽油發(fā)動機和煤油發(fā)動機驅(qū)動的全回轉(zhuǎn)單斗挖掘機出現(xiàn)。1916年，由柴油發(fā)電機驅(qū)動的單斗挖掘機出現(xiàn)。法國波克蘭，1951年（波克蘭）該公司推出了世界 第一臺全液壓挖掘機。20世紀80年代，出現(xiàn)了帶有輔助電子控制系統(tǒng)的液壓挖掘機，即現(xiàn)代液壓挖掘機。

挖掘機的種類很多，主要分為單斗挖掘機和多功能挖掘機，而單斗挖掘機又分為機電挖掘機、挖掘機械、汽車式挖掘機、步履式挖掘機。多功能挖掘機分為挖掘裝載機、水陸兩用挖掘機、隧道挖掘機、船用挖掘機、抓鋼機、汽車拆解機、高邊坡挖掘機。

挖掘機的主要部件是工作裝置、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、動力裝置、傳動機構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備等。此外，單斗挖掘機和斗輪挖掘機也有轉(zhuǎn)盤，多斗挖掘機有物料輸送裝置。電力驅(qū)動的動力裝置、內(nèi)燃機驅(qū)動和復(fù)合驅(qū)動。中小型機器使用柴油機或柴油發(fā)動機-電機復(fù)合驅(qū)動，主機由電機驅(qū)動。傳動機構(gòu)通過液壓泵將發(fā)動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執(zhí)行元件，推動工作裝置完成各種操作。行走裝置用于支撐機器，使機器能夠改變工作位置和轉(zhuǎn)移工作場地。工作裝置用于完成挖掘作業(yè)。為了滿足不同施工作業(yè)的需要，挖掘機可以配備多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等作業(yè)工具。 

挖掘機未來的發(fā)展趨勢是更加數(shù)字化和智能化。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用使挖掘機設(shè)備的控制更加精確，更容易實現(xiàn)智能化。信息技術(shù)可以使設(shè)備得到更好的服務(wù)和保障，服務(wù)人員可以在任何地點實時掌握設(shè)備的使用狀態(tài)、故障信息大大提高了產(chǎn)品的使用效率，縮短了故障修復(fù)的周期。智能挖掘機是在傳統(tǒng)挖掘機的基礎(chǔ)上通過智能技術(shù)升級改造而成的，既有傳統(tǒng)挖掘機的基礎(chǔ)系統(tǒng)，又有機器感知系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)獨立的智能操作。

結(jié)構(gòu)介紹

動力挖掘機械、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)、工作裝置和電氣控制系統(tǒng)等。單斗挖掘機和多斗斗輪挖掘機有轉(zhuǎn)盤，斗式挖掘機也有物料運輸裝置。

動力裝置

有柴油機、電動機、帶外部電源的柴油發(fā)電機組或轉(zhuǎn)換機組。柴油機多采用柴油機和電動機、小型挖掘機械，由原動機集中驅(qū)動，兩者可以互換。柴油發(fā)電機組和外部電源轉(zhuǎn)換機組用于大型、中型挖掘機械，由多臺電機分別驅(qū)動。挖掘機的動力裝置一般使用柴油發(fā)動機由于工作環(huán)境惡劣，溫差大，外部載荷和沖擊載荷大且變化頻繁，要求動力裝置具有較高的功率和扭矩儲備。柴油發(fā)動機功率大、壽命長、動力特性好、渦輪增壓具有熱效率高燃油經(jīng)濟性好等一系列優(yōu)點、中冷、直噴、隨著廢氣催化轉(zhuǎn)化和微粒捕集器等先進技術(shù)的應(yīng)用，柴油機的排放指標不斷提高。基于上述優(yōu)點，柴油機已成為工程機械的主要動力源。

傳動裝置

液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)將發(fā)動機系統(tǒng)提供的機械能轉(zhuǎn)化為液壓能為工作裝置和行走裝置提供動力，通過向工作裝置的油缸和行走裝置的行走馬達輸出不同順序的高低壓液壓油來控制工作裝置和行走裝置的運動。它包括主泵、主控閥、先導(dǎo)控制系統(tǒng)、液壓油箱系統(tǒng)等。

挖掘機

液壓系統(tǒng)主要分為定量液壓系統(tǒng)和變量液壓系統(tǒng)。大多數(shù)工程機械制造公司（比如CASE和JCB）兩者都采用定量液壓系統(tǒng)，而卡特彼勒（卡特彼勒）和沃爾沃，少數(shù)公司使用可變系統(tǒng)（即負載敏感可變液壓系統(tǒng)）所謂可變系統(tǒng)就是可以根據(jù)負載的大小來調(diào)節(jié)泵排量的液壓系統(tǒng)正是因為排量可以隨時調(diào)節(jié)，才降低了挖掘機裝載機的油耗，進而降低了液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量。

傳動系統(tǒng)

挖掘裝載機的傳動大多采用液壓機械傳動變速箱有同步換擋變速箱和動力換擋變速箱，檔位一般是前四檔和后四檔液力變矩器配有動力換向裝置，可在行駛過程中改變行駛方向，提高裝載時的工作效率。

在驅(qū)動方面，挖掘裝載機一般有兩種驅(qū)動方式——兩驅(qū)和四驅(qū)。以上兩種驅(qū)動模式可以通過切換電磁閥自由切換。兩頭忙”在普通道路上行駛時使用兩輪驅(qū)動，而在越野和裝載操作中通常使用四輪驅(qū)動，以便提高操作過程中的牽引力。

回轉(zhuǎn)裝置

旋轉(zhuǎn)平臺的主要承重部件是由鋼板焊接而成的具有很大抗扭剛度和抗彎剛度的箱形框架結(jié)構(gòu)的主梁，吊臂及其液壓缸支承在主梁的吊耳上普通大型挖掘機的臂架采用雙耳，如小型挖掘機采用單耳。主梁下有與旋轉(zhuǎn)支架連接的襯板和支撐環(huán)，左、右側(cè)焊接一個小框架作為額外的承載部分，轉(zhuǎn)臺的支撐應(yīng)具有足夠的剛度，以確保回轉(zhuǎn)支撐的正常運行。

步進式挖掘機的回轉(zhuǎn)平臺與普通挖掘機的回轉(zhuǎn)平臺不同、回轉(zhuǎn)平臺作為步進式挖掘機的重要基礎(chǔ)部件，主要由平臺組成、回轉(zhuǎn)支承和回轉(zhuǎn)減速器。回轉(zhuǎn)平臺通過回轉(zhuǎn)支撐與行走底盤連接，可相對底盤無限旋轉(zhuǎn)，保證挖掘機工作靈活。旋轉(zhuǎn)平臺不僅從平臺承載發(fā)動機、液壓油箱、液壓閥組、電氣元件、回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)減速器、散熱器、燃油箱、駕駛室、橫梁的重力載荷同時承受來自工作裝置和底盤的動載荷。與普通挖掘機的回轉(zhuǎn)平臺相比，行走式挖掘機的回轉(zhuǎn)平臺結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、剛度大、強度高，安裝在其上的部件布局合理、維護方便，同時能安全可靠地承受較大的重力載荷和動載荷。

行走裝置

行走裝置是挖掘機的支撐部件，在挖掘時承受機器自重和工作裝置的反作用力，還可以使挖掘機在田間移動。用來支承機器、使機器改變其工作位置并轉(zhuǎn)移場地。多斗挖掘機中鏈斗式挖掘機和環(huán)輪式挖掘機的鏟斗隨著行走機構(gòu)的連續(xù)行走而切割土壤。行走機構(gòu)為履帶式、輪胎式、步行式、軌行式、浮式和拖曳式等。作業(yè)場地固定、要求接地比電壓低（一般在0.1兆帕左右）時用履帶式；工作場地可變時的輪胎類型；當(dāng)因特殊施工條件必須架設(shè)特殊軌道時，應(yīng)使用該軌道類型；漂浮式挖掘水下土壤；小型單斗挖掘機行走機構(gòu)無動力源時，采用牽引方式；作業(yè)場固定、機器很重，要求接地比壓為0.07 MPa以下，帶走。

工作裝置

工作裝置主要由活動臂組成、斗桿、鏟斗、連桿、搖桿和氣缸等。工作裝置是挖掘機直接作用于施工對象、為完成施工作業(yè)的重要功能結(jié)構(gòu)部分，通過更換各種工作裝置，挖掘機的應(yīng)用范圍可以大大擴展。

動臂

動臂是決定工作裝置整體結(jié)構(gòu)形式和其他特性的主要部件，挖掘機的運動大致可分為四種形式：整體單節(jié)動臂、兩段式可調(diào)動臂天鵝頸動臂和伸縮動臂。反鏟挖土機的整個單節(jié)動臂有彎曲動臂和直動臂兩種類型，直動臂結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、它易于制造，主要用于懸掛液壓挖掘機，但它可以 不能使挖掘機獲得更大的挖掘深度，所以不適合一般挖掘機：彎臂是目前應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式與相同長度的直動臂相比，它可以使挖掘機具有更大的挖掘深度，但降低了卸載高度，這符合挖掘機反鏟作業(yè)的要求。

斗桿

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，木棍主要分為兩類：整體臂和組合臂，大多數(shù)挖掘機采用整體臂，當(dāng)需要調(diào)整臂長或杠桿比時，更換臂，或在臂上設(shè)置2~4個可選擇調(diào)整并與動臂腳部接合的孔。整體臂結(jié)構(gòu)簡單，但難以滿足不同工作尺寸的要求。

裝載原理

鏟斗是用來鏟材料的；動臂和動臂油缸的功能是提升鏟斗；旋轉(zhuǎn)鏟斗油缸通過搖臂和連桿機構(gòu)旋轉(zhuǎn)鏟斗，完成挖掘和卸載。根據(jù)連桿數(shù)量和鉸鏈位置的不同，可以形成不同的連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式，不同的結(jié)構(gòu)形式和鉸鏈點布局對鏟斗的挖掘力也不同、鏟斗的傾翻角度、傾斜期間的角速度和工作裝置的運動特性具有不同的影響。正轉(zhuǎn)連桿結(jié)構(gòu)的工作裝置：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸的大腔供油時（伸長）時，鏟斗向外打開并傾斜；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸的小腔供油時（收縮）當(dāng)，桶向內(nèi)挖掘回收。具有反向連桿結(jié)構(gòu)的工作裝置：當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸的大腔供油時（伸長）時，鏟斗收回并向內(nèi)挖掘；當(dāng)轉(zhuǎn)斗油缸的小腔供油時（收縮）時，鏟斗向外打開并傾斜。相同缸徑、連桿直徑的鏟斗油缸可以通過反向連桿機構(gòu)獲得更大的挖掘力。

挖掘原理

挖掘裝載機工作裝置的工作過程一般包括挖掘、回轉(zhuǎn)、卸料及返回。在挖掘過程中，通過回轉(zhuǎn)支承的旋轉(zhuǎn)將工作裝置轉(zhuǎn)向挖掘現(xiàn)場，同時操作動臂油缸，并向大腔供油和伸出，從而降低動臂直到鏟斗接觸挖掘表面，然后操作斗桿油缸和鏟斗油缸，并向油缸的大腔供油和伸出，從而可以挖掘和裝載鏟斗。

旋轉(zhuǎn)鏟斗裝滿后，停止鏟斗油缸和鏟斗油缸，操作動臂油缸的小腔供油，使動臂離開工作面，然后旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)支架，使鏟斗轉(zhuǎn)向卸載位置。

卸載操作斗桿和鏟斗油缸縮回，以便鏟斗可以反向卸載。返回，卸載后，將工作裝置轉(zhuǎn)移到挖掘現(xiàn)場進行第二次循環(huán)挖掘。

驅(qū)動方式

柴油機驅(qū)動、電驅(qū)動(稱電鏟)蒸汽機驅(qū)動和復(fù)合驅(qū)動等，柴油發(fā)動機功率大、壽命長、動力特性好、柴油機以其熱效率高燃油經(jīng)濟性好等一系列優(yōu)點成為工程機械電動挖掘機的主要動力，主要應(yīng)用于高原缺氧地區(qū)、地下礦井、易燃易爆等有特殊需求的場所

傳動方式

機械傳動式、半液壓傳動式、全液壓傳動式等，液壓傳動具有緊湊的結(jié)構(gòu)、操作靈活簡便、挖掘力大、使用安全可靠、工作條件好等等

行走機構(gòu)

履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式等，作業(yè)場地固定、要求接地比電壓低（一般在0.1兆帕左右）時用履帶式；工作場地可變時的輪胎類型；當(dāng)因特殊施工條件必須架設(shè)特殊軌道時，應(yīng)使用該軌道類型；漂浮式挖掘水下土壤；小型單斗挖掘機行走機構(gòu)無動力源時，采用牽引方式；作業(yè)場固定、機器很重，要求接地比壓為0.07 MPa以下，帶走轉(zhuǎn)臺分類全回轉(zhuǎn)式(360°)和非全回轉(zhuǎn)式(270°)，大多數(shù)液壓挖掘機都是完全旋轉(zhuǎn)式的。懸掛式液壓挖掘機的工作裝置只能旋轉(zhuǎn)180度左右，屬于半旋轉(zhuǎn)式

工作裝置

鉸接和伸縮臂式，大多數(shù)挖掘機采用鉸接結(jié)構(gòu)，伸縮臂挖掘機用于平整和清理場地、疏浚河道等作業(yè)

挖掘機是功能典型應(yīng)用廣泛的工程機械之一。它是土石方工程中的主要施工機械設(shè)備之一，被譽為工程機械之王。工程中約有60%75%挖掘機廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟建設(shè)的許多行業(yè)，如工業(yè)和民用建筑、交通、管道、水利電力、農(nóng)田改造礦山翻果和現(xiàn)代軍事工程行業(yè)的機械柏樹工人。隨著國民經(jīng)濟的快速持續(xù)發(fā)展，在各種工程建設(shè)領(lǐng)域，挖掘機的速度很快、高效的施工作業(yè)越來越被人們所接受，其在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的作用也越來越明顯。主要用于開挖各種基坑、排水溝、管溝、電纜溝和舊建筑拆除等，挖掘出的物質(zhì)主要是土壤、煤、沉積物和預(yù)先松動的巖石和礦石。它也可以用來完成土方的堆放、填埋、采掘和裝卸等。

工業(yè)

在建筑工程中，單斗挖掘機可以挖掘基坑、溝槽清理和平整場地是建筑工程土方施工中非常重要的機械設(shè)備，在更換工作裝置和附件后可能會損壞、裝卸、起重、打樁等作業(yè)任務(wù)。單斗挖掘機廣泛用于建筑施工、筑路工程、水電建設(shè)、軍事工程和露天煤礦、在露天倉庫和采石場。多用途挖掘機是為了在某些特殊工況下快速高效地完成某些特殊作業(yè)而研制的挖掘機械。雖然應(yīng)用范圍比一般挖掘機更有限，但它能完成一般挖掘機能完成的工作 t在特殊工況下做，或者比一般挖掘機效率高很多。

農(nóng)業(yè)

在林業(yè)、水利、牧業(yè)、漁業(yè)和農(nóng)村基本建設(shè)大有用武之地。特別是開挖水渠、養(yǎng)魚池塘、灘涂圍墾工程和河道疏浚工程更是他們施展才華的機會。挖掘機不僅可以挖掘和安裝、整地、起重等作業(yè)，更是一機多用。卸下鏟斗，換上破碎機，可用于破碎作業(yè)；按下手爪成為裝卸木材的手爪；用推土機推平場地。挖掘機適應(yīng)性強，可以解決一些人力和其他農(nóng)業(yè)機械難以解決的問題。特別是澇洼地池塘、人力和其他機械難以完成的航道疏浚等工程，特別適合挖掘機“強項”且操作效率高成本低。一臺挖掘機每天的工作量相當(dāng)于幾百人每天的工作量；基于作業(yè)的成本僅為人工作業(yè)成本的1/10個左右，有很好的經(jīng)濟效益。