土方施工机械之单斗挖掘机

单斗挖掘机一、单斗挖掘机的用途、分类与编号单斗挖掘机的主要用途有：（1）开挖建筑物或厂房基础；（2）挖掘土料、剥离采矿场覆盖层；（3）采石场、隧道内、地下厂房和堆料场等中的装载作业；（4）开挖沟渠、运河和疏通水道；（5）更换工作装置后可进行浇筑、起重、安装、打桩、夯实等作业。

挖掘机的分类、编号及表示方法如表2-5-1所示。

国产单斗挖掘机型号编制规定表2-5-1 类组型特性代号代号含义主参数名称单位挖掘机单斗挖掘机W（挖）履带式W 机械式单斗挖掘机标准斗容量m3×100D（电）WD 电动式单斗挖掘机标准斗容量m3×100Y（液）WY 液压式单斗挖掘机标准斗容量m3×100B（臂）WB 长臂式单斗挖掘机标准斗容量m3×100S（隧）WS 隧道式单斗挖掘机标准斗容量m3×100轮胎式L（轮）WL 轮胎式机械单斗挖掘机标准斗容量m3×100 D（电）WLD 轮胎式电动单斗挖掘机Y（液）WLY 轮胎式液压单斗挖掘机其具体表示方法为四组符号：W Y 60 A结构改进代号标准斗容量不同机型代号挖掘机二、单斗挖掘机的构造与工作原理1．机械式单斗挖掘机的构造与工作原理机械式单斗挖掘机主要由工作装置、回转支承装置、行走装置、动力装置及附属设备等部分组成，如图2-5-1所示。

其中工作装置包括铲斗、提升机构、推压机构、动臂、斗底开启机构等。

回转支承装置包括回转机构、回转平台、回转支承机构等；行走装置主要有履带式和轮胎式两种。

图2-5-1 机械式单斗挖掘机外形图 1-工作装置；2-回转平台；3-行走装置图2-5-2所示为机械式单斗挖掘机正铲工作装置的工作原理图。

挖掘开始时，挖掘机靠近工作面，开挖位置在推压轴之下，斗前面与工作面夹角最大（40︒～45︒），斗齿容易切入。

工作时斗齿的切入深度由推压轴控制，操纵提升钢索提升铲斗，同时推压轴把斗柄推向工作面。

铲斗提升与推压轴同时动作，在运动中使铲斗装满土石料，离开工作面后回转到卸载处卸载，然后再回转到工作面，开始下一次的挖掘工作。

机械式单斗挖掘机常用的工作装置除正铲工作装置外，还有反铲、拉铲等型式的工作装置，如图2-5-3所示。

图2-5-2 正铲工作装置工作原理图1-动臂、2-斗柄；3-铲斗；4-推压轴…………********* 图2-5-3 机械式单斗挖掘机工作装置主要型式图a）正铲；b）反铲；c）拉铲；d）抓斗e）打桩2．液压式单斗挖掘机的构造与工作原理单斗液压挖掘机主要由工作装置、回转机构、动力装置、传动机构、行走装置和辅助设备等组成，如图2-5-4所示。

常用的全回转式（转角大于360°）挖掘机，其动力装置、传动机构的主要部分和回转机构、辅助设备及驾驶室等都装在可回转的平台上，通称为上部转台，因而又把这类机械概括成由工作装置、上部转台和行走装置三大部分组成。

工作装置如图2-5-5所示，主要由铲斗1、斗杆2、动臂3及铲斗油缸7、斗杆油缸6和动臂油缸5等组成，有正铲、反铲、抓斗等工作装置型式（图2-5-6）。

图2-5-4 单斗液压挖掘机的总体构造1-柴油机；2-机棚；3-液压泵；4-液控多路阀；5-液压油箱；6-回转减速器；7-液压马达；8-回转接头；9-司机室；10-动臂；11-动臂油缸；12-操纵台；13-斗齿；14-铲斗；15-斗杆油缸；16-斗杆；17-铲斗油缸；18-平衡重；19-转台；20-行走减速器、液压马达；21-托轮；22-履带；Ⅰ-工作装置；Ⅱ-上部转台；Ⅲ-行走装置液压式单斗挖掘机的工作原理如图2-5-5所示。

柴油机13驱动两个液压泵11、12，把高压油输送到两个分配阀9，操纵分配阀将高压油再送往有关的液压执行元件（液压缸或液压马达），驱动相应的机构进行工作。

挖掘机作业时，接通回转装置液压马达，上部转台转动，带动工作装置转到挖掘地点，同时，操纵动臂油缸小腔进油，油缸活塞杆回缩，使动臂下降至铲斗接触挖掘面为止，然后操纵斗杆油缸和铲斗油缸，使其大腔进油、活塞杆伸长，迫使铲斗进行挖掘和装载工作。

铲斗装满后，切断斗杆油缸和铲斗油缸油路并操纵动臂油缸大腔进油，使动臂升离挖掘面，随之接通回转马达，使铲斗转到卸载地点，再操纵斗杆和铲斗油缸活塞杆回缩，使铲斗反转卸土。

卸完土，将工作装置转至挖掘地点进行下一次的挖掘作业。

图2-5-5 液压式单斗挖掘机基本结构图及传动示意图1-铲斗；2-斗杆；3-动臂；4-连杆；5、6、7-液压缸；8-安全阀；9-分配阀；10-油箱；11、12-液压泵；13-发动机；Ⅰ-工作装置；Ⅱ-上部转台；Ⅲ-行走装置图2-5-6 液压单斗挖掘机工作装置主要型式图a）反铲；b）正铲或装载；c）抓斗；d)起重图2-5-6 液压式单斗挖掘机工作装置主要型式图a）反铲；b）正铲或装载；c）抓斗；d）起重三、单斗挖掘机的使用技术1．作业过程带各种工作装置的单斗挖掘机是循环作业式机械，每一工作循环包括挖掘、回转、卸料和返回四个工作过程。

下面以机械式单斗挖掘机为例介绍挖掘机的作业过程。

（1）正铲挖掘机正铲挖掘机（图2-5-7）的工作装置是由动臂2、斗柄5和斗口朝上的铲斗1组成。

图2-5-7 正铲工作过程简图1-铲斗；2-动臂；3-铲斗提升钢索；4-鞍形座； 5-斗柄；6-斗底；7-运输车辆；Ⅰ～Ⅵ-工作过程正铲工作过程是：① 挖掘过程 先将铲斗下放到工作面底部（Ⅰ），然后提升铲斗，同时使斗柄向前推压（有的小型挖掘机依靠动臂下降的重力来施压），斗内装满土料（Ⅱ→Ⅲ）② 回转过程 先将铲斗向后退出工作面（Ⅳ），然后回转，使动臂带着铲斗转到卸料处上空（Ⅴ）。

在此过程中可适当调整铲斗的伸出程度和高度以适应卸料要求。

③ 卸料过程 打开斗底卸料（Ⅵ）④ 返回过程 回转挖掘机转台，使动臂带着空斗返回挖掘面，同时放下铲斗，斗底在惯性作用下自动关闭（Ⅵ→Ⅰ）机械传动式正铲挖掘机适宜挖掘和装载停机面以上的Ⅰ～Ⅳ级土图2-5-8 反铲工作过程简图1-斗底；2-铲斗；3-牵引钢索；4-斗柄；5-动臂； 6-提升钢索；7-前支架；Ⅰ～Ⅴ-工作过程壤和松散物料。

（2）反铲挖掘机机械传动式的反铲挖掘机（图2-5-8）的工作装置由动臂5、斗口朝下的铲斗2等组成。

动臂由前支架7及相应的钢索支持。

反铲工作过程是：先将铲斗向前伸出，让动臂带着铲斗落在工作面上（Ⅰ）；然后将铲斗向着挖掘机方向拉转，于是它就在动臂和铲斗等重力以及牵引索的拉力作用下，使斗内装满土（Ⅱ）；将斗保持（Ⅱ）状态连同动臂一起提升到（Ⅲ），再回转至卸料处进行卸料。

反铲有斗底可打开式与不可打开式两种。

前者可打开斗底准确地卸料于车辆上（Ⅳ），后者需将铲斗向前伸出，使斗口朝下卸料（Ⅴ）机械传动式反铲挖掘机适宜停机面以下的挖掘，例如挖掘基坑及沟槽等。

机械传动式反铲挖掘过程由于只是依靠铲斗的自身重力切土，所以只适宜挖掘轻级和中级土壤。

（3）拉铲挖掘机机械传动式拉铲挖掘机（图2-5-9）的工作装置由格栅形动臂与带链索的悬挂铲斗1组成。

铲斗的上部和前部是敞开的。

拉铲工作过程是：首先用提升钢索2将铲斗提升到位置（Ⅰ），拉收和放松牵引钢索3，使斗在空中前后摆动（视情况也可以不摆动），然后共同放松提升索和牵引索，铲斗就被抛掷在工作面上（Ⅱ→Ⅲ）。

然后拉动牵引索，铲斗在自重作用下切入土中，使铲斗装满土壤（Ⅳ）（一般情况下当铲斗拉移3～4米长的距离时，即可装满）。

然后提升铲斗，同时放松牵引索，使铲斗保持在斗底与水平面成8°～12°仰角，不让土料撒出。

在提升铲斗的同时将挖掘机回转到卸料处。

卸料时制动提升索，放松牵引索，斗口就朝下卸料。

再转回工作面进行下一次挖掘。

图2-5-9 拉铲工作过程简图1-铲斗；2-提升钢索；3-牵引钢索；4-卸料索；5-动臂；Ⅰ～Ⅳ-工作过程拉铲挖掘机适宜停机面以下的挖掘，特别适宜开挖河道等工程。

拉铲由于靠铲斗的自身重力切土，所以只适宜挖掘一般土料和砂砾。

（4）抓斗挖掘机抓斗挖掘机（图2-5-10）的工作装置是一种带双瓣或多瓣的抓斗1。

抓斗通过提升索2悬挂在动臂上。

斗瓣的开闭由闭合索3来执行，为了不使斗在空中旋转，由一根定位索5来保证，定位索的一端固定在抓斗上，另一端与动臂连接。

图2-5-10 抓斗的工作原理图1-抓斗；2-提升索；3-闭合索；4-动臂；5-定位索；Ⅰ～Ⅳ-抓斗工作过程抓斗的工作过程是：首先固定提升索2放松闭合索3，使斗瓣张开。

然后同时放松提升索2和闭合索3，让张开的抓斗落在工作面上，并在自重作用下切入土中（Ⅰ）。

再然后收紧闭合索3，抓斗在闭合过程中抓满土料（Ⅱ）。

当抓斗完全闭合后，以同一速度提升索2和闭合索3将抓斗提升（Ⅲ），同时使挖掘机转到卸料位置。

卸料时固定提升索，放松闭合索，斗瓣张开，卸出土料（Ⅳ）。

抓斗挖掘机适宜停机面以上和以下的挖掘，卸料时无论是卸在车辆上或弃土堆上都很方便。

由于抓斗是垂直上下运动，所以特别适合挖掘桥基桩孔、陡峭的深坑以及水下土方等作业。

但抓斗的挖掘能力也受自重的限制，只能挖取图2-5-11 液压式挖掘机的作业范围示意图（尺寸单位：m ）a ）正铲；b ）反铲一般土料、砂砾和松散料。

液压式挖掘机一般只带正铲、反铲、抓斗和起重工作装置，其工作循环和机械式挖掘机基本相同。

由于其挖掘、提升和卸料等动作是靠油缸来实现的，因此其工作能力比同级机械式挖掘机要高。

其正铲、反铲的作业范围如图2-5-11所示，两者对停机面以上、以下的作业面都能挖掘。

由于正铲、拉铲、抓斗挖掘机的通用性不及反铲挖掘机，因此，在公路建设中以全液压反铲挖掘机的应用居多。

2．作业方法（1）正铲挖掘机的基本作业方法正铲挖掘机的基本作业方法有侧向开挖和正向开挖两种。

① 侧向开挖法挖掘机只开挖一侧工作面，另一侧作为运输汽车的运输路线（图2-5-12）。

汽车与挖掘机平行，在挖掘机侧面受料。

此方式的主要优点是，挖掘机卸土时，其动臂平均回转角小于90°，而且运输汽车可以直线进出，不需调头和倒驶，缩短了工作循环的时间，可提高生产率。

② 正向开挖法挖掘机以最大挖掘宽度在挖掘断面上进行前方挖土，运输汽车在机后两侧受料，运输路线位于挖掘机开行路线的正面（图2-5-13）。

此方式的优点是机械移位次数较少。

缺点是挖掘机动臂回转角度大于90°，增加了工作循环的时间，降低了生产率。

此外，运输线路较窄，汽车要倒进去或在窄道上调头，造成施工现场拥挤，影响挖掘机卸料。

因此该方法只限于挖掘工地进口处时使用。

（2）反铲挖掘机的基本作业方法反铲挖掘机的开挖方法有沟端开挖法和沟侧开挖法两种① 沟端开挖法开挖时，挖掘机沿着沟端逐渐倒退逐渐向后开挖（图2-5-14a ）。

汽车停在沟侧，动臂只要回转40°～45°即可卸料。