基本介紹
- 中文名：轉碗式括土機
- 外文名：Turn bowl type including soil machine
- 別稱：挖土機
- 領域：工程建設
- 特點：快捷高效
- 學科：土木工程
發展歷史,發展概況,國內,國外,結構構成,行走裝置,工作裝置,動力傳輸路線表,動力系統的構成及功能,分類,
發展歷史
最初挖掘機是手動的，從發明到2013年已經有一百三十多年了，期間經歷了由蒸汽驅動斗迴轉挖掘機到電力驅動和內燃機驅動迴轉挖掘機、套用機電液一體化技術的全自動液壓挖掘機的逐步發展過程。第一台液壓挖掘機由法國波克蘭工廠發明成功。由於液壓技術的套用，20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟地懸掛式挖掘機。1951 年，第一台全液壓反鏟挖掘機由位於法國的 Poclain( 波克蘭 ) 工廠推出，從而在挖掘機的技術發展領域開創了全新空間，20世紀50年代初期和中期相繼研製出拖式全迴轉液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機。初期試製的液壓挖掘機是採用飛機和工具機的液壓技術，缺少適用於挖掘機各種工況的液壓元件，製造質量不夠穩定，配套件也不齊全。從20世紀60年代起，液壓挖掘機進入推廣和蓬勃發展階段，各國挖掘機製造廠和品種增加很快，產量猛增。1968-1970年間，液壓挖掘機產量已占挖掘機總產量的83%，已接近100%。
第一代挖掘機：電動機、內燃機的出現，使挖掘機有了先進而合適的電動裝置，於是各種挖掘機產品相繼誕生。1899年，第一台電動挖掘機出現了。第一次世界大戰後，柴油發動機也套用在挖掘機上，這種柴油發動機(或電動機)驅動的機械式挖掘機是第一代挖掘機。
第二代挖掘機：隨著液壓技術的廣泛使用，使挖掘機有了更加科學適用的傳動裝置，液壓傳動代替機械傳動是挖掘機技術上的一次大飛躍。1950年德國的第一台液壓挖掘機誕生了。機械傳動液壓化是第二代挖掘機。
第三代挖掘機：電子技術尤其是計算機技術的廣泛套用，使挖掘機有了自動化的控制系統，也使挖掘機向高性能、自動化和智慧型化方向發展。機電一體化的萌芽約發生在1965年前後，而在批量生產的液壓挖掘機上採用機電一體化技術則在1985年左右，當時主要目的是為了節能。挖掘機電子化是第三代挖掘機的標誌。
挖掘機行業廠商大致可以分為四類。國內7成以上挖掘機被國外品牌所占據，國產品牌尚以小挖和中挖為主，但國產挖掘機份額正在逐步提升，2012年同比提高3.6%。
發展概況
國內
新中國成立初期，以測繪仿製前蘇聯20世紀30～40年代的W501.W502.W1001.W1002等型機械式單斗挖掘機為主，開始了中國的挖掘機生產歷史。由於當時國家經濟建設的需要，先後建立起十多家挖掘機生產廠。1967年開始，中國自主研製液壓挖掘機。早期開發成功的產品主要有上海建築機械廠的WYl00型、貴陽礦山機器廠的W4-60型、合肥礦山機器廠的WY60型挖掘機等。隨後又出現了長江挖掘機廠的WYl60型和杭州重型機械廠的WY250型挖掘機等。它們為中國液壓挖掘機行業的形成和發展邁出了極其重要的一步。
到20世紀80年代末，中國挖掘機生產廠已有30多家，生產機型達40餘種。中、小型液壓挖掘機已形成系列，斗容有0.1～2.5 立方米等12個等級、20多種型號，還生產0.5-4立方米以及大型礦用10立方米、12立方米機械傳動單斗挖掘機，1立方米隧道挖掘機，4立方米長臂挖掘機，1000立方米/h的排土機等，還開發了斗容量0.25立方米的船用液壓挖掘機，斗容量0.4立方米、0.6立方米、0.8m³的水陸兩用挖掘機等。但總的來說，中國挖掘機生產的批量小、分散，生產工藝及產品質量等與國際先進水平相比，有很大的差距。
改革開放以來，積極引進、消化、吸收國外先進技術，以促進中國挖掘機行業的發展。其中貴陽礦山機器廠、上海建築機械廠、合肥礦山機器廠、長江挖掘機廠等分別引進德國利勃海爾(Liebherr)公司的A912.R912.R942.A922.R922.R962.R972.R982型液壓挖掘機製造技術。稍後幾年，杭州重型機械廠引進德國德瑪克(Demag)公司的H55和H85型液壓挖掘機生產技術，北京建築機械廠引進德國奧加凱(0&K)公司的RH6和MH6型液壓挖掘機製造技術。與此同時，還有山東推土機總廠(其挖掘機生產基地改名為山重建機有限公司，包括STRONG和JCM兩個品牌)、黃河工程機械廠、江西長林機械廠、山東臨沂工程機械廠等聯合引進了日本小松製作所的PC100、PC120.PC200、PC220.PC300、PC400型液壓挖掘機(除發動機外)的全套製造技術。這些廠通過數年引進技術的消化、吸收、移植，使國產液壓挖掘機產品性能指標全面提高到20世紀80年代的國際水平，產量也逐年提高。由於國內對液壓挖掘機需求量的不斷增加且多樣化，在國有大、中型企業產品結構的調整，牽動了一些其他機械行業的製造廠加入液壓挖掘機行業。
業內人士指出，中國單斗液壓挖掘機應向全液壓方向發展；而對於大型及多斗挖掘機，由於液壓元件的製造、裝配精度要求高，施工現場維修條件差等，則仍以機械式為主。應著手研究、運用電液控制技術，以實現液壓挖掘機操縱的自動化。
我國自上世紀六十年代末開始研製、發展挖掘機產品，經過短短40餘年，特別是改革開放30餘年來，中國挖掘機製造行業發展尤為迅速。國家統計局數據顯示，2010年，中國挖掘機製造行業規模以上企業有252家，實現銷售額1697.85億元，實現產品銷售利潤253.67億元，利潤總計為214.06億元，同比增幅均超過80%。
中國挖掘機市場平均以30%速度遞增，成為世界用量最大的市場之一。從發展情況看，中國正處在道路交通、能源水利、城市建設等各方面基礎設施建設的高峰期，挖掘機市場需求量逐年上升，2010年全國挖掘機實際累計銷售總量超過16.5萬台，同比增長達到了74.5%。
2010年末，國內各大企業紛紛擴建挖掘機生產產能，其它企業更是紛紛開闢挖掘機機種系列，試圖通過挖掘機市場的快速增長帶動企業盈利增長。事實上，既有對風險因素的考慮，又有收益方面的考量，由於銀行信貸在推動保障房建設上並不積極，從而間接導致2011年二季度工程機械市場銷量的萎縮。2011年5月，挖掘機國內銷售13956台，同比下降12.4%，單月首現同比下降;1-5月累計銷售115589台，同比增長38.1%，相比1-4月下降12個百分點。
數據顯示，2011年1-5月份國產品牌市場份額進一步提升至37%。國內挖掘機產能居首的三一重工，已達到了年產銷上萬台的規模，而行業前四名的產能都達到了4000台/年以上的水平。其它企業產能放大的速度也相當強勁。今後一個階段，國內品牌挖掘機對進口機及二手機市場份額的擠占或許將成為常態。
根據工程機械線上透露的數據，截至2014年9月份，6噸以下迷你挖掘機銷量總計1006台，其中外資品牌市場占有率55.0%，國產品牌市場占有率45.0%。此外，6噸以上挖掘機銷量為3139台，外資品牌市場占有率61.0%，國產品牌市場占有率僅39.0%。據三一重工方面的資料顯示，2011年至2013年，公司挖掘機國內市場占有率分別達到11.56%、15.8%、13.7%，超越卡特，蟬聯行業第一。今年上半年，其市場占有率再次超過15%，業內人士認為，公司拿下本年度第一，實現"四載銷冠"已無懸念。
整體而言，挖掘機的國內保有量較低，但是產品價格偏高，銷售模式中以融資租賃或銀行按揭為主，一旦信貸有所放鬆，挖掘機銷量將會是反彈最好的產品。可以預測，2011-2013年，隨著世界中國經濟的復甦回暖，房地產以及城鎮化建設的加快進行，各噸位挖掘機銷售情況也將持續增長，扣除不確定性因素，2011-2013年各噸位挖掘機將以超15%的增速增長。
隨著挖掘機製造行業競爭的不斷加劇，大型挖掘機製造企業間併購整合與資本運作日趨頻繁，國內優秀的挖掘機製造企業愈來愈重視對行業市場的研究，特別是對行業發展環境和產品購買者的深入研究。也正因為如此，一大批國內優秀的挖掘機品牌迅速崛起，逐漸成為中國乃至世界挖掘機製造行業中的翹楚。
國外
第一台手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經歷了由蒸汽驅動半迴轉挖掘機到電力驅動和內燃機驅動全迴轉挖掘機，套用機電液一體化技術的全自動液壓挖掘機的逐步發展過程。
工業已開發國家的挖掘機生產較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本等是斗容量3.5-40 m3單斗液壓挖掘機的主要生產國，從20世紀80年代開始生產特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產的斗容量50-150 m3的剝離用挖掘機，斗容量132 m3的步行式拉鏟挖掘機；B-E(布比賽路斯一伊利)公司生產的斗容量168.2 m3的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107 m3的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。
從20世紀後期開始，國際上挖掘機的生產向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發展。
1)開發多品種、多功能、高質量及高效率的挖掘機。為滿足市政建設和農田建設的需要，國外發展了斗容量在0.25 m3以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅0.01 m3。另外，數量最多的中、小型挖掘機趨向於一機多能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓鬥、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鑽、電磁吸盤、振搗器、推土板、衝擊鏟、集裝叉、高空作業架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發展專門用途的特種挖掘機，如低比壓、低噪聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。
2)迅速發展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機由簡單的槓桿操縱發展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程式控制。在危險地區或水下作業採用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和雷射導向相結合，實現挖掘機作業操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了基礎和創造了良好前提。
3)重視採用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化發展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產的挖掘機裝有新型的發動機轉速調節裝置，使挖掘機按最適合其作業要求的速度來工作；美國林肯一貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統，可自動調節流量，避免了驅動功率的浪費。還安裝了CAPS(計算機輔助功率系統)，提高挖掘機的作業功率，更好地發揮液壓系統的功能；日本住友公司生產的FJ系列五種新型號挖掘機配有與液壓迴路連線的計算機輔助的功率控制系統，利用精控模式選擇系統，減少燃油、發動機功率和液壓功率的消耗，並延長了零部件的使用壽命；德國奧加凱(O&K)公司生產的挖掘機的油泵調節系統具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904.905.907.909型液壓挖掘機上採用智慧型型控制系統，即使無經驗的駕駛員也能進行複雜的作業操作；德國利勃海爾公司開發了ECO(電子控制作業)的操縱裝置，可根據作業要求調節挖掘機的作業性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型B系統挖掘機上採用最新的3114T型柴油機以及扭矩載荷感測壓力系統、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業效率和穩定性。韓國斗山工程機械公司在DH280型挖掘機上採用了EPOS——電子功率最佳化系統，根據發動機負荷的變化，自動調節液壓泵所吸收的功率，使發動機轉速始終保持在額定轉速附近，即發動機始終以全功率運轉，這樣既充分利用了發動機的功率、提高挖掘機的作業效率，又防止了發動機因過載而熄火。
4)更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣採用有限壽命設計理論，以替代傳統的無限壽命設計理論和方法，並將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、最佳化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術套用於液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產品的優質高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態設計分析方法，並創立了預測產品失效和更新的理論。日本制定l了液壓挖掘機構件的強度評定程式，研製了可靠性信息處理系統。在上述基礎理論的指導下，藉助於大量試驗，縮短了新產品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新換代的進程，並提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉率達到85%～95%，使用壽命超過1萬小時。
5)加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機採用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。
6)進一步改進液壓系統。中、小型液壓挖掘機的液壓系統有向變數系統轉變的明顯趨勢。因為變數系統在油泵工作過程中，壓力減小時用增大流量來補償，使液壓泵功率保持恆定，亦即裝有變數泵的液壓挖掘機可經常性地充分利用油泵的最大功率。當外阻力增大時則減少流量(降低速度)，使挖掘力成倍增加；採用三迴路液壓系統。產生三個互不影響的獨立工作運動。實現與迴轉機構的功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式迴路第二個獨立的快速運動。此外，液壓技術在挖掘機上普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機的套用與推廣創造了條件。
7)迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的套用。20世紀70年代，為了節省能源消耗和減少對環境污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業，降低挖掘機噪音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上套用電子和自動控制技術。隨著對挖掘機的工作效率、節能環保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機電液一體化在挖掘機上的套用，並使其各種性能有了質的飛躍。20世紀80年代，以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、感測器和檢測儀表在挖掘機上的套用，推動了電子控制技術在挖掘機上套用和推廣，並已成為挖掘機現代化的重要標誌，亦即先進的挖掘上設有發動機自動怠速及油門控制系統、功率最佳化系統、工作模式控制系統、監控系統等電控系統。
8)更注重環境保護，CAT、小松等廠家紛紛推出滿足三次排放要求的挖掘機。
結構構成
傳動機構通過液壓泵將發動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業。
行走裝置
行走裝置即底盤, 包括履帶架和行走系統, 主要由履帶架、行走馬達+減速機及其管路、驅動輪、導向輪、托鏈輪、支重輪、履帶、張緊緩衝裝置組成，其功能為支承挖掘機的重量，並把驅動輪傳遞的動力轉變為牽引力，實現整機的行走。
車架總成（即履帶行走架總成）為整體焊接件, 採用X 形結構，其主要優點是具有高的承載能力. 車架總成由左縱梁（即左履帶架）、主車架（即中間架）、右縱梁（即右履帶架）三部分焊接而成. 車架總成的重量為2噸.
中央迴轉接頭是聯接迴轉平台與底盤油路的液壓元件，它保證迴轉平台旋轉任意角度後，行走馬達還能正常配油，現用迴轉接頭是5通。
工作裝置
工作裝置是液壓挖掘機的主要組成部分，目前SY系列挖掘機配置的是反鏟工作裝置，它主要用於挖掘停機面以下的土壤，但也可以挖掘最大切削高度以下的土壤，除了可以挖坑、開溝、裝載外還可以進行簡單平整場地工作。挖掘作業適應於開挖Ⅰ~Ⅳ級土，Ⅴ級以上用液壓錘或需爆破手段。
反鏟工作裝置由動臂、斗桿、鏟斗、搖桿、連桿及包含動臂油缸、斗桿油缸、鏟斗油缸在內的工作裝置液壓管路等主要部分組成。
動力傳輸路線表
1.行走動力傳輸路線：柴油機——聯軸節——液壓泵（機械能轉化為液壓能）——分配閥——中央迴轉接頭——行走馬達（液壓能轉化為機械能）——減速箱——驅動輪——軌鏈履帶——實現行走
2迴轉運動傳輸路線：柴油機——聯軸節——液壓泵（機械能轉化為液壓能）——分配閥——迴轉馬達（液壓能轉化為機械能）——減速箱——迴轉支承——實現迴轉
3動臂運動傳輸路線：柴油機——聯軸節——液壓泵（機械能轉化為液壓能）——分配閥——動臂油缸（液壓能轉化為機械能）——實現動臂運動
4斗桿運動傳輸路線：柴油機——聯軸節——液壓泵（機械能轉化為液壓能）——分配閥——斗桿油缸（液壓能轉化為機械能）——實現斗桿運動
5鏟斗運動傳輸路線：柴油機——聯軸節——液壓泵（機械能轉化為液壓能）——分配閥——鏟斗油缸（液壓能轉化為機械能）——實現鏟斗運動
動力系統的構成及功能
·進氣系統——網罩→膠管→空濾→膠管→增壓器→膠管→中冷器→膠管→發動機 ·排氣系統——增壓器→膨脹節→消聲器→排氣管 ·冷卻系統——水箱→膠管→節溫器→水泵→柴油機→膠管→水箱 ·油門控制系統——步進電機→減速機→蝸輪蝸桿傳動→油門拉線→柴油機油門—高怠速、低怠速限位開關 ·燃油系統
進油系：燃油箱→膠管→手油泵→粗濾器→精濾器→柴油機
回油系：柴油機→膠管→燃油箱 （回油量比較大，用它來進行部份冷卻）
分類
常見的挖掘機按驅動方式有內燃機驅動挖掘機和電力驅動挖掘機兩種。其中電動挖掘機主要套用在高原缺氧與地下礦井和其它一些易燃易爆的場所。
按照規模大小的不同，挖掘機可以分為大型挖掘機、中型挖掘機和小型挖掘機
按照行走方式的不同，挖掘機可分為履帶式挖掘機和輪式挖掘機。
按照傳動方式的不同，挖掘機可分為液壓挖掘機和機械挖掘機。機械挖掘機主要用在一些大型礦山上。
按照用途來分，挖掘機又可以分為通用挖掘機，礦用挖掘機，船用挖掘機，特種挖掘機等不同的類別
1.反鏟挖掘機反鏟式是我們見過最常見的，向後向下，強制切土。可以用於停機作業面以下的挖掘，基本作業方式有：溝端挖掘、溝側挖掘、直線挖掘、曲線挖掘、保持一定角度挖掘、超深溝挖掘和溝坡挖掘等。
2.正鏟挖掘機
正鏟挖掘機的鏟土動作形式。其特點是“前進向上，強制切土”。正鏟挖掘力大，能開挖停機面以上的土，宜用於開挖高度大於2m的乾燥基坑，但須設定上下坡道。正鏟的挖斗比同當量的反鏟的挖掘機的斗要大一些，可開挖含水量不大於27%的一
至三類土，且與自卸汽車配合完成整個挖掘運輸作業，還可以挖掘大型乾燥基坑和土丘等。正鏟挖土機的開挖方式根據開挖路線與運輸車輛的相對位置的不同，挖土和卸土的方式有以下兩種：正向挖土，側向卸土；正向挖土，反向卸土。
3.拉鏟挖掘機
拉鏟挖土機也叫索鏟挖土機。其挖土特點是：“向後向下，自重切土”。宜用於開挖停機面以下的Ⅰ、Ⅱ類土。工作時，利用慣性力將鏟斗甩出去，挖得比較遠，挖土半徑和挖土深度較大，但不如反鏟靈活準確。尤其適用於開挖大而深的基坑或水下挖土。
4.抓鏟挖土機
抓鏟挖土機也叫抓鬥挖土機。其挖土特點是：“直上直下，自重切土”。宜用於開挖停機面以下的Ⅰ、Ⅱ類土，在軟土地區常用於開挖基坑、沉井等。尤其適用於挖深而窄的基坑，疏通舊有渠道以及挖取水中淤泥等，或用於裝載碎石、礦渣等鬆散料等。開挖方式有溝側開挖和定位開挖兩種。如將抓鬥做成柵條狀，還可用於儲木場裝載礦石塊、木片、木材等。
現今的挖掘機占絕大部分的是全液壓全迴轉挖掘機。液壓挖掘機主要由發動機、液壓系統、工作裝置、行走裝置和電氣控制等部分組成。液壓系統由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。電氣控制系統包括監控盤、發動機控制系統、泵控制系統、各類感測器、電磁閥等。
液壓挖掘機一般由工作裝置、上部車體和下部車體三大部分組成。據其構造和用途可以區分為：履帶式、輪胎式、步履式、全液壓、半液壓、全迴轉、非全迴轉、通用型、專用型、鉸接式、伸縮臂式等多種類型。
工作裝置是直接完成挖掘任務的裝置。它由動臂、斗桿、鏟斗等三部分鉸接而成。為了適應各種不同施工作業的需要，液壓挖掘機可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、衝擊錘，旋挖鑽等多種作業機具。
迴轉與行走裝置是液壓挖掘機的機體，轉台上部設有動力裝置和傳動系統。發動機是液壓挖掘機的動力源，大多採用柴油要在方便的場地， 也可改用電動機。
液壓傳動系統通過液壓泵將發動機的動力傳遞給液壓馬達、液壓缸等執行元件，推動工作裝置動作，從而完成各種作業。
