中小型挖掘机中机械式被淘汰，采矿型挖掘机又称专用挖掘机

1.单斗挖掘机

（1）概述。单斗挖掘机是用单个铲斗开挖和装载土石方的挖掘机械。可就近卸土或配备自卸汽车进行远距离卸土。其特点是：挖掘力大，可以挖Ⅳ级及Ⅳ以下的土壤和爆破后的岩石；工作装置可更换，以进行挖、装、填、夯、抓、刨、吊、钻等多种作业，使用范围大，生产率高。由于用单斗挖掘机进行土方施工有很明显的经济效益，所以，各种类型的挖掘机已广泛应用在工业与民用建筑、交通运输、水利电力工程、农田改造、矿山采掘以及现代化军事工程等机械化施工中。

单斗挖掘机通常由工作装置、回转装置、动力装置、传动操纵机构、行走装置和辅助设备等组成（图4-3）。

图4-3　单斗挖掘机工作装置主要形式

（a）正铲；（b）反铲；（c）刨铲；（d）刮铲；（e）拉铲；（f）抓斗；（g）吊钩；（h）桩锤；（i）夯板

单斗挖掘机的作业过程是以铲斗（一般装有斗齿）的切利刃切削土壤并将土装入斗内，斗装满后提升，回转至卸土位置进行卸土，卸空后机械上车再转回并使铲斗下降到挖掘面进行下一次挖掘。当挖掘机挖完一段土后，机械移动一段距离，以便继续作业。因此单斗挖掘机是一种周期作业的自行式土方机械。

单斗挖掘机的种类很多，按传动方式分为机械式（图4-4）和液压式（图4-5）两类。液压挖掘机在结构和使用方面有下列特点：技术性能高，工作装置品种多。液压单斗挖掘机的挖掘力比同级机重的机械式挖掘机提高约一倍，它的最大挖掘力可达机重的1／2，而机械挖掘机只能达到机重的1／4，行走牵引力与机重之比大大高于机械挖掘机，故行走速度和爬坡能力大；履带式液压挖掘机两边履带分别驱动，机械可绕自身的中心原地转向，大大提高了通过能力；液压传动挖掘机省去了许多复杂的机械中间传动件，简化了结构并减少了易损零件，重量减轻30%～40%；传动性能改善，工作平稳，能实现无级调速且调速范围大；操作灵活、省力，易实现自动控制。此外，液压挖掘机还具有机构布置合理紧凑、易于实现标准化等优点。所以，在中小型单斗挖掘机中机械式已逐渐被淘汰。

图4-4　机械单斗挖掘机

（a）正铲；（b）反铲；（c）拉铲；（d）抓铲；（e）起重

图4-5　液压单斗挖掘机

（a）反铲；（b）正铲或装载；（c）抓铲；（d）起重

挖掘机按工作装置型式分为反铲、正铲、抓铲、拉铲等型式。反铲挖掘方向朝向机身，用在挖掘停机面以下的土壤，工作灵活，使用较多，是液压挖掘机中的主要工作装置型式。

正铲挖掘方向向前（离开机身），用在挖掘停机面以上的土壤，大型矿用挖掘机多用正铲。抓铲主要用于小面积深挖，如挖井、深坑等。拉铲的铲斗依靠挠性件（钢丝绳）工作，用于停机面以下挖掘，挖掘范围大。土方工程常用的建筑型挖掘机，其可换工作装置可达70余种，故也称通用挖掘机。采矿型和剥离型挖掘机一般只配备有一种工作装置，进行专一作业，故又称专用挖掘机。

按行走装置的型式分为履带式、轮胎式、步行式、浮动式、铁路式和步履式等6种。最常用的是履带式和轮胎式。履带式挖掘机接地比压小，重心低，稳定性好，应用最广，轮胎式挖掘机行走速度快，机动性好。行走驱动一般采用机械传动或单个液压马达集中传动。

按动力装置的不同，有柴油机驱动、电驱动、复合驱动和蒸汽机驱动等型式，后者已基本淘汰。

表4-7列有国产挖掘机的分类和型号编制方法。按新制订的专业标准规定，以机重作为主参数来编制型号。如整机质量25t的液压单斗挖掘机，型号为WY25，该机斗容量为1m3，对应过去的旧型号为WY100（1m3×100）。

表4-7　挖掘机的分类和型号编制方法

（2）液压单斗挖掘机。液压单斗挖掘机的基本组成及传动示意图如图4-6所示。柴油机驱动液压泵，操纵分配阀，将高压油送给有关液压执行元件（液压缸或液压马达）驱动相应的机构进行工作。液压挖掘机的工作装置为一组平面连杆机构，各部分的运动通过液压缸的伸缩来实现。图示的反铲是液压挖掘机最常用的工作装置，它由铲斗l、斗杆2、动臂3、连杆4及相应的液压缸5、6、7组成。动臂下铰点铰接在回转平台上，利用动臂液压缸的伸缩，使动臂绕其下铰点摆动，铲斗铰接在斗杆前端，通过铲斗液压缸和连杆使铲斗斗绕前铰点转动。挖掘作业时，先向铲斗液压缸小腔供油，使斗扬起，再接通回转机构液压马达，转动上部转台，使工作装置转到挖掘面，同时操纵动臂液压缸，向小腔供油，使液压缸回缩，动臂下降，直到铲斗接触挖掘面为止。然后操纵斗杆液压缸或铲斗液压缸，向大腔供油，液压缸伸长，使铲斗进行挖掘或装载作业。斗装满后，停止操纵斗杆缸和铲斗缸，操纵动臂液压缸，使大腔进油，动臂举升离开挖掘面。随后接通回转马达，使斗转到卸货地点，再操纵斗杆和铲斗液压缸回缩，使铲斗扬起卸土。卸完后，把工作装置转到挖掘面进行下一个挖掘循环。

图4-6　液压挖掘机基本组成及传动示意图

1—铲斗；2—斗杆；3—动臂；4—连杆；5、6、7—液压油缸
Ⅰ—挖掘装置；Ⅱ—上部转台；Ⅲ—行走装置

1）履带式液压单斗挖掘机。图4-7所示是国产WY60A型液压单斗挖掘机总图。该机为改进型产品。反铲标准斗容0.6m3（斗容范围0.3～1.1m3），整机质量17.8t，发动机功率69kW。工作装置可按使用要求配置正、反铲铲斗、装载斗、超长臂扒铲以及碎石器等装置。该机为双泵、双回路变量液压系统，工作压力25MPa，最大流量2×125l／min。液压泵为双联斜轴式变量泵。回转及行走则用斜轴式定量马达。回转支承为双排滚球式滚盘。采用组合履带，可配装宽500mm或800mm的通用三筋履带板；也可换装900mm宽的三角形履带板，使挖掘机的接地比压降到28～31kPa，以适应在沼泽或软土地带工作。

图4-7　WY60A型挖掘机

1—柴油机；2—机棚；3—油泵；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—动壁油缸；12—操纵台；13—斗杆；14—斗杆油缸；15—铲斗；16—铲斗油缸；17—边齿；18—斗齿；19—平衡重；20—转台；21—行走减速阀；22—支重轮；23—拖链轮；24—履带板
Ⅰ—工作装置；Ⅱ—上部转台；Ⅲ—行走装置

2）轮胎式液压单斗挖掘机。轮胎式液压单斗挖掘机与履带式液压单斗挖掘机的上部结构基本相同，区别主要是行走装置。图4-8为轮胎式液压挖掘机的示意图。

图4-8　轮胎式液压挖掘机示意图

目前我国生产的轮胎式液压挖掘机有两种类型：一种是轮胎式液压挖掘机的行走传动采用机械式，如WLY60型挖掘机，这种纯机械传动的优点是借用标准汽车的零部件，成本低，维修方便，机械传动效率较高，但结构复杂，用变速箱换挡动作慢，牵引特性不佳，故在行走特性要求较高的挖掘机上很少采用；另一种轮胎式底盘较为普遍的传动方式是液压马达直接装在变速箱上（变速箱固定在底盘上），变速箱引出前后传动轴驱动前后桥，或再经轮边减速装置驱动轮胎。变速箱有专门的气压或液压操纵，通常有越野档、公路档和拖挂档3种速度。此类传动较简单，省掉上、下传动箱及垂直铀，结构布置较为方便，使用可靠。适当选择液压元件和变速箱档级可以减少各档级间牵引力的突变，改善了传动性能。

轮胎式挖掘机普遍设有支腿，作业时放下，减轻了轮轴的载荷，并使车架刚性支地，保证挖掘机稳定工作。

几种国产单斗液压挖掘机的主要技术性能见表4-8。

3）机械单斗挖掘机。正铲工作装置是机械挖机工作装置的基本型式。图4-9为这类挖掘机的结构示意图。其工作装置由动臂1、斗杆2、铲斗3组成，动臂下端铰支在转台11上，上端靠钢丝绳滑轮组支持。通过变幅钢丝绳滑轮组4和变幅机构6可以改变动臂倾角（α＝40°～60°），动臂中部有推压轴7，其上装有扶柄座5，斗杆在推压机构的作用下可在扶柄座内滑动，从而实现推压和返回运动。铲斗与斗杆端部固接，并靠提升滑轮组8悬挂在动臂头部，在提升钢丝绳的作用下，斗和斗杆一齐绕推压轴转动，实现斗的升降。正铲靠打开斗底卸土，多半卸入运输车辆。

图4-9　机械正铲挖掘机

1—动臂；2—斗杆；3—铲斗；4—变幅钢丝绳滑轮组；5—扶柄座；6—变幅机构；7—推压轴；8—提升钢丝绳；9—端部滑轮；10—提升卷筒；11—转台；12—行走装置

图4-10为国产WD400型挖掘机的工作装置。WD400挖掘机是国产中型采矿用挖掘机。仅有正铲装置，必要时可换为起重装置，最大起重量为630kN。采用磁放大器励磁的发电机—电动机驱动系统。提升、回转、行走、推压及开斗均由各自的电动机驱动。

图4-10　WD400型挖掘机的工作装置

1—铲斗；2—拉杆；3—铰接螺栓；4—斗底；5—斗柄；6—推压齿条；7—扶柄座；8—推压轴；9—开斗钢丝绳；10—动臂；11—开斗卷筒；12—开斗电动机；13—推压机构；14—两侧拉杆

几种国产单斗机械挖掘机的主要技术性能见表4-9。

（3）单斗式挖掘机选型。

1）挖掘机的选型：①根据工程量情况，当工程量不大时，可选用机动性好的轮胎式挖掘机，工程量很大时，应选用大型专用挖掘机；②根据土石方位置，当土石方在停机面以上时，可选用正铲挖掘机，土石方在停机面以下时，可选用反铲挖掘机；③根据土质性质，挖掘水下或潮湿泥土时，可采用拉铲或抓斗挖掘机；④与运输机械的匹配，为了充分发挥工程机械的作用，挖掘机的斗容应与运输设备的斗容、吨位相匹配，通常情况下以3～5斗装满运输设备为宜；⑤挖掘机的斗容与工作面高度的关系。挖掘机的斗容与土的类别及工作面高度都有连带关系，一般情况下1.0m3挖掘机挖Ⅰ～Ⅱ类土时其工作面高度不应小于2.0m、挖Ⅲ类土时，工作面高度不应小于2.5m、挖Ⅳ类土时不应小于3.5m。

2）生产率计算。生产率Q是挖掘机的主要技术指标之一，它表示在单位时间内从工作面挖掘并卸到运输车辆上土壤的实方体积。通常以（m3／h）表示。挖掘机一个工作循环包括挖掘、满斗举升并转到卸载地点、卸载及空斗返回工作面等过程，生产率的大小决定于一个工作循环的时间。此外，与司机操纵的熟练程度，施工组织管理水平高低有很大关系。产品样本上提供的机械的生产率或工作循环时间都仅就计算条件考虑而得，所以，都是理论值。挖掘机的理论生产率可用下式计算：

式中 q——铲斗几何容量，m3；

n0——每分钟工作循环次数的理论值；

T——每一工作循环的延续时间，s（通常由制造厂提供）。

施工中常根据工程土方量确定所需挖掘机的台数，故要计算其实际生产率Q可按下式求得：

(www.xing528.com)

式中 kM——铲斗的装满系数（表4-11）；

表4-11　铲斗装满系数

kp——土壤的松散系数；

kB——时间利用系数，视具体施工条件而定，一般取0.7～0.85。

3）挖掘机的需用数量N计算。

式中 W——设计期限内需由挖掘机完成的总工程量，m3；

Q——所选定挖掘机的实际生产率，m3／h；

T——设计期限内挖掘机的有效工作时间，h。

此外，在选择运输车辆配合作业时车厢容积与铲斗容积之比应考虑两者间运转工艺上的配合，一般以3～5倍为宜。

2.多斗挖掘机

（1）概述。多斗挖掘机是由许多个挖斗连续循环进行工作的挖掘机械，主要用在挖掘Ⅳ级以下土质纯一的土壤中挖掘、开沟、剥离采料场或露天矿场上的浮土、修理边坡及装卸松散材料等作业。

多斗挖掘机的工作装置由挖斗、安装挖斗的斗链或转轮和斗架组成。挖斗的前端和上部敞开，当它自下而上移动时，进行削土并把挖斗装满，当挖斗随斗链绕链轮回转或与挖斗转轮一起回转时，土壤由于自重卸到运土带条上，由运土带条运到堆弃地点或运输车辆中。

和单斗挖掘机相比，多斗挖掘机是连续工作，运行不另占时间，生产率较高；多斗挖掘机的工装在工作面中作均匀而连续的运动，故所受的荷载较小，减轻了机重；多斗挖掘机的动力消耗少，生产率大，在同样的动力设备功率之下，多斗挖掘机的生产率是单斗挖掘机的1.5～2.5倍；多斗挖掘机所挖成的掌子形状比较整齐，一般不需再用人工或其他机械修整；多斗挖掘机的操纵也比较简单，装载时对车辆的冲击小。但多斗挖掘机的挖掘能力小，应用上受到一定的限制；多斗挖掘机是专用性机器。一台多斗挖掘机只能挖得一定形状的工作面，单斗挖掘机则可以挖掘任何形状的工作面；且可更换多种工作装置，做到一机多用。显然，多斗挖掘机的使用范围与之不能相比。

按照工作装置不同，多斗挖掘机可分为链斗式和轮斗式两种。链斗式挖掘机的挖斗连接在挠性构件（斗链）上；轮斗式挖掘机的挖斗则固定在刚性构件（轮斗）上。

按照工作装置的运动方式和机械的运行方向是平行还是垂直，可分为纵向多斗挖掘机和横向多斗挖掘机两类。前者两运动方向平行，后者垂直。多斗挖掘机的基本型式如图4-11所示。另有一种斗轮装在动臂顶端的斗轮挖掘机（图4-11（j））具有很好的作业性能，目前得到较快的发展。

图4-11　多斗挖掘机的基本型式

（a）、（b）、（c）分别为小型、中型、大型横向链斗式挖掘机；（d）、（e）为中、大型横向链头式回转挖掘机；（f）纵向链头式挖掘机；（g）土壤改良用横向链斗式挖掘机；（h）排土用链斗式挖掘机；（i）纵向轮斗式挖掘机；（j）斗轮挖掘机

链斗式是多斗挖掘机中最常用的型式，它又分为上采式（掌子位置高于停机面）、下采式（掌子位置低于停机面）、复采式（通用式）3种。下采式挖掘机作业时，挖斗从较低的位置向上挖掘，逐渐装满。当挖斗撤出掌子时，有导向槽防止土壤下落，装满情况较好。小型下采式用于挖沟，又称挖沟机［图4-11（f）］。上采式挖掘机作业时，斗从较高的位置向下挖掘，挖斗挖掘时不能装载，直到挖斗运动到掌子底部，改变方向，开始向上运动时，依靠导向槽的帮助，才进行装载，故装满情况较差。这类挖掘机适宜挖掘停机面以下的沟槽。现代链斗式挖掘机的挖深已达40m，挖掘高度达27m，斗容量达2500L，生产率达到3000m3／h，机体质量多达3500t。

轮斗式多斗挖掘机［图4-11（i）］是一种中小型纵向挖掘式机械，用于挖掘埋管沟道，又称轮斗式挖掘机。作业时，利用钢丝绳滑轮组将轮斗放下，挖斗随着轮斗的旋转而挖土，放下的深度有限，故最大挖沟深度不超过斗轮直径的1／2。

斗轮挖掘机由于用刚性的斗轮代替了斗链，用简单而高效的带式输送机代替较重的斗和斗链把土壤撤出掌子，因此具有切削力大、切削速度快、生产效率高、运转平稳、动载荷小、可靠性好等优点。又因斗轮装在动臂端部，动臂的长度和倾角可以改变，转台还可以旋转，能挖出比较多样的掌子形状。在一定程度上，斗轮挖掘机兼有链斗式多斗挖掘机和单斗挖掘机的一些优点，并具有较好的经济技术指标，应用越来越广泛。现代斗轮挖掘机的理论生产率为70～15000m3／h，上下总挖掘高度达3～77m，斗轮直径为1.9～2.2m，挖斗容量为0.5～8.6m3，斗臂长度为5～10.5m，动装置功率为45～14300kW，机体质量为17.5～7250t，最大型斗轮挖掘机的班生产率达240000m3／班。

（2）链斗式多斗挖掘机。国产T—l型纵向链斗式多斗挖掘机的构造如图4-12所示。该机用于挖沟，故又称T—1型链斗式挖沟机。

图4-12　T—1型纵向链斗式多斗挖掘机

1—行走机构；2—底架；3—齿轮箱；4—上部框架；5—皮带运输机；6—抛料装置；7—工作机构；8—扩沟装置；9—操作机构；10—操作室；11—操作坐标；12—照明装置；13—发动机；14—门架；15—滑轮组；16—提升机构；17—转向离合器

挖沟机的工作装置包括挖斗、斗链及螺旋挖沟机构（可加宽槽底及挖阶梯形沟槽，如图4-13所示）、斗架和斗架提升机构16及滑轮组15、土壤运输及装卸装置5和6等。斗的侧壁垂直，上部敞开，斗底为圆形曲面，切削边缘常用箍圈加强。为适应在硬土中作业，切削边的端面和侧面还装有斗齿。单排挖斗安装在两条平行的斗链上，后者是多斗挖掘机的承载和牵引构件。斗和斗链支承在斗架上，斗架一端铰接在挖掘机机体上，另一端用钢丝绳滑轮组支持，呈悬臂状。在上部框架4上装有两条工字钢弧形滑道，斗架靠提升机构及滑轮组，可在弧形滑道上升降。用来改变挖掘深度或高度，以及掌子坡度和形状。为支持挖斗和斗链并起导向作用，在斗架上装有支承滚子、驱动链轮、导向链轮和斗链张紧装置。

图4-13　多斗挖掘机挖沟装置（单位：mm）

T—1型挖掘机的行走装置为履带式，装有三点支承的底架2，前两点与行走机构中间轴连接，后一点与平衡梁铰接。发动机13、齿轮箱3、皮带运输机5、上部框架4、操作室10，以及各部分的操纵机构等，均安装在底架上。

T—1型挖掘机采用单发动机驱动，发动机为内燃机。动力经由传动装置进行动力传递和分配，使工作装置、行走装置、斗架提升机构、皮带运输机等产生所需要的运动。

（3）斗轮挖掘机。图4-14为国产WUD400／700型斗轮挖掘机的结构。它包括履带行走装置1、回转平台及回转装置2、斗轮工作装置3、卸料皮带机4、电力驱动装置5及液压系统6等部分。

图4-14　WUD400／700型斗轮挖掘机结构图

1—履带行走装置；2—回转平台及回转装置；3—斗轮工作装置；4—斜料皮带机；5—电力驱动系统；6—液压系统；7—操作室

行走装置用来承受机体质量及挖掘时的作用力，并完成移动及转弯动作。该机采用刚性多支点支承的履带行走装置，主要由底架、履带支架、“四轮一带”（即驱动轮，导向轮、支重轮、托轮及履带）张紧装置及行走传动系统等组成。行走传动用两台50kW的电动机驱动，呈对角线布置。当挖掘机直线运行时，两台电动机同时运转；转弯时，将其中一台停机或适当制动即可。

斗轮工作装置、卸料皮带机、电力驱动系统、液压系统和操作室均设在回转平台上。后者由回转支承装置（大型滚柱式轴承）与底架相连，同时将上部的载荷传递给底架并相对定心。平台由两个径向柱塞式液压马达经立式二级行星减速器带动回转小齿轮绕大齿圈转动。WUD400／700型挖掘机的斗轮工作装置如图4-15所示。斗轮包括挖斗和斗轮体1，斗轮体装在臂架6上，通过驱动装置使斗轮体旋转，挖斗在旋转过程中挖取土壤并从斗轮的侧面卸土。为便于卸料，整个斗轮相对机体倾斜布置（图4-15），在垂直方向倾斜8°，在水平方向倾斜5°。臂架用来支承斗轮，在臂架内装设有皮带机7，以运出土壤。由液压缸控制臂架能在－0.4～10m范围内升降，改变挖掘深度和高度。受料皮带机7由电动滚筒8传动。

图4-15　WUD400／700斗轮挖掘机斗轮工作装置

1—斗轮；2—减速器；3—万向节；4—变速箱；5—电动机；6—臂架；7—受料皮带机；8—电滚筒

（4）多斗生产率计算。多斗挖掘机的实际生产率Q是指挖掘机在1小时内所挖土坡的实方体积。计算如下：

式中 Q——实际生产率m3／h；

n——每分钟挖斗卸土次数；

q——挖斗几何容积L；

kH——挖斗装满系数；

km——挖土难易系数；

kp——土壤松散系数；

kB——时间利用系数，kB＝0.7～0.9；

k2——土壤影响的总系数，见表4-12。

表4-12　土壤影响系数