施工机械：推土机分类及构造

1.概述

推土机是一种在拖拉机前端悬装上推土刀的铲土运输机械。作业时，机械向前开行，放下推土刀切削土壤，碎土堆积在刀前，待逐渐积满以后，略提起推土刀，使刀刃贴着地面推移碎土，推到指定地点以后，提刀卸土，然后调头或倒车返回铲掘地点。在运土过程中由于碎土会从推土刀的两端流失，其经济运距一般在100m以内。由于推土机牵引力大，生产率高，工作装置简单牢固，操纵灵便，能进行多种作业，应用甚为广泛。

推土机按照推土刀的安装形式，行走装置形式和工作装置的操纵系统进行分类。

按照推土刀安装形式分回转推土刀［图4-16（a）］和固定推土刀［图4-16（b）］两种。固定推土刀装成垂直于拖拉机纵轴线，只能作上下升降动作和向前推土，故又称为直铲推土机。回转推土刀，当停机时可以改装成在水平面内与拖拉机纵轴线倾斜一个角度（一般为θ＝25°），还可在垂直面内倾侧一个角度（一般为β＝0°～9°）。推土刀在水平面内倾斜作业时，刀前碎土沿着推土刀表面斜向移动而卸于一侧，故称斜铲推土机，其铲、运、卸3个过程同时进行。推土刀在垂直面内倾侧作业时，可以对坚实地面铲掘。

图4-16　履带式推土机

（a）回转推土刀；（b）固定推土刀
1、14—驾驶室；2、15—推土刀；3—拱形架；4、5—撑杆；6—球铰；7—推土刀工作缸；8—松土器工作缸；9—油管；10—松土器；11—后铰座；12—中铰座；13—前铰座；16—顶推架；17—动力绞盘；18—滑轮；19—钢丝绳

按照行走装置形式，分履带式（图4-16）和轮胎式（图4-17）两种。履带式推土机的履带板有多种形式，以适应不同地面上行走。按照履带接地比压大小，又分力高比压推土机（接地比压98kPa以上，用于石质地面上行走）、中比压推土机（接地比压58～96kPa，普通推土机）和低比压推土机（接地比压10～29.5kPa，湿地或沼泽地推土机）。轮胎式推土机大多采用宽基轮胎，全轮驱动，以提高牵引性能并改善通过性能，其接地比压为200～350kPa。由于履带式推土机后端一般可以装松土齿耙、绞盘和反铲装置等，还可以作其他机械的牵引车或铲远机的助铲机，故目前应用广泛。

图4-17　轮胎式推土机

按照工作装置操纵系统分液压操纵和机械操纵等。液压操纵式利用液压缸来操纵推土刀的升降，可以借助整机的部分重力，强制推土刀切土，切土力大，操纵轻便，广泛用于中、小型推土机上；机械操纵式依靠钢丝绳滑轮组操纵，只能利用推土刀的自重切土，效率较低，一般用于大型和特大型推土机上。

此外，推土机按照发动机功率分小、中、大、特大4种等级，国产推土机大多是中型和大型。目前世界上最大型的推土机功率为735.5kW（1000HP），最小为5.15kW（7HP）。表4-13列有国产推土机的分类和型号编号方法。

表4-13　推土机的分类和型号编号方法

推土机适用于铲掘Ⅳ级以下土壤，Ⅳ级及Ⅳ级以上的土壤需要预松以后才能作业。基建工程施工多采用中、大型履带式推土机，主要进行100m运距以内的土方铲掘、推运，如开挖基坑、基槽，填筑堤坝、围堰、开挖沟渠，平整场地，填平壕堑，以及推集砂石料和砍伐树木等。还可用做助铲机和牵引车等。

推土机的作业效率与运距有很大的关系，表4-14列有直铲作业时的经济运距。

表4-14　推土机的经济运距

2.履带式液压操纵推土机

图4-18所示是国产T2—120A型中型推土机。该机为履带式，工作装置液压操纵，推土刀可在水平面和垂直面上回转，进行斜铲和侧铲作业，采用6135K—3柴油机为动力，发动机额定功率103kW（140HP），推土机标定功率88kW（120HP）。该机由发动机7、主离合器10、变速箱13、中央传动18、终传动20、机架22、拉杆21、履带25和推土机装置28等组成。主离合器为干式单片常开摩擦离合器，采用滑动拨叉式变速箱，有6个前进挡和4个后退挡。中央传动是一个圆弧锥齿轮，转动离合器采用多片干式摩擦离合器，左、右各装一个，右边接合时机械左转，左边接合时机械右转，装有液压助力阀。终传动由一级正齿轮和一级行星减压齿轮组成。履带行走装置包括驱动轮、张紧、支重轮、托轮和履带，采用多个支重轮承重，液压缸张紧装置，履带有突翅，以增大与地面的附着力。机架后装有牵引拉杆，以拖挂其他机械。

图4-18　T2—120A型履带式推土机

1—水箱；2—前灯；3—机罩；4—左履带架；5—右履带架；6—排气管；7—发动机；8—空气滤清器；9—仪表盘；10—主离合器；11—联轴器；12—制动踏板；13—变速箱；14—转向操纵杆；15—变速操纵杆；16—滤油器；17—油箱；18—中央传动；19—驾驶室；20—终传动；21—拉杆；22—机架；23—平衡轴；24—油门操纵杆；25—履带；26—保护板；27—牵引钩；28—推土架

3.轮胎式推土机

国产TL—160型轮胎式推土机是一种双轴全轮驱动，液力机械传动，工作装置液压操纵，回转式推土机。采用6120Q型柴油机动力装置，额定功率118kW（160HP），能牵引20t平板车运移，推土作业经济运距为50～80m。

国产履带式和轮胎式推土机的技术性能见表4-15。

湿地推土机是在履带式推土机的基础上设计制造的，为了减小履带接地比压，将履带接地长度增加，并采用宽幅三角履带板，这种履带板呈三角形截面，在软土上工作时，履带板压入量加深，接地面积加大，其接地比压可以减小到10kPa，适用于粘性土、砂质土和含水比大的松软和沼泽地面作业。

水陆两用推土机可以在水下和沼泽地带工作，一般采用遥控，传动系统布置在空气自动加压的密封仓内，发动机密封仓内装排水泵，此外，还装有油温、油压监测装置和机械倾斜极限角自动报警器等。为了减小接地比压，采用橡胶履带板。

4.推土机的工作装置

推土机工作装置包括推土铲和松土器。

（1）推土铲。推土铲安装在推土机的前端，是推土机的主要工作装置，它由铲刀和推架两部分组成。推土机处于运输工况时推土铲被液压油缸提起；推土机进入作业工况时液压油缸降下推土铲，将铲刀置于地面，向前可以推土，向后可以平地；推土机在较长时间内进行牵引作业时可将推土铲拆除。

工程建设中使用较多的履带式推土机的铲刀有固定式和回转式两种安装形式。其中的回转式铲刀可在水平面内转动一定的角度（一般α为0°～15°），实现斜铲作业。如果将铲刀在垂直平面倾斜一个角度（一般δ为0°～9°），则可实现侧铲作业。该推土机可称为全能型推土机，如图4-19所示。

图4-19　回转式铲刀

（a）铲刀平斜；（b）铲刀侧倾

现代大、中型履带式推土机多安装固定式推土铲，也可换装回转式的。通常，向前推铲土石方、平整场地或堆积松散物料时采用直铲作业；傍山铲土或单侧弃土时应采用斜铲作业；在斜坡上铲削土壤或铲挖边沟时则采用侧铲作业。

（2）松土器。推土机用松土器的结构组成如图4-20所示，它由安装架1、倾斜油缸2、提升油缸3、横梁4、松土器臂8及松土齿（齿杆5、齿尖7）等组成。整个松土器悬挂在推土机后部的支撑架上。松土齿用销轴固定在横梁上的松土齿的齿套内，松土齿杆上设有多个销孔，改变齿杆销孔的固定位置，即可改变松土齿杆的工作长度，调节松土器的作业深度。

图4-20　松土器

1—安装架；2—倾斜油缸；3—提升油缸；4—横梁5—齿杆；6—保护盖；7—齿尖；8—松土器臂

松土器按齿数可分为单齿松土器和多齿（2～5个齿）松土器。单齿松土器开挖力大，可松散硬土、冻土层、软石、风化岩、有裂缝的岩层，还可以拔除树根，为推土作业清除障碍。多齿松土器主要用于预松薄层硬土和冻土层，以提高推土机的作业效率。

松土齿由齿杆1、保护板2、齿尖镶块3和固定销5等组成（图4-21）。齿杆是主要的受力件，承受着巨大的切削载荷。齿杆开头有直杆形和弯杆形两种基本结构，其中弯杆形齿杆又有曲线杆和折线杆之分。直线杆在松裂致密分层的土壤时具有良好的剥离表层的能力和齿裂块状、板状岩层的效能；弯形杆松土时块状土壤先被齿尖掘起，并在齿杆垂直部分通过之前即被碎裂，松散效果较好，但块状土壤易被卡阻在弯曲处。

图4-21　松土齿

1—齿杆；2—保护板；3—齿尖镶块；4—弹性销轴；5—弹性固定销(www.xing528.com)

保护板用来保护齿杆，防止齿杆急剧磨损，从而延长齿杆的使用寿命。保护板和齿尖镶块是直接松土、裂土的零件，工作条件恶劣，容易磨损，需要经常更换，除采用高耐磨性材料外，在结构上应尽可能拆装方便、连接可靠，如有用弹性销轴、弹性固定销等。

5.推土机生产率计算

推土机是一种周期作用的土方机械，其工作循环包括铲土、推土、卸土、回程等4个过程，生产率大小决定于每次工作循环的推土量和循环作业时间。

（1）直铲铲掘作业生产率。直铲作业开挖土方时的生产率Q1（m3／h）可按下式计算：

式中 kB——时间利用系数，取kB＝0.8～0.9；

ks——坡度影响系数，平地上ks＝1.0，上坡ks＝0.5～0.7，下坡ks＝1.3～2.3；

V——推土刀推运的土壤实方体积，m3，近似值为：

式中 l、h——推土刀的长度和高度，m；

φ——推土刀前碎土的自然静止角（表4-16）；

表4-16　各种土壤的自然静止角（°）

kn——推运时碎土流失系数，取kn≈0.75～0.95（运距大的松散土取低值）；

kp——土壤的松散系数；

t——每一工作循环的延续时间，s，其值为：

式中 l1、l2、l3——推土机铲掘、推运、回程的距离，m；

v1、v2、v3——推土机铲掘、推运、回程的速度，m／s；

t1——换挡时间，t1≈5s；

t2——放下推土刀时间，t2≈4s；

t3——推土机调头时间，t3≈10s。

（2）斜铲作业平整场地生产率。推土机斜铲作业平整场地生产率Q2（m2／h）按下式计算：

式中 L——平整地段的长度，m；

θ——推土刀在水平面上斜角，θ＝25°；

b——两相邻平整段的重叠部分宽度，一般取0.3～0.5m；

n——每一点上的平整次数；

v——工作速度，m／s。

（3）牵引力计算。推土机作业时的牵引力T必须能克服总阻力W：

T≥W

总阻力由推土机运行阻力W1，铲掘阻力W2，碎土推移阻力W3，碎土沿推土刀滑移阻力W4，坡度阻力W5组成，即：

式中 G0——推土机质量，kg；

w——推土机运行阻力系数，w＝0.1～0.15；

k——土壤切削比阻力，N／cm2；

F——推土刀切开的土体断面面积，m2；

G——所推运的碎土质量，按实方体积V与容量r的乘积确定；

μ1——土壤与土壤的摩擦系数，见表4-17；

θ——推土刀在水平面上的斜角；

μ2——土壤与钢铁的摩擦系数，见表4-17；

表4-17　土壤的摩擦系数

β——推土刀在垂直面上的倾侧角，β＝10°；

α——坡道的坡角，（°）。