挖掘机械的工作过程及设计

单斗挖掘机的工作装置主要有正铲、反铲、拉铲和抓斗等形式（见图11.1）。挖掘机为循环作业式机械，每一个工作循环包括挖掘、回转、卸料和返回4 个过程。

1.机械式单斗挖掘机的工作过程

正铲挖掘机的工作装置由动臂2、斗杆5 和铲斗1 等组成（见图11.2）。

正铲的工作过程为：

（1）挖掘过程：先将铲斗下放到工作面底部，然后提升铲斗，完成挖掘。

（2）回转过程：先将铲斗向后退出工作面，然后回转，使动臂带着铲斗转到卸料位置。同时可适当调整斗的伸出度和高度适应卸料要求，以提高工效。

（3）卸料过程：开启斗底卸料。

（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。

图11.1　单斗挖掘机工作装置及工作过程

1—反铲；2—正铲；3—拉铲；4—抓斗；5—起重。

图11.2　正铲挖掘机工作装置及工作过程

1—动臂液压缸；2—动臂；3—铲斗提升钢索；4—鞍形座；5—斗杆；6—斗底；7—运输车辆。

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级土壤和松散物料。

机械传动的反铲挖掘机的工作装置由动臂5、斗杆4 和铲斗2 等组成（见图11.3）。动臂由前支架7 支持。

反铲的工作过程为：

（1）先将铲斗向前伸出，让动臂带着铲斗落在工作面上。

（2）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完成挖掘。

（3）将铲斗保持Ⅱ所示状态连同动臂一起提升到Ⅲ所示状态，再回转至卸料处进行卸料。

反铲有斗底可开启式（Ⅵ）与不可开启式（Ⅴ）两种。

反铲挖掘机适宜于挖掘停机面以下的土，例如挖掘基坑及沟槽等。机械传动的反铲挖掘过程由于只是依靠铲斗自身重力切土，所以只适宜于挖掘轻级和中级土壤。

图11.3　反铲挖掘机工作装置及工作过程

1—斗底；2—铲斗；3—牵引钢索；4—斗杆；5—动臂；6—提升钢索；7—前支架。

机械传动的拉铲挖掘机的工作装置没有斗杆，而是由格栅型动臂与带钢索的悬挂铲斗1等组成（见图11.4）。铲斗的上部和前部是敞开的。

图11.4　拉铲挖掘机工作装置及工作过程

1—铲斗；2—提升钢索；3—牵引钢索；4—卸料钢索；5—动臂。(www.xing528.com)

拉铲的工作过程为：

（1）首先拉收和放松牵引钢索3，使铲斗在空中前后摆动（视情况也可不摆动），将铲斗以提升钢索2 提升到位置I，然后同时放松提升钢索和牵引钢索，铲斗被顺势抛掷在工作面上（Ⅱ→Ⅲ），铲斗在自重作用下切入土中。

（2）拉动牵引钢索，使铲斗装满土壤（Ⅳ）。

（3）然后提升铲斗，同时放松牵引钢索，使铲斗保持在斗底与水平面呈 8°～12°，防止铲斗倾翻卸料。

（4）在提升铲斗的同时将挖掘机回转至卸料处，放松牵引钢索使斗口朝下卸料。

（5）挖掘机转回工作面进行下一次挖掘。

拉铲挖掘机适宜挖掘停机面以下的土，特别适宜于开挖河道等工程。由于拉铲靠铲斗自重切土进行挖掘，所以只适宜挖掘一般土料和砂砾等。

抓斗挖掘机的工作装置是一种带两瓣或多瓣的蚌形抓斗（见图 11.5）。抓斗用提升索 2悬挂在动臂4 上。斗瓣的启闭由闭合索3 来执行。为了不使爪斗在空中旋转，用一根定位索5 来定位。定位索的一端与抓斗固定，另一端与动臂连接。

抓斗的工作过程为：

（1）放松闭合索3，固定提升索，使斗瓣张开。

（2）同时放松提升索和闭合索，让张开的抓斗落在工作面上，并借自重切入土中（Ⅰ）。

（3）逐渐收紧闭合索，抓斗在闭合过程中装满土料（Ⅱ）。

（4）当抓斗完全闭合后，提升索和闭合索收紧，并以同一速度将抓斗提升（Ⅲ）挖掘机转至卸料位置。

（5）放松闭合索，使斗瓣张开，卸出土料（Ⅳ）。

图11.5　抓斗的工作装置及工作过程

1—爪斗；2—提升索；3—闭合索；4—动臂；5—定位索。

抓斗挖掘机适宜挖掘停机面以上和以下的土，卸料时无论是卸在车辆上或弃土堆上都很方便，特别适合挖掘垂直而狭窄的桥基桩孔、陡峭的深坑以及水下土方等作业。但抓斗受自重的限制，只能挖取一般土料、砂砾和松散料。

2.液压传动式单斗挖掘机的工作过程

液压传动式单斗挖掘机一般只带正铲、反铲、抓斗和起重工作装置，其工作循环和机械传动式的挖掘机基本相同。由于其挖掘、提升和卸料等动作是靠液压油来实现的，因此其工作能力比同级机械传动的挖掘机要高。其正铲、反铲的作业范围如图11.6 所示，两者对停机面上下的作业都能挖掘。

图11.6　液压传动式单斗挖掘机的作业范围（尺寸单位：m）

3.挖掘机的主要技术参数

单斗液压挖掘机的技术参数有：斗容量、机重、额定功率、最大挖掘半径、最大挖掘深度、最大卸载高度、最小回转半径、回转速度和液压系统的工作压力等。其中主要参数有标准斗容量、机重和额定功率3 个，用来作为液压挖掘分级的标志性参数，反映液压挖掘机级别的大小。

标准斗容量：指挖掘Ⅳ级土壤时，铲斗堆尖时的斗容量（m3）。它直接反映了挖掘机的挖掘能力。

机重：指带标准反铲或正铲工作装置的整机质量（t），反映机械本身的级别和实际工作能力，影响挖掘能力的发挥、功率的利用率和机械的稳定性。

额定功率：指发动机正常工作条件下，飞轮的净输出功率（kW），反映了挖掘机的动力性能。