挖掘机

挖掘机（ excavating machine）是工程机械的一个主要机种，是土石方工程中的主要工机械设备之一，被誉为工程机械之王，挖掘机在工程中工作量约占60%-75%。挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛采用，如工业与民用建筑、交通、管道、水利电力、农田改造、矿山采拥以及现代化军事等工程行业的机械施工中。

简史

早期

现代挖掘机的源头可以追溯到15世纪末期在意大利锡耶纳（距佛罗伦萨南部约50km）出现的淤泥挖掘船。由于水上航运一直是意大利非常重要的交通方式，这就需要经常疏浚河道。根据《达·芬奇笔记》记载，这种挖掘船由两艘小舟并列，侧舷之间架设水车似的转轮，转轮四角伸出的木杆端部安装铲斗，以人力驱动转轮旋转，让铲斗探人河底铲挖淤泥，铲斗容量一般为0.2~0.3m2。当盛满淤泥的铲斗旋转至顶端时，淤泥会通过滑板倾倒进船舱中。这应该是挖掘机的雏形。1833-1835年间，美国费城的铁路工程师威廉·奥蒂斯（William Otis）设计和制造了第一台以蒸汽机驱动、安装在铁路平车上的吊臂式单斗挖掘机。它采用铁木混合结构，吊臂回转依然靠人力用绳牵引，通过不断延伸铁轨实现带状开挖，因此被称为为铁路铲（蒸汽铲）。但由于奧蒂斯英年早逝，以及专利保护、人力成本低廉等因素，奥蒂斯式蒸汽铲没有得到推广应用。

迅速发展

直到1870年以后，美国大规模建设铁路，蒸汽铲的发展进人黄金时代，性能得到不断改进，开始应用于铁路建设、开挖运河、露天矿剥离等领域。1880年，出现了第一批以拖拉机为底盘的半回转式蒸汽铲。1910年，美国出现了第一台电机驱动的单斗挖掘机，并开始应用履带行走装置。1912年，出现了汽油机和煤油机驱动的全回转式单斗挖掘机。1916年，出现了柴油发电机驱动的单斗挖掘机。1924年，柴油机直接驱动开始用于单斗挖掘机上。此后，随着汽车工业的发展，轮胎式底盘开始逐步应用于小型挖掘机上。20世纪30年代，出现了步行行走装置。20世纪40年代，出现了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式挖掘机。

液压技术发展

20世纪50年代初期和中期，相继研制出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。初期试制的液压挖掘机采用了飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。随着液压技术的应用，1951年，法国Poclain（波克兰）公司推出世界第一台全液压挖掘机。波克兰公司创始人—乔治·巴塔伊（Georges Bataille）生于1879年，1927年和工程师安东尼·莱杰合伙成立公司，主要业务为修理农用机械，1930年公司改名为波克兰制造公司。波克兰从1948年开始制造小型轮式挖掘机，员工数量增至120人。1951年10月.波克兰研制成功第一台正铲液压挖掘机。它采用道奇4×4改装的轮式底盘，前部为汽车驾驶室，后部为液压挖掘机。由控制台、液压臂、铲斗等组成的上车体，围绕底盘后轴上方的立柱旋转，正方形铲斗容积约1m3_。1953年，德国利勃海尔公司生产出了世界上第一台全回转液压挖掘机，正铲挖掘。1961年，波克兰公司了推出了TY45型轮式液压挖掘机，采用前三轮式底盘，反铲挖掘，总功率48hp，整机质量10t。初期试制的液压挖掘机多采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于挖掘机各种工况的液压元件，制造质量不够稳定，配套件也不齐全。从20世纪60年代起，液压挖掘机进入推广和蓬勃发展阶段，各国挖掘机制造厂和品种增加很快，产量猛增。到70年代初，液压式挖掘机已占挖掘机总产量的83%，逐步取代了机械式挖掘机。整机质量普遍在50t以下，铲斗容量在4m以下。1969年，波克兰公司推出了EC1000型履带式正铲挖掘机。

智能化发展

20世纪70年代起，液压挖掘机广泛采用高压变量系统，向高速、高压、高功率发展，产量占挖掘机总产量的90%以上。20世纪80年代，出现了辅助电控系统的液压挖掘机，也就是现代的液压挖掘机。从第一台挖掘机问世至今已有100多年的历史。由蒸汽驱动到电力驱动和内燃机驱动的回转挖掘机，到应用机电液一体化技术的全液压挖掘机，再到现代应用智能技术、远程信息技术、低排放节能降耗技术、混合动力技术、远程遥控技术、全电控等先进技术的电控液压挖掘机。

组成与原理

结构介绍

挖掘机械由动力装置、回转机构、行走机构、工作装置和电控系统等组成。单斗挖掘机和多斗的斗轮挖掘机均有转台，多斗挖掘机还有物料运输装置。

动力装置

有柴油机、电动机、柴油发电机组或外电源变流机组。柴油机和电动机大多用于中、小型挖掘机械，用一台原动机集中驱动，两者可互换。柴油发电机组和外电源变流机组用于大、中型挖掘机械，用多台电动机分别驱动。挖掘机的动力装置一般使用柴油发动机，由于工作环境恶劣，温差大，外负荷及冲击载荷大且变化频繁，因此要求动力装置有较高的功率和转矩储备。柴油机具有功率大、寿命长、动力特性好、热效率高以及燃油经济性好等一系列优点，随着涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术的应用，柴油机的排放指标不断改善。基于以上优点，柴油机成为工程机械的主要动力来源。

传动装置

液压系统液压系统是将发动机系统提供的机械能转换为液压能，为工作装置及行走装置提供动力，并通过向工作装置的油缸及行走装置的行走马达输出不同顺序的高低压液压油来控制工作装置的运动及行走装置的行走。它包括主泵、主控阀、先导控制系统、液压油箱系统等。液压系统主要分为定量液压系统和变量液压系统。大多数工程机械制造公司（如CASE和JCB等）均采用定量液压系统，而CATERPILLAR（卡特彼勒）和VOLVO等少数公司则采用变量系统（即负荷敏感变量液压系统）。所谓的变量系统就是可根据负载的大小调整泵排量的液压系统，正是因为可以随时调整排量，从而降低了挖掘装载机的油耗，进而使液压系统的发热量降低。传动系统挖掘装载机的传动大多采用液力机械传动，变速箱有同步换挡变速箱和动力换挡变速箱，挡位一般是前四后四，液力变矩器后带有动力换向装置，可在行进过程中改变行驶方向，装载时提高了作业效率。在驱动方面，挖掘装载机一般有两种驱动方式——两轮驱动和四轮驱动。通过切换电磁阀可以实现上述两种驱动方式的自由切换。“两头忙”在普通路面上行驶时采用的是两轮驱动，而在越野和装载作业时为了提高作业时的牵引力通常采用四轮驱动。

回转装置

回转平台的主要承载部分是由钢板焊接成的抗扭和抗弯刚度很大的箱形框架结构主梁，动臂及其液压缸就支撑在主梁的凸耳上，普通的大型挖掘机的动臂支撑多用双凸耳，如小型挖掘机则多用单凸耳。主梁下有衬板和支撑环与回转支撑连接，左、右侧焊有小框架作为附加承载部分，转台支撑处应有足够的刚度，以保证回转支撑正常运转。步展式挖掘机的回转平台有别于普通挖掘机的回转平台、回转平台作为步展式挖掘机上车的重要基础部件，主要由平台、回转支承和回转减速器组成。回转平台通过回转支承与步履式底盘相连，可相对于底盘作无限回转，以保证挖掘机作业灵便。回转平台不仅承受着来自平台上发动机、液压油箱、液压阀组、电气元件、回转支承、回转减速器、散热器、燃油箱、驾驶室、横梁的重力载荷，同时又承受着工作时来自工作装置及底盘的动力载荷。与普通挖掘机的回转平台相比，步履式挖掘机的回转平台结构紧凑、质量轻、刚度大、强度高，并且安装其上的元件布局合理、维护方便，同时又能安全可靠地承受较大的重力载荷及动力载荷。

行走装置

行走装置是挖掘机的支撑部分，它承受机器的自重及工作装置挖掘时的反力，同时能使挖掘机场内移动。用来支承机器、使机器变换工作位置和转移场地。多斗挖掘机中的链斗式挖掘机和环轮式挖掘机的铲斗随着行走机构的连续行走而切削土壤。行走机构有履带式、轮胎式、步行式、轨行式、浮游式及拖挂式等几种。作业场地固定、要求接地比压较低（一般在0.1兆帕左右）时用履带式；作业场地多变时用轮胎式；因施工条件特殊而必须架设专用轨道时，用轨行式；挖掘水下泥土用浮游式；小型单斗挖掘机的行走机构无动力源时，用拖挂式；作业场固定、机器重量大又要求接地比压在0.07兆帕以下时，用步行式。

工作装置

工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗、连杆、摇杆及油缸等组成。工作装置是挖掘机直接作用于施工对象、完成施工作业的重要功能结构部分，可以通过更换多种工作装置极大地拓展挖掘机的应用。动臂动臂是工作装置中决定总的结构形式和其他特征的主要构件，挖掘机的动大致可分为4种形式：整体单节动臂、双节可调动臂，天鹅颈形动臂和伸缩式动臂。反铲挖机整体单节动臂有弯动臂和直动臂两种，直动臂结构简单、质量轻、制造方便，主要用于悬挂式液压挖掘机，但它不能使挖机获得较大的挖掘深度，不适用于通用挖掘机：弯动臂是目前应用最广泛的结构形式，与同长度的直动臂相比，可以使挖掘机有较大的挖掘深度，但降低了卸土高度，这正符合挖掘机反铲作业的要求。斗杆按照结构形式，斗杆主要分为两类：整体式斗杆和组合式斗杆，大多数挖掘机都采用整体式斗杆，当需要调节斗杆长度或杠杆比时采用更换斗杆的方法，或者在斗杆上设置2~4个可供调节时选择的与动臂踏部饺接的孔。整体式斗杆结构简单，但难以满足不同作业尺寸的要求。装载原理铲斗用以铲装物料；动臂和动臂油缸的作用是提升铲斗；转斗油缸通过摇臂和连杆机构使铲斗转动，完成挖掘和卸料。根据连杆数目及铰[jiǎo]接位置的不同，可以组成不同结构形式的连杆机构，不同的结构形式和铰接点布局对铲斗的掘起力、铲斗的倾翻角度、倾翻时的角速度以及工作装置的运动特性的影响不同。正转连杆结构的工作装置：当转斗油缸大腔进油（伸长）时，铲斗向外打开倾翻；当转斗油缸小腔进油（收缩）时，铲斗向内掘起回收。反转连杆结构的工作装置：当转斗油缸大腔进油（伸长）时，铲斗向内回收掘起；当转斗油缸小腔进油（收缩）时，铲斗向外打开倾翻。相同缸径、杆径的转斗油缸，反转连杆机构可获得更大的掘起力。挖掘原理挖掘装载机工作装置的作业过程一般包括挖掘、回转、卸料及返回。挖掘，挖掘时，通过回转支座的转动，使工作装置转到挖掘地点，同时操作动臂油缸，大腔进油而伸长，使动臂下降至铲斗接触挖掘面为止，然后操作斗杆油缸和铲斗油缸，油缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。回转，铲斗装满后，将斗杆油缸和铲斗油缸停动并操作动臂油缸小腔进油，使动臂升离挖掘面，随之转动回转支座，使斗杆转到卸载地点。卸料，操作斗杆和铲斗油缸回缩，使铲斗反转进行卸料。返回，卸完后，将工作装置转至挖掘地点进行第二次循环挖掘工作。

基本分类

单斗挖掘机

电动机械式挖掘机

电动机械式挖掘机

电动机械式挖掘机，即电铲，又称为绳铲、钢缆铲，是利用齿轮、链条、钢索滑轮组等传动件传递动力的单斗挖掘机，其生产已有百年历史，目前所生产的最大斗容已超过50m。中小型机一般用柴油机或柴油机-电动机驱动，而大型机则用电动机或机组驱动，由外部输人电能驱动，是现代各种露天矿的主要采掘设备。

履带式液压挖掘机

履带式液压挖掘机

履带式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。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。工作装置主要由铲斗、斗杆、动臂及铲斗油缸、斗杆油缸和动臂油缸等组成。

轮式液压挖掘机

轮式液压挖掘机

轮式液压挖掘机是在履带式液压挖掘机的基础上将行走装置更换为轮式行走装置。轮式行走装置与履带式行走装置相比，最突出的优点是机动性好，行驶速度快，随着公路的大量兴建和工农业建设的需要，轮式液压挖掘机将得到更快的发展。轮式液压挖掘机由一个柴油机或电动机驱动两个液压主泵，产生高压油输送到多路阀，由先导控制阀操作经多路阀送往有关液压执行元件（液压缸或液压马达等），驱动相应的机构进行工作，一般工作装置工作过程中往往需要两个以上复合动作以及动臂、斗杆动作的合力，以充分利用发动机功率并缩短作业循环时间。

汽车式挖掘机

汽车式挖掘机

汽车式挖掘机是在汽车的底盘上安装液压挖掘机的上部平台、工作装置和支腿等。

步履式挖掘机

步履式挖掘机

步履式挖掘机是履带式挖掘机功能的延伸和补充，虽然履带式液压挖掘机动力强劲，使用范围广，市场占有率高，是应用最广泛的挖掘机，但是由于其结构的限制，不能在崎岖、陡销、泥泞或高大障碍物等复杂地形上安全有效地作业，只能靠人工作业，于是便出现了步履式全地形挖掘机。

多用途挖掘机

挖掘装载机

挖掘装载机

挖掘装载机是由三台建筑设备组成的单一装置，俗称“两头忙”，施工时，操作者只需转动一下座椅，就可以转变工作端。挖掘装载机出现在所有工地上的主要原因是，各种工程都需要挖掘和搬运泥土。例如，需要开挖沟渠以便排布管道和地下线缆，为建筑物奠基并建立排水系统。其他许多工具虽然也可以完成此类工作，但是挖掘装载机可以大幅度提高效率，与大型的单功能设备（例如履带式挖掘机）相比，挖掘装载机的体型更紧凑，而且可以在各种建筑工地上移动，甚至可以在公路上奔跑。虽然有些小型装载机和挖掘机设备可能比挖掘装载机小，但如果承包商既要展开挖掘作业，又要展开装载作业，那么使用挖掘装载机可以节省大量的时间和金钱。

水陆两用挖掘机

水陆两用挖掘机

水陆两用挖掘机，又称湿地挖掘机，是一种多用途特殊工程机械，适用于陆地、沼泽软地面及浅水作业环境，被广泛而高效地应用于水利工程、城乡建设中河道与湖泊的清淤、湿地沼泽与滩涂的资源开发和环境整治挖掘作业。

隧道挖掘机

隧道挖掘机

隧道挖掘机是专用于隧道开挖的设备，通常分为两种：一种用于爆破后出渣，一般采用紧凑型的正铲形式，但应用并不广泛。另一种较为常见，可用于出渣后的清理，包括隧道断面轮廓线的开挖等，一般采用反铲形式。通常，此类机器是在普通挖掘机的基础上装备一套特殊设计的紧凑型防砸工作装置而成的。

船用挖掘机

船用挖掘机

船用挖掘机俗称挖泥船，中国港口众多、内河航道长，对船用挖掘机的需求、特别是对大容量船用挖掘机的需求很大。船用挖掘机一般是由履带式液压挖掘机改装而成的，即将履带式液压挖掘机的下部行走机构去掉，将其余部分直接装在船上。

抓钢机

抓钢机

抓钢机，顾名思义就是指抓钢料的机器，一般是由液压挖掘机演变而成的。抓钢机与普通挖掘机的最大区别在于前端工作装置不同，也就是工作用途不同：普通挖掘机的大、小臂一般较短，前端是挖斗，主要作用是进行挖掘、装载作业：抓钢机的大、小臂（俗称抓料臂）一般较长，其前端是抓钢器，也就是抓钳器（也叫梅花式液压抓斗、桔瓣抓斗），主要作用是进行废旧金属、工业废料、碎石、建筑垃圾、生活垃圾等各种物料的抓取、装载作业，此外，抓钢机的形状构造与普通挖掘机也不同：抓钢机的标准工作装置是直动臂弯斗杆，也可以设计成直动臂直斗杆、弯动臂弯斗杆，具体依客户需求而定。

汽车拆解机

汽车拆解机

汽车拆解机是在履带式液压挖掘机的基础上，通过换装抓斗、起重装置和液压剪等多种工作装置改造而成的，主要用于报废汽车的拆解作业。其中，底盘上加装的夹紧臂装置可用于固定汽车及其零部件。

高边坡挖掘机

高边坡挖掘机

公路边坡、堤坝等的坡度很陡，作业范围狭小，土质松软，普通的挖掘机即使能艰难地爬上去也无法正常作业。于是在小型迷你挖掘机的基础上改造设计出了特种陡坡挖掘机，称为高边坡挖掘机。

技术参数

液压挖掘机

主要产品技术参数

轮式液压挖掘机

步履式挖掘机

主要产品的主要技术参数

中国ET系列产品的主要技术参数

电动机械式挖掘机

典型产品的主要外形尺寸

挖掘装载机

整机参数

整机外形尺寸和工作范围

应用领域

挖掘机是一种功能典型，用途较为广泛的工程机械之一。是土石方工程中的主要施工机械设备之一，被誉为工程机械之王。工程中约有60%-75%的工程量是靠挖掘机来完成的，挖掘机在国民经济建设的许多行业被广泛采用，如工业与民用建筑、交通、管道、水利电力、农田改造，矿山果翻以及现代化军事等工程行业的机械柏工中。随着国民经济的快速持续发展，在各种工程建设域，挖面机以其快速、高效的施工作业越来越被人们所接受，其在基础设施建设中的作用越来越明显。主要用于挖掘各种基坑、排水沟、管沟、电缆沟和拆除旧建筑物等，挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙及经过预松后的岩石和矿石。也可用于完成土方工程的堆放、填埋、采掘和装卸等。

工业

在建筑工程中，单斗挖掘机可挖掘基坑、沟槽，清理和平整场地，是建筑工程土方施工中很重要的机械设备，在更换工作装置和属具后还可以进行破碎、装卸、起重、打桩等作业任务。单斗挖掘机广泛应用在房屋建筑施工、筑路工程、水电建设、和军事工程以及露天矿场、露天仓库和采料场中。多用途挖掘机是为了在某些特殊工况下，快速高效地完成某些特殊作业而开发出的挖掘机械。虽然比通用型挖掘机的使用范围更受限，但在特殊工况下，它能完成通用型挖掘机无法完成的工作，或比通用型挖掘机的工作效率高很多。

农业

在林业、水利、牧业、渔业以及农村基本建设等各个方面都大有用武之地。特别是开挖水渠、养鱼池塘、滩涂围垦工程和河道清淤等工程更是挖掘大显身手的机会。挖掘机不但可以进行挖装、整地、起重等作业，而且还可一机多用。卸下铲斗换上破碎机，可进行破碎作业；按上抓爪，就成为一台抓装机，用来装卸木材；按上推土铲，可进行场地整平。挖掘机具有较强的适应能力，可以解决一些人力和其它农机具难以解决的问题。特别是涝洼地开发，池塘、渠道清淤等工程这些人力和其它机械难以完成的作业项目，更是挖掘机的“强项”，而且作业效率高，成本低。一台挖掘机的日工作量相当于几百人的日工作量；作业成本却仅为人工作业成本的1/10左右，具有相当好的经济效益。

发展趋势

技术研发

新能源及混合动力挖掘机研发：分别采用纯电动驱动、天然气发动机搭载、混合动力液压挖掘机（油电混合、油液混合）等方式，探索新能源在挖掘机械上的应用及节能减排效果，实现高效、节能、低排放。正流量极限功率复合挖掘机技术：采用电控正流量极限功率控制，自主开发TSO控制算法和集成主控制器，作业效率提升10%，实现行业最高作业水准；整机油耗下降达10%，实现行业最高水准的节能，。挖掘机全生命周期性技术研究：以摩擦副研究为着手点，对产品寿命和全生命期内性能衰变进行判断预测，运用新的焊接工艺及新型材料，实现工作装置轻量化，进而实现节能。通过CAE分析等手段，进行试验解析及动态疲劳分析技术研究，形成挖掘机全生命周期寿命评价方法。有效解决了挖掘机液压系统控制方法、功率匹配、发动机功率利用最大化等方面的核心技术问题，并在挖掘机全生命周期性技术领域进行了研究探索，突破了挖掘机结构件寿命提升的技术瓶颈，保证了挖掘机高效、节能、可靠性大幅提升。

数字化

数字化技术应用将挖掘机设备的控制更精确，更易于实现智能化。信息化技术可以使设备得到更好的服务与保障，服务人员可以在任何地点实时地掌握设备的使用状况、故障信息，大大提高了产品的服务效率，缩短了故障修复的周期。远程监控，轨述规划、视觉导航、环境识别，自主作业等智能化技术的应用将是步履式挖掘机发展的终极目标，它将使步履式挖掘机的操作更轻松，更灵活，更精确，操作人员可以在远离作业地点的情况下，对设备作业进行远距离监控指挥，完成各种作业任务。

智能化

智能化挖掘机是在传统挖掘机的基础上采用智能技术升级改造完成的，除具有传统挖掘机的基本系统之外，还具有机器感知系统、网络通信系统、故障诊断系统与智能控制系统，以便实现自主智能化作业。智能化挖掘机是利用人工智能技术、数字化技术、机器人技术和信息物理网络技术对传统挖掘机的升级改造，集智能自主作业、智能感知、远程遥控、智能诊断等功能为一体。智能化挖掘机得到了快速发展，首先得益于多传感器融合和存储技术的进步，该技术可以收集和存储大量离线和在线样本数据，为精确测量挖掘机姿态、提升环境感知和故障诊断能力提供了基础。其次，在于人工智能（Artificial intelligence，AI）技术的不断创新和日益成熟。人工智能是一种计算机程序，可以不断学习新知识以优化性能，并使机器以人类思维方式思考。当前，机器学习（Machine learning，ML）是人工智能的一个热门领域，该技术已在图像识别、语音识别和其它模式识别领域得到了广泛应用。AI技术与自动控制结合，会产生更有效的智能轨迹控制算法；挖掘机日积月累的运行状态信息形成海量数据，将AI技术应用到环境感知和大数据下的故障诊断，也将极大提升挖掘机的智能化水平。

标准规范

中国标准

挖掘机现行的中国标准主要有环境管理、机械安全、驾驶室环境等，环境管理标准规范了柴油机稳态排气烟度及测定方法、工业企业厂界环境噪声排放标准、声学机器和设备噪声发射值的标示和验证等等；机械安全标准规范了机械电气安全、机械电气设备通用技术条件，机械安全指示、标志和操作，关于视觉、听觉和触觉信号的要求等等；驾驶室环境标准规范了采暖、换气和空调(HVAC) 的试验方法和性能，风窗玻璃除霜系统的试验方法，太阳光热效应的测定等等。

国际标准

挖掘机现行的国际标准主要有土方机械、噪声、空调降温试验等等，土方机械标准规范了司机视野要求、机械结构内部电压电磁兼容、基本尺寸、路面机械附件轮胎固定螺母等等，噪声标准规范了工作地点及其他检测点发射声压级测量、机械噪音源声压音率级别测定等等，空调降温试验标准规范了空气过滤装置、增压器测试、供暖通风空气调节、玻璃除霜系统、太阳采暖测试等等。

参考资料

展开

该页面最新编辑时间为 2024年6月30日