理工大學工程兵工程學院機械裝備系

工程機械結構與運用陳海松

副教授

工程機械結構與運用理工大學工程兵工程學院陳海松

副教授機械裝備系機械裝備管理與運用教研室

第四章挖掘機結構與運用

挖掘機是用來進行土方開挖的一種施工機械，廣泛應用于建筑、水利、電力、采礦和管道鋪設等方面，在軍事上作為工程兵部隊的主要工程裝備，主要用于挖掘各種工事、塹壕、交通壕、防坦克壕等。第一節挖掘機概述挖掘機概述

挖掘機用于管道鋪設作業挖掘機概述

（1）按動力裝置分有電驅動式、內燃機驅動式和復合驅動式等；（2）按行走方式分有履帶式、輪胎式、汽車式和懸掛式；（3）按傳動裝置分有機械傳動式、半液壓和全液壓傳動式；（4）按工作裝置在水平面的可回轉范圍分有全回轉式和非全回轉式；（5）按工作裝置分有鉸接式、伸縮臂式；（6）按挖斗形式分有正鏟、反鏟、拉鏟、抓斗幾種；（7）按工作裝置操縱系統分有機械式和液壓式。一、分類挖掘機概述

工業發達國家的挖掘機生產較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本是斗容量3.5-40m3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50-150m3剝離用挖掘機；B-E（布比賽路斯-伊利）公司生產的斗容量168.2m3的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107m3的剝離用挖掘機等，是世界上目前最大的挖掘機。1.國外挖掘機目前水平及發展動向挖掘機概述

二、發展趨勢2004年日本日立公司開始試驗生產全世界最高級別的超大型液壓挖掘機EX8000，整機工作質量780噸，裝料鏟鏟斗容量40m3。挖掘機概述

從20世紀后期開始，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。體現在以下6個方面：

1）開發多品種、多功能、高質量及高效率的挖掘機。為滿足需要，國外發展了斗容量在0.25m3以下的微型挖掘機，最小的斗容量僅在0.01m3。例如美國山貓公司生產的山貓小型履帶式挖掘機，斗容僅0.03m3。挖掘機概述

凱斯公司生產的小型挖掘機CX55B就可以進行挖、推兩種作業。數量最的多中、小型挖掘機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。挖掘機概述

與此同時，發展專門用途的特種挖掘機，如超長臂、超小回轉、超級伸縮臂、可組裝、角度挖掘、隧道專用和水陸兩用挖掘機等。日本小松生產的超長臂挖掘機，可高效率地進行河道、湖泊的疏浚，法面修正、建筑用材等的搬運。挖掘機概述

日本小松生產伸縮臂挖掘機通過上下2節式伸縮小臂，實現寬廣的作業范圍。伸縮部位采用磨損消耗少的滾軸伸縮結構。作業時碰撞少，容易調整。挖掘機概述

超小回轉挖掘機，司機操作時不需注意車體后部，可安全高效地作業。挖掘機概述

超級伸縮臂挖掘機在建筑基礎的深基坑作業及深井豎坑作業中發揮威力。適用于地鐵、地下停車場等。最大斗容量的貝殼形鏟斗和伸縮臂相配合，提高了工作效率。挖掘機概述

彎角挖掘機裝有2段式大臂和360°可旋轉小臂，由于充分利用了臂腕的動作，所以最適合建筑基礎、上下水道、埋管工程中的崛起作業、反挖作業、以及背挖作業。挖掘機概述

輪式挖掘機行動靈活、操作簡單、運行快速且安全。例如PW130ES-6擁有先進的液壓系統和出色的傳動性能，裝有多種工作裝置和底盤附件，能滿足幾乎所有的應用要求。挖掘機概述

2）迅速發展全液壓挖掘機，使挖掘機由簡單的杠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、電子計算機綜合程序控制。

3）重視采用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化發展速度。例如，美國林肯貝爾特公司新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。挖掘機概述

4）更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。

5）加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。例如，液壓挖掘機采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）迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。挖掘機概述

我國早在20世紀50年代就開始生產機械式挖掘機。經過十幾年的努力，全國液壓挖掘機年產量從數百臺增加到千余臺。80年代初引進德國系列液壓挖掘機制造技術。20世紀90年代初引進日本小松制作所的PC系列挖掘機制造技術。從1994、1995年開始，世界各工業發達國家的著名挖掘機制造企業先后在中國建立眾多的中外合資或外商獨資挖掘機制造企業，生產世界一流水平的多種型號的挖掘機產品。2.國內挖掘機發展情況挖掘機概述

產品分類情況主要生產企業名稱履帶式液壓挖掘機卡特彼勒徐州有限公司合肥日立挖掘有限公司小松常州工程機械有限公司成都神鋼建設機械有限公司大宇重工業煙臺有限公司常州現代工程機械有限公司柳州工程機械有限公司廈門工程機械有限公司西安黃河挖掘機廠徐州挖掘機制造公司北京建筑機械廠上海彭力浦巨力工程機械公司輪胎式液壓挖掘機大宇重工業煙臺有限公司貴州詹陽機械工業有限公司常州現代工程機械有限公司成都神鋼建設機械有限公司長江挖掘機有限公司水陸兩用挖掘機撫順挖掘機制造有限公司上海彭浦力巨力工程機械公司貴州詹陽機械工業有限公司挖掘裝載機北京建筑機械廠煙臺工程機械廠朝陽朝工建設機械有限公司國產74Ⅲ型挖掘機挖掘機概述

國產高速挖掘機挖掘機概述

山地挖掘機挖掘機概述

挖掘機概述

地震救援中的挖掘機三、輪式挖掘機基本組成挖掘機組成

發動機傳動系統轉向系統制動系統F6L912G型四沖程風冷直噴式柴油機機械式全液壓偏轉車輪轉向系統氣壓傳動蹄式腳制動系統第二節WLY60型挖掘機WLY60型挖掘機

WLY60型挖掘機傳動系統屬于機械式傳動系統，由離合器、油泵傳動箱、變速箱、上傳動箱、垂直傳動軸、下傳動箱、前后橋等組成。一、傳動系統WLY60型挖掘機

發動機離合器變速器上傳動箱下傳動箱后驅動橋前驅動橋WLY60型挖掘機

1、離合器

WLY60挖掘機離合器為彈簧壓緊雙盤干式離合器。（1）特點與作用①切斷動力，方便換檔；③片刻分離，短暫停車；④過載打滑，免遭損壞。②柔和結合，平穩起步；WLY60型挖掘機

(2)結構組成及工作原理WLY60型挖掘機

工作原理（1）變速器的作用

WLY60型挖掘機變速器屬于嚙合套式機械換檔變速器，通過嚙合套中滑動齒套的移動來實現不同齒輪的嚙合達到換檔的目的。其功用有：

①變速變扭，改變傳動比；②實現倒車；

③切斷動力。

2、變速器WLY60型挖掘機

（2）變速器的結構WLY60型挖掘機

主動軸中間軸從動軸倒檔軸變速傳動機構WLY60型挖掘機

WLY60型挖掘機

3、驅動橋（2）主傳動器和差速器（4）輪邊減速器（5）球籠式等速萬向節（1）驅動橋的作用及組成（3）半軸與橋殼WLY60型挖掘機

（1）驅動橋的作用及組成作用：①通過主傳動器和輪邊減速器將變速器傳來的動力減速增扭后傳給驅動輪；②將變速器傳來的動力改變方向90o，即縱向變橫向；③通過差速器和半軸將動力分別傳給左右驅動輪，實現動力分配；④通過差速器保證轉向時兩側車輪能以不同轉速旋轉，實現差速；⑤支承重量和各種力。WLY60型挖掘機

WLY60型挖掘機驅動橋包括前橋和后橋。前、后橋結構基本相同，前橋多一個球籠式等速萬向節。WLY60型挖掘機

車輪差速器主傳動器半軸輪邊減速器橋殼主傳動器與差速器WLY60型挖掘機

接盤主傳動器殼體從動錐齒輪主傳動齒輪螺栓差速器殼半軸齒輪行星齒輪十字軸WLY60型挖掘機

從動錐齒輪主傳動齒輪螺栓差速器殼半軸齒輪行星齒輪十字軸承推墊片軸承WLY60型挖掘機

行星齒輪太陽輪齒圈半軸橋殼輪豰齒圈支架行星架殼體WLY60型挖掘機

（5）球籠式等速萬向節球籠式等速萬向節位于前橋內，主要由內半軸、星形套、外半軸、鋼球、球籠和外罩等組成。橋殼球籠式等速萬向節內轉向節外轉向節WLY60型挖掘機

外罩內半軸星形套球籠鋼球球形殼外半軸WLY60型挖掘機

二、轉向系統WLY60型挖掘機

方向盤不動WLY60型挖掘機

方向盤左轉WLY60型挖掘機

方向盤右轉WLY60型挖掘機

發動機熄火轉向單向閥開啟WLY60型挖掘機

2、轉向油缸球頭銷缸體活塞活塞環固定螺母密封環、墊圈活塞桿導向套端蓋彈性擋圈補償彈簧WLY60型挖掘機

三、腳制動系統

1.車輪制動器

WLY60型挖掘機

制動臂凸輪軸凸輪摩擦片制動蹄滾輪軸回位彈簧制動鼓滾輪WLY60型挖掘機

2.氣壓式制動傳動機構

WLY60型挖掘機

前制動氣室快速放氣閥中央回轉接頭腳制動閥氣壓表前橋接頭手操縱氣開關懸掛手操縱氣開關手制動閥懸掛控制氣缸后制動氣室前橋接通氣缸氣體控制閥空氣壓縮機貯氣筒雙向逆止閥WLY60型挖掘機

四、

工作裝置WLY60型挖掘機

挖斗油缸挖斗大臂油缸斗桿油缸轉盤及支座長連桿短連桿大臂斗桿加長桿搖臂WLY60型挖掘機

挖斗油缸長連桿短連桿斗桿加長桿搖臂搖臂WLY60型挖掘機

挖斗油缸短連桿斗桿搖臂斗桿油缸WLY60型挖掘機

五、

液壓操縱系統WLY60挖掘機液壓操縱系統用于控制挖掘作業、轉盤旋轉和支腿的收放。WLY60型挖掘機

齒輪泵1、組成齒輪泵（1）液壓泵WLY60型挖掘機

安全閥操縱閥組（2）控制調節裝置懸掛分配閥WLY60型挖掘機

斗桿油缸（3）執行機構懸掛油缸挖斗油缸大臂油缸支腿油缸支腿液壓鎖支腿油缸支腿液壓鎖液壓馬達WLY60型挖掘機

油管濾油器（4）輔助裝置回轉接頭散熱器油箱WLY60型挖掘機

油箱作業先導閥先導開關支腿先導閥蓄能器單向閥壓力表接頭濾油器限壓閥主控制閥雙聯齒輪泵WLY60型挖掘機

理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用一、操縱桿的識別第一節挖掘機的基本作業WLY60挖掘機GJW111挖掘機

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院WLY60挖掘機手操縱氣開關支腿收放桿熄火手柄變速桿手制動工裝操縱手柄油泵操縱桿

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院GJW111挖掘機制動油門變速先導閥開關停車制動開合、支腿操縱電子儀表工裝操縱手柄可實現回轉、大臂、斗桿、鏟斗四個動作中的任意兩個動作的復合動作理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用二、啟動前的檢查

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院

1.油、水、電是否充足，質量是否符合要求。

2.各處是否有滲漏。

3.操縱桿連接是否可靠、是否靈活。

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院三、作業前準備

1.選擇較為平整堅實的停機面，必要時可用挖掘機本身整理停機面。

2.放下兩支腿使后輪微微離開地面，將車輪制動、懸掛閉鎖手操縱氣開關扳到工作位置（WLY60）。

3.放下支腿，使機體略為離開地面，放下停車制動開關，使前后輪處于制動狀態（GJW111）。理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院四、挖掘機的作業方法有斷續操作和連續操作兩種方法。挖土升動臂旋轉卸土回轉降動臂斷續操作合并合并連續操作

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用

1.挖掘機作業時，在回轉半徑和最大高度內不得有任何障礙物，禁止人員停留或通過。多臺挖掘機在同一地段作業時，彼此間應留出足夠的安全距離。理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用

五、作業安全規則

3.裝車作業時，承裝車輛駕駛員應離開駕駛室。挖斗應從車廂兩側或后方進入，禁止從駕駛室上方通過。挖斗接近車廂時，應盡量放低，但須確保翻斗時不碰撞車廂。

2.挖掘作業時，如遇凍土層、大石塊或其它障礙物，應設法清除或采取輔助作業方法（如爆破等），不可硬挖。

8.禁止在高壓線下作業，必須作業時，工作裝置最高點應與高壓線保持一定距離，一般10000V以上應相距5m以上，6000V以下相距3m以上；380V應距1.5m以上。理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用

4.挖斗掘入土層或置于地面時，禁止回轉車身。不得以挖掘機的回轉作用力拉動重物或以挖斗沖擊物體。

5.不要挖掘離機身過近的土壤，避免挖壞機身。

6.停止作業時，不論時間長短，都應將挖斗置于地面。7.不得在橫坡度大于20o的地形上作業。一、壕溝的挖掘

如壕溝寬度和挖斗寬度基本相同，可將挖掘機置于壕的中心線上，從正面進行直線挖掘；當挖到所要求的深度后，再移動挖掘機，直至全部挖完。第二節挖掘機的應用作業理工大學工程兵工程學院

1.直線挖掘

挖掘機的運用

折線形：挖掘壕溝曲線部時，可使挖掘的第一直線部分超過第二直線部分中心線，然后，調整挖掘方向，使挖斗與前挖好的壕溝相銜接。這種挖掘成型的壕溝轉彎處為死角。理工大學工程兵工程學院

2.曲線部的挖掘

圓弧形：如果需要緩角時，挖掘機則需按照半徑中心線不斷調整挖掘方向。此種挖掘方法作業率低,一般不應采用。

挖掘機的運用將挖掘機成90o停放在壕溝中心線上，從側面繼續挖掘。最后，將挖掘機開離壕溝中心線，從后部挖掘剩余部分。理工大學工程兵工程學院3.壕溝連接部分的挖掘

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院4.面積大和深的壕溝挖掘條件許可采用正反鏟分層挖掘，必要時將斗桿加長。需要其它機械車輛配合，將挖掘的土方運走。

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用理工大學工程兵工程學院（一）小型平底坑的挖掘

端面挖掘可采用細挖法或粗挖法。

挖掘小型平底坑可采用端面挖掘和側面挖掘。

1.端面挖掘條件：端面挖掘是在平底坑的一側或兩側均可卸土的情況下采用。

挖掘機的運用二、平底坑的挖掘

（1）細挖法①挖掘機停在平底坑的一側，挖斗外側緊靠標線。

特點：此種挖掘法的特點是能將絕大部分的土壤挖出，經人工略修整即可。但由于機械移動頻繁，影響作業率。理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用123456789101112②挖掘時，以扇形面逐漸向平底坑中心挖掘，挖出的土壤卸到靠近標線的一側，一直挖到所需深度。③如果平底坑較窄時，應按照1、2、3、4的順序進行挖掘。④如果平底坑的寬度超過6m時，可先挖完一側，即1、3、5、7、9，再挖另一側。（2）粗挖法①將挖掘機停在平底坑中間，使機架中心線與平底坑中心線相重合，成扇形面向兩邊挖掘，挖出的土壤卸在平底坑兩側。

特點：作業效率高，但坑內余土量大，需要較多的人工修整。理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用②第一個扇形面挖完后，再挖第二個扇形面，但要注意與第一個扇形面的相接，直到挖完為止。端面挖掘因地形條件限制只能在一邊卸土時，挖掘機可順著平底坑中心線靠卸土一側運行，這樣可以增加卸土場地的面積，利于卸土和提高效率。理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用2.側面挖掘

（1）單側面挖掘法：平底坑的斷面小，挖掘機挖掘半徑能夠一次挖掘出平底坑的斷面，而且又只能一面卸土時采用。理工大學工程兵工程學院①挖掘機垂直于側面線：作業可靠、移位不太方便、只能一側卸土容易形成過量的堆土，給以后作業造成不利。

②挖掘機平行于側面線：移位方便、卸土位置能得到充分利用、但放置不太穩固。

挖掘機的運用（2）雙側面挖掘法：平底坑斷面較寬，超過挖掘機挖掘半徑，挖掘機只能沿平底坑的兩側開挖時采用。理工大學工程兵工程學院

挖掘機的運用按圖示順序挖掘，但考慮到挖掘中間第3段時卸土有困難，可配合推土機將挖掘機卸出的土壤推出平底坑標線以外，或配備自