单斗挖掘机

单斗挖掘机单斗挖掘机的用途是多种多样的，它可以配备各种不同的工作装置，进行多种形式的上方挖掘、倒装及土石的铲装工作。单斗挖掘机可按其运用性、铲斗容积、动力工作装置及行车装置的不同进行分类。按照铲斗容积分类，可分为四类。小型（斗容一般小于1m3），中型（斗容1～5m3），大型（斗容5～15m3）和巨型（斗容超过15m3）。按照驱动动力形式，可分为电力驱动、内燃驱动和复合驱动三种。复合驱动多为柴油机——液压驱动。按行走支承装置的不同，可分为轨行式，履带式、轮胎式和迈步式。作业场地固定、要求接地比压较低时用履带式；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；作业场地固定、机器重量大时，用步行式。步行式行走装置大多用于单斗挖掘机中的大、中型拉铲挖掘机和斗轮挖掘机。单斗挖掘机Rwmax----最大挖掘半径，即沿水平方向最大限度推出斗柄时，由机器的回转轴中心至铲斗齿尖的水平距离；Hwmax------最大挖掘高度……Rxmax------最大卸载半径Hxmax------最大卸载高度单斗挖掘机按其各种装置的不同，分类如下：刨铲挖掘机的铲斗沿动臂下缘移动，动臂置于固定位置时，斗齿尖轨迹呈直线,因而可获得平直的挖掘表面,适于开挖斜坡、边沟或平整场地。液压传动单斗挖掘机利用油泵、液压缸、液压马达等元件传递动力的挖掘机。油泵输出的压力油分别推动液压缸或马达工作，使机械各相应部分运转。液压传动挖掘机的主要技术参数是铲斗容量，也有以机重或发动机功率为主要参数的。此种挖掘机结构紧凑、重量轻，常拥有品种较多的可换工作装置，以适应各种作业需要，操作轻便灵活，工作平稳可靠,故发展迅速,已成为挖掘机的主要品种。机械传动单斗挖掘机利用齿轮、链条、钢索滑轮组等传动件传递动力的挖掘机。机械传动挖掘机的主要技术参数是铲斗容量，常据以计算机械生产率和估算运土车辆的车斗大小。此种挖掘机由于重量大、机构性能不能很好地满足作业要求、操纵不轻便，故中小型机已基本上被液压传动挖掘机所取代。在矿山中大量使用电铲。使用电铲的安全注意事项主要是：（1）电铲司机必须经过考试合格，熟知并严格执行电铲技术操作规程，严禁一人作业。（2）电铲作业时，禁止任何人上下电铲，在作业范围内不准有人逗留、穿行和工作等。（3）电铲在作业运转时，禁止进行维护保养和任何检查工作，必要时可以停车进行处理。（4）在检查和处理电气设备时，须断开所属电源，不得带电作业并挂检修标志牌。（5）严禁在电缆及高、低压区域。目前，露天矿山大多数采用电动机驱动、机械传动的单斗挖掘机，一般称为电铲。一、单斗电铲（简称电铲）（一）使用条件电铲是露天矿最广泛使用的铲装设备。它结构坚固，由于使用电动机和可控硅电力控制，其效率和可靠性都很高。主要电力控制设备位于司机室内，操作条件优于其它装载设备。电铲的重量、牵引力、提升力和推压力大，因此它对硬岩有很大的持续挖掘能力，几乎适用于各种坚硬岩石的作业，具有很好的适应能力。但是，电铲的机动性差，受到外部电源条件的限制。可控硅，是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件，亦称为晶闸管。具有体积小、结构相对简单、功能强等特点，是比较常用的半导体器件之一。（二）结构特点和技术参数电铲结构和各部件名称如图2所示。图2电铲结构和各部件名称1-动臂；2-推压机构；3-斗柄；4-铲斗；5-开斗机构；6-回转平台；7-绷绳滑轮；8-绷绳；9-天轮；10-提升钢绳；11-履带行走装置；12-斗底门；13-开斗电动机电铲行走机构的特点是多采用刚性少支点双履带式结构，这种结构对任何工作条件几乎都能适应，履带的承载面积较大，所以在松软岩层上能顺利移动，稳定性能也好，此外对猛烈铲掘时所产生的冲击动载，双履带装置也具有强大的抗衡作用和很好的稳定性能。这种双履带装置尤其适用于工作面底板不平并伴有尖利石块的情况，而且它与电铲的大小和重量也正相适应。因为采矿工作要求电铲尽量减少在相距较远的作业场地之间高速和频繁转移。电铲一般只有一种行走速度（0.75～2km/h），最大爬坡为15°～20°，对土壤的平均比压为1.2～2.3×105Pa。电铲工作装置的特点是：多数采用单梁动臂、双梁外斗柄、单滑轮提升、齿轮-齿条推压，还有双梁动臂、单梁内斗柄、双滑轮提升、钢绳推压，也有采用内方斗柄、齿轮-齿条推压。采矿型电铲为专用正铲工作装置，一般不配可更换的工作装置。平均提升速度为0.65～1.10m/s（大斗容取上限）。回转机构通常放置在回转平台的前部，采用立式双电机驱动，回转平台的回转速度为2.75～4r/min（对于小斗容取上限）。动力装置的特点是：大多数采用柴油机和交流电机为主发动机的发电机一电动机系统，以多台直流电动机作分别驱动，各机构是独立的。此外还有静态交流转换，直流系统（又称静态直流系统）和静态交流变频调速系统（又称静态交流系统）。静态直流系统没有电动机-发动机组，因此维修工作量少且无噪音，其反应较快而无机械惯性，它大大减少了机器启动时所产生的高峰电流，其总效率比电动机-发动机组系统增加了12～15%。静态交流系统功率因素可保持恒定，并可减少设备作业的动力费用。二、单斗液压挖掘机（简称液压铲）（一）使用条件液压铲由于在动力装置和工作装置之间采用容积式液压传动，靠液体的压力进行工作，因此，与机械传动相比有许多优点：能无级调整且调速范围大；能得到较低的稳定转速；传动平稳，结构简单、紧凑，可消除冲击和振动；操纵省力，易实现自动化控制。由于液压传动具有上述特点，故液压铲大大改善了单斗挖掘机的技术性能，它挖掘力大，牵引力大，机器重量轻、作业率高。液压铲兼有前装机和电铲的一些优点：它比前装机的生产能力高，并可用于前装机达不到的高台阶工作面；作业比同斗容电铲轻35～40%，挖掘力高30%左右（如斗容10m3的液压铲斗齿切削为120～150kN，而同级电铲只有100kN左右。）；机动灵活，下铲准确，特别适于选别回采。但是，液压铲对液压元件制造精度要求高，维修困难，液压系统易漏油、发热，以及总效率较低等。因此还有待于进一步研究解决这些问题。前装机是采矿用装挖机械。矿用前装机有两种：履带式前装机和轮胎式前装机。履带式前装机实质上是一种挖掘机，它用于单纯的挖掘作业或需要稳定较高和对地比压较小的作业地点。轮胎式前装机由于重量轻、行走速度快、机动灵活、一机多能等优点，在露天矿使用的越来越多。目前使用最广泛的是斗容为4.6～12m3的轮胎式前装机，最大的斗容达18.4m3。在中小型露天矿已作为主要装载设备，在大型露天矿配合电铲作业，以提高电铲效率，井兼作多种辅助作业，如清理工作面、修路、填塞钻孔、排土、清理边坡、运输重型零部件、在贮矿场进行装载工作、松散土岩及清除积雪等。近年来，一些新产品，如斗容13m3的L-1000型电动轮前装机、斗容13m3的TCL-1000型拖曳电缆式前装机、斗容10.6m3的475C型带涡轮变速箱的前装机、斗容9.9m3的992C型带双泵轮液力变矩器的前装机和遥控前装机等相继出现，使前装机的应用范围进一步扩大，并已取代了一部分3～4.6m3电铲。我国生产的前装机斗容0.25～5m3，其中斗容4.6～5m3的比较适于矿山作业。它们在大型露天矿山可与电铲配合作业，在中小型矿山，当矿石破碎较好时，则可作为铲装设备与载重量15～32t的自卸汽车配合工作，在运输距离不大时（小于300m），还可以作为铲装运输设备使用。液压铲斗容较小，而且比较轻，目前尚未在硬岩金属矿山使用，主要用于装载松软矿岩。70年代末期和80年代初期，国外液压铲发展的重要特点之一是向大型化发展，其斗容10～17.5m3。目前斗容7.5～14m3的液压铲在国外矿山及其它施工中应用较普遍。我国生产的液压铲斗容1.0～7.5m3，有些品种已投入批量生产。目前我国正在研制斗容8～14m3的液压铲。（二）结构特点和技术参数液压铲的特点之一是可以换装多种作业机具，以扩大挖掘机的使用范围。正铲斗用在站立水平以上进行挖掘作业，反铲斗则是液压挖掘机最常用的作业机具，通常用于站立水平以下的挖掘作业。液压铲外形结构如图3所示。图3单斗液压铲1-铲斗；2-斗柄；3-铲斗油缸；4-斗柄油缸；5-动臂油缸；6-动臂；7-操纵系统；8-回转机构；9-行走机构；10-转台上部机构；11-底架及行走系统；12-工作装置反铲式液压铲通常又分为双节动臂和单节动臂及伸缩式动臂三种。双节动臂型使用较多。一种挖掘机用双节折叠动臂，属于挖掘机的动臂。该动臂有上动臂和下动臂，上动臂和下动臂分别为独立的箱型结构，上动臂和下动臂通过销轴进行固定，上动臂和下动臂的另一端均有销轴孔，在上动臂与下动臂之间连接有调整油缸,通过调整油缸的伸缩来调整上动臂与下动臂之间的夹角。该动臂主要有以下优点：1.大大提高挖掘机的灵活性，并且挖掘机的作业范围也有一定程度的增大，从而使挖掘的工作效率得到提高；2.它具有折叠后装置重心低，可提高整机行驶的稳定性，改善整机的行驶视线，可以大大提高挖掘机的转场速度。双节动臂反铲式液压铲结构和各部件名称如图4所示。图4双节动臂反铲式液压铲1-铲斗；2-拉杆；3-铲斗油缸；4-斗柄油缸；5-斗柄；6-上动臂；7-下动臂；8-动臂油缸；9-驾驶室；10-机箱；11-履带行走车架图5单节动臂反铲式液压铲1-铲斗；2-拉杆；3-铲斗油缸；4-斗柄油缸；5-斗柄；6-动臂；7-动臂油缸单节动臂反铲式液压铲结构和各部件名称，如图5所示。三、剥离用机械式单斗挖掘机（简称剥离机械铲）这种大型挖掘机装有长距离挖掘装置和大容积的铲斗，斗容4～152m3。用加宽底座并使其支承在四对履带上的方法解决稳定性的问题，其工作装置的特点是尺寸大，对于斗容6～45m3的挖掘机，相应的挖掘半径为34～45m，挖掘高度为27～40m。剥离机械铲主要用于露天矿剥离，它的剥离能力强，但挖掘深度有限，仅能在较硬的地面上工作。斗容137.5m3的Marion6363型和斗容107m3的Bucyrus-Erie3850型剥离机械铲，目前仍在美国矿山使用。但近十年来，这种设备没有得到发展。我国露天矿山尚未使用剥离机械铲。四、索斗铲（又称拉铲）（一）迈步式索斗铲（迈式拉铲）这种挖掘机的底座为巨大的圆筒，因此具有高度的稳定性，允许采用长悬臂和大铲斗，适用的前端装置有多种多样，由于挖掘机的底座很大，承载的压强很低，比压为（0.8～1.5）×105Pa，因此它能在松软的岩层面上运行和工作。迈步式索斗铲设计成能沿高边坡或在平地上使用，有时也可铲装索斗铲所在位置以上的岩土。迈步式索斗铲其挖掘深度可达臂长的0.5～0.6倍，一般挖的土壤都在周围堆弃，挖完一段工作面后，机器转动0.2～0.4倍的长臂距离，再开始挖新工作段。索斗铲工作装置由于是挠性连接，其工作精度较低，但挖掘的深度和半径都大，在矿山主要用于剥离表土。迈步式索斗铲结构和各部件名称见图6。图6迈步式索斗铲结构和各部件名称1-迈步偏心轮；2-迈步履板；3-底座；4-回转架；5-机棚；6-A型；7-支臂；8-动臂；9-上棚绳；10-提升钢绳；11-天轮；12-提升链；13-卸载钢绳；14-铲斗；15-拖曳链；16-拖曳钢绳；17-引出管当覆盖层厚度超过30m时，迈步式索斗铲的作业费用较剥离机械铲为低。与剥离机械铲相比，迈步式索斗铲挖掘阻力小，迈步式装置保养费低。迈步式在挖掘和堆放土壤的灵活性方面，也能满足回土复田的要求。迈步式索斗的斗容量，目前76.5m3已够用，但仍向较长的动臂、大斗容量方向发展。最大的斗容已达到220m3，臂长300～400m，动臂用硬铝合金制造。由于索斗铲斗容量加大，机器重量增加很多，原来履带行走装置索斗铲受允许接地比压的限制，逐渐为迈步式索斗铲所取代。国内目前生产的索斗铲斗容为0.5～4m3。为了满足我国露天矿的需要，太原重型机械厂正生产斗容分别为5m3、15m3、40m3的WB-5/45、WB-15/90、WB-40/85型迈步式索斗铲。（二）履带式索斗铲（履带式拉铲）这种挖掘设备在采矿和剥离作业中应用很广。一般为双履带式