[科普中国]-轮形挖土机

简介

轮式挖土机是以轮胎作为行走部件的挖土机械，简称轮挖。轮挖行走速度快，不损坏路面，能远距离自行转场及可快速更换多种作业装置。国外轮挖的最高行走速度大多为25～40km/h，国产的大多为20～35km/h。虽然轮挖工作效率不如同等级的履挖，但与履挖昂贵的转移费相比，频繁转场时轮挖更具经济优势。正是以其机动、灵活、高效的鲜明特点，轮挖在市政维护工程、公路交通建设及快速抢修等物料挖掘、搬移方面得到了广泛应用。1

轮式挖土机工作原理与总体结构轮式挖土机工作原理液压轮胎挖土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，由先导控制阀操纵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两个以上复合动作以及动臂、斗杆动作的合流，以充分利用发动机功率和缩短作业循环时问。轮式挖土机的行走一般采用液压一机械传动，即高压油由中心回转体至行走液压马达直接驱动变速箱，再经传动轴、驱动桥驱动车辆的行走。轮挖行走速度一般分为高低两档，低档为工作时行走速，高档为公路行走速度。1

轮式挖土机总体结构液压轮式挖土机的主要结构由工作装置、驾驶室、回转机构、动力装置、传动操纵机构、底盘和辅助设备等组成。其中驾驶室、动力装置、辅助设备都安装于可全回转式的平台上，通称为上部转台。轮胎底盘由车架、支撑、变速箱、液压马达、前后桥、轮胎等组成，与回转体装配。工作装置主要由动臂、斗杆、铲斗、连杆等部分组成。铲斗按其工作方式有正铲、反铲、拉铲、抓铲等儿种形式。动臂主要有鹅颈整体弯曲式和液压作用分体多节动臂。反铲斗多节动臂形式在国外同类产品中得到广泛应用。 1

轮式挖土机国内外轮挖差距和发展方向轮式挖土机国内外轮挖差距纵观国内轮挖，尽管设计制造有了长足进步，但由于设计手段落后、开发制造投入严重不足等因素制约，同国外产品相比，在高可靠性、安全舒适性、外观造型尤其电子节能及微机控制技术方面尚存在明显差距。以下几点是影响国产轮挖质量和市场竞争力的重要因素:(1)操作的平稳性和可靠性较差，作业效率不高，产品质量不高，外观粗糙。在耐久性及可靠性上与国外先进挖土机水平相比差距较大，国产挖土机平均无故障时间及第一个大修期仅为国外先进产品的一半;(2)国产轮挖的发动机以及液压系统、电控系统中的关键部件基本依赖进口，生产成本高，制约了国产轮挖的竞争力;在智能化、电子控制、自动监测、机电液一体化等方面还不能满足国内市场的需要;(3)可选轮挖品牌少，品种单一，缺少中型、微型产品，特别是接近20吨级的中型轮挖;(4)挖土机的整体结构、管路布局、配件选择和发动机排放标准等方面存在不足，新产品试验周期短，以致一些整机质量隐患时有发生，满足不了用户要求。2

轮式挖土机轮挖的发展方向自90年代以来，挖土机液压系统和电子技术得到空前的发展，提高整机生产率和经济性能。毋庸置疑，挖土机始终朝着高效、节能、提高舒适性和环保适应性的方向发展：

(1)电液比例控制智能化

电液比例控制在20世纪80年代就开始应用于工程机械，不但可以省去复杂、庞大的液压信号传递管路，而且使整个挖土机动力系统控制更加灵活、方便。进入90年代后，随着计算机技术的发展，电液比例控制进一步“智能化”，主要体现在以下几个方面:首先，某些液压元件的设定参数将不再固定，可以调整，如压力切断值、泵转矩、负荷传感阀上的压力补偿器设定压差等;其次，计算机能够自动监测液压系统和柴油机的运行参数，如压力、柴油机转速等，并能根据这些参数自动调整液压系统运行参数，如发动机转速及泵输出流量、转矩等，控制整个挖土机动力系统运行在高效节能状态;第三，能够完成一般半自动操作，如平地、斜坡的修整等，对驾驶员的熟练程度要求低，但工作质量却能够得到大幅度提高;第四，能够根据监测到的运行参数进行故障诊断，便于挖土机的维护。这些功能的出现，能显著提高挖土机的性能。2

(2)柴油机电喷控制

在传统的机械调速柴油机上，喷油泵的循环供油量、喷油提前角等都受到转速影响，使柴油机性能难以进一步提高。在柴油机上应用电喷控制后，可以使泵的循环供油量和喷油提前角不再受转速的影响，从而使挖土机能够一直工作在最佳状态，而且加快了响应速度。借助计算机控制技术，泵与发动机的匹配控制将进一步实现“智能化”，两者之间的结合将更密切，实现一体化控制。在这种控制中，控制器能根据工作状况的变化，自动对液压泵和发动机进行调整，在保证输出功率满足工作需要的同时，使燃油消耗量最低，提高挖土机的节能性和环保性。2

(3)负荷传感技术继续发展

负荷传感控制从20世纪70年代开始兴起，各工程机械液压件生产厂商纷纷推出了一系列有关产品。这种系统具有良好的节能性和操纵性，即使不熟练的司机也能很快适应。比例流量分配阀的出现进一步推动了负荷传感技术在挖土机上的应用，使挖土机操纵性进一步提高，解决了西方国家由于熟练司机的缺乏而带来的问题。因此，负荷传感控制挖土机在发达国家的需求将会进一步上升。2

(4)向混合动力方向发展

近年来混合动力液压挖土机受到工程机械领域的广泛关注。目前国外一些挖土机企业，如日本的小松、神户制钢、住友和日立建机，德国的利勃海尔，美国的卡特彼勒，都已经开展了混合动力液压挖土机的研究工作，同时能量回收也受到了业界的广泛关注，成为下一代液压挖土机的一个重要研究方向。2

(5)提高行走速度和安全舒适性，实现多用途化

随着液压高压化及液压元件等技术的发展，轮挖的行走速度将会再上一个新的高度，以提高轮挖的移动性。目前国外轮挖最高行走速度已经达到40km/h，国内詹阳动力生产的高速轮挖速度甚至达到51km/h。驾驶室逐步采用ROPS和FOPS，降低发动机等的噪声和振动，为操作人员营造一个更安全舒适的工作环境。使用不同的工作装置，实现一机多用，提高生产率。鉴于我国的科学技术水平不能与国外相提并论，所以必须在产品质量、产品开发、产品创新上下大功夫才能与国外大型公司竞争，特别是对柴油机、液压系统、电控系统等关键技术的研究开发。同时采用在中大型挖土机上使用的先进技术，如负荷传感系统，提高整机的技术性能、作业效率和操作的平稳性;以全球采购的方式，选购性价比更高的液压和电气元器件，减少初期故障，提高整机的无故障作业时间和可靠性。开发微型机，以满足开沟、挖渠、埋线缆等窄小作业的需要;发展适应煤炭、水利、农田、城建各方面需要的新品种小型轮挖。开发和配备多种附属工作装置，如挖掘斗、装载斗、推土板、清沟斗、液压锤、钻孔机构等。提高拖拉机改装的小型轮挖的无故障作业时间、可靠性、可维修性和零部件的通用性，减少泄漏，降低售价，完善售后服务。2