原创《机械式挖掘机和液压挖掘机全面比较》
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摘 要：介绍了机械式挖掘机与液压挖掘机的发展史,对两种挖掘机的性能、特点等进行了对比,分析了两种挖掘机优、缺点,总结出了机械式挖掘机和液压挖掘机适用的工况.
关键词：机械式挖掘机；液压挖掘机；整机参数；性能；对比
中图分类号：TU621 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.09.083
通常情况下,把由电力驱动,传动机构采用机械传动的挖掘机定义为机械式挖掘机,简称电铲.电铲的推压方式一般采用齿轮齿条或钢丝绳推压,铲斗的提升采用钢丝绳提升,机械式挖掘机一般为正铲.而把传动机构采用液压传动的挖掘机称为液压挖掘机,液压挖掘机采用液压缸实现挖掘和举升,包括正铲和反铲.
1 挖掘机的发展史
机械式挖掘机有逾百年的发展历史,因其主要采用电能,生产能力大、使用寿命长,能对坚硬、致密的矿岩从事装载作业,至今仍是露天矿山的主要采矿设备.目前露天矿应用的机械式挖掘机斗容范围为4～75 m3.最早的机械式挖掘机由美国生产,代表当时世界最先进的技术水平；我国在20世纪70年代末期由太原重工股份有限公司设计出斗容量为10 m3的WK-10型挖掘机,2000年后,陆续开发出斗容量为20～751 m3的机械式挖掘机,使我国挖掘机制造技术也跨入世界先进行列[1].目前,全球机械式挖掘机的主要制造商有3家,包括P&H公司（被卡特彼勒公司收购）、比塞洛斯公司和太原重工股份有限公司.国外液压挖掘机的开发大约从20世纪50年始,20世纪80年代,随着液压传动技术的迅速发展,传动方式也由半液压传动发展到全液压传动,液压挖掘机也经历了从半机械半液压到全液压的历程[2],当今全球最大的液压挖掘机斗容在50 m3左右.目前液压挖掘机已经占到全世界挖掘机保有量的95%以上,应用范围也从最初的土方工程和道路建设发展到挖掘物料等各方面,近年来也逐渐在露天矿应用.全球液压挖掘机的主要制造商有株式会社小松制作所、日本日立制作所、卡特彼勒公司、利勃海尔集团、徐州工程机械集团有限公司等.
2 机械式挖掘机与液压挖掘机的参数及性能比较
2.1 整机参数与作业范围对比
同级别的液压挖掘机整机重量比机械式挖掘机轻30%~50%,并且液压挖掘机的铲斗比较薄,所以液压挖掘机铲斗的重量比机械式挖掘机的要轻一半左右.从图1
两种挖掘机作业曲线图可以看出,液压挖掘机工作时要求离挖掘面更近,故而容易受到掉下的矿物和岩石打击；而机械式挖掘机由于有起重臂和斗杆,通过推压斗杆能达到更远的范围,所以机械式挖掘机的挖掘半径更大.液压挖掘机可以挖掌子面的顶部和底部,并且底部挖掘得更深；而机械式挖掘机挖掘物料时主要靠斗杆推压插入一定深度再提升.机械式挖掘机设计有更耐磨和更厚的铲斗,适应高负荷挖掘,适合挖掘硬的和非常硬的物料.
2.2 挖掘力和挖掘曲线
机械式挖掘机在挖掘时,通过推压斗杆切入到掌子面底部物料中,切入一定深度后开始提升,完成的基本是一个标准圆弧运动.机械式挖掘机的提升力很大（WK-75挖掘机可达50 t左右）,清理大面积掌子面根底有很大优势,在不需要长距离移动大生产量（5 000 t以上）作业时具有更大优势.
液压挖掘机在挖掘时,铲斗油缸和斗杆油缸协同动作进行切入挖掘和举升,只有挖掘到一定高度时动臂的油缸才一起动作.液压挖掘机的挖掘轨迹接近于抛物线,下部弧度大,上部弧度小,故而在挖掘下部物料及水平地面时可以挖掘得更深.
2.3 能耗与机动性
机械式挖掘机只能选择交流或直流发电机,液压挖掘机可选柴油或电力发电机.液压挖掘机即使不工作,泵也在运转,故整体能耗比机械式挖掘机高.液压挖掘机整机重量一般是同级别斗容机械式挖掘机的一半,所以液压挖掘机的接地比压相对较小,可在较松软的物料上作业；液压挖掘机的两条履带可同时向相反的方向转动,可以它可以在原地转弯,在各个工作面之间移动方便,并可沿任意方向挖掘,也可在水平面上实现水平挖掘,且不用推土机整理路面,在机动性方面更灵活；液压挖掘机的爬坡能力最大可达40％,而机械式挖掘机的最大爬坡能力只有15％左右.机械式挖掘机整机质量重,接地比压大,两条履带不能同时向相反方向转动,所以不能原地转弯,并且需推土机整理路面.
2.4 稳定性、可靠性及工作效率
由于同级别的机械式挖掘机比液压挖掘机整机质量重,所以机械式挖掘机有更好的稳定性和平衡性,在挖掘硬的矿物岩层或密度比较大的物料时,机械式挖掘机优越的稳定性体现得更加明显.由于机械传动比液压传动具有更高的可靠性,所以机械式挖掘机的可靠性和稳定性比液压挖掘机更高.
液压挖掘机灵活度高,在露天矿低岩层处有较大的挖掘力,所以液压挖掘机在挖掘低岩层或工程领域效率更高；机械式挖掘机在整个挖掘过程中可以保持较高的挖掘力和提升力、较高的填充系数、较低的循环时间,并且可以两边装车,它的司机室高,良好的视线可以减少司机疲劳,所以机械式挖掘机在露天矿剥离物料时能始终保持高的产量,具有更高的工作效率.
2.5 寿命及维护
机械式挖掘机的整机寿命大约为100 000 h,每工作15 000～18 000 ｈ需要进行一次大修,更换部分损耗件.只要定期维护、保养,机械式挖掘机整机不会出现大问题,维护也很简单,只需定期更换一些易损件,定期在关键摩擦部位涂点润滑油即可.
液压挖掘机的基本使用寿命为60 000 h,其维修和保养是按液压元件使用周期及对油质的分析来安排的,需定期更换液压元件,并根据油质检验情况定期更换液压油；液压挖掘机包含很多油管,需经常检查管路是否有漏油情况.
3 结论
通过对机械式挖掘机和液压挖掘机的全面比较可以发现,两种设备具有各自的优点和特点.机械式挖掘机的特点：整机质量重、挖掘力大、平衡性及稳定性好,但灵活度不高,能适用于各种矿物岩层的剥离及装载,在坚硬、致密的矿岩从事剥离、装载作业效率更明显.液压挖掘机的特点：结构紧凑、质量轻、接地比压小、灵活度高,适用于修筑道路、清理河渠等工程,使用范围为Ⅰ～Ⅲ级土壤挖掘和松散岩石装载,适合于挖煤、泥沙或松软的土壤等.
参考文献：
[1] 阎书文.机械式挖掘机设计[M].北京:机械工业出版社,1991.
[2] 史青录.液压挖掘机[M].北京:机械工业出版社,2011.
（责任编辑 尚晓春）
液压挖掘机论文参考资料：
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