§2.3铲土运输机械

时间：2024-10-15 百科知识版权反馈

【摘要】：铲土运输机械是指利用刀形或斗形切削装置在行进中铲捣、切削土石方，并能把铲削的土石方运送到一定距离自行卸掉的机械。铲土运输机械是工程机械中的一大类型，主要有推土机、装载机、铲运机、平地机等。推土机的工作装置为推土铲刀和松土器。行走装置用于支承机体，并使推土机运行。为防止因松土器过载而损坏液压元件，在松土器油缸两腔的油路中均设有过载阀9，油压超过规定值时过载阀开启而卸载。

§2.3　铲土运输机械

铲土运输机械是指利用刀形或斗形切削装置在行进中铲捣、切削土石方，并能把铲削的土石方运送到一定距离自行卸掉的机械。

铲土运输机械是工程机械中的一大类型，主要有推土机、装载机、铲运机、平地机等。这类机械能完成刮削、铲掘、装卸堆积物料、平整场地、修筑边坡、露天矿场剥离等大量平面性的土石方工程作业，也是工程准备工作的主要机械。

2.3.1　推土机

1.推土机的用途与分类

推土机是以履带式或轮式拖拉机牵引车为主机，再配置悬式铲刀的工程机械。推土机作业时，将铲刀切入土中，依靠机械的牵引力，完成土壤的切割和推运。可以完成铲土、运土、填土、平地、松土、压实以及清除杂物等作业，还可以为铲运机松土和助铲以及牵引各种拖式工作装置等作业。

履带式推土机是使用最广泛的一种推土机，适宜于Ⅳ级以下土壤的推运。当推运Ⅳ级和Ⅳ级以上土壤和冻土时，必须先进行松土。推土机的合理运距为50～100m。

推土机有许多种类型，通常按下列方法分类:

按传动方式可以分为机械式、液力机械式和全液压式。液力机械式推土机应用最广，机械传动只用于小型推土机。

按推力装置的型式可以分为直铲倾斜式和角铲式。

按用途可以分为通用型和专用型两种。专用型用于特定的工况，如采用三角形履带板以降低接地比压的湿地推土机(比压为0.02～0.04MPa)和沼泽地推土机(比压在0.02MPa以下)，还有水陆两用、水下和无人驾驶推土机等。

按发动机功率可以分为小型、中型和大型推土机。发动机功率小于75kW为小型，75～239kW为中型，大于239kW为大型。

按行进装置可以分为履带式和轮式推土机。履带式推土机附着性能好，接地比压小，通过性好、爬坡能力强，宜在山区和恶劣的条件下作业。轮式推土机行进速度快，运距稍长，机动灵活，不破坏路面，近年来发展较快。当前，推土机仍以履带式行进装置为主。

2.推土机的基本构造

履带式推土机以履带式拖拉机配置推土铲刀而成，轮胎式推土机以轮式牵引车配置推土铲刀而成。有些推土机后部装有松土器，遇到坚硬土质时，先用松土器松土，然后再推土。推土机主要由发动机、底盘、液压系统、电气系统、工作装置和辅助设备等组成，如图2.3.1所示。

1—铲刀;2—液压系统;3—发动机;4—驾驶室;

5—操纵系统;6—传动系统;7—松土器;

8—行进装置;9—机架

图2.3.1　推土机的总体构造图

发动机是推土机的动力装置，大多采用柴油机。发动机往往布置在推土机的前部，通过减震装置固定在机架上。电气系统包括发动机的电启动装置和全机照明装置。辅助设备主要由燃油箱、驾驶室等组成。

(1)工作装置

推土机的工作装置为推土铲刀和松土器。推土铲刀安装在推土机的前端，是推土机的主要工作装置，有固定式和回转式两种型式。松土器通常配备在大中型履带推土机上，悬挂在推土机的尾部。

①固定式推土装置

固定式推土装置又称直铲倾斜式推土装置，如图2.3.2所示。推土铲刀与拖拉机纵向轴线固定为直角，若同时改变左右斜撑杆的长度就可以调整推土装置刀片与地面的夹角，即切削角。当顶推架与履带台车架球铰连接时，相反调节左右斜撑杆长度，可以改变推土板在垂直面内的倾角。一般来说，从推土装置的坚固性及经济性考虑，小型及经常重载作业的推土机宜用这种型式。

1—推土铲刀;2—升降油缸;3—斜撑杆;

4—水平斜撑杆;5—连接柄;6—顶推架

图2.3.2　固定式推土装置简图

②回转式推土装置

回转式推土装置又称脚铲式推土装置，如图2.3.3所示。推土铲刀能在水平面内回转一定角度，也能调整切削角和倾斜角。

1—推土铲刀;2—斜撑杆;3—顶推门架;4—支承座;5，6—耳座

图2.3.3　回转式推土装置简图

③松土器

推土机的后部往往都悬挂松土器，以提高推土机的利用率，扩大其使用范围，如图2.3.4所示。松土器专门用来疏松坚硬的土，破碎需要翻修的路面、软岩层等。用松土器作业比钻孔爆破效率高、成本低且安全，目前超重型松土器可以松动中等硬度的岩石。松土器与推土机配合作业，对硬土层的剥离以及破冻土最为适合。松土器一般能凿裂软岩和翻松土层的厚度为0.5～1m。

松土器按齿数可以分为单齿松土器和多齿(2～5个齿)松土器。单齿松土器开挖力大，可以松散硬土、冻土层、软石、风化岩、有裂缝的岩层，还可以拔除树根，为推土作业清除障碍。多齿松土器主要用于预松薄层硬土和冻土层，以提高推土机的作业效率。

1—安装架;2—倾斜油缸;3—提升油缸;4—横梁;

5—齿杆;6—保护盖;7—齿尖;8—后支架

图2.3.4　松土器简图

(2)底盘

推土机底盘部分由主离合器(或液力变矩器)、变速箱、转向机构、后桥、行走装置和机架等组成。底盘的作用是支承整机，并将发动机的动力传递给行走机构和各个操作机构，主离合器装在柴油机和变速箱之间，用来平稳地接合和分离动力。若为液力传动，液力变矩器代替主离合器传递动力。

变速箱和后桥用来改变推土机的运行速度、方向和牵引力。后桥是指在变速箱之后驱动轮之前的所有传动机构，转向离合器改变行进方向。行走装置用于支承机体，并使推土机运行。机架是整机的骨架，用来安装发动机、底盘及工作装置，使全机成为一个整体。

(3)液压系统

推土机工作装置液压系统可以根据作业需要，迅速提升或下降工作装置，或使其缓慢就位。操纵液压系统还可以改变推土铲的作业方式，调整铲刀或松土器的切削角。

国产TY180型履带式推土机工作装置液压系统如图2.3.5所示，该系统主要由液压泵3、换向阀7与8、溢流阀4和液压缸11与12等液压元件组成。其中的液压泵为CBF32C型齿轮泵;松土器油缸换向阀和推土铲油缸换向阀组成双联滑阀，构成串联油路;控制推土铲、松土器的执行元件分别是两个双作用油缸11、12。

1—油箱;2—粗滤油器;3—液压泵;4—溢流阀;5—精滤油器;6—安

全阀;7—推土铲油缸换向阀;8—松土器油缸换向阀;9—过载阀;

10—补油单向阀;11—松土器油缸;12—推土铲油缸

图2.3.5　TY180型推土机工作装置液压系统图

为防止因松土器过载而损坏液压元件，在松土器油缸两腔的油路中均设有过载阀9，油压超过规定值时过载阀开启而卸载。

换向阀上设有进油单向阀和补油单向阀，其中的进油单向阀的作用是防止油液倒流。例如，提升推土铲时若发动机突然熄火，液压泵则停止供油，此时进油单向阀使液压缸锁止，使推土铲维持在已提升的位置上，而不致因重力作用突然落下造成事故;补油单向阀的作用是防止液压系统产生气穴现象，即推土铲下落时因重力作用会使缸进油腔产生真空，此时补油单向阀工作，油液自油箱进入液压缸，从而防止了气穴现象的产生。

操纵推土铲的滑阀为四位五通阀，通过操纵手柄可以实现推土铲的上升、下降、中位(即液压缸封闭)和浮动四种动作。其中液压缸浮动是为了在推土机平整场地作业时，使铲刀能随地面的起伏而作上下浮动。松土器液压缸通过三位五通阀的控制，可以实现松土器的上升、下降和中位三种动作。换向阀通过阀芯在阀体内移动，改变不同的油路通断关系，分别控制松土器和推土铲的各种动作。换向阀的一端设有回位弹簧和弹簧座，回位弹簧有一定的预紧力，能使换向阀芯保持中位。

为保持油液清洁，该液压系统的所有控制阀均安装在封闭结构的油箱内。此外，液压泵的入口处和液压系统的回油路上设有滤油器。为了使回油滤清器堵塞时不影响液压系统正常工作，滤油器并联一安全阀，即滤油器堵塞时回油背压使安全阀打开，使液压系统正常回油。

3.推土机的主要技术参数

推土机的主要技术参数为发动机额定功率、机重、最大牵引力和铲刀的宽度及高度等。几种国产常用推土机的技术参数如表2.3.1所示。

表2.3.1　推土机的主要技术参数表

4.推土机的使用计算

(1)生产率计算

推土机是一种周期作用的土方机械，其工作循环包括铲土、推土、卸土和回程四个过程，其生产率大小取决于每次工作循环的推土量和循环作业时间。

①直铲铲推作业时的生产率计算

推土机直铲作业挖运土壤时，其生产率Q₁(m³/h)是以单位时间内挖运的土方量来计算的，按下列公式计算

式中:k_B——时间利用系数，取k_B=0.8～0.9;

k_S——坡度影响系数，平地k_S=1.0，上坡k_S=0.5～0.7，下坡k_S=1.3～2.3;

V——推土铲刀推运的土壤实方体积(m³)，其近似值为

式中:l，h——推土铲刀的长度和宽度(m);

φ——推土铲刀前碎土的自然静止角(见表2.3.2);

k_n——推运时碎土流失系数，取k_n≈0.75～0.95(运距大的松散土取低值)。

k_p——土壤的松散系数，见表2.2.2;

t——每一工作循环的延续时间(s)，其值为

式中:l₁、l₂、l₃——推土机铲掘、推运、回程的距离(m);

v₁、v₂、v₃——推土机铲掘、推运、回程的速度(m/s);

t₁——换挡时间，t₁≈5s;

t₂——放下推土铲刀时间，t₂≈4s;

t₃——调头时间，t₃≈10s。

表2.3.2　各种土壤的自然静止角表(°)

②斜铲平整场地作业时的生产率计算

推运机斜铲作业平整场地的生产率Q₂(m³/h)按下列公式计算

式中:L——平整地段的长度(m);

θ——推土铲刀在水平面上的斜角(°)，θ=25°;

b——两相邻平整段的重叠部分，取0.3～0.5m;

n——每一点上的平整次数;

v——工作速度(m/s)。

(2)牵引力计算

推土机作业时的牵引力T必须克服总阻力W

T≥W(2.3.5)

式中

W=W₁+W₂+W₃+W₄+W₅(2.3.6)

式中:W₁——运行阻力(N)，W₁=10G₀w。G₀为推土机质量(kg)，w为运行阻力系数，取0.1～0.15;

W₂——挖掘阻力(N)，W₂=kF。k为土壤切削比阻力(N/cm²)，如表2.3.3所示，F为推土铲刀切开的土体断面面积;

W₃——碎土推移阻力(N)，W₃=10Gμ₁cosθ。G为所推运的碎土质量，按实方体积V与容重γ的乘积确定，μ₁为土与土的摩擦系数，如表2.3.4所示，θ为推土铲刀在水平面上的斜角;

W₄——碎土沿推土铲刀滑移阻力(N)，W₄=10Gμ₁μ₂(sinβcosθ+sinβcosθ+ sinβcosβcosθ)，μ₂为土与钢铁的摩擦系数，见表2.3.4，β为推土铲刀在垂直面上的斜角，β=10°;

W₅——坡度阻力(N)，W₅=10G₀cosα，α为坡道的坡角(°)。

表2.3.3　土壤切削比阻力表(N/cm²)

表2.3.4　土壤的摩擦系数表

2.3.2　铲运机

1.铲运机的用途与分类

铲运机是一种利用铲斗铲削土壤，并将碎土装入铲斗进行运送的铲土运输机械，能够完成铲土、装土、运土、卸土和分层填土、局部碾实的综合作业，适于中等距离运土。在铁路、道路、水利、电力和大型建筑工程中，用于开挖土方、填筑路堤、开挖河道、修筑堤坝、挖掘基坑、平整场地等工作。具有较高的工作效率和经济性。其应用范围与地形条件、场地大小、运土距离等有关。铲削Ⅲ级以上土壤时，需要预先松土。

铲运机的运距比推土机大，拖式铲运机适宜的运距为800～1000m，自行式铲运机适宜运距为800～5000m。自行式铲运机的工作速度可以达到40km/h以上，充分显示了铲运机在中长距离作业中具有很高的生产效率和良好的经济效益的优越性。建筑工程施工铲运机主要用于大型基坑的开挖及大面积、自然地坪的场地平整。

铲运机有许多种类，其分类如下:

(1)按斗容量可以分为:小型(5m³以下)、中型(5～15m³)、大型(15～30m³)、特大型(30m³以上)铲运机。

(2)按卸土方式可以分为:强制式、半强制式和自由卸土式铲运机。

(3)按工作装置操纵方式可以分为:钢丝绳式(目前已很少使用)和液压式铲运机。

钢丝绳式工作装置各部分通过钢丝绳操纵。传动冲击大，易磨损，使用寿命低，结构复杂，操纵费力;由于铲斗靠本身自重下压，切土深度小，延长装载路程和装满铲斗时间，对较硬的土则无法切入，由于以上缺点而被淘汰。

液压式工作装置部分用液压来操纵。能使刀刃强制切土，其结构简单，操纵轻便灵活，应用广泛。

(4)按行进机构可以分为:拖式和自行式铲运机。

拖式铲运机本身没有行进动力，需借助牵引车牵引来进行作业。这种铲运机又可以分为:

单轴铲运机:铲运机自重和斗中土的重量部分通过牵引装置传至牵引车。

双轴铲运机:牵引车不承受铲运机自重和斗中土的重量。

拖式铲运机用履带式拖拉机或双轮拖式牵引车来牵引，其总长度长，转向不灵活，车速低，工作效率差，适用于运距短，路面条件差(倾斜，不平整，松软土壤)的地方。

自行式铲运机本身具有行进动力，按发动机数可以分为:

单发动机铲运机:由一台发动机驱动。

双发动机铲运机:由两台发动机分别前后驱动。

单发动机铲运机作用在驱动轮上的附着重量仅为整机(满载时)重量的50%～56%，这大大地降低了其牵引性能;双发动机铲运机作用在驱动轮上的附着重量等于整机重量，改善了其牵引性、通过性能和爬坡性能好，但是其造价高。

(5)按铲斗装载方式可以分为:普通装载式和链板升运装载式铲运机。

普通装载式铲运机靠牵引车的牵引力和助铲机的推力用带切削刀刃的铲斗在行进中装土。

链板升运装载式铲运机在切削刃上方装有链板运土机构，由该机构把切削刀切削下来的土输送到铲斗内，以加速装土过程及减少装土阻力，可以单机作业不用助铲机。但当土中夹杂着石块时不宜使用。

(6)按行进装置型式可以分为:轮胎式和履带式铲运机。

与轮胎式铲运机相比较，履带式铲运机接地比压低，附着牵引力大，可以在承载能力低的土壤上工作;转向半径小，作业灵活;履带式铲运机行进速度低，铲运斗装在两条履带之间，其宽度受履带限制，因此斗容量较小。

2.铲运机的基本构造

拖式铲运机本身不带动力，工作时由履带式拖拉机或轮式拖拉机牵引。这种铲运机的特点是牵引车的利用率高，接地比压小，附着能力大和爬坡能力强等，在短距离和松软潮湿地带工程中普遍使用，其工作效率低于自行式铲运机。

拖式铲运机结构如图2.3.6所示。斗体底部的前面装有刀片，用于切土。斗体可以升降，斗门可以相对斗体转动，即打开或关闭斗门，以适应铲土、运土和卸土等不同作业的要求。

目前，拖式铲运机以其特有的功效已逐步替代了自行式铲运机，设有后挂钩及液压输出端口的拖式铲运机，可以用于牵挂第二台铲运机同时作业。

1—拖把;2—前轮;3—油管;4—辕架;5—工作油缸;6—斗门;7—铲斗;

8—机架;9—后轮;10—拖拉机

图2.3.6　CTY2.5型拖式铲运机的构造简图

自行式铲运机多为轮胎式，一般由单轴牵引车和单轴铲斗两部分组成，有的在单轴铲斗后还装有一台发动机，铲土工作时可以采用两台发动机同时驱动。采用单轴牵引车驱动铲土工作时，有时需要推土机助铲。轮胎式自行铲运机均采用低压宽基轮胎，以改善机器的通过性能。自行式铲运机本身具有动力，结构紧凑，附着力大，行驶速度快，机动性好，通过性好，在中距离土方转移施工中应用较多，其效率比拖式铲运机高。图2.3.7为CL7型自行式铲运机的构造简图。

3.铲运机的作业过程与卸土方式

(1)作业过程

如图2.3.8所示。铲运机的作业过程包括铲装、运土、卸土和回程四个环节。

①铲装过程:如图2.3.8(a)。升起前斗门，放下铲土斗，铲运机向前行驶，斗口靠斗的自重(或液压力)切入土中，将铲削下来的一层土挤装入铲土斗内。

②运土过程:如图2.3.8(b)。铲土斗装满后，关闭斗门，升起铲土斗，铲运机行进至卸土地段。

③卸土过程:如图2.3.8(c)。放下铲土斗，使斗口与地面保持一定距离，打开斗门，随着机械的前进将斗内的土壤全部卸出，卸出的一层土壤同时被铲运机后部的轮胎压实。

④回程:卸土完毕，关闭斗门，升起铲土斗，铲运机空载行驶到原铲土地段，进行下一个作业循环。

(2)卸土方式

铲运机的卸土方式有强制式、半强制式和自由倾翻式三种，如图2.3.9所示，可以根据不同工况进行选用。

①强制式卸土:如图2.3.9(a)。卸土原理是靠安装在铲土斗后壁内的可移动卸土板

1—前轮(驱动轮);2—牵引车;3—辕架曲梁;4—提斗油缸;5—斗门油缸;

6—后轮;7—尾架;8—顶推板;9—铲斗体;10—辕架臂杆;11—前斗门;

12—辕架横梁;13—转向油缸;14—中央枢架;15—卸土油缸

图2.3.7　CL7型自行式铲运机的构造简图

1—前斗门;2—铲土斗;3—斗后壁(卸土板)

图2.3.8　铲运机作业过程图

将斗内的土壤向前强制推出。这种卸土方式能彻底清除铲土斗内壁粘附的土壤。当铲运湿度较大或粘性较强的土壤时，采用这种卸土方式较好，但该方式消耗能量较大。

②半强制式卸土:如图2.3.9(b)。其原理是利用制成一体的斗底与后壁一起翻转，先以强制式方式卸出一部分土壤，然后再借土的自重卸完。这种卸土方式适合介于图2.3.9(a)、图2.3.9(c)两种工况之间时选用。

③自由倾翻式卸土:如图2.3.9(c)。卸土时将铲土斗整体翻转倾倒，土壤完全靠自重卸出。这种卸土方式消耗能量小，但不易将斗内的土壤全部卸出，比较适合铲运砂性土或含水率较低的土壤。

4.铲运机的主要技术参数

铲运机的主要技术参数有铲斗的几何斗容(平装斗容)、堆尖斗容等，并且主要技术性能指标往往由其几何斗容量来表示。表2.3.5、表2.3.6列出部分国产铲运机的技术参数。

图2.3.9　铲运机卸土方式示意图

表2.3.5　国产拖式铲运机的主要技术参数表

表2.3.6　国产自行式铲运机的主要技术参数表

5.铲运机的使用计算

(1)生产率计算

铲运机的生产率Q(m³/h)可以按下列公式计算

式中:V——铲斗的几何容积(m³);

k_B——时间利用系数，取k_B=0.8～0.9;

k_h——铲斗的充满系数，如表2.3.7所示;

k_p——土壤的松散系数，如表2.2.2所示;

t——每一工作循环的延续时间(s)，其值为

式中:l₁、l₂、l₃、l₄——铲装、运送、卸土、回程的距离(m);

v₁、v₂、v₃、v₄——铲装、运送、卸土、回程的速度(m/s);

t₁——总换挡时间(s);

t₂——调头时间(s)。

表2.3.7　铲运机铲斗的充满系数表

(2)牵引力计算

铲运机作业时的牵引力T必须克服总阻力W

T≥W　　　　　　　　　　　(2.3.9)

式中

W=W1+W2+W3+W4　　　　　　　　　　　(2.3.10)

式中:W₁——运行阻力(N)，W₁=10G₀w。G₀为铲运机连同铲斗内碎土的总质量(kg); w为运行阻力系数，坚硬地面取0.1，松软地面取0.2;

W₂——切削阻力(N)，W₂=kbh。k为土壤切削比阻力(N/cm²)，见表2.3.3;b、h为切斗刀片切入地面的宽度和深度(cm);

W₃——斗门前碎土推移阻力(N)，W₃=10Gμ₁。G为斗门前小土堆的质量，取决于土堆体积与容重，也可以参考表2.3.8;μ₁为土与土的摩擦系数，如表2.3.4所示;

W₄——铲斗内装土移阻力(N)，。H为铲斗装土高度，如表2.3.9所示;γ为土壤容重(kg/m³);φ为土壤的自然静止角，见表2.3.2;

W₅——坡度阻力(N)，W₃=10G₀sinα。α为坡角(°)。

表2.3.8　斗门前土堆体积与铲斗几何容积的比值表

表2.3.9　铲斗装土高度表

2.3.3　装载机

1.装载机的用途与分类

装载机是一种依靠机身前端装置的铲斗进行铲、装、运、卸作业的土石方施工机械，广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的施工中。装载机主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可以对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。装载机换装不同的辅助工作装置还可以进行推土、起重和其他物料(如木材)的装卸作业。在道路施工中，装载机可以用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外，装载机还可以进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。

装载机具有结构紧凑、作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便、可以从事多种作业等优点，因此是工程建设中土石方施工的主要机种之一。与单斗挖掘机相比较，装载机自重轻，行动灵活，适应性强。但装载机挖掘力较小，定点作业的装卸效率较低。

装载机有单斗和多斗两种，由于多斗装载机在一般施工中少见，故本节只介绍单斗装载机。

按行进装置的不同，装载机可以分为轮胎式装载机和履带式装载机两种。

如图2.3.10所示，轮胎式装载机由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成。轮胎式装载机具有自重轻、行进速度快、机动性好、作业循环时间短和工作效率高等特点。轮胎式装载机不损伤路面，可以自行转移工地，并能够在较短的运输距离内当做运输设备用。所以，在工程量不大，作业点不集中、转移较频繁的情况下，轮胎式装载机的生产率大大高于履带式装载机。因此，轮胎式装载机发展较快。我国机架铰接、轮胎式装载机的生产已形成了系列。定型的斗容量有0.5～5m³。

履带式装载机以专用底盘或工业拖拉机为基础车，装上工作装置并配装相应操纵系统而构成。履带式装载机的动力装置也是柴油机，机械式传动系统则采用液压助力湿式离合器或湿式双向液压操纵转向离合器和正转连杆机构的工作装置。

履带式装载机具有重心低、稳定性好、接地比压小，在松软的地面附着性能强、通过性能好等特点。特别适合在潮湿、松软的地向、工作量集中、不需要经常转移和地形复杂的地区作业。但是当运输距离超过30m时，其使用成本将会明显增大。履带式装载机转移工地时需平板拖车拖运。

图2.3.10　轮胎式装载机示意图

装载机按卸料方式不同可以分为前卸式装载机、后卸式装载机和回转式装载机三种。

前卸式装载机在前端卸载，作业时，装载机需调头。因其结构简单，司机的操作视野良好且操作安全，故其应用最为广泛，目前，国内外生产的轮胎式装载机大多数为前卸式装载机。

后卸式装载机，作业时前端装料，向后端卸料，装载机不需要调头，可以直接向停在其后面的运输车辆卸载，节约时间，作业效率高。但卸载时铲斗需越过司机的头部，很不安全，故在应用上受到限制。

回转式装载机又称为侧卸式的装载机。这种装载机的动臂安装在可以回转180°～360°的转台上，铲斗在前端装料后，回转至侧面卸掉，装载机不需要调头，也不需要严格的对车，作业效率高，适宜于场地狭窄的地区施工选用。由于这种装载机需要增设一套回转机构而使整机复杂化，另外在卸载时因为是侧卸，造成整机承受的偏心荷载大，两侧轮胎受力也不均匀，受力大的一侧轮胎产生的变形大，形成机械侧向稳定性差，所以也应用得较少。

根据回转性能的不同，装载机可以分为全回转式装载机、半回转式装载机和非回转式装载机三种。非回转式装载机的基本形式，其主要特点是:行进机构采用液力机械传动，转向和制动采用液压助力，工作机构为液压传动，动臂只能作升降运动，铲斗可以前后翻转，但不能回转，故称为非回转式装载机。

按发动机功率大小，装载机又可以分为小、中、大、特大型。功率小于74kW为小型装载机;功率在74～147kW为中型装载机;功率在147～515kW为大型装载机;功率大于515kW为特大型装载机。

目前建筑工程中使用较多的是轮胎式、机架铰接、铲斗非回转的单斗装载机。

2.装载机的基本构造

装载机由行进装置、发动机、传动系统、工作装置与操纵系统等组成。工作装置包括铲斗、动臂与液压操作油缸等。通过调整铲斗的位置与角度，装载机可以进行推土、铲土与装运作业;通过升降动臂，可以高举铲斗，并使铲斗翻转卸料。

国产装载机的产品为ZL系列，该系列装载机外形相似，零部件通用性强。如ZL50与ZL40、ZL30与ZL20装裁机的通用件均达70%左右，并且，ZL系列都是轮胎式装载机，因此本小节只介绍轮胎式装载机的基本构造。

轮胎式装载机采用全轮驱动(前后轮驱动)，车架常用铰接式，通过液压油缸实现前后车架的相对偏转而实现转向。发动机(多用柴油机)置于整机的后部，驾驶室在中部，工作装置在前部。

轮胎式装载机的工作装置多采用反转连杆机构，由铲斗、动臂、摇臂、连杆(或托架)、转斗油缸和动臂油缸等组成，如图2.3.11所示。

1—发动机;2—变矩器;3—驾驶室;4—操纵系统;5—动臂油缸;

6—转斗油缸;7—动臂;8—摇臂;9—连杆;10铲斗;11—前驱动桥;

12—传动轴;13—转向油缸;14—变速箱;15—后驱动桥;16—车架

图2.3.11　轮胎式装载机的总体构造图

(1)传动系统

装载机的传动方式有机械式、全液压式、液力机械式和电力机式四种类型。

机械传动式是装载机早期的一种形式，其缺点是不能自动调节扭矩，当作业中铲装阻力突然增大时，发动机常发生熄火，且操作时也比较费力。近几年来生产的轮胎式装载机中已不再应用机械传动。

全液压传动式装载机的工作机构、行进机构和操纵系统都为液压传动，这种传动虽然在作业中平稳性好，但其不能满足装载机行驶速度快和牵引力大的要求，所以，装载机生产中也应用得不多。

液力机械式传动系统，是当前装载机生产中普遍采用的一种型式，同机械式传动系统相比较，主要不同点是用液力变矩器代替了主离合器，其特点是能适应作业中荷载的急剧变化，可以减少变速箱内的挡数和换挡的次数。液力变矩器在传动系统中还可以有效地降低冲击荷载对整个传动系统的作用，还能较好地防止发动机熄火。其缺点是工作起来燃料消耗较大。

电力机械式传动系统因需要配备柴油发电机组和电动机式行进轮，造成设备复杂、成本高，所以，在中小型装载机的生产中极少采用。

(2)工作装置

装载机的工作装置主要是铲斗和动臂，铲斗和动臂都是用钢板或型钢按相关规定的规格尺寸下料，经焊接而成的。

①铲斗:装载机的标准铲斗的外形为U形，切土部分采用刀片或嵌上刀齿，以提高作业中铲斗的抗磨损能力，适用于容量重量为l5～20kN/m³的各种材料、砂石、土壤等的装卸作业。铲斗应根据铲装的物料来选择，标准铲斗通常用来铲装砂、土之类松散材料。标准铲斗可以换装不同的辅具以完成不同的作业。

②动臂:动臂是装载机工作机构的主要部件，支承着工作机构的全部零件，受力最大，因此要求动臂具有足够的强度和刚度。斗容量不大的装载机，其动臂多为单梁式结构，断面形状为箱形，铰接在装载机的座架上;斗容量较大的装载机，动臂结构为双梁式;大型装载机的动臂为臂架式。

(3)行进装置

装载机的行进装置由车架、变速箱、前驱动桥、后驱动桥、前车轮、后车轮等组成，如图2.3.11所示。前驱动桥与前车架刚性连接，后驱动桥在横向可以相对于后车架摆动，从而保证装载机四轮触地。铰接式装载机的前、后桥可以通用，结构简单，制造较为方便。在驱动桥两端车轮内侧装有行进制动器，变速箱输出轴处装有停车制动器，实现机械的制动。装载机其他装置包括驾驶室、仪表、照明灯等。现代化的装载机还应配置空调和音响等设备。

(4)液压操纵系统

ZJ50型装载机工作装置的液压系统如图2.3.12所示，是一个开式串联的液压系统。该液压操纵系统的动力元件是压力为15MPa、流量为320L/min的CB—G型齿轮液压泵1，执行元件是一对铲斗液压缸7和一对动臂液压缸6，控制元件有操纵铲斗油缸的方向阀4(三位六通阀)、操纵动臂油缸的方向阀5(四位六通阀)、安全阀2、双作用安全阀3，辅助元件有滤油器和油箱等。

该液压系统的特点是保证铲斗有前倾、保持、后倾三个动作及动臂的上升、保持、下降和浮动四个动作。这种回路当铲斗翻转时，铲斗回路中的油液不能流向提升回路，而直接流向油箱，所以不能提升动臂，同样提升动臂时也不能转铲斗。因此铲斗与动臂不能进行复合动作，这样铲斗和动臂油缸的推力较大，以利于进行铲掘作业。并联在铲斗油缸油路上的两个双作用安全阀3，是由安全阀和单向阀组成，其作用是在动臂升降过程中，使转斗油缸自动进行少量的泄油和补油。从而避免连杆机构运动不协调而出现的“爬行”现象。

1—液压泵;2、3—安全阀;4、5—方向阀;

6—动臂液压缸;7—铲斗液压缸

图2.3.12　ZL50装载机工作装置液压系统原理图

3.装载机的基本施工作业

(1)对松散材料的铲装作业

首先让铲斗保持在水平位置，缓慢放下至地面，然后使装载机以I挡或Ⅱ挡的速度(视材料性质而定)前进，使铲斗插入料堆中。此后，一边前进，一边收斗。待装满斗后，将动臂举到运输位置(离地约50cm)。在向卸料处开始运行前，必须先收起铲斗并退出料堆一定距离。如果铲斗直接铲满有困难，可以操纵铲斗的操纵杆，使斗上下颤动或稍举动臂。其装载过程如图2.3.13所示。

图2.3.13　装载机铲装松散物料示意图

(2)铲装停机面以下物料作业

铲装时应先放下铲斗并转动，使其与地面构成一定的铲土角，然后前进，使铲斗切入土中的切土深度一般保持在150～200mm，直至铲斗装满，然后将铲斗举升到运输位置再驶离工作面运至卸料处。铲斗下切的铲土角约为10°～30°。对于难铲的土壤，可以操纵动臂使铲斗颤动，或者稍改变一下切入角度。

不论是铲装松散材料还是切土都要避免铲斗偏载(就是要按斗的全宽切入)，且在收斗后要一边举臂，一边倒退一点，让机械转向行驶至卸料处。切忌在收斗或半收斗而未举臂时机械就前进转向行驶，这样会使铲斗在收起或半收起状态继续压向料堆，会造成柴油机熄火。

(3)铲装土丘时作业

装载机铲装土丘时，可以采用分层铲装或分段铲装方法。分层铲装时，装载机向工作面前进，随着铲斗插入工作面，逐渐提升铲斗，或随后收斗直至装满，或装满后收斗，然后驶离工作面。开始作业前，应使铲斗稍稍前倾。这种方法由于插入不深，而且插入后又有提升动作的配合，所以插入阻力小，作业比较平稳。由于铲装面较长。可以得到较高的充满系数，如图2.3.14所示。

如果土壤较硬，也可以采取分段铲装法。这种方法的特点是铲斗依次进行插入动作和提升动作。作业过程是铲斗稍稍前倾，从坡角插入，待插入一定深度后，提升铲斗。当发动机转速降低时，切断离合器，使发动机恢复转速。在恢复转速过程中，铲斗将继续上升并装一部分土，待发动机转速恢复后，接着进行第二次插入，这样逐段反复，直至装满铲斗或升到高出工作面为止，如图2.3.15所示。

图2.3.14　装载机分层铲装法示意图

图2.3.15　装载机分段铲装法示意图

4.装载机选用条件

装载机的适应范围主要取决于使用场所、土石料特性和工作环境，选用时应注意以下几点:

(1)装载机的经济合理运距

装载机在运距和道路坡度经常变化的情况下，如果整个采、装、运作业循环时间少于3min时，自铲自运是经济合理的。

用轮胎式装载机代替挖掘机，与自卸汽车配合工作的合理运距如表2.3.10所示，合理运距与设计年土石方生产量、设备斗容和装载量有关。加大装载机容量就可以增加合理运距。

表2.3.10　轮胎式装载机与自卸汽车配合的合理运距表

(2)装载机的斗容与自卸汽车车箱容积的匹配

通常以2～4斗装满一车箱为宜，车箱长度要比装载斗宽大25%～75%。

(3)充分发挥装载机的效率

装载机作业循环时间，小型的不超过45s，大型的不超过60s，而且应考虑装载机行进与转弯速度。

5.装载机的主要技术参数

装载机的主要技术参数为发动机额定功率、额定载重量、最大牵引力、机重、铲起力、卸载高度、卸载距离、铲斗的收斗角和卸载角等。装载机的主要技术参数如表2.3.11所示。

表2.3.11　装载机主要技术性能参数表

续表

6.装载机的使用计算

装载机的生产率Q(m³/h)可以按下列公式计算

式中:V——装载机的额定斗容量(m³);

k_h——铲斗的充满系数，与所装材料的粒径、装载机构和司机的熟练程度有关。对于有经验的司机可以取下列数值:

装砂石取k_h=0.9～1.2，

经破碎，粒径小于40mm的石灰石、碎石和粒径小于50mm的砾石取k_h=1.0～1.2，经破碎，粒径小于50mm的坚硬岩石取k_h=0.7～1.0;

k_B——时间利用系数，取k_B=0.75～0.85;

k_p——物料的松散系数，见表2.2.2;

t——每一工作循环所需时间(s)，按下式计算

式中:l₁、l₂——装载机带载运距和回程距离(m);

v₁、v₂——装载机带载速度和回程速度(m/s); t₁——铲斗装料时间(s); t₂——铲斗卸料时间(s)。

2.3.4　平地机

1.平地机的用途与分类

平地机是一种装有铲土刮刀为主、配有其他多种辅助作业装置，进行土壤的切削、刮送和整平等作业的土方工程建设机械，可以进行路基、路面的整形;砾石或砂石路面维修;挖沟、草皮或表层土的剥离;修刮边坡;材料的推移、拌和、回填、铺平等。配置推土铲、土耙、松土器、除雪犁、压路辊等辅助装置，平地机的作业机具可以进一步扩大使用范围，提高工作能力或完成特殊要求的作业。因此，平地机是一种效率高、作业精度高、用途广泛的工程建设机械，被广泛用于公路、铁路、机场、停车场等大面积场地的平整作业，也被用于路堤整形及林区道路的整修等作业。

平地机按发动机功率可以分为轻型平地机(56kW以下)、中型平地机(56～90kW)、重型平地机(90～149kW)和超重型平地机(149kW以上)等。按机架结构形式可以分为整体机架式平地机和铰接机架式平地机。整体式机架是将后车架与弓形前车架焊接为一体，车架的刚度好，转弯半径较大。铰接式机架是将后车架与弓形前车架铰接在一起，用液压缸控制其转动角，转弯半径小，有更好的作业适应性。就其牵引装置的不同，平地机分拖式平地机和自行式平地机两大类。因拖式平地机具有行驶速度低、机动性差、操纵费力等缺点，故已基本淘汰。目前使用的多为液压操纵的自行式平地机。

国产自行式平地机根据行进轮数目的多少，可以分为四轮的和六轮的两种型式;根据行进轮的转向和驱动情况不同，有一对从动轮转向、一对主动轮转向、全轮转向和全轮驱动等型式。

2.平地机的基本构造

平地机一般由发动机、机械及液压传动系统、工作装置、电气与控制系统、底盘和行进装置等部分组成。

图2.3.16为PY160C型平地机的结构简图，其传动系统为液力机械式的，由液力变矩器、变速器、后桥和平衡箱等部件组成。该型平地机的液力变矩器为单级，变速器为动力换挡，前进两挡，后退两挡，高低速两挡，从而使平地机具有前进4挡，后退4挡。

(1)平地机的工作装置

平地机的工作装置为刮土装置、松土装置和推土装置。

刮土装置是平地机的主要工作装置，如图2.3.17所示，主要由刮刀9、回转圈12、回转驱动装置4、牵引架5、角位器1及几个液压缸等组成。牵引架的前端与机架铰接，可以在任意方向转动和摆动。回转圈支承在牵引架上，在回转驱动装置的驱动下绕牵引架转动，并带动刮刀回转。刮刀背面上的两条滑轨支承在两侧角位器的滑槽上，可以在刮刀侧移油缸11的推动下侧向滑动。角位器与回转耳板下端铰接，上端用螺母2固定，松开螺母时角位器可以摆动，并带动刮刀改变切削角(铲土角)。

平地机的刮土刀可以作升降倾斜、侧移、引出和360°回转等运动，其位置可以在较大范围内进行调整，以满足平地机平地、切削、侧面移土、路基成形和边坡修整等作业要求。近年来，较为先进的平地机上安装有自动调平装置，常用的自动调平系统有电子型和激光型两种。根据作业面平度、斜度和坡度等要求，施工人员给定的基准，平地机的自动调平装置能自动地调节刮土刀的作业参数，使平地机作业精度提高，作业次数减少，节省了作业时间，从而降低了机械的使用费用，提高了施工质量和经济效益，还能减轻司机的作业强度。

当遇到比较坚硬的土壤时，不能用刮土刀直接切削的地面，可以先用松土装置疏松土壤，然后再用刮土刀切削。用松土器翻松土壤时，应慢速逐渐下齿，以免折断齿顶，不准使用松土器翻松石渣路及高等级路面，以免损坏机件或发生意外。

1—发动机;2—驾驶室;3—牵引架引出油缸;4—摆架机构;

5—升降油缸;6—松土器收放油缸;7—车架;8—前轮;

9—松土器;10—牵引架;11—回转圈;12—刮刀;13—角位器;

14—传动系统;15—中轮;16—平衡箱;17—后轮

图2.3.16　PY160C型平地机结构简图

1—角位器;2—紧固螺母;3—切削角调节油缸;

4—回转驱动装置;5—牵引架;6、7—右、左升降油缸;

8—牵引架引出油缸;9—刮刀;10—油缸头铰接支座;

11—刮刀侧移油缸;12—回转圈

图2.3.17　刮土工作装置简图

松土工作装置按作业负荷程度分为耙土器和松土器。耙土器负荷比较小，一般采用前置布置方式，布置在刮土刀和前轮之间，其结构如图2.3.18所示。松土器负荷较大，采用后置方式，布置在平地机尾部，安装位置离驱动轮近，车架刚度大，允许进行重负荷松土作业，其结构如图2.3.19所示。松土器的结构型式有双连杆式和单连杆式两种，按负荷程度松土器分重型和轻型两种。双连杆式松土器近似于平行四边形机构，其优点是松土齿在不同的切土深度时松土角基本不变(40°～50°)，这对松土有利，此外，双连杆同时承载，改善了松土齿架的受力情况。单连杆式松土器由于其连杆长度有限，松土齿在不同的切土深度时松土角度变化较大，其优点是结构简单。重型作业用松土器共有7个齿安装装置，一般作业时只选装3个齿或5个齿。轻型松土器可以安装5个松土齿和9个耙土齿，耙土齿的尺寸比松土齿的小。