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铲土运输机械

/earth moving machinery/
最后更新 2022-12-23
浏览 171
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依靠轮子、履带或步履,以自行或拖拽的方式进行牵引,利用刀型或斗型切削装置在走行中铲掘、切削土石方,并把所铲削的物料做短距离运输、自行卸载的土方机械。

英文名称
earth moving machinery
所属学科
机械工程

它也包括专门用于越野运输的自卸运输车辆。

铲土运输机械发展较早的是美国。19世纪初,美国的铁路建设需求极大地促进了铲土运输机械的发展,尤其对于动力系统、运输系统和随车作业系统的需求推动了铲土运输机械系列产品的形成和发展。1904年,霍尔特制造公司(Holt Manufacturing Company)制造出世界上首台蒸汽动力履带牵引装置,其出现使得铲土运输机械告别了原始的人力或畜力驱动,为现代铲土运输机械的发展奠定了重要的基础。

随着1916年美国联邦公路援助法案的推行,大量联邦高速公路的修建产生了更多的铲土运输机械需求,同时,伴随着汽车工业以及钢铁工业的迅速发展,技术水平也得到了很大的提高。20世纪20年代,大量现代铲土运输机械的雏形开始涌现。1920年,福特汽车公司(Ford Motor Company)在福特森拖拉机基础上制造出世界上第一台具备前端工作装置的拖拉机装载机。同期,自行式平地机开始陆续出现,1919年,罗素·格雷德制造公司(Russell Grader Manufacturing Company)制造出世界上第一台自行式平地机。1925年,世界上第一款液压驱动的推土铲问世,装备在CAT-60型号推土机上。

第二次世界大战之后,大量重建工程的需求和20世纪50年代汽车工业的迅速发展,促进了公路工程的发展,同时推动了铲土运输机械在技术上逐步走向成熟,在产品上逐步多样化。在这一时期,日本、欧洲以及苏联的铲土运输机械产业得到了快速的发展。20世纪四五十年代,大量液压系统操控系统开始替代早期的绳索操控系统,同期,发动机、传动系统、轮胎系统等关键分系统与早期系统相比,逐渐具备了效率可预测和部件可便捷维修的功能。20世纪六七十年代,铲土运输机械的作业范围逐渐扩展到城市建设,机械本身的功能进一步完善,同时,可靠性和舒适性逐步成为铲土运输机械发展关注的重点。80年代之后,随着世界能源问题的逐步凸显,同时伴随着计算机等高新技术产业的快速发展,铲土运输机械的发展逐步呈现出专业化、节能化和智能化的趋势。

铲土运输机械是工程机械中的一大类别,主要包括推土机装载机铲运机平地机自卸车等,能完成刮削、铲运、装卸和堆积物料、平整场地、修筑边坡和露天矿剥离等大量平面性的土石方工程作业,是工程准备工作和土石方作业的主要机械。

铲土运输机械对于加快施工速度,保证工程质量以及减轻体力劳动等都具有重要的意义。其主要特点可总结为以下几点:

①为兼顾建筑业、采矿业和路面施工等不同行业的不同需求,铲土运输机械在产品上形成了大型化和小型化共同发展的特点。大功率机器在能耗、施工单价和作业能力方面有优势,因此,为了提高施工效率,采用大型化机械进行施工的倾向不断增加,促使铲土运输机械的功率和作业能力向大型化发展。一方面,通过提高现有机种的作业能力来实现产品大型化;另一方面,通过研发新机型来实现产品大型化。而小型机器具有整机体积小、机动灵活、通用性好以及适用面广的特点,适用于零星小型工程、仓储以及农田作业使用,可以替代手工劳动,节约劳动力。

②随着新技术新材料的不断涌现和应用,铲土运输机械逐步呈现出高技术化的特点。首先,先进的传动形式在铲土运输机械上得到广泛的应用。为适应铲土运输机械工况剧烈变化的特点,在大中型机械上已广泛采用液力传动系统;机器转向系统及工作装置控制系统采用更为完善的液压系统,以更加合理地利用发动机功率,提高作业效率;车载计算机技术广泛应用于传动系统和动力装置的参数匹配,以实现自动化操作,达到缩短作业循环时间、减轻燃油消耗量的目的。

③现代铲土运输机械通常具有高可靠性和耐久性,缩短了技术保养时间。随着材料科学和加工技术的不断进步,现代铲土运输机械的受力件更多地使用了优质合金钢材,新型耐磨材料用于支撑销轴部位的特殊密封;先进传感技术与计算机技术的应用使得常见故障能够被检测和预警,同时,人为误操作能够被及时地识别和纠正。

④关注人的舒适性与安全性以及机器对环境的影响已经成为现代铲土运输机械的重要特点。现代铲土运输机械为避免操作人员的长期作业可能会产生的职业病,驾驶室或作业室通常安装在减震器上,具有隔音、隔热、防尘以及空调等设备;为保护驾驶员安全,设有安全保护装置(即ROPS和FOPS)使车辆在发生倾翻或遭遇意外落物时,保护驾驶员免遭不测。

铲土运输机械通常由行走机构、工作装置和控制系统三大部分组成。常见的行走装置可分为轮式和履带式两大类,其中轮式又可以进一步细分为铰接式和整体式两种;行走装置通常以柴油机为动力,为整机提供牵引力。铲土运输机械的工作装置通常为铲斗或铲刀,在作业过程中通过液压系统实现对土石物料的切削和装卸。控制系统通常为电-液控制系统,在整机作业及移动过程中对工作装置和行走装置进行控制,实现行走、制动以及各种作业操作。

不同类型的铲土运输机械在行走装置、工作装置和控制系统方面虽各有不同,但经过多年的发展,各组成系统以及关键零部件已形成系列化、标准化以及通用化的产品系列,极大地降低了使用与维护成本,同时缩短了新型号的开发周期,保证了整机产品的可靠性。

以信息技术为代表的现代科学技术的发展对铲土运输机械行业提出了更高、更新的要求,铲土运输机械行业将伴随着高技术和新兴产业的发展而共同进步,数字化、智能化、网络化和绿色化将成为铲土运输机械新的发展方向。

数字化产品开发技术是以计算机仿真技术和虚拟现实技术为前提,对产品的设计、生产、检测和装配的全过程进行统一的优化,从而达到缩短产品研制周期、降低开发成本、提高生产效率的目的。数字化产品开发不仅在实际产品生产之前对产品的使用性能及制造、装配、维修的可靠性进行全面分析和综合优化,同时也应用虚拟现实技术达到虚拟产品开发环境的高度逼真化,可以使人对虚拟原型直接进行操作,产生身临其境的感觉。

铲土运输机械更新换代的方向是铲土运输机械的机器人化,将机器人技术应用到铲土运输机械中,将信息技术、计算机技术、控制技术等高新技术融入铲土运输机械,以提高铲土运输机械的操纵性、平稳性、舒适性,提高工作效率,并向智能化方向发展。铲土运输机械智能化的研究内容包括自动变速技术、遥控技术、卫星定位技术、作业对象识别和局部自主技术等。

在铲土运输机械的各大跨国公司中,一个明显的趋势是制造商集中力量进行设备组装。新一代的制造工厂是以最终产品总装厂为中心,由若干规模小、只生产一种专门部件的独立工厂,并以功能强大的信息网络和快捷的运输系统连接组成的开放式的“虚拟工厂”。这种独立工厂精于某项技术擅长制造加工某一部件且专业水准高,因而能使产品设计、生产工艺和质量得到保证,生产效率能达到最佳状态。

绿色化指面向产品生命周期,从根本上防止环境污染、节约资源和能源,同时保证产品的功能、质量和寿命的设计理念。从设计阶段开始,从环保角度出发,对零部件进行延长寿命、降低能耗和减轻重量设计,对整机要提高再生率,尽量采用能再生利用的材料和资源,结构设计要考虑易于再生,对消耗品零件应考虑减少废弃部分,控制废气排放,研究清洁能源,提高密封技术,防止泄漏发生。

  • 同济大学,重庆建筑工程学院,西安冶金建筑学院.铲土运输机械.2版.北京:中国建筑工业出版社,1987.
  • 王国彪.国外工程机械发展趋势.机电新产品导报,2001,(Z1):160-162.

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