广泛应用于露天矿采掘的大型连续开采设备。

在古代，人们就已经知道在轮体上安装挖掘或戽取容器的原理，如水车灌溉系统，那时的斗轮是靠人力或畜力驱动。斗轮作为一种挖掘设备，第一次出现是与其他挖掘设备一起。蒸汽机的发明和应用，推动了采掘设备的进一步发展。1881年，美国第242.484号关于剥离挖掘机的专利介绍了两个独立自由切削的斗轮，位于胶带输送机的两侧，从侧面将物料卸到胶带上，斗轮和胶带输送机能够升降和回转，斗轮挖掘机可在轨道上行走。该专利中，斗轮挖掘机的基本结构已经形成。

图1 美国第242.484号斗轮挖掘机专利

1916年，第一台轨道式斗轮挖掘机由洪堡机械制造厂生产，在德国比特费尔德附近的贝格威茨褐煤露天矿投入使用。1919年以后，生产了第一台履带行走的自动铲斗机，并在其中部安装有柴油发动机，但该机只能挖取堆放的物料。

随着电力拖动技术的发展，蒸汽机、柴油机已不适用于在斗轮挖掘机上的实际应用。因为动力传递的分配装置采用机械方式难以解决，而电力传动可采用多个独立的驱动装置。因此，分别驱动已成为进一步发展斗轮挖掘机的主要方面。由于露天矿采掘量和输送距离的增加，大型斗轮挖掘机得到了快速的发展。1937年在柏林电器公司所属的高勒帕矿，一台具有6条履带的斗轮挖掘机投入使用。该机是后来发展的巨型斗轮挖掘机中最早的一台。第一台日产100000立方米的巨型斗轮挖掘机于1955年在科隆地区莱茵褐煤公司的弗尔图纳·嘎斯多夫煤矿投入使用。通过可回转的卸料胶带输送机和可转动的卸料溜槽，既可向轨道上的两辆矿车，又可向两列处于远处并列位置的列车进行卸料。随着列车运输的局限性逐步凸显，胶带输送系统最终完全取代了矿车运输。

从20世纪50年代开始，由于焊接技术的发展，对斗轮挖掘机的设计产生了相当大的影响。由于焊接技术具有质量便于控制、焊接缺陷便于返修，并能可靠地传递载荷等优点，导致原始的铆接结构被彻底淘汰。

根据用途不同，斗轮挖掘机可分为露天矿用斗轮挖掘机和大型土方工程用斗轮挖掘机两大类。土方工程用斗轮挖掘机与露天矿用斗轮挖掘机的主要差别，表现在设备折旧时间短，最长仅为4～5年，而露天矿用设备达20～30年。

露天开采设备的作业条件和预期性能事先都很明确。露天矿用斗轮挖掘机有斗臂可伸缩式、斗臂不可伸缩式、带连接桥式和直接堆垛式4种。

斗轮挖掘机的基本结构组成（图2）有：履带行走装置、底座、平台、可回转的上部结构、斗轮臂、斗轮、变幅卷扬机和卸料臂。为增加对工作面的挖掘量，斗轮必须能在足够大的范围内做侧向运动，因此斗轮安装在一个长回转臂架上，底座与履带行走装置相连接。

图2 斗轮挖掘机基本组成结构

早期的斗轮挖掘机多为斗轮臂可伸缩结构形式（图3），用以开采需保持缓坡面的土岩。可移动和可升降的斗臂小车在配重臂上弦杆的轨道上运行。伸缩机构（齿条或钢丝绳装置）也设在该处。因沉重斗臂的伸缩而引起整个设备重心偏移时，将与斗臂反向运动的可移配重减小到允许范围内，以进行平衡。上部结构是一个刚性的空间桁架，上面铰接有配重臂和装钢丝绳滑轮组的悬臂。可升降和可回转的卸料臂架，一端支撑在稍高于水平的止推轴承上，并悬挂在行走架外伸支架的旋转销轴上。为安装卸料胶带，还需配置第二个独立的回转机构；为此需要有一个中间环形结构。配重安装在机体结构的上弦架上，与斗轮反向随动，配重车上还装有维修起重机。靠近机体的斗臂段与机架铰接，并用钢丝滑轮组调节其高度。

图3 伸缩臂式斗轮式挖掘机

由于斗臂不可伸缩式斗轮挖掘机（图4）与可伸缩式斗轮挖掘机相比，其设计更加简单，能够有效地减少整机的服务质量。因此，斗臂不可伸缩式斗轮挖掘机已替代可伸缩式机式斗轮挖掘机成为露天矿有斗轮挖掘机的主力机型。这种机型的斗轮安装在斗轮臂上，其斗轮臂使用销轴铰接在上部结构上，因此臂架可以上下变幅。斗轮所采掘的物料直接卸到位于斗轮侧面的胶带输送机上，并被输送到回转中心再转载到下一条胶带输送机上。斗轮臂胶带输送机转载点的位置是不变的，以便物料在回转中心处得到顺利的转载。斗轮相对于履带平面的高度，由安装在上部结构上的变幅卷扬机来控制。斗轮的回转运动是通过上部结构的回转装置来实现的。通过操纵可转弯的行走装置来改变机器的位置。

图4 斗臂不可伸缩式斗轮挖掘机

在生产能力高和挖掘高度大时，由于重心偏移，在挖掘机上吊挂可回转和升降的卸料胶带，其长度不能满足端式工作面开采的要求，因此，出现了带连接桥式的斗轮挖掘机。机组包括挖掘机、转载机和可做空间运动的中间运输桥。

直接捣堆式斗轮挖掘机（图5）是在美国烟煤露天矿剥离表土中发展起来的设备。这种结构的特点是：卸料臂架长，斗臂的C形支撑机架和卸料臂架偏心支撑在上部机体上，这样可以对斗臂起平衡作用。排采设备分开，是这种系统的优越性。两台设备之间用能绕三轴线运动的中间运输桥连接。这样，排采工艺就有了一定的独立性。但使用这种方法的先决条件是对整个开采矿田的矿层情况有透彻的了解。这种设备像排土桥一样，易受矿层断层的影响。

图5 直接捣堆式斗轮式挖掘机

土方工程用斗轮挖掘机（图6）通常具有结构紧凑、重量轻的特点，也被称为紧凑型斗轮挖掘机或标准型斗轮挖掘机。这种斗轮挖掘机常常采用柴油机驱动，因为柴油机驱动与电动机驱动相比，其机动性和独立性更好。与柴油动力相匹配，紧凑型斗轮挖掘机通常采用液压驱动，可对斗轮卸斗数、回转和行走速度做无级调整，由于液压马达的结构紧凑，斗轮在驱动装置一侧可得到较好的自由切削角。液压驱动的斗轮在遇到大块岩石时，液压系统可保护机体免受损坏。

图6 土方工程用斗轮挖掘机

斗轮挖掘机的工作方式可分为主要3种：侧式工作面开采、端式工作面开采和半端式工作面开采。

侧式工作面开采几乎只应用于在轨道上行走的斗轮挖掘机，这种方式主要是和运输排土桥配合作业时使用。按这种工作方式，斗轮挖掘机沿工作面行走，进行水平切割或垂直切割，上向开采，必要时也可进行混合切割。采用这种工作方式，并不一定要求斗轮挖掘机的上部机构能够回转，但需要有较大的斗臂伸缩量，以保证形成稳定的坡面角。

侧式工作面开采可分为连续式和间断式两种。间断式侧采的斗轮挖掘机大多是斗轮臂可伸缩的。斗轮挖掘机在工作面某一位置自上而下地开采每一分层，而不需要垂直工作线做短距离移动。斗轮挖掘机在挖掘每一分层时，斗轮臂垂直于走行中心线左右回摆。连续式侧采适用于斗轮臂不可伸缩的斗轮挖掘机。斗轮挖掘机在工作面一侧沿工作线走行方向进行挖掘作业，在完成了沿工作线全长一个分层的挖掘工作后，才下放斗轮臂开始下一分层的采掘工作。

半端式工作面开采是侧采工作面的一种形式。采用这种方式时，斗轮挖掘机站立在台阶坡面一侧进行作业。半端式工作面开采只适用于履带式斗轮挖掘机。斗轮挖掘机在半端式工作面上的行程，比在端式工作面上的行程长，但比在侧式工作面上的行程短得多。只有配备长斗臂时，才能采用半端式工作面开采。这种方法用于分采若干薄矿层内的有用矿物。而这种任务通常只能用可伸缩的长臂斗轮挖掘机完成。

端式工作面开采是斗轮挖掘机最经济的开采方式，这种采掘方式不仅在露天矿区，在土方工程方面也有广泛的应用。这种开采法，是通过升降和连续回转斗轮，按几个分层的方式进行挖掘，为了从工作面采掘物料，转动的斗轮应对着被采掘的物料做侧向回转。挖掘中，斗臂能伸缩的斗轮挖掘机，在上部结构桁架内的轨道上伸缩斗臂，来控制每个切片的厚度；斗臂不能伸缩的斗轮挖掘机则通过履带向前移动进行控制。

斗轮挖掘机是用途单一的设备，只有在挖掘量大致超过100万立方米时才是经济的，以使折旧合理。斗轮挖掘机在作业时具有冲击负载小、维修量小、能量消耗低、小时生产能力高、线性参数大和能连续作业等优点。通常，斗轮挖掘机应用在挖掘松软岩土方面。随着技术水平的不断进步，斗轮挖掘机的切割力被不断提高，此外，从20世纪60年代以来，在一些气候条件恶劣的严寒地区，也取得了一些斗轮挖掘机应用方面的经验，这些都扩大了斗轮挖掘机的应用范围。由于斗轮挖掘机用于开采量大，服务年限长的大型工程，可获得良好的经济效益。因此特别适合在露天矿、大型土方工程和储料场应用。

土方工程设备的作业条件随使用地点而经常变换。在修路、筑坝、开挖运河以及填筑工程中，使用斗轮挖掘机挖掘黏土、沙砾，以及各种原料（如白垩土、磷矿、陶瓷黏土和稀有矿物等）。适用于土方工程的斗轮挖掘机已形成一个专门的中小型设备系列，其中大多数是标准设备，技术参数已列入产品目录，供货周期也较短。土方工程用设备的配套重量通常小于600吨，个别情况可以达到2000吨。

斗轮挖掘机的发展趋势，可以总结为以下几方面：研制高生产能力、大线性参数的特大型斗轮挖掘机；研制线切割力大于200千克/厘米，能直接切割较坚硬的矿岩、硬煤及冻土的高切割力斗轮挖掘机；加大斗轮挖掘机的机动性和降低对工作场地的要求；在大型斗轮挖掘机上采用可调速的斗轮传动系统，以改善斗轮挖掘机对不同性质物料的适应性；研制合理的结构型式及设备布置方式以减轻机体重量；发展全液压、低采高的紧凑型斗轮挖掘机，以替代在露天矿中广泛使用的单斗挖掘机。