土石方施工机械

第一节 推土机

一、推土机的用途、分类与编号

推土机是一种多用途的自行式施工机械。推土机在作业时，将铲刀切入土中，依靠机械的牵引力，完成土壤的切削和推运工作。推土机可完成铲土、运土、填土、平地、松土、压实以及清除杂物等作业，还可以给铲运机和平地机助铲和预松土以及牵引各种拖式施工机械进行作业。

常用推土机的分类、特点及适用范围如表2-1-1所示。

常用推土机的分类、特点及适用范围 表2-1-1

分 类 型 式 分 类 小 型 中 型 按发动机功率分 大 型 特大型 发动机功率118～235kW 发动机功率大于235kW 此类推土机与地面接触的行走部件为履带。由于它具有附着牵引力大、接地比压低、爬坡能力强以及能胜任较为险恶的工作环境等优点，因此，是推土机的代表机种（图2-1-1） 此类推土机与地面接触的行走部件为轮胎。具有行驶速度高、作业循环时间短、运输转移时不损坏路面、机动性好等优点（图2-1-2） 此类推土机具有通用性，它广泛应用于各类土石方工程中，主机为通用的工业拖拉机 此类推土机适用于特定工况，具有专一性能，属此类推土机的有：湿地推土机、水陆两用推土机、水下推土机、爆破推土机、军用快速推土机等 也称固定式。此类推土机的铲刀与底盘的纵向轴线构成直角，铲刀的切削角可调。对于重型推土机，铲刀还具有绕底盘的纵向轴线旋转一定角度的能力。一般来说，特大型与小型推土机采用直铲式的居多，因为它的经济性与坚固性较好 也称回转式。此类推土机的铲刀除了能调节切削角度外，还可在水平面内回转一定角度（一般为±25°）。角铲式推土机作业时，可实现侧向卸土。应用范围较广，多用于中型推土机 特 点 及 适 用 范 围 发动机功率小于44kW 发动机功率59～103kW 履带式 按行走装置分 轮胎式 普通型 按用途分 专用型 直铲式 按铲刀型式分 角铲式 38

续表2-1-1

分 类 型 式 分 类 特 点 及 适 用 范 围 此类推土机的传动系全部由机械零部件组成。机械传动式推土机，具有制造简单、工作可靠、传动效率高等优点，但操作笨重、发动机容易熄火、作业效率较低 此类推土机的传动系由液力变矩器、动力换档变速箱等液力与机械相配合的零部件组成。具有操纵灵便、发动机不易熄火、可不停车换档、作业效率高等优点，但制造成本较高、工地修理较难。它仍是目前产品发展的主要方向 此类推土机除工作装置采用液压操纵外，其行走装置的驱动也采用了液压马达。它具有结构紧凑、操纵轻便、可原地转向、机动灵活等优点，但制造成本高、维修较难 此类推土机的工作装置、行走机构采用电动马达作动力。它具有结构简单、工作可靠、作业效率高、污染少等优点，但受电源、电缆的，使用受局限。一般用于露天矿、矿井作业为多 机械传动式 液力机械传动式 按传动方式分 全液压传动式 电传动式

图2-1-1 履带式推土机 图2-1-2 轮胎式推土机

推土机的型号用字母T表示，L表示轮胎式（无L时表示履带式），Y表示液力机械式，后面的数字表示发动机功率，单位是马力。例：TY180型推土机，表示发动机功率为180马力的履带式液力机械式推土机。

二、推土机的构造与工作原理

推土机主要由发动机、底盘、液压系统、电气系统、工作装置和辅助装置等组成，如图2-1-3所示。推土机用的发动机多为柴油机，常布置在推土机的前部，通过减振装置固定在机架上。电气系统主要包括发动机的

图2-1-3 推土机的总体构造

电起动装置和全机照明装置等。辅助1-铲刀；2-液压系统；3-发动机；4-驾驶室；5-操纵机构； 装置主要有燃油箱、液压油箱、驾驶6-传动系统；7-松土器；8-行走装置；9-机架 室等。

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底盘部分包括离合器（变矩器）、变速箱、后桥、行走装置和机架等。底盘的作用是支承整机质量并将动力传给行走装置和液压操纵机构。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，变速箱和后桥用来改变推土机的行走速度、方向和牵引力。行走装置是支承机体并使推土机行走的机构。机架是整机的骨架，用来安装发动机、底盘和工作装置，使全机成为一个整体。

推土机工作时，先启动柴油机，通过主离合器把动力传给变速箱（液力机械式传动系则通过液力变矩器直接将动力传给变速箱，没有主离合器），然后，再通过主传动器和左、右转向离合器，传到左、右最终传动装置，驱动行走装置的左、右驱动轮，从而使机械前进或后退。与此同时，通过操纵系统，放下或提起推土铲刀或松土器，随着推土机整机的前进和后退，即可完成推移土壤等作业。

推土机的工作装置为推土铲

图2-1-4 固定式推土铲刀 刀和松土器。推土铲刀安装在推

1-推土板；2-升降油缸；3-斜撑杆；4-水平撑杆；

土机的前端，是推土机的主要工5-顶推架 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式推土机上，悬挂在推土机的尾部。

图2-1-4所示为固定式推土铲刀，该推土铲刀由推土板1、顶推架5、斜撑杆3、水平撑杆4和升降油缸2等组成。推土板下部为可更换的刀片，上部呈圆弧形，以便使切下的土壤自动流向前方，推土板后部与顶推架5和斜撑杆3铰接。顶推架铰接在履带式底盘的台车架上，整个刀架的上下运动由两个升降油缸2控制。

松土器主要由升降油缸3、横梁4和松土齿等组成，如图2-1-5所示。松土器的提升或放下由升降油缸3控制。

图2-1-5 推土机的松土器

1-安装架；2-倾斜油缸；3-升降油缸；4-横梁；5-齿杆；6-保护盖；7-齿尖；8-松土器臂

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推土机工作装置液压控制系统主要包括铲刀升降控制回路、铲刀垂直倾斜控制回路和松土器升降控制回路。

下面以TY120履带式推土机工作装置液压系统（图1-2-2所示）为例进行分析。

液压动力元件为液压泵2，由柴油机1带动的分动箱驱动。执行元件包括一对铲刀升降油缸15、一对铲刀垂直倾斜油缸17、一对松土器升降油缸16。由于油缸活塞速度较高，为了避免惯性冲击及噪声，油缸内部大多有缓冲装置。控制元件包括铲刀升降控制换向阀12、铲刀垂直倾斜控制换向阀14、松土器升降控制换向阀13。换向阀全为滑阀式结构。阀12是四位五通手动换向阀。采用换向阀是推土机中最普遍的控制方式，它能控制换向、卸载以及节流调速和微动（控制换向阀开度的大小）。由于阀12的作用，使铲刀根据作业状况具有上升、固定、下降、浮动四个位置。浮动位置是使油缸两腔与进油路、回油路均相通，铲刀自由支地，随地形高低而浮动。这对仿形推土及平整作业极有好处。安全阀3用来液压泵2的出口最大压力，以防止液压系统过载。当油压超过某一值时，安全阀3打开，压力油自动卸载回油箱。当铲刀或松土器下降时，在铲刀或松土器自重的作用下，下降速度加快，可能引起供油不足而形成油缸进油腔局部真空，发生气蚀现象。此时，由于进油腔压力下降，在压力差作用下，单向阀4及6打开，从油箱补油至油缸进油腔，避免真空，使油缸动作平稳。单向阀5和7是保证任意工况下，压力油不倒流，避免工作装置意外重力下降。当松土器在固定位置作业时，由于突然的过载，油缸一腔油压突然骤增，可能造成油缸超载，装设了溢流阀8后，当油压达到溢流阀8的开启压力时，溢流阀8打开，油液卸载，从而避免液压元件的意外损坏。溢流阀11和精滤油器10并联，当回油中杂质堵塞滤油器时，回油压力增高，溢流阀11被打开，使油液直接通过溢流阀11流回油箱。粗滤油器18及精滤油器10的作用是保持油液的清洁，滤去杂质使液压系统正常作业。油箱9起储油、散热作用。

三、推土机的使用技术

1．作业过程

依靠机械的牵引力，推土机可以地完成铲土、运土、卸土三个工作过程和空载返回过程（图2-1-6）。铲土作业时，将铲刀切入地面，行进中铲削土壤。运土作业时，将铲刀提至地面，把土壤推运到卸土地点。卸土作业有两种：

（1）随意弃土法 推土机将土壤推至卸土地点，略提铲刀，机械后退至铲土地点； （2）分层铺卸法 推土机将土壤推至卸土地点，将铲刀提升一定高度，机械继续前进，土壤即从铲刀下方卸掉。然后推土机退回原处进行下一次铲土。

图2-1-6 推土机的作业状态 a）铲土；b）运土；c）卸土

2．作业方式

（1）直铲作业 是推土机最常用的作业方式，用于推送土壤和石碴及平整场地作业。其经济运输距离，小型履带式推土机一般为50m以内；中型履带式推土机为50～100m，最

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远不宜超过120m；大型履带式推土机为50～100m，最远不宜超过150m；轮胎式推土机为50～80m，最远不宜超过150m。

（2）侧铲作业 用于傍山铲土、单侧弃土。此时，推土板的水平面回转角一般为左右各25。作业时能一边切削土壤，一边将土壤移至另一侧。侧铲作业的经济运输距离一般较直铲作业时短，生产率也低。

（3）斜铲作业 主要应用在坡度不大的斜坡上铲运硬土及挖沟等作业，推土板可在垂直面内上下各倾斜9°。工作时，场地的纵向坡度应不大于30°，横向坡度应不大于25°。

（4）松土器作业

一般大中型履带式推土机的后部均悬挂有液压式松土器，松土器有多齿和单齿两种。多齿松土器挖凿力较小，主要用于疏松较薄的硬土、冻土层等。单齿松土器有较大的挖凿力，除了能疏松硬土、冻土外，还可以劈裂风化岩和有裂缝的岩石，并可拔除树根。

3．作业方法

（1）波浪式推土法（图2-1-7）

推土机开始铲土时，铲刀尽可能地切入土壤中。当发动机出现超载现象时，将铲刀缓缓提起（但铲刀不露出地面），直至发动机恢复正常运转。再次将铲刀落下、提起，反复进行，直至铲满。这种铲土方法的优点是，可以使发动机功率得到充分发挥，并缩短铲土时间和距离，作业效率高，一般适用于工程量大的土方作业。其缺点是驾驶员的劳动量大，回程时因地面不平使推土机产生颠簸。

图2-1-7 波浪式推土法

（2）接力式推土法（图2-1-8）

在取土场地较长且土壤较硬的情况下作业时，推土机可由近及远地分段将土壤推送成堆，然后再由远而近地将各段土堆一次推送到卸土处。这种作业方法不但可以提高铲土效率，而且能减少运土时间。它适用于硬土壤取土和远距离取土作业。

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图2-1-8 接力式推土法

a)4次接力式推土法；b)刨削式铲土

LH-铲土长度，hH-铲土深度；LT-工作地段长度（LT=LH·n，n为分段数）

（3）槽式推土法（图2-1-9）

推土机运送土壤时，为了尽可能地减少运土损失，可在一固定作业线上多次推运，使之形成土槽，或者利用铲刀两端外漏的土壤形成土埂进行运土。土槽深度一般不大于铲刀高度。这种作业方法适用于大面积、较长距离及松软土壤的推土作业。

图2-1-9 槽式推土法

（4）并列式推土法（图2-1-10）

在上述条件下，也可采用两台或两台以上同类型的推土机同步前进推土，同样可减少运土损失和提高作业效率。采用该方法作业时，两台推土机的铲刀间隔不宜过小或过大，一般保持在15～20cm，还要求驾驶员操作技术熟练，保证两台推土机同步运行。

图2-1-10 并列式推土法 （5）下坡式推土法

推土机在作业中应尽量利用地形形成下坡推土，这样可利用机重的下坡分力助铲，增大运土量以提高作业效率。但坡度不宜超过20°，否则推土机回程困难。

4．推土机在道路施工中的作业方法

在道路施工作业中，推土机主要用于填筑路基和开挖路堑。在缺少挖掘机的情况下，还可以用它来开挖边沟。

（1）填筑路基

① 对于不挖不填的路基，只需先将表面杂物清除，再将路两边的土铲去一薄层，然后将土铺到路基中间形成路拱即可。

② 对于填土路基，应在路基的一侧或两侧取土，再向路基中心处运送。

在路堤单侧取土时，每段推土机可采用穿梭法进行作业，如图2-1-11所示。作业时，推土机铲满土料，推送至路堤的坡脚，卸土后按原路返回到铲挖位置，如此往复在同一路线上，采用槽式作业法送2~3刀就可挖到0.7~0.8m深，然后作斜线倒退，向一侧移位，同样方法可推送相邻土料。整个作业区段完成后，可以沿作业时相反方向侧移，可推净遗留土埂，整

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平取土坑。

当推土机由路堤两侧取土场取土时，每侧作业方法与上述方法相同，所不同的是路堤用土由两侧运来，分别推至路基中心线即可。作业时，为使中心线两侧运土的结合处能充分压实，两侧运来的土料均应推送超过中线。采用这种作业方法时，每个作业区段最好由两侧相同台数的推土机，面对面地同步进行，可使路堤均衡对称地形成，如图2-1-12所示。

图2-1-11 推土机单侧取土填筑路堤 图2-1-12 推土机两侧取土填筑路堤 1-路堤；2-标定桩；3-间距为10m的高标杆； B-路基宽度；H-路基高度 4、5-推土机作业路线

用推土机作两侧取土填筑路堤，适宜于取土距离较短、路堤较低的场合。一般在1m以下，作业时要分层有序地进行，每层厚视土质及压实特性而定，一般为20~30cm，并须随

图2-1-13 用推土机构筑移挖填土的路堤

图2-1-14 用推土机构筑半挖半填的路基 44

时分层压实。

③ 对于采用移挖填土修筑的路基，推土机应采用纵向作业方法，即从需要挖土的路段直接将土送到需要填高的路段，如图2-1-13所示。在卸土过程中，应分层均匀填筑，并分层逐次压实，尤其应利用回程进行压实。

④ 半挖半填路基就是将高坡上的土填在低坡上形成平坦的路基，如图2-1-14所示。

若使用推土机构筑半挖半填路基，其路基的横坡度一般不得大于20°，否则容易发生推土机侧翻

事故。并且最好使用可调式铲刀，并将铲刀调整为朝高坡处下倾，然后沿着道路延伸方向，从路基的内边线（即上边坡）铲土，分段分层进行作业，使土壤沿铲刀自动填到下边坡处。若坡度不大且要求路基较宽时，可从路基内边线由上往下并垂直路基中心线铲土，然后再纵向平整。若坡度大于20°，则应先推出作业平台，以使机身能放平；再以平台为基地，沿路基中心线方向铲切土壤，逐渐加深加宽，直至形成平整的路基。

（2）开挖路堑

使用推土机开挖路堑，深度通常不超过2m。根据路基的宽度和卸土的位置，可采用穿梭作业法（图2-1-15），即从路基边缘或路中心起分层向一侧推土，并推送至弃土堆，待一侧推出一层之后，再掉头向另一侧推运。也可以采用环形作业方法（图2-1-15），即沿着椭圆形或螺旋形的路线，分别向路基两侧推土，并对弃土堆进行压实。为便于快速卸土，在推挖至一定深度后，可分段构筑运土通道（图2-1-16），从横向将土推送至弃土场。

5．推土机在平整场地时的施工作业方法 （1）对于已粗略平整的场地

当平整表面已粗略平整但残留有松软散土的场地时，应将铲刀下缘降至比履带支承面稍高处，以Ⅰ档或Ⅱ档速度铲土，将高出地面的散土均匀摊铺在地面上，并予以压实，场地表面没有明显的散图2-1-15 路堑的开挖方法 土堆后，可采用倒拖的办法予以刮平，即将铲刀置

于浮动状态（自由状态），推土机倒退行驶，利用铲刀的自重将地面刮平。注意：在刮平浮土地段时，应将铲刀由浮动状态稍稍提起，以免铲刀将浮土拖起成堆，每一行程，铲刀均应与已平整的地面重叠30cm左右，以便将上一次平整时留下的土垄刮平。

（2）对于起伏较大的场地

对于表面凹凸不平、高低起伏较大的场地，使用推土机进行平整时可分3

图2-1-16 用推土机开挖路堑 步进行。

① 铲高填低，粗略平整

作业前先观测整个作业场地的地形情况，对突出地面较大的土堆分片予以铲除。作业时可采用楔式铲土法，即在铲土开始时，尽量使铲刀切入最大深度，而后根据发动机负荷逐渐提升铲刀，使之一次性铲满，并送至低洼处卸土，不可频繁地升降铲刀，将地面铲成波浪形，造成机械行驶时剧烈颠簸，为后续作业造成困难。一旦出现波浪形地面，可先推平一处，使机器停放平稳后，以此为出发地一段段地将波浪形地面铲平。不可贪多求快和长距离推土，那样会适得其反，欲速则不达。

② 全面平整

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待整个场地没有大的突起和凹陷之后，可进行长距离快速平整，将表面散土平铺于整个地面。有两台以上推土机共同作业时，可采用并列式推土，铲刀的间隔在粘土地上应保持30cm左右，在砂土地上为15cm，运距可达100m。

③ 拖平压实

经过上述两步的粗、细平整之后，即可实施拖平压实工作，方法同（1）。拖平时也可采用多台并列作业的方法。

6．推土机生产率的计算 （1）每铲最大推土量V

VBg(Hgh)22tg0Km （1）

式中：V——推土机每铲最大推土量，m3； Bg——推土板宽度，m； Hg——推土板高度，m； h——平均切土深度，m；

0——土的自然坡度角，按表2-1-2选取； Km——土的充盈系数，一般取0.5～1.2。

土的自然坡度角 表 2-1-2

种类 状态 干 湿 饱和 碎 石 35° 45° 25° 砾 石 粗 砂 40° 40° 35° 30° 32° 37° 砂 石 中 砂 28° 35° 25° 细 砂 25° 30° 20° 粘 土 肥 土 45° 35° 15° 贫 土 50° 40° 30° 轻亚 粘土 40° 30° 20° 种植土 40° 35° 25° （2）推土作业生产率Qt

Qt3

3600VKjKnKyT （2）

式中：Qt——推土作业生产率，m/h；

T——一个推土周期循环时间，按式（3）计算，s； Kj——推土作业时间利用系数，一般取为0.85～0.90;

Kn——铲刀土壤漏损系数，取决于运土距离l2，Kn=1－0.005l2； Ky——坡度作业影响系数，按表2-1-3选取。

坡度作业影响系数 表2-1-3

上 坡 坡度% 0～5 Ky 1.0～0.67 5～10 0.67～0.5 10～15 0.5～0.4 0～5 1.0～1.33 5～10 1.33～1.94 10～15 1.94～2.25 15～20 2.25～2.68 下 坡 46

Tl1l2l1l22t5t6t7 （3） v1v2v4式中：l1——切土距离，m，一般取为6～10m；

l2——运土距离，m；

v1, v2, v4——分别为切土、运土、返回速度，m/s； t5——推土机转向时间，一般取为10s；

t6——换档时间，换档一次取为4～5s（动力换档变速箱可不计换档时间）； t7——铲刀下落时间，一般取为1～2s。

（3）平地作业生产率

Qp3600(Bgsinm)LHgKjLnt5v （4）

式中：Qp——平地作业生产率，m3/h；

Bg——推土板宽度，m； Hg——推土板高度，m； ——推土板水平面回转角，（°）；

m——相邻两次平整通道间重叠部分，一般取为0.3～0.5m； L——平整地段长度，m；

Kj——时间利用系数，可取为0.85～0.90； n——每一段的平整次数，通常取1～2次； v——平地速度，宜取0.8～1.0m/s； t5——推土机转向时间，一般取为10s。

7．提高推土机生产率的措施

要提高推土机生产率首先应缩短推土机的作业循环时间，提高作业时间利用系数，降低运送中土的漏损等。

为了缩短一个循环作业的时间，推土机在铲土时应充分利用发动机的功率以缩短铲土距离，合理选择运距，使运土和回程距离最短，并尽量创造下坡铲土的条件。此外应提前为下道工序作好准备，尽量做到有机配合。如当推土机接近卸土位置时，应边提刀边换档，而在后退时就应选好下次落刀的位置。

为了提高作业时间利用系数，应消除不必要的非生产时间。如做好开工前的各项准备工作，避免因准备工作不善而停机。

另外，正确地进行施工组织，合理选择机型，以免使用不当而不能发挥机械效能。此外，在施工中对各种施工条件应采用正确合理的施工方法，如遇硬土，应先翻松再推运。

为了减少土壤漏损，推送时可采用槽式或并列式推送方式，这样不但可以提高推土效率，还可增大铲刀前土堆的体积。

提高操作人员的技术水平也是提高生产率的关键。因为任何机械设备不论本身的技术性能如何先进，施工组织考虑的措施如何周到，最终必须经过人的操作才能体现出实际的工程

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效果。操作人员的技术水平不仅指操纵机械设备的程序无误，更重要的是还要有对机械设备的结构、使用、维护等方面的知识。

8．推土机的选用

推土机的选用应综合考虑如下因素： （1）根据工作对象选用推土机的类型

如果工作场地土方和石方都有，最好选用履带式推土机；如果工作场地全是纯土，且土质较松，平板拖车不便进出，则最好选择轮胎式推土机；如果工作场地是沼泽地，则必须选用湿地推土机；如果工作场地属高原地区，则最好选用安装有增压式发动机的推土机；如果工作场地土、石夹杂，且土质坚硬，则最好选用带松土器的推土机。

（2）根据工程量的大小选用推土机的型号

如果推土方量少，工期不受严格，则一般选用小型推土机较经济；如果工期紧，推土方量大，则一般选用大型推土机；如果推土机只用于开路、助铲、回填、压实，则一般选用中、小型推土机即可满足要求。

（3）根据配套工程机械情况和土石方量确定推土机数量

在较大规模的工程施工中，推土机的首要任务往往是开路，因为在诸多工程机械中推土机对路面的要求最低。因此，在考虑推土机数量时，首先考虑的就是开路和修整工作场地的需要，其次才是完成推土方工作量和与其它机种配合作业的需要。只有综合考虑了这三方面因素，才有可能选用最适宜的推土机型号和数量。

第二节 装载机

一、装载机的用途、分类与编号

装载机是一种用途十分广泛的工程机械，它可以用来铲装、搬运、卸载、平整散状物料，也可以对岩石、硬土等进行轻度的铲掘工作，如果换装相应的工作装置，还可以进行推土、起重、装卸木料及钢管等。因此，它被广泛应用于建筑、公路、铁路、国防等工程中，对加快工程建设速度、减轻劳动强度、提高工程质量、降低工程成本具有重要作用。

常用单斗装载机的分类、特点及适用范围如表2-2-1所示。

单斗装载机的分类、特点及适用范围 表2-2-1 分 类 型 式 分 类 小 型 按发动机功率分 中 型 大 型 特大型 机械传动式 液力机械 传动式 液压传动式 电传动式 功率小于74kW 功率74～147 kW 功率147～515 kW 功率大于515 kW 结构简单、制造容易、成本低、使用维修较容易；传动系冲击振动大，功率利用差。仅小型装载机采用 传动系冲击振动小、传动件寿命长、车速随外载荷自动调节、操作方便、减少司机疲劳。大中型装载机多采用 可无级调速、操作简单；启动性差、液压元件寿命较短。仅小型装载机采用 可无级调速、工作可靠、维修简单；设备质量大、费用高。大型装载机采用 特 点 及 适 用 范 围 按传动方式分

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单斗装载机的分类、特点及适用范围 续表2-2-1 分 类 型 式 分 类 轮胎式装载机 （1）铰接式车架装载机 （2）整体式车架装载机 履带式装载机 特 点 及 适 用 范 围 质量轻、速度快、机动灵活、效率高、不易损坏路面；接地比压大、通过性差、稳定性差、对场地和物料块度有一定要求。应用范围广泛 转弯半径小、纵向稳定性好，生产率高，不但适用路面，而且可用于井下物料的装载运输作业 车架是一个整体，转向方式有后轮转向、全轮转向、前轮转向及差速转向。仅小型全液压驱动和大型电动装载机采用 接地比压小、通过性好、重心低、稳定性好、附着性能好、牵引力大、单位插入力大；速度低、机动灵活性差、制造成本高、行走时易损路面、转移场地时需拖运。用在工程量大，作业点集中，路面条件差的场合 前端铲装卸载，结构简单、工作可靠、视野好。适用于各种作业场地，应用广 工作装置安装在可回转90°～360°的转台上，侧面卸载故无需调头，作业效率高；结构复杂、质量大、成本高、侧稳性差。适用于狭窄的场地作业 前端装料，向后端卸料，作业效率高；作业安全性差，应用不广 按行走装置分 前卸式 按装卸方式分 回转式 后卸式 国产装载机的型号用字母Z表示，第二个字母L代表轮胎式装载机，无L代表履带式装载机，Z或L后面的数字代表额定载重量。例：ZL50型装载机，表示额定载重量为5t的轮胎式装载机。

二、装载机的构造与工作原理

装载机一般由车架、动力装置、工作装置、传动系统、行走系统、转向制动系统、液压系统和操纵系统组成，图2-2-1所示为轮胎式装载机的总体构造示意图。

图2-2-1 轮胎式装载机总体构造

1-发动机；2-液力变矩器；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

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发动机1的动力经液力变矩器2传给变速箱14，再由变速箱把动力经传动轴12传到前、后驱动桥11和15以驱动车轮转动。发动机动力还经分动箱驱动液压泵工作，为液压系统提供动力。工作装置（图2-2-2所示）由动臂5、铲斗1、连杆2、摇臂3、动臂油缸4和转斗油缸6组成。动臂一端铰接在车架上，另一端安装有铲斗1，动臂的升降由动臂油缸4的伸缩带动，铲斗的翻转则由转斗油缸6的伸缩通过连杆机构来实现。装载机铲装物料就是通过操纵系统、液压系统使动臂、转斗油缸按一定顺序和程度伸缩来实现的，当然，装载物料的过程中少不了整机的进、退动作。

图2-2-2 轮胎式装载机工作装置

1-铲斗；2-连杆；3-摇臂；4-动臂油缸；5-动臂；6-转斗油缸

铰接转向的装载机（图2-2-1）的车架由前、后两车架组成（如图1-4-12所示），中间用铰销连接。转向时，通过转动方向盘使转向液压系统的转向油缸13伸缩，前、后车架便绕铰销作相对转动，以实现转向。

在每个车轮上都装有制动器，驾驶员踩下制动踏板，通过制动系统使制动器产生制动作用，可降低行驶速度或停车。

装载机液压系统包括工作装置液压控制系统和液压转向系统两部分。下面以ZL50装载机的液压系统为例进行分析。

ZL50装载机工作装置液压控制系统如图2-2-3所示。发动机驱动液压泵1，液压泵输出的高压油通向换向阀4控制转斗油缸7和换向阀5控制动臂油缸6。图示位置为两阀都处在中位，压力油通过两换向阀后直接流回油箱。

换向阀4为三位六通阀，它可控制铲斗后倾、固定和前倾三个动作。换向阀5为四位六通阀，它控制动臂上升、固定、下降和浮动四个动作。动臂图2-2-3 轮胎式装载机工作装

置液压系统原理图 的浮动位置是装载机在作业时，由工作装置的自重

1-液压泵；2、3-溢流阀；4、5-换向阀；

支于地面，铲料时随着地形的高低而浮动。这两个6-动臂油缸；7-转斗油缸 换向阀之间采用顺序回路组合，即两个阀只能单独

动作而不能同时动作，保证液压缸推力大，以利于铲掘。

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安全阀2的作用是系统工作压力，当系统压力超过额定值时安全阀打开，高压油流回油箱，以免损坏其他液压元件。两个双作用溢流阀3并联在转斗油缸的油路中。它们的作用是用于补偿由于工作装置不是平行四边形结构，而在运动中产生的不协调。

ZL50装载机转向系统如图2-2-4所示。该转向系统采用流量放大系统，油路由先导油路与主油路组成。所谓流量放大，是指通过全液压转向器和流量放大阀，可保证先导油路的流量变化与主油路中进入转向油缸的流量变化具有一定的比例关系，达到低压小流量控制高压大流量的目的。方向盘不转动时，转向器7两出口关闭，流量放大阀2的主阀杆在复位弹簧作用下保持在中位，转向泵5与转向油

图2-2-4 轮胎式装载机转向系统液压原理图 缸1之间的油路被断开，主油路的液

1-转向油缸；2-流量放大阀；3-滤油器；4-散热器；

压油经过流量控制阀直接回油箱。转

5-转向泵；6-减压阀；7-全液压转向器

动方向盘时，转向器7排出的油与方

向盘的转角成正比，先导油进入流量放大阀后，通过主阀杆上的计量小孔控制主阀杆位移，即控制开口的大小，从而控制进入转向油缸1的流量。由于流量放大阀采用了压力补偿，使得进出口的压差基本上为一定值，因而进入转向油缸1的流量与负载无关，而只与主阀杆上开口的大小有关。停止转向后，主阀杆一端先导压力油经计量小孔卸压，两端油压趋于平衡，在复位弹簧的作用下，主阀杆回复到中位，从而切断到油缸的主油路。

液压操纵转向操纵力小，驾驶员不易疲劳，动作迅速，有利于提高生产率。故在大中型的轮式机械中多采用液压转向机构。

三、装载机的使用技术

1．作业过程

装载机的作业过程由铲装、转运、卸料和返回四个过程组成，并习惯地称之为一个工作循环。

（1）铲装过程 首先将铲斗的斗口朝前，并平放到地面上（图2-2-5a），机械前进，铲斗插入料堆，斗口装满物料。然后，将斗收起，使斗口朝上（图2-2-5b），完成铲装过程。 （2）转运过程 用动臂将斗升起（图2-2-5c），机械倒退，转驶至卸料处。

（3）卸料过程 先使铲斗对准停止在运料车厢的上空，然后将斗向前倾翻，物料即卸入车厢内（图2-2-5d）。

（4）返回过程 将铲斗翻转成水平位置，机械驶至装料处后，放下铲斗，准备再次铲装。

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图2-2-5 单斗装载机的工作过程 a）铲装；b）收斗；c）升斗；d）卸料

2．铲装方法

（1）铲装松散物料

首先将铲斗放在水平位置，并下放至与地面接触，然后以一档或二档速度（视物料性质）前进，使铲斗斗齿插入料堆中。此后，边前进边收斗，待铲斗装满后，将动臂升到运输位置（离地面约0.5m）（如图2-2-6a所示），再驶离工作面。若铲斗装满有困难，可操纵铲斗上下颤动或稍举动臂，如图2-2-6b所示。

图2-2-6 装载机铲装松散物料

a）边前进边收斗，装满后，举升至运输位置；b）操纵铲斗上下颤动

（2）铲装停机面以下物料

铲装时应先放下铲斗并转动，使其与地面成一定的铲土角，然后前进，使铲斗切入土内，如图2-2-7所示。切土深度一般保持在150～200mm左右，直至铲斗装满。装满收斗后将铲斗举升到运输位置，再驶离工作面并运至卸料处。铲斗下切的铲土角约为10～30（随土壤性质而定）。对于难铲的土壤，可操纵动臂使铲斗颤动，或者稍改变一下切入角度。

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图2-2-7 装载机铲装停机面以下土壤

（3）装载机铲装土丘

铲装土丘时，可采用分层铲装法或分段铲装法。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，或者随后收斗直到装满，或者装满后收斗，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2-2-8所示。

图2-2-8 装载机分层铲装作业

如果土壤较硬，也可采取分段铲装法，如图2-2-9所示。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，从坡脚插入，待插进一定深度后，提升铲斗，当发动机转速降低时，切断行走动力，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进一部分土，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。

3．作业方式

装载机用作装载设备，向自卸汽车进行装载工作时，其技术经济指标在很大程度上与其施工作业方式有关，常用的施工作业方式有以下几种（图2-2-10）。 图2-2-9 装载机分段铲装作业

（1）“V”型作业法

自卸汽车与工作面布置成50°～55°角，而装载机的工作过程则根据本身结构和形式的不同而有所不同。

履带式装载机和整体车架后轮转向的轮胎式装载机，采用这种作业方式时（图2-2-10a），

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装载机装满铲斗后，在倒车驶离工作面的过程中，调头50°～55°，使装载机垂直于自卸汽车，然后再向前驶向自卸汽车并卸载。卸载后，装载机倒车驶离自卸汽车，然后，调头驶向料堆，进行下一个作业循环。

带有铰接式车架的轮胎式装载机在采用这种作业方式时，其工作过程略有不同。装载机在工作面装满铲斗后，可直线倒车后退3～5m，然后使前车架偏转35°～45°，再前进驶向自卸汽车进行卸载（图2-2-10b）。“V”型作业法，其工作循环时间短，在许多场合得到广泛的应用。 （2）“I”型作业法

自卸汽车平行于工作面适时地往复前进和后退，而装载机则穿梭地垂直于工作面作前进和后退，所以亦称之为穿梭作业法（图2-2-10c）。

装载机装满铲斗后，直线后退，在装载机后退一定距离并把铲斗举升到卸载位置的过程中，自卸汽车后退到与装载机相垂直的位置，装载机向前驶向自卸汽车并进行卸载。卸载后自卸汽车向前行驶一段距离，以保证装载机可以自由地驶向工作面，进行下一个作业循环，直到自卸汽车装满为止。这种作业方式省去了装载机的调头时间，对于不易转向的履带式和整体车架式装载机比较合适，但增加了自卸汽车前进和后退的次数，因此，采用这种作业方式，装载机的作业循环时间，取决于装载机和与其配合作业的自卸汽车司机的熟练程度。 （3）“L”型作业法

自卸汽车垂直于工作面，装载机装满物料后，倒退并调头90°，然后向前驶向自卸汽车卸载，空载的装载机后退并调头90°，然后向前驶向料堆，进行下一次的铲装作业（图2-2-10d）。这种作业方式在运距较短，而作业场地比较宽广时，装载机可同时与两台自卸汽车配合工作。 （4）“T”型作业法

自卸汽车平行于工作面，但距离工作面较远，装载机装满物料后，倒退并调头90°，然后再向相反方向调头90°并驶向自卸汽车卸料（图2-2-10e）。

4．装载机生产率的计算

装载机的生产率是指其在特定的条件下每小时所能装卸或装运物料的重量。

装载机的生产率除取决于装载机本身的技术性能（如斗容大小、牵引力、作业速度等）外，还与物料种类、作业方式、作业场地、运输距离、路面条件以及驾驶员的操纵熟练程度有密切关系。由于其施工作业大致可分为向自卸汽车装载和本身装运两种情况，因此，下面分别给出其生产率的计算公式。

（1）装载生产率 只在作业场地进行装卸，不担负远距离的运输任务。这时装载机的生产率按下式确定：

Q3600VHrKLKm

T式中：Q——装载生产率，t/h；

VH——额定斗容量，m3； r——物料重度，t/m3；

KL——装载机时间利用系数，取KL=0.75～0.85；

Km——铲斗装满系数。它取决于所装物料的种类和状态、块度、铲斗的形状、装载机

的结构和司机的熟练程度。

图2-2-10 装载机作业方式

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对于容易装载的物料，如松散的或成堆的、不需铲掘的、很易堆积在铲斗中的普通土和砂，取Km=1.0～1.25；中等程度装载的物料，如松散的或堆积的砂、砂壤土，或由山地直接铲掘的松软砂土，取Km=0.75～1.0；较困难装载的物料，如难以装满铲斗的硬粘质土、粘土、凝固的砾质土，取Km=0.65～0.75；对困难装载的物料，如用爆破或松土机采掘的石块、砾石，取Km=0.45～0.65。

T——装载机一个作业循环时间，s。它取决于作业方式和装载物料的种类及其状态，

包括装载、卸载、往返、改变方向等所需全部时间。

“I”型作业法：T=10+d+1.6x “V”型作业法：T=11+d+1.6x “L”型作业法：T=12+d+1.6x “T”型作业法：T=13+d+1.6x

式中：d——考虑物料装载难易程度的量， 普通成堆的砂：d=0 碎石（20mm以下）、砂、小砂砾：d=2 碎石（50mm以下）、天然状态的小砂砾、粘土：d=4

x——距离，m。

一般地，在初步计算时可取T=20s。

（2）装运生产率 除了要在作业场地进行铲装作业外，还要担负转运至其它场地进行卸载的任务，其生产率可按下式计算：

Q3600VHrKLKM

Tb式中：Q——装运生产率，t/h；

Tb——一个装运作业循环的总时间，s。它约等于装载作业所需要的基本时间与运输时间之和，即

Tb=T+Tr

式中：Tr——运输时间，s。它取决于车速和运输距离。可按下式计算：

SS Tr3.6vmv0式中：S——装载机运输距离，m；

vm——装载机满载平均行驶速度，km/h。它与运输距离、路面状况有关，可参考图2-2-11选取；

vo——装载机空载平均行驶速度 ，km/h，可参考图2-2-11选取。

图2-2-11 平均行驶速度与运距的关系

硬路面：1-空载；2-满载 土路面：3-空载；4-满载

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装载机装运周期亦可按实际经验数据选取，其与运输距离的关系如图2-2-12所示，装载机的平均生产率与斗容之间的关系如图2-2-13所示。

其余参数同上。

生产率Q（m·h） 3-1图2-2-13 装载机实际平均生产率与斗容的关系

1-轮胎式；2-履带式

5．装载机的选用

选用装载机时应综合考虑如下因素：

（1）根据工作环境选用装载机类型 图2-2-12 S—Tb关系图

如果铲装路面很差（多石碴、稀泥1-平坦的铺砌路；2-平坦的硬土路；

3-凹凸不平的土路；4-松软的砂、砾石路、泥泞路 等），或者虽然铲装路面好，但石头较多，往往选用履带式而不选轮胎式装载机；如果工作场地平板拖车无法行进，往往选择轮胎式装载机。现代施工中，以选用单斗轮胎式装载机居多。 （2）根据工作对象选用装载机型号

一般地，装载机的额定载重重量越大，其铲装硬土的能力越强，因此，如果是铲装松散物料，工期不受，往往选用小型装载机较经济；若铲装硬土，则往往选用中型以上装载机；有时为了赶工期或者充分利用全部施工机械（挖掘机紧缺时），往往先用推土机将土推松，然后再用装载机实施铲装，此时装载机的选用则应着重考虑它与自卸汽车和推土机的配套情况；如果是为了购买装载机而作的选择，则不但要考虑上面因素，而且还要考虑该设备在今后工程中的使用率。

（3）根据自卸汽车数量和装载机生产率确定装载机台数

一般地，受道路和施工场地的，在施工中自卸汽车的数量和载重量受限。因此，与之配套的装载机的台数必须满足下列计算式：

n式中：X——自卸汽车台数；

XY Q 57

Y——自卸汽车生产率； Q——所选装载机生产率； n——装载机台数。

若自卸汽车行驶路程和施工场地不受，则装载机数量的确定主要根据工期和自卸汽车的拥有量来确定。

（4）装载机与自卸汽车的匹配原则

① 自卸汽车斗容应为装载机斗容的若干倍，以免造成不足一斗也要装一次车的时间和动力的浪费，装载松散物料时，此点尤为重要。

② 装载机装满自卸汽车所需的斗数，一般以2～5斗为宜。斗数过多，自卸汽车等待的时间过长，不经济，斗数过少，则装载机卸料时对汽车的冲击载荷过大，易损坏车辆，物料也易溢出车箱外。

③ 装载机的卸载高度和卸载距离要满足物料能卸到汽车车箱中心的要求。

第三节 铲运机

一、铲运机的用途、分类与编号

铲运机是一种利用装在前后轮轴或左右履带之间的铲运斗，在行进中依次进行铲装、运载和铺卸等作业的工程机械。其主要特点是： （1）多功能。可以用来进行铲挖和装载，在土方工程中可直接铲挖Ⅰ～Ⅱ级较软的土，对Ⅲ～Ⅳ级较硬的土，需先把土耙松才能铲挖。

（2）高速、长距离、大容量运土能力。铲运机的车速比自卸汽车稍低，它可以把大量的土运送到几公里外的弃土场。

铲运机主要用于大规模的土方工程中。它的经济运距在100～1500m，最大运距可达几公里。拖式铲运机的最佳运距为200～400m；自行式铲运机的合理运距为500～5000m。当运距小于100m时，采用推土机施工较有利；当运距大于5000m时，采用挖掘机或装载机与自卸汽车配合的施工方法较经济。

常用铲运机的分类如表2-3-1所示。

铲 运 机 的 分 类 表 2-3-1

分 类 按斗容量分 特 点 小型：铲斗容量＜5m3 中型：铲斗容量=5～15m3 大型：铲斗容量=15～30m3 特大型：铲斗容量＞30m3 拖 式 自行式 轮胎式 履带式 分 类 按卸土方式分 特 点 自由卸土式 半强制卸土式 强制卸土式 机械传动式 液力机械传动式 电传动式 液压传动式 机械式 液压式 按行走方式分 按传动方式分 按工作装置的操纵方式分 按行走装置分 铲运机的型号用字母C表示，L表示轮胎式，无L表示履带式，T表示拖式，后面的数字表示铲运机的铲斗几何容量，单位为m3。如CL7表示铲斗几何容量为7m3的轮胎式

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铲运机。

二、铲运机的构造与工作原理

拖式铲运机本身不带动力，工作时由履带式或轮胎式牵引车牵引。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，在短距离和松软潮湿地带的工程中普遍使用，工作效率低于自行式铲运机。

拖式铲运机的结构如图2-3-1所示，由拖杆1、辕架4、工作油缸5、机架8、前轮2、后轮9和铲斗7等组成。铲斗由斗体、斗门和卸土板组成。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。

图2-3-1 拖式铲运机的构造简图

1-拖杆；2-前轮；3-；4-辕架；5-工作油缸；6-斗门；7-铲斗；8-机架；9-后轮

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，如图2-3-2所示。有的在单轴铲斗后还装有一台发动机，铲土工作时可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。轮胎式自行式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，行驶速度高，机动性好，通过性好，在中距离土方转移施工中应用较多，效率比拖式铲运机高。

图2-3-2为一典型液压操纵自行式铲运机的构造简图。柴油机1

图2-3-2 液压操纵自行式铲运机的构造简图 和传动箱14均安装在机架16上，

1-柴油机；2-支架；3-主销；4-转向油缸；5、11-辕架；

柴油机的动力经传动箱（变速箱）6-支臂；7-铲斗升降油缸；8-斗门杠杆；9-铲斗；10-斗门开闭油缸；

12-尾架；13-后轮；14-传动箱；15-前驱动轮；16-机架；17-卸土传给主传动器后再经差速器和半轴

板；18、23-卸土板油缸；19-导向杆；20-滚轮；21-顶杆；22-套管；传给轮边减速器和驱动轮。当驱动

24-铲斗侧壁；25-斗门

轮转动时，地面给予驱动轮的力使

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牵引车产生运动，从而为牵引其后的铲斗提供了动力，与此同时传动箱还带动液压泵工作，为铲运机各液压油缸按操作者意图提供压力油。

铲斗9的后部利用尾架12与后轮13的桥壳相连，使铲斗可以绕后轮轴线转动。铲斗的前部通过两侧的两个铲斗升降油缸7吊挂在辕架的支臂6上。辕架5与支架2用两根垂直布置的主销3铰接，用两个转向油缸来控制单轴牵引车相对铲斗的偏转，以实现铲运机的转向。

斗门25通过两侧的斗门杠杆8铰接在铲斗上，斗门杠杆的短臂和斗门开闭油缸10的活塞杆铰接，油缸缸体则铰接在铲斗上，这样，只要使压力油进入油缸，随着活塞杆的伸缩，即可开启或关闭斗门。

卸土板17与两个卸土板油缸18、23的活塞杆相铰接，油缸缸体则铰接在顶杆21上。当压力油进入油缸使活塞杆伸长时，卸土板即沿着斗底前移而进行卸土；若使压力油进入油缸的另一腔，则活塞杆的收缩将使卸土板回位。为了引导卸土板作纵向移动，在尾架上固定有矩形导向杆19，卸土板上固定有与导向杆相配合的套管22，套管上装有滚轮20，当卸土板作纵向移动时，套管便带着滚轮20沿着导向杆19滚动。

三、铲运机的使用技术

1．作业过程

（1）铲装 将铲运机驶至装土处，挂上低速档，放下铲斗，同时开启斗门。铲斗靠自重或油缸作用力切入土壤，在牵引力（由牵引车和助铲机产生）作用下铲斗进行充填。铲斗充满后，提起铲斗离开地面，关闭斗门，铲装结束。

（2）装载运输 关闭斗门，提升铲斗至运输位置，挂高速档驶向卸土处。

（3）卸土 驶至卸土处，挂上低速档，将斗体置于某一高度，按厚度要求边走边卸土。 （4）空车回驶 卸完土后，挂上高速档驶回装土处。

2．卸土方式

（1）强制式卸土（图2-3-3a） 铲斗的后壁为一块可沿水平导轨移动的推板（即卸土板），当卸土时后壁在动力作用下，由后向前强制地将斗内的土推出。这种卸土方式的优点是能够彻底清除斗底与斗壁上所粘附的土壤，卸土干净，特别适于粘土和较湿的土。但卸土时消耗功率大。

（2）半强制式卸土（图2-3-3b） 铲斗的后壁与斗底为一个整体，并且与斗体铰接在前面的刀片座板上。卸土时后壁连同斗底绕铰接轴向前倾翻。土开始时被强制向前推移、上升，当升到一定角度时，借助自重倒出。这种卸土方式可使粘在两侧壁的土壤部分地被清除，消耗的动力较强制式的小。

（3）自由式卸土（2-3-3c） 铲斗是一个整体，卸土时依靠动力驱动使铲斗倾翻，使土完全借助自重倒出。这种方式可用来卸干燥松散的土，若为粘土和潮湿的土则效果较差，因土粘附在斗底及侧壁后不易清除，这种卸土方式仅用于小容量的铲斗。

3．施工运行路线规划

规划铲运机施工运行路线时，要综合考虑施工效率、地形条件、机械磨损等因素，以达到运距短、坡道平缓和修筑通道的工作量小等要求。在填筑路堤和开挖路堑工程中，常用的运行路线有：

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图2-3-3 铲斗卸土示意图

a）强制式卸土；b）半强制式卸土；c）自由式卸土 1-斗门；2-铲斗；3-刀片；4-后壁；5-斗底与后壁

（1）环形运行路线（图2-3-4a）

铲运机自路线外的单侧或两侧取土坑取土填筑路堤，或挖掘路堑弃土于路堑两侧时可按环形路线运行。完成一个循环的铲土、运土、卸土、回驶四个过程中，有两次转向。这种运行路线，大多用于工作地段狭小，运距短而高度不大的填堤或挖堑工作，被目前现场施工所采用。 （2）“8”字形运行路线（图2-3-4b）

它由两个环形连接而成，省去了两个急转弯。此运行路线中重载上坡的坡道较缓，重载与空载行驶路程较短。一次循环运行中，可完成两次铲土和卸土工作，效率高。机械左、右交替转弯，可减少机械的磨损。其缺点是要有较大的施工工作面 ，地形要平坦，多机同时施工时容易互相干扰。一般施工中较少采用。 （3）“之”字形运行路线（图2-3-4c）

它成锯齿状，无急转弯，效率高。这种运行路线适用于工作地段较长的施工对象，并适宜于机群工作。其主要缺点在于循环太大（填挖到尽头后再转弯反向运行），施工面太长；多雨季节难以施工，因而停工时间多，必须要有周密的施工组织才行。 （4）穿梭式运行路线（图2-3-4d）

它较上述几种运行路线的优点是全程长度短，空载路程少，一个循环运行中有两次装土和卸土作业，效率高。其缺点是只适用于两侧取土，转弯时间多。 （5）螺旋形运行路线（图2-3-4e）

它是穿梭式的变形。按此路线运行一圈有两次铲土与卸土，运距短效率高。 4．作业方法 （1）平整场地

作业时应先在挖填区高差大的地段进行，以便铲高填低。待整个区域标高与设计标高高差在20～30cm以后，再沿平整区域中部（或一侧）平整出一条标准带，然后由此向外逐步扩展，直到整个区域达标为止。施工面较大时，可分块进行平整。 （2）填筑路堤

① 纵向填筑路堤

纵向填筑时应从路堤两侧开始，铺卸成层，逐渐向路堤中线靠近，并始终保持两侧高于中部，以保证作业质量和安全。

填筑路堤高度在2m以下时，多采用环形运行路线；如运行地段较长时也可采用“之”字形运行路线。当填筑高度在2m以上时，多采用“8”字形运行路线，这样可使进出口的

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坡道平缓些。

图2-3-4 铲运机运行路线

a）环形运行路线；b）“8”字形运行路线；c）“之”字形运行路线；

d）穿梭式运行路线；e）螺旋形运行路线

1-取土坑；2-装土；3-卸土

填筑路堤两侧边时，应使铲斗沿路堤边线行驶，并留20～30cm的距离卸土。卸土时尽量放低铲斗，使卸下的土向边线推挤，从而保证两侧高、中间低的状况，如图2-3-5所示。

卸土时应将土均匀分布在路堤上，以便轮胎压实土方，保证路基的压实质量。

当路基填筑到1m以上高度时，应修筑进出口上下堤通道，

图2-3-5 纵向填筑路堤时由两侧向中间填筑 间距一般在100m以下，宽度不

小于工地上最宽施工机械的行驶

宽度。

② 横向填筑路堤

可选用螺旋形运行路线施工，作业方法同纵向填筑路堤的施工方法。 （3）开挖路堑

开挖路堑的作业方式有移挖作填、挖土弃掉及综合施工等。图2-3-6为综合作业方式的运行路线。

铲运机开挖路堑，应先从路堑两边开始，如图2-3-7所示，以保证边坡的质量，防止超挖和欠挖。否则，将增加边坡修整作业量。 （4）傍山挖土（多用推土机和挖掘机进行）

如图2-3-8所示，它是修筑山区道路的挖土方法，施工前先用推土机推出坡顶线，并修出铲运机作业的上下坡通道，作业应按边坡线分层进行，保持里低外高的作业断面，如图2-3-8a所示。若施工作业断面里高外低时，可先在里面铲装几斗，形成一土坎，并使一

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侧轮胎位于土坎上，使铲运机向里倾斜，然后铲装几斗后，便可形成外高里低的工作断面，如图2-3-8b所示。

图2-3-6 综合作业方式的运行路线（尺寸单位：m）

1-弃土堆；2-铲土；3-卸土

图2-3-7 铲运机开挖路堑的顺序

图2-3-8 铲运机傍山挖土法

a）里低外高作业断面；b）利用土坎形成外高里低作业断面

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5．铲运机生产率的计算

铲运机生产率是指铲运机每小时完成的土方量（m3）（实方），计算公式如下：

Q60KshKqm （m3/h） TKs式中：q——铲斗容量，m3；

T——每一工作循环时间，min； Ksh——铲运机时间利用系数；

Km——铲斗充满系数，一般干砂为0.6～0.7，湿砂为0.7～0.9，砂土和粘性土

为1.1～1.2，干粘土为1.0～1.1；

Ks——土壤松散系数，一般干砂为1.1，湿砂为1.05～1.20，砂土和粘性土为

1.20～1.40，干粘土为1.2～1.3。

铲运机每一工作循环的时间T，由下式计算：

TLcLyLxLhtd2tw vcvyvxvh 式中：Lc、Ly、Lx、Lh——铲运机的铲土、运土、卸土和回程长度，m；

vc、vy、vx、vh——铲运机的铲土、运土、卸土和回程速度，m/min； td——换档时间，min； tw——换向时间，min。 6．提高铲运机生产率的措施

从计算公式看出，影响铲运机生产率的主要因素有铲斗充满系数Km，每一工作循环的时间T和时间利用系数Ksh。影响Km的因素除土壤性质、施工条件和自然条件外，还有驾驶员的操作熟练程度、操作方法和其它施工辅助措施。影响T的因素主要是铲运机施工运行路线和驾驶员对基本作业操作方法的合理运用程度。为了提高铲运机的生产率，一般可采用下列措施： （1）起伏式铲土法

开始铲土时，切土较深以充分利用发动机的功率，随着铲土前进，发动机负荷的增大，其转速渐趋降低，这时逐渐提斗减小切土深度，使发动机转速复原，尔后再降斗切土（深度比第一次要浅些），如此反复进行几次直至装满铲斗。此法可缩短铲土长度和铲土时间。 （2）跨铲铲土法

如图2-3-9所示，先在取土场的第一排铲土道取土，在两铲土道之间留出铲运机一半宽度的一条土埂；第二排铲土道的起点与第一排铲土道的起点相距约半个铲土长度，其铲土方图2-3-9 跨铲铲土法铲土次序示意图

向对准第一排取土后留下的土埂。以后每排取土的方法，比照第一、二排的关系进行。这种铲土法，从第二排起，每次铲土的后半段由于减小了切土宽度，使铲土阻力随着斗内土量的增加而减小，发动机的负荷比较均衡。所以在发动机功率不变的情况下，既缩短了铲装时间，又提高了铲装效率。在土质较坚硬的取土场中采用此法，可提高效率10%左右。 （3）快速铲土法

当铲运机以较高速度返回而进入铲土位置时，立即放斗切土，利用惯性铲装一部分土，待发动机负荷激增而转速降低时，再换一档速度继续铲装，这样也可缩短铲装时间。 （4）硬土预松

对坚硬的土壤，用松土机预先进行疏松。松土机必须配合铲运机的铲装作业逐层疏松，并使松土层深度与铲运机切土深度相一致，以免因疏松过深而影响铲运机的牵引力。 （5）下坡铲土法

利用铲运机下坡行驶时重力分力的作用，加大切土深度，缩短铲土时间。此法不仅适用于有坡度的地形，就是在平坦地段也可铲成下坡地形，铲土坡度一般为3°～15°。 （6）助铲法

在工程施工中，由于土质多变，地形多变，铲运机的机况也难于一致，往往出现铲运机自身的动力满足不了铲土的需要致使效率严重受到影响，尤其在硬土地段刀片往往不易切入土层，造成铲斗装不满的“刮地皮”现象。为了解决这一问题，施工中往往用一台或多台机械采用前拖或后推或两者兼而有之的方法来帮助铲运机进行铲土作业，我们将这一方法称为助铲法，且以推土机后推助铲最为常见，如图2-3-10所示。

图2-3-10 用推土机为铲运机助铲

7．铲运机的选用

根据工程施工的自然条件以及铲运机的性能和特点进行合理选型是取得铲运机施工最高经济效益并获得最大生产率的关键因素之一。 （1）按运距选用

铲运机的经济运距是选用铲运机的基本依据。在100～2500m范围内，土方工程最佳的装运设备是铲运机。

一般情况下，小斗容量（6m3）铲运机的最小运距应大于100m为宜，而最大运距应小于350m，其最经济的运距为200~350m；大斗容量（10～30m3以上）铲运机的最小运矩为800m，而最大运距可达到2000m以上。铲运机的经济运距一般与其斗容成正比，可参考表2-3-2和表2-3-3选取铲运机的机型。

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几种国产铲运机的使用条件表 表2-3-2

型号 CT6 拖式 铲运机 CTY7 CTY9 CTY10 自行式 铲运机 C6 CL7 斗容量 6～8 7～9 9～12.5 10～12 7～9 牵引方式 及功率（kW） 履带拖拉机80～100 履带拖拉机120 履带拖拉机180～220 履带拖拉机180～200 单轴牵引车120 单轴牵引车180 操纵 方式 卸土 方式 切土深度卸土厚适用运距（mm） 度（mm） （m） 300 300 300 300 300 380 350 300 380 400 100～700 100～700 100～700 100～700 800～1500 800～1500 机械式 强制式 液压式 强制式 液压式 强制式 液压式 强制式 机械式 强制式 液压式 强制式 （2）按铲装材料的性质选用

普通装载式的铲运机适合于在Ⅱ级以下土质中使用，若遇Ⅲ、Ⅳ级土时，应对其进行预先翻松。铲运机最适宜在含水量为25%以下的松散砂土和粘性土中施工，而不适合在干燥的粉砂土和潮湿的粘性土中施工，更不适合在地下水位高的潮湿地带、沼泽地带以及岩石类地带作业。

带松土齿的铲运机可铲装较硬的土质。 （3）按施工地形选用

利用下坡铲装和运输可提高铲运机的生产率，适用铲运机作业的最佳坡度为7°~8°，坡度过大不利于装斗。因此，铲运机适用于从路旁两侧取土坑取土填筑路堤（3~8m高）或两侧弃土挖深3~8m路堑的作业。纵向运土路面应平整。

铲运机适用于大面积场地的平整作业、铲平大土堆以及填挖大型管道沟槽和装运河道土方等工程。

（4）按机种选用

铲运机类型主要根据使用条件选择，如土的性质、运距、道路条件、坡度等。

双发动机式铲运机具有加速性能好、牵引力大、运输速度快、爬坡能力强、可在较恶劣地面条件下施工等优点，但其投资大。所以，只有在单发动机式铲运机难以胜任的工程条件下，双发动机式铲运机才具有较好的经济效果。

实际选用中，可根据具体情况和以上原则参考表2-3-2和2-3-3进行。

各种铲运机的适用范围 表2-3-3

类 别 拖式铲运机 单发 动机 双发 动机 普通装载式 链板装载式 普通装载式 链板装载 推装斗容（m3） 一般 2.5～18 10～30 10～30 10～30 9.5～16 最大 24 50 35 50 34 适用运距 一般 100～1000 最佳 100～300 道路坡度（%） 15～30 5～8 5～8 10～15 10～15 200～2000 200～1500 200～1000 200～600 自行式 铲运机 200～2000 200～1500 200～1000 200～600 66

第四节 平地机

一、平地机的用途、分类与编号

平地机是一种装有以铲土刮刀为主，配有其它多种辅助作业装置，进行土的切削、刮送和整平作业的施工机械。它可以进行砂、砾石路面、路基路面的整形和维修，表层土或草皮的剥离，挖沟，修刮边坡等整平作业，还可完成材料的混合、回填、推移、摊平作业。平地机配以辅助装置，可以进一步提高其工作能力，扩大其使用范围，因此，平地机是一种效率高、作业精度好、用途广泛的施工机械，被广泛应用于公路、铁路、机场、停车场等大面积场地的整平作业。

平地机按行走方式的不同可分为自行式及拖式两种。拖式平地机因机动性差、操纵费力已不生产。自行式平地机由于其机动灵活、生产率高而被广泛应用。自行式平地机按行走车轮数可分为四轮式及六轮式两种。四轮式用于轻型平地机，六轮式用于大中型平地机。按转向方式的不同可分为前轮转向式、全轮转向式和铰接转向式三种。自行式平地机还可按车轮对数或轴数进行分类，其表示方法为：车轮总对数（或轴数）×驱动轮对数（或轴数）×转向轮对数（或轴数）。六轮的有3×2×1（前轮转向，中后轮驱动），3×3×1（前轮转向，全轮驱动），3×3×3（全轮转向，全轮驱动）；四轮的有2×1×1（前轮转向，后轮驱动），2×2×2（全轮转向，全轮驱动）。自行式平地机驱动轮数越多，在工作中所产生的附着牵引力越大，转向轮数越多，机械的转弯半径越小。所以上述几种形式中以3×3×3型性能最好，大中型自行式平地机多采用这种型式。目前国内外生产的大中型平地机主要以三轴六轮式为主，且大多采用铰接式车架，具有更小的转弯半径，其机动灵活性也更好。

平地机还可按刮刀长度和发动机功率分为轻、中、重型三种，如表2-4-1所示。

平地机按刮刀长度和发动机功率分类 表2-4-1

类型 轻 型 中 型 重 型 刮刀长度（m） ＜3 3～3.7 3.7～4.2 发动机功率（kW） 44～66 66～110 110～220 质量（kg） 5000～9000 9000～14000 14000～19000 车轮数 四 轮 六 轮 六 轮 平地机按工作装置（刮刀）和行走装置的操纵方式，可分为机械操纵式和液压操纵式两种。目前自行式平地机多采用液压操纵式。

平地机的型号用字母P表示，Y表示液力机械传动式，后面的数字表示发动机功率，单位为马力，如PY180表示发动机功率180 马力液力机械传动式的平地机。

二、平地机的构造与工作原理

平地机主要由发动机、传动系统、制动系统、车架、行走转向装置、工作装置、操纵及电气系统等组成，如图2-4-1所示。

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图2-4-1 平地机的总体构造

1-前推土铲；2-前车架；3-摆架；4-刮刀升降油缸；5-驾驶室；6-发动机；7-后车架；8-后松土器；9-后桥；10-铰接转向油缸；11-刮刀；12-切削角调节油缸；13-回转圈；14-牵引架；15-前轮

平地机的发动机一般采用柴油机，有风冷、水冷两种，且多数采用了废气涡轮增压技术。 传动系统一般由主离合器、液力变矩器、变速箱、后桥传动及平衡箱串联传动装置（六轮平地机）等组成。其动力传递路线为：发动机飞轮→主离合器→（液力变矩器）→变速箱→后桥传动→平衡串联传动箱→车轮。

行走装置的形式主要为轮式，其驱动型式有后轮和全轮驱动两种。采用全轮驱动时，前轮驱动力可由变速箱输出，通过万向节传动轴传至前桥，或采用液压传动方式将动力传到前桥。转向装置有前轮转向、全轮转向及铰接转向三种型式。

平地机的车架为一个支持在前桥和后桥上的弓形梁架。车架上安装有发动机、主传动装置、驾驶室及工作装置等。在车架中间的弓背处装有油缸支架，上面安装刮刀升降油缸。车架有整体式和铰接式两种型式。铰接式车架分为前车架和后车架，前、后车架以铰销连接，并用液压油缸控制车架的偏转角。铰接式车架提高了机器的灵活性，减小了转弯半径，机器可以折身前进作业，增强了平地机的作业适应性。

工作装置分为主要工作装置和辅助工作装置。刮土装置是平地机的主要工作装置，图2-4-2所示为刮土工作装置的示意图。

刮刀7安装在支承架上，并由刮土板侧向移动油缸9实现侧向移动。刮土板可由切削角调节油缸4实现绕其轴向转动的动作，以此改变其切削角。每次调图2-4-2 刮土工作装置

1-右升降油缸；2-牵引架；3-回转驱动装置；4-切削角调节整后用角位移器紧固螺母5锁

油缸；5-角位移器紧固螺母；6-角位移器；7-刮刀；8-油缸头铰紧。角位移器6与回转圈10焊接

接支座；9-刮土板侧移油缸；10-回转圈；11-牵引架引出油缸；

在一起，回转圈10安装在牵引架12-左升降油缸

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2上，它们之间能相对转动。回转圈10有内齿圈，由与之相啮合的回转驱动装置3驱动（或者由油缸直接驱动），实现回转。牵引架2通过球铰与机架相连接，牵引架2在升降油缸1和12及牵引架引出油缸11（倾斜油缸）的联合作用下，能达到作业所需的工作位置。

辅助工作装置有松土器、推土铲、除雪犁等。它们主要是配合刮刀作业。

三、平地机的使用技术

1．作业方法

平地机所以能有多种辅助作业能力，是由于它的刮土板能在空间完成6个自由度参数的运动，即沿空间坐标轴x、y、z的移动和转动。这6种动作可以单独进行，也可以组合进行，从而具有四大基本功能，即铲土侧移、刮土侧移、刮土直移、机外刮土。它的主要施工方法有： （1）平地作业

平整场地作业可以以多种方式进行（图2-4-3）：

① 刮土直移作业 刮土板垂直于平地机的纵向轴线，平地机直线前进完成平整作业。刮土板以较小的入土深度和最大切削宽度状态工作（图2-4-3a）。

② 刮土侧移作业 平地机斜身直行时，将刮土板置于前进方向某一角度，则刮起的土被移至一侧（图2-4-3b、c）。这一作业方式也可用于大量筑路材料的搅拌作业。由于刮土板可在不同方向上作不同角度的回转，所以可以根据作业需要，选择不同的角度。

③ 退行平地作业 借助刮土板回转180°，平地机可在不需调头的进退行驶状态下实现往返作业。这一情况多半是机器无余地调头或调头较困难时采用。对于熟练的平地机驾驶员，在进行大面积平整作业时，为了提高作业效率也往往采用这种方法，因为回转刮土板180°所需时间，较机器调头所花时间短（图2-4-3d）。

④ 曲折边界平地作业 如果被平整地面的边界是不规则的曲线（边界有曲线障碍物），驾驶员可以通过同时操纵转向和将刮土板引入或伸出，机动灵活地沿曲折的边界进行作业（图2-4-3e）。

（2）刷坡作业

刷坡是一种对斜坡表面的平整作业。需要修刷的坡面有路堤边坡、路堑边坡和边沟边坡等。在刷坡时，平地机的刮刀要侧向伸出，并调成与坡面相适应的倾角，平地机以一档速度行驶，而且前轮应向与刮刀侧伸方向相反的方向倾斜。

路堤边坡的修刷如图2-4-4所示。当路堤高度在1.8m以下时，可用一台平地机在路堤上沿路堤边缘环形行驶（图2-4-4a）。如果路堤较高，一台平地机无法修刷全坡时，则可用两台平地机联合作业（图2-4-4b）。此时，一台平地机在路堤上向下刮土，另一台平地机在路基边缘沿取土坑向上刮土。开始时，在路堤上的平地机应先行一步（先行10m以上），然后堤下的平地机再开始工作。这样不会因堤上平地机工作时所刮下的土壤散落而影响在堤下的平地机的工作，同时也便于堤下平地机驾驶员以堤上平地机所刮成的边坡斜度为标准，把两个平面连成一个斜面。若修刷边坡与修整路型结合进行时，可安装下弯的刷坡刀，平地机沿路堤边驶过，即可同时修整路堤和修刷坡面。

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图2-4-3 平地作业

a）刮土直移作业；b）、c）刮土侧移作业；d）退行平地作业；e）曲折边界平地作业

图2-4-4 平地机修刷路堤边坡 a）单机刷坡；b）双机刷坡

路堑坡面的修刷如图2-4-5所示。先将刮刀倾斜于机侧，然后使刮刀上端朝前，平地机以一档速度向前行驶并放刀切土，于是被刮下的土壤顺刀卸于左右车轮之间，尔后再将

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此土移走。

图2-4-5 平地机修刷路堑边坡和边沟边坡

a）刷边沟边坡；b）刷路堑边坡

在刷路堑边坡时，刮土角应大些；刷边沟边坡时刮土角应小些。 （3）修整路拱

这种作业就是按照路堤、路堑的横断面图的要求，将边沟开挖出的土送到路基中部修成路拱。其施工顺序是，由路基的一侧开始前进，到达一路段的终点后调头从另一侧驶回，如图2-4-6所示。开始

图2-4-6 平地机修整路拱的施工顺序

平地机以较小的回转角用a）铲挖；b）侧向移土；c）整平 刮刀角铲土侧移，将土壤

从边沟处挖出，再以较大的回转角将土壤送到路基中间，最后用平刀将土堆刮平，使之达到设计标高。铲土与送土的次数，应视路基宽度、边沟的大小、土壤的性质及平地机的技术性能而定。正确的设计，从一侧边沟挖出的土量应足够填铺同一侧路拱横坡所需要的填土量，最后只须平整两三次，即可达到设计要求。

由于从边沟中挖出的土是松的，当平地机驶过后，必然会出现轮胎印痕，这样在平地机第二层刮送土壤时，就很难掌握正确的标准，而且又不易把印痕刮平。为了使土壤铺散达到要求，在刮送第二层时，最好用平地机在松土上反复行走，压实一遍。对于全轮转向的平地机，在刮送第一层土壤时，就让前后轮都转向，让机身侧置，这样前后轮刚好错开位置，此时平地机经过一次刮送，就可将前一行程的松土全部碾压一遍，有利于第二层的刮平，将容易掌握路拱横坡的标准。这也是全轮转向平地机的优点。 （4）开挖路槽 当修筑路面时，应首先在路基上开挖路槽。根据不同的设计方案，路槽的开挖有三种方式：第一种是把路基中间的土挖除，形成路槽，将挖出的土弃掉；第二种是在路基的两侧用土

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堆起两条路肩，形成路槽，使用这种方法，可以利用整形时的余土或预留土来堆填；第三种方式是将路槽开挖到设计深度的1/2，把挖出的土修成路肩，这样挖填的土方量相等（设计时计算好），因此比前两种方式更经济合理。开挖路槽的施工顺序如图2-4-7所示。

图2-4-7 平地机开挖路槽顺序

a）第一次通过挖土；b）第二次通过挖土；c）第三次通过铺土于路肩；d）第四次通过挖土；

e）第五次通过铺土于路肩；f）第六次通过挖路槽侧部；g）第七次通过挖路槽侧部并刮平路槽底部

2．平地机生产率的计算

平地机的生产率根据施工对象不同，可按单位时间内所完成的面积来计算，或按单位时间内所完成的土方量来计算。

平地机平整场地的生产率Qp按下式计算：

Qp8L(lsinb)KSH （m2/台班）

Lnp(td)vp式中：L——需平整地段的长度，m；

l——刮刀长度，m；

——刮刀的水平面回转角；

b——相邻两刮刀的重叠度，约0.3～0.5m； np——平整好每一处所需的行程次数；

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vp——平地机平整时的速度，m/h； td——调一次头所需时间，h； KSH——时间利用系数。

以土方量为单位的平地机生产率一般按下式计算：

60LL1hKHKSH（m3/h）

T式中：L——平地机每一工作行程长度，m；

L1——刮刀的有效长度，L1=lsin-b，m； h——刮铲深度或摊铺厚度，m； KH——土方量换算系数； KSH——时间利用系数；

T——平地机一个行程所花的时间，min。 3．提高平地机生产率的措施

从上述生产率计算公式中可以看出，影响平地机生产率的因素有工作地段的长度、刮刀的工作角度、刮刀的长度、平地机工作速度、工作行程次数、机械调头时间以及时间利用系数等。除了加强工地管理，制定合理的施工组织等外，一般可针对性地采取措施，以提高其生产率。

平地机工作地段长度，拟以一个台班中能完成的工作量来考虑，一般应不少于1km。刮刀的工作角度因作业不同，经常需要停机调整，费时较多。若能采用多台（2～3台）平地机联合作业，合理分工，可使每台班中尽量不调或少调刮刀的工作角度。刮刀长度影响移土距离，若能装用延长刀，将减少移土和平整行程次数，对生产率的提高十分有利。

4．平地机的选用 （1）按生产率选用：

若工期要求不急，选用主参数较小的平地机较经济，否则选用主参数较大的。 （2）按地形选用

若工地较狭窄，转向不方便，则选用铰接式平地机便于施工，否则选用整体式较经济。 （3）按平整精度要求选用

若施工要求平整精度较高，则选用铰接式平地机，反之，选用整体式车架的平地机。

Q第五节 单斗挖掘机

一、单斗挖掘机的用途、分类与编号

单斗挖掘机的主要用途有： （1）开挖建筑物或厂房基础；

（2）挖掘土料、剥离采矿场覆盖层；

（3）采石场、隧道内、地下厂房和堆料场等中的装载作业； （4）开挖沟渠、运河和疏通水道；

（5）更换工作装置后可进行浇筑、起重、安装、打桩、夯实等作业。 挖掘机的分类、编号及表示方法如表2-5-1所示。

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国产单斗挖掘机型号编制规定 表2-5-1

主参数 类 组 型 特性 代号 代 号 含 义 名 称 W 机械式单斗挖掘机 电动式单斗挖掘机 液压式单斗挖掘机 长臂式单斗挖掘机 隧道式单斗挖掘机 轮胎式机械单斗挖掘机 轮胎式电动单斗挖掘机 轮胎式液压单斗挖掘机 标准斗容量 标准斗容量 标准斗容量 标准斗容量 标准斗容量 标准斗容量 单 位 m3×100 m3×100 m3×100 m3×100 m3×100 m3×100 D（电） WD 单 斗 挖 挖 掘 机 掘 机 W （挖） 轮 胎 式 L WLY （轮） Y（液） 其具体表示方法为四组符号： D（电） WLD WL S（隧） WS 履 带 式 B（臂） WB Y（液） WY W Y 60 A 结构改进代号 标准斗容量 不同机型代号 挖掘机 二、单斗挖掘机的构造与工作原理

1．机械式单斗挖掘机的构造与工作原理

机械式单斗挖掘机主要由工作装置、回转支承装置、行走装置、动力装置及附属设备等部分组成，如图2-5-1所示。其中工作装置包括铲斗、提升机构、推压机构、动臂、斗底开启机构等。回转支承装置包括回转机构、回转平台、回转支承机构等；行走装置主要有履带式和轮胎式两种。

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图2-5-1 机械式单斗挖掘机外形图 1-工作装置；2-回转平台；3-行走装置

图2-5-2所示为机械式单斗挖掘机正铲工作装置的工作原理图。挖掘开始时，挖掘机靠近工作面，开挖位置在推压轴之下，斗前面与工作面夹角最大（40～45），斗齿容易切入。工作时斗齿的切入深度由推压轴控制，操纵提升钢索提升铲斗，同时推压轴把斗柄推向工作面。铲斗提升与推压轴同时动作，在运动中使铲斗装满

图2-5-2 正铲工作装置工作原理图

土石料，离开工作面后回转

1-动臂、2-斗柄；3-铲斗；4-推压轴

到卸载处卸载，然后再回转到工作面，开始下一次的挖掘工作。

机械式单斗挖掘机常用的工作装置除正铲工作装置外，还有反铲、拉铲等型式的工作装置，如图2-5-3所示。

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图2-5-3 机械式单斗挖掘机工作装置主要型式图 a）正铲；b）反铲；c）拉铲；d）抓斗e）打桩

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2．液压式单斗挖掘机的构造与工作原理

单斗液压挖掘机主要由工作装置、回转机构、动力装置、传动机构、行走装置和辅助设备等组成，如图2-5-4所示。常用的全回转式（转角大于360°）挖掘机，其动力装置、传动机构的主要部分和回转机构、辅助设备及驾驶室等都装在可回转的平台上，通称为上部转台，因而又把这类机械概括成由工作装置、上部转台和行走装置三大部分组成。工作装置如图2-5-5所示，主要由铲斗1、斗杆2、动臂3及铲斗油缸7、斗杆油缸6和动臂油缸5等组成，有正铲、反铲、抓斗等工作装置型式（图2-5-6）。

图2-5-4 单斗液压挖掘机的总体构造

1-柴油机；2-机棚；3-液压泵； 4-液控多路阀；5-液压油箱；6-回转减速器；7-液压马达；8-回转接头；9-司机室；10-动臂；11-动臂油缸；12-操纵台；13-斗齿；14-铲斗；15-斗杆油缸；16-斗杆；17-铲斗油缸；18-平衡重；19-转台；20-行走减速器、液压马达；21-托轮；22-履带；Ⅰ-工作装置；Ⅱ-上部转台；Ⅲ-行走装置

液压式单斗挖掘机的工作原理如图2-5-5所示。柴油机13驱动两个液压泵11、12，把高压油输送到两个分配阀9，操纵分配阀将高压油再送往有关的液压执行元件（液压缸或液压马达），驱动相应的机构进行工作。

挖掘机作业时，接通回转装置液压马达，上部转台转动，带动工作装置转到挖掘地点，同时，操纵动臂油缸小腔进油，油缸活塞杆回缩，使动臂下降至铲斗接触挖掘面为止，然后操纵斗杆油缸和铲斗油缸，使其大腔进油、活塞杆伸长，迫使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，切断斗杆油缸和铲斗油缸油路并操纵动臂油缸大腔进油，使动臂升离挖掘面，随之接通回转马达，使铲斗转到卸载地点，再操纵斗杆和铲斗油缸活塞杆回缩，使铲斗反转卸土。卸完土，将工作装置转至挖掘地点进行下一次的挖掘作业。

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图2-5-5 液压式单斗挖掘机基本结构图及传动示意图

1-铲斗；2-斗杆；3-动臂；4-连杆；5、6、7-液压缸；8-安全阀；9-分配阀；10-油箱；

11、12-液压泵；13-发动机；Ⅰ-工作装置；Ⅱ-上部转台；Ⅲ-行走装置

图2-5-6 液压单斗挖掘机工作装置主要型式图 a）反铲；b）正铲或装载；c）抓斗；d)起重

图2-5-6 液压式单斗挖掘机工作装置主要型式图 a）反铲；b）正铲或装载；c）抓斗；d）起重

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三、单斗挖掘机的使用技术

1．作业过程

带各种工作装置的单斗挖掘机是循环作业式机械，每一工作循环包括挖掘、回转、卸料和返回四个工作过程。下面以机械式单斗挖掘机为例介绍挖掘机的作业过程。 （1）正铲挖掘机

正铲挖掘机（图2-5-7）的工作装置是由动臂2、斗柄5和斗口朝上的铲斗1组成。

图2-5-7 正铲工作过程简图

1-铲斗；2-动臂；3-铲斗提升钢索；4-鞍形座； 5-斗柄；6-斗底；7-运输车辆；Ⅰ～Ⅵ-工作过程

正铲工作过程是：

① 挖掘过程 先将铲斗下放到工作面底部（Ⅰ），然后提升铲斗，同时使斗柄向前推压（有的小型挖掘机依靠动臂下降的重力来施压），斗内装满土料（Ⅱ→Ⅲ）

② 回转过程 先将铲斗向后退出工作面（Ⅳ），然后回转，使动臂带着铲斗转到卸料处上空（Ⅴ）。在此过程中可适当调整铲斗的伸出程度和高度以适应卸料要求。

③ 卸料过程 打开斗底卸料（Ⅵ）

④ 返回过程 回转挖掘机转台，使动臂带着空斗返回挖掘面，同时放下铲斗，斗底在惯性作用下自动关闭（Ⅵ→Ⅰ）

机械传动式正铲挖图2-5-8 反铲工作过程简图

1-斗底；2-铲斗；3-牵引钢索；4-斗柄；5-动臂； 掘机适宜挖掘和装载停

6-提升钢索；7-前支架；Ⅰ～Ⅴ-工作过程

机面以上的Ⅰ～Ⅳ级土

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壤和松散物料。 （2）反铲挖掘机

机械传动式的反铲挖掘机（图2-5-8）的工作装置由动臂5、斗口朝下的铲斗2等组成。动臂由前支架7及相应的钢索支持。

反铲工作过程是：先将铲斗向前伸出，让动臂带着铲斗落在工作面上（Ⅰ）；然后将铲斗向着挖掘机方向拉转，于是它就在动臂和铲斗等重力以及牵引索的拉力作用下，使斗内装满土（Ⅱ）；将斗保持（Ⅱ）状态连同动臂一起提升到（Ⅲ），再回转至卸料处进行卸料。反铲有斗底可打开式与不可打开式两种。前者可打开斗底准确地卸料于车辆上（Ⅳ），后者需将铲斗向前伸出，使斗口朝下卸料（Ⅴ）

机械传动式反铲挖掘机适宜停机面以下的挖掘，例如挖掘基坑及沟槽等。机械传动式反铲挖掘过程由于只是依靠铲斗的自身重力切土，所以只适宜挖掘轻级和中级土壤。 （3）拉铲挖掘机

机械传动式拉铲挖掘机（图2-5-9）的工作装置由格栅形动臂与带链索的悬挂铲斗1组成。铲斗的上部和前部是敞开的。

拉铲工作过程是：首先用提升钢索2将铲斗提升到位置（Ⅰ），拉收和放松牵引钢索3，使斗在空中前后摆动（视情况也可以不摆动），然后共同放松提升索和牵引索，铲斗就被抛掷在工作面上（Ⅱ→Ⅲ）。然后拉动牵引索，铲斗在自重作用下切入土中，使铲斗装满土壤（Ⅳ）（一般情况下当铲斗拉移3～4米长的距离时，即可装满）。然后提升铲斗，同时放松牵引索，使铲斗保持在斗底与水平面成8°～12°仰角，不让土料撒出。在提升铲斗的同时将挖掘机回转到卸料处。卸料时制动提升索，放松牵引索，斗口就朝下卸料。再转回工作面进行下一次挖掘。

图2-5-9 拉铲工作过程简图

1-铲斗；2-提升钢索；3-牵引钢索；4-卸料索；5-动臂；Ⅰ～Ⅳ-工作过程

拉铲挖掘机适宜停机面以下的挖掘，特别适宜开挖河道等工程。拉铲由于靠铲斗的自身重力切土，所以只适宜挖掘一般土料和砂砾。

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（4）抓斗挖掘机

抓斗挖掘机（图2-5-10）的工作装置是一种带双瓣或多瓣的抓斗1。抓斗通过提升索2悬挂在动臂上。斗瓣的开闭由闭合索3来执行，为了不使斗在空中旋转，由一根定位索5来保证，定位索的一端固定在抓斗上，另一端与动臂连接。

图2-5-10 抓斗的工作原理图

1-抓斗；2-提升索；3-闭合索；4-动臂；5-定位索；Ⅰ～Ⅳ-抓斗工作过程

抓斗的工作过程是：首先固定提升索2放松闭合索3，使斗瓣张开。然后同时放松提升索2和闭合索3，让张开的抓斗落在工作面上，并在自重作用下切入土中（Ⅰ）。再然后收紧闭合索3，抓斗在闭合过程中抓满土料（Ⅱ）。当抓斗完全闭合后，以同一速度提升索2和闭合索3将抓斗提升（Ⅲ），同时使挖掘机转到卸料位置。卸料时固定提升索，放松闭合索，斗瓣张开，卸出土料（Ⅳ）。

抓斗挖掘机适宜停机面以上和以下的挖掘，卸料时无论是卸在车辆上或弃土堆上都很方便。由于抓斗是垂直上下运动，所以特别适合挖掘桥

图2-5-11 液压式挖掘机的作业范围示意图

基桩孔、陡峭的深坑以及水下

（尺寸单位：m）

土方等作业。但抓斗的挖掘能a）正铲；b）反铲 力也受自重的，只能挖取

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一般土料、砂砾和松散料。

液压式挖掘机一般只带正铲、反铲、抓斗和起重工作装置，其工作循环和机械式挖掘机基本相同。由于其挖掘、提升和卸料等动作是靠油缸来实现的，因此其工作能力比同级机械式挖掘机要高。其正铲、反铲的作业范围如图2-5-11所示，两者对停机面以上、以下的作业面都能挖掘。

由于正铲、拉铲、抓斗挖掘机的通用性不及反铲挖掘机，因此，在公路建设中以全液压反铲挖掘机的应用居多。

2．作业方法

（1）正铲挖掘机的基本作业方法

正铲挖掘机的基本作业方法有侧向开挖和正向开挖两种。

① 侧向开挖法

挖掘机只开挖一侧工作面，另一侧作为运输

图2-5-12 正铲挖掘机侧向开挖法

汽车的运输路线（图2-5-12）。汽车与挖掘机平

行，在挖掘机侧面受料。此方式的主要优点是，挖掘机卸土时，其动臂平均回转角小于90°，而且运输汽车可以直线进出，不需调头和倒驶，缩短了工作循环的时间，可提高生产率。

② 正向开挖法

挖掘机以最大挖掘宽度在挖掘断面上进行前方挖土，运输汽车在机后两侧受料，运输路线位于挖掘机开行路线的正面（图2-5-13）。此方式的优点是机械移位次数较少。缺点是挖掘机动臂回转角度大于90°，增加了工作循环的时间，降低了生产率。此外，运输线路较窄，汽车要倒进去或在窄道上调头，造成施工现场拥挤，影响挖掘机卸料。因此该方法只限于挖掘工地进口处时使用。

（2）反铲挖掘机的基本作业方法

反铲挖掘机的开挖方法有沟端开挖法和沟侧开挖法两种

① 沟端开挖法

开挖时，挖掘机沿着沟端逐渐倒退逐渐向后开挖（图2-5-14a）。汽车停在沟侧，动臂只要回转40°～45°即可卸料。如果所挖沟宽为机械最大挖掘半径的2倍（即机械每停置一处，

图2-5-13 正铲挖掘机正向开挖法

在180°的回转范围挖掘），则汽车只能停在挖

掘机侧面，动臂要作90°回转才能卸料。

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图2-5-14 反铲挖掘机沟端开挖法 a）沟端开挖法；b）沟端分段开挖法

此法在挖掘更宽的渠道（超过最大挖掘半径的2倍）时，可分段开挖（2-5-14b），机械在倒退挖到尽头后，由该端转换位置反向开挖毗邻一段。此法每段的挖掘宽度不宜过大，以汽车能在沟侧行驶为原则，以减少每一工作循环的时间，提高机械生产率。

② 沟侧开挖法

采用沟侧开挖法，汽车在沟端受料，动臂作小于90º回转即可卸料（图2-5-15）。此法每次挖掘宽度（沟宽）只能在其挖掘半径范围以内，缺点是所开挖过的沟边坡较大。 （3）拉铲挖掘机的基本作业方法

拉铲挖掘机的作业方法与反铲的基本相同，但其挖掘半径较大，挖得较深。可以一侧弃土，也可以两侧弃土，详见图2-5-16。

图2-5-15 反铲挖掘机沟侧开挖法

3．路基施工作业 图2-5-16 拉铲挖掘机开挖法 单斗挖掘机在公路工程中常a)沟侧开挖；b）沟端开挖

用来开挖路堑和填筑路堤，一般均

需自卸汽车配合。在进行路基土方施工前，应根据现场的施工条件，如地形、取送土位置、土壤等级、土方量、施工进度要求等，选择适宜的铲斗、斗形、斗容量，然后根据既定的挖掘机性能设计决定施工方案。

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（1）开挖路堑

① 正铲挖掘机开挖路堑

在开挖路堑时，应严格按照路堑纵横断面图去土。为了正确作出路堑开挖施工方案，首先应根据既定挖掘机的性能（动臂和斗杆长度、挖掘半径、挖掘高度）按比例设计出挖掘机的工作断面图，然后用它在同一比例的路堑断面图上套绘出各种布置方案的工作断面图，从中确定最佳施工方案。该最佳施工方案应使掘进道数目、运输道路的转移次数和所留土角最少；工作面的最大高度不应超出该类土壤和该型挖掘机所容许的高度，掘进道具有较大的缓坡以利运输和排水。挖掘机的工作断面图上应标明各掘进道桩号、机械和自卸汽车的位置以及工作面的曲线轮廓等，并且在路堑纵断面图的若干个里程桩号处也应有工作断面图，以精确定出挖掘机位置、工作道路和计算挖掘土方（参阅图2-5-17）。

用正铲挖掘机开挖路堑时，一般先采用正向开挖，按其断面大小分层纵向掘进，然后根据路堑宽度要求选取侧向开挖或联合开挖法。

a.侧向开挖路堑

侧向开挖路堑适用于开挖深路堑。图2-5-17所示为侧向分层开挖路堑时挖掘机在横断面上停置的位置和顺序。第一掘进道工作面因自卸汽车停在路堑边沿受料，因此挖掘高度较低。其它各个掘进道按图示顺序进行，自卸汽车停在前一个掘进道的边沿受料。挖掘机在挖完一个掘进道到达尽头时，可退回或回头反向开挖下一掘进道。

图2-5-17 挖掘机的工作断面图

挖掘机开挖后在路堑边坡上留下的“土角”，可用拉铲挖掘机（亦可用推土机）来进行调整。

b.正向开挖法开挖路堑

正向开挖法开挖路堑主要用于深度在挖掘机的最大挖掘高度范围以内的路堑。图2-5-18所示为正向开挖法开挖路堑。挖掘机一次向前开挖全路堑至设计标高，自卸汽车则与挖掘机停留在同一水平面的后面或两侧。路堑较宽时，需多次掘进，才能全部挖完（图2-5-19）。

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图2-5-18 正向开挖法挖掘机配合运输汽车布置图 图2-5-19 挖掘机正向开挖法开挖路堑

Ⅰ、Ⅱ-掘进道 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ-掘进道

当开挖有纵向陡坡的短堑时，虽然也可用正向开挖法施工，但因修筑运输道路困难，而且生产率很低，不如侧向开挖好。

反铲挖掘机开挖路堑方法与上类似。 ② 拉铲挖掘机开挖路堑

拉铲挖掘机适用于土壤松软且直接弃土于附近弃土堆的路堑开挖。

为了充分发挥挖掘机的性能，提高生产率，在施工前也应进行周密的施工组织设计，要充分考虑施工现场条件、路堑断面形状、土方量及弃土堆的位置与距离、动臂在平面上的转角、最大挖掘半径等因素。工作面尺寸大小、形式、机械运行方向、汽车行驶路线、弃土堆形状等与正铲挖掘机施工图所规定的相同。如果两侧弃土开挖路堑，弃土堆的位置离路堑中心线的距离在挖掘机卸料半径范围以内时，则挖掘机可停置在路堑中线上（图2-5-20a）进行全断面开挖。反之，则采取两掘进道开挖。如果一侧弃土开挖路堑时，挖掘机应沿路

图2-5-20 拉铲挖掘机开挖路堑 堑边缘作业（2-5-20b）

1-弃土堆 显然，图2-5-17的全

部的挖掘工作也可由全液压反铲挖掘机完成，其施工作业过程留给读者自行分析。 （2）填筑路堤

由取土坑或取土场取土填筑路堤时，对挖掘机来说工作比较简单，只要按照前面介绍的挖

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掘机的基本作业技术进行操作，在选定的取土场开辟有利地形的工作面，以最经济合理的施工方法挖出所要求的土壤，即可利用自卸汽车运去填筑路堤。但是，挖掘机如何与自卸汽车配合施工，必须有很好的组织工作。

① 正铲挖掘机配合汽车运输填筑路堤

图2-5-21为正铲挖掘机配合自卸汽车填筑路堤时的汽车运行路线图。图中挖掘机在取土场按四个掘进道掘进取土，并在汽车装载土壤后按土壤性质及好坏，分两路运送。不适用的卸往弃土场，适用于填筑路堤的土即直接运往路堤图2-5-21 正铲挖掘机配合运输汽车填筑路堤运行路线 卸土。卸土时应在边坡桩界内，分1-取土场；2-弃土场； 3-重载道路；4-路堤；5-运输汽车 层铺垫，每层厚度30～60cm。卸

完后用推土机进行平整压实，也可由汽车自压或用压路机压实。反铲挖掘机类似。

挖掘机与汽车配合作业时，除需配够所需汽车的数量外，还必须和配合挖掘机修筑路堤的其它平整、压实等机械（如推土机、平地机、压路机等）的工作量相平衡。这样才能使所有参加施工的机械发挥最大的工效。

图2-5-22为正铲挖掘机开挖路堑配合汽车运土填筑路堤流水作业机械配套平面运行路线图。反铲挖掘机类似。

图2-5-22 正铲挖掘机开挖路堑配合汽车运土填筑路堤流水作业机械配套运行路线图

1-自卸汽车；2-压路机；3-推土机；4-正铲挖掘机；5-运土进出道；6-路堑堑沟

设计流水作业法施工组织时，应根据工程总量、路段长度、流水作业方向和速度以及施工期限，并以挖掘机为本流水作业的主导机械，按主导机械的生产率（按路段工程总量标出主体

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机械数量）分别估算其它配合机械（推土机、平地机、压路机）和设备的数量。

反铲挖掘机填筑路堤与上类似。

② 拉铲挖掘机配合运输汽车填筑路堤 拉铲挖掘机配合汽车填筑路堤时，其运输道路的布置、汽车数量的估算以及平整、压实等机械的配合和正铲挖掘机基本相同，图2-5-23为拉铲挖掘机与运输汽车配合装土工作图。由于拉铲铲斗在卸土时有甩土动作，因此挖掘机司机必须有熟练的操作技术，才能胜任。

4．挖掘机生产率的计算

挖掘机的生产率是指在单位时间内从工作面中挖取并卸入汽车或弃土堆的土方量（自然方）。其计算公式如下：

3600qkmkskxksh (m3/h) 图2-5-23 拉铲挖掘机与汽车配合装土工作图 T

式中：q——铲斗容量，m3；

T——每一工作循环时间，s； km——铲斗充满系数； ks——土壤松散系数； kx——校正系数； ksh——时间利用系数。

挖掘机每一工作循环时间T为挖掘时间、自挖掘面回转到卸料处的时间、在卸料处调整铲斗位置和卸料所需时间、空斗返回挖掘面所需时间和空斗放到挖掘面所需时间之和。T与机械的技术状况、司机操作的熟练程度和施工组织等有关。

铲斗充满系数km是指铲斗所装松土量与铲斗平装容量之比。它与土壤性质和铲斗型式有关，见表2-5-2。

Q铲斗充满系数km 表2-5-2 土壤级别 铲斗型式 Ⅰ 正铲 拉铲 抓斗 1.0～1.20 1.0～1.15 0.8～1.0 Ⅱ 1.15～1.4 1.20～1.4 0.90～1.1 Ⅲ 0.75～0.95 0.80～0.90 0.50～0.70 Ⅳ 0.55～0.70 0.50～0.65 0.40～0.45 Ⅴ～Ⅵ 0.30～0.50 0.30～0.50 0.20～0.30 土壤松散系数ks是指土壤在松散以后的体积与松散前原来体积之比。它是确定土石方机械工作量的重要因素之一，其值取决于土壤级别和铲斗容量的大小，见表2-5-3。

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土壤的松散系数ks 表2-5-3

土壤级别 斗容量 0.25～0.75 1.00～2.00 3.00～15 Ⅰ 1.12 1.10 1.08 Ⅱ 1.22 1.20 1.17 Ⅲ 1.27 1.25 1.22 Ⅳ 1.35 1.32 1.28 Ⅴ 爆破好的 1.46 1.44 1.41 Ⅵ 爆破不好的 1.50 1.48 1.45 校正系数kx是指挖掘机工作面高度和铲斗回转角度对挖掘机生产率的影响大小，见表2-5-4。

校正系数kx（正铲挖掘机） 表2-5-4

工作面高度 （最佳高度的%） 40 60 80 100 120 140 160 30° － － － － － － － 45° 0.93 1.10 1.22 1.26 1.20 1.12 1.13 60° 0. 1.03 1.12 1.16 1.11 1.04 0.96 铲斗回转角度 75° 0.85 0.96 1.04 1.07 1.03 0.97 0.90 90° 0.80 0.91 0.98 1.00 0.97 0.91 0.85 120° 0.72 0.81 0.86 0.88 0.86 0.81 0.75 150° 0.65 0.73 0.77 0.79 0.77 0.73 0.67 180° 0.59 0.66 0.69 0.71 0.70 0.66 0.62 时间利用系数ksh反映机械的作业效率。它和施工条件（地形、现场大小、地表排水状况、

地面承载力、气候、施工规范和施工方法等）与工程管理水平（司机的技术熟练程度和工作态度、设备技术状况、施工组织等）有关。一般施工机械的时间利用系数见表2-5-5。

施工机械的时间利用系数ksh 表2-5-5

施工条件 最好 良好 一般 较差 工程管理水平 最好 0.84 0.78 0.72 0.63 良好 0.81 0.75 0.69 0.61 一般 0.76 0.71 0.65 0.57 较差 0.70 0.65 0.60 0.52 5．提高挖掘机生产率的措施

提高挖掘机生产率的措施可从两方面考虑。在施工组织设计时，应使运输汽车的运量和挖掘机生产率相匹配；汽车的装载容量应为挖掘机斗容量的倍数（最好为3到5倍）；汽车的行驶路线良好，以利行车；挖掘机给汽车装载时，应优先采用“双放”法（图2-5-24），不使挖掘机等候汽车。在施工过程中应尽力缩短挖掘机每一工作循环时间。为此，必须保持机械良好的技术状况；挖掘机司机要有熟练的操作技术水平，每一工作循环各过程的操作要

图2-5-24 挖掘机“双放”装车图

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进行联合动作；斗齿要锐利，以减少铲装时间。

6．挖掘机的选用

（1）若开挖停机面以下的较坚实的土石方，选用反铲单斗液压挖掘机为宜，由于它对停机面以上的土石方亦具备一定挖掘能力，因而在施工中得到最为广泛的应用。

（2）若开挖停机面以下较松的土方和砂石、稀泥等，选取拉铲或抓斗单斗挖掘机较经济，尤其是进行水下开挖作业。

（3）若开挖停机面以上的土石方，往往选用正铲单斗液压挖掘机最宜，若土质松散，选用抓斗挖掘机较经济。

（4）若开挖隧道，则应选用具有特种工作装置和较小转台回转半径的专用于隧道、坑道、地铁等狭窄工作环境的隧道挖掘机。

（5）若开挖面积大，挖掘深度又是一般单斗挖掘机不便施工，且土质在IV级以下的土方，则选取多斗挖掘机较适宜。

（6）若施工现场无法进出平板拖车，或者施工现场不允许履带碾压，则选用轮胎式挖掘机为宜，反之，选用履带式挖掘机。

（7）挖掘机的台数与斗容必须与现场允许的汽车通过能力相匹配，单台挖掘机的生产率必须与配套汽车和工期相匹配。