挖掘機在國外的發展

 

     第一臺手動挖掘機問世至今已有130多年的歷史，期間經歷了由蒸汽驅動半回轉挖掘機到電力驅動和內燃機驅動全回轉挖掘機、應用機電液一體化技術的全自動液壓挖掘機的逐步發展過程。

 

　　由于液壓技術的應用，20世紀40年代有了在拖拉機上配裝液壓反鏟的懸掛式挖掘機，`20世紀50年代初期和中期相繼研制出拖式全回轉液壓挖掘機和履帶式全液壓挖掘機。初期試制的液壓挖掘機是采用飛機和機床的液壓技術，缺少適用于挖掘機各種工況的液壓元件，制造質量不夠穩定，配套件也不齊全。從20世紀60年代起，液壓挖掘機進入推廣和蓬勃發展階段，各國挖掘機制造廠和品種增加很快(見表1-1)，產量猛增。1968～1970年間，液壓挖掘機產量已占挖掘機總產量的83％，目前已接近。

 

　　工業發達國家的挖掘機生產較早，法國、德國、美國、俄羅斯、日本等是斗容量3.5-40 m3單斗液壓挖掘機的主要生產國，從20世紀80年代開始生產特大型挖掘機。例如，美國馬利昂公司生產的斗容量50-150 m3的剝離用挖掘機，斗容量132 m3的步行式拉鏟挖掘機；B-E(布比賽路斯一伊利)公司生產的斗容量168.2 m3的步行式拉鏟挖掘機，斗容量107 m3的剝離用挖掘機等，是世界上目前大的挖掘機。

 

　　從20世紀后期開始，國際上挖掘機的生產向大型化、微型化、多功能化、專用化和自動化的方向發展。

 

　　1)開發多品種、多功能、高質量及高效率的挖掘機。為滿足市政建設和農田建設的需要，國外發展了斗容量在O.25 m3以下的微型挖掘機，小的斗容量僅O01 m3。另外，數量多的中、小型挖掘機趨向于一機多能，配備了多種工作裝置——除正鏟、反鏟外，還配備了起重、抓斗、平坡斗、裝載斗、耙齒、破碎錐、麻花鉆、電磁吸盤、振搗器、推土板、沖擊鏟、集裝叉、高空作業架、鉸盤及拉鏟等，以滿足各種施工的需要。與此同時，發展專門用途的特種挖掘機，如低比壓、低噪聲、水下專用和水陸兩用挖掘機等。

 

　　2)迅速發展全液壓挖掘機，不斷改進和革新控制方式，使挖掘機由簡單的杠桿操縱發展到液壓操縱、氣壓操縱、液壓伺服操縱和電氣控制、無線電遙控、電子計算機綜合程序控制。在危險地區或水下作業采用無線電操縱，利用電子計算機控制接收器和激光導向相結合，實現挖掘機作業操縱的完全自動化。所有這一切，挖掘機的全液壓化為其奠定了基礎和創造了良好前提。

 

　　3)重視采用新技術、新工藝、新結構，加快標準化、系列化、通用化發展速度。例如，德國阿特拉斯公司生產的挖掘機裝有新型的發動機轉速調節裝置，使挖掘機按適合其作業要求的速度來工作；美國林肯一貝爾特公司新C系列LS-5800型液壓挖掘機安裝了全自動控制液壓系統，可自動調節流量，避免了驅動功率的浪費。還安裝了CAPS(計算機輔助功率系統)，提高挖掘機的作業功率，更好地發揮液壓系統的功能；日本住友公司生產的FJ系列五種新型號挖掘機配有與液壓回路連接的計算機輔助的功率控制系統，利用精控模式選擇系統，減少燃油、發動機功率和液壓功率的消耗，并延長了零部件的使用壽命；德國奧加凱(O&K)公司生產的挖掘機的油泵調節系統具有合流特性，使油泵具有大的工作效率；日本神鋼公司在新型的904、905、907、909型液壓挖掘機上采用智能型控制系統，即使無經驗的駕駛員也能進行復雜的作業操作；德國利勃海爾公司開發了ECO(電子控制作業)的操縱裝置，可根據作業要求調節挖掘機的作業性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型B系統挖掘機上采用新的3114T型柴油機以及扭矩載荷傳感壓力系統、功率方式選擇器等，進一步提高了挖掘機的作業效率和穩定性。韓國大宇公司在DH280型挖掘機上采用了EPOS——電子功率優化系統，根據發動機負荷的變化，自動調節液壓泵所吸收的功率，使發動機轉速始終保持在額定轉速附近，即發動機始終以全功率運轉，這樣既充分利用了發動機的功率、提高挖掘機的作業效率，又防止了發動機因過載而熄火。

 

　　4)更新設計理論，提高可靠性，延長使用壽命。美、英、日等國家推廣采用有限壽命設計理論，以替代傳統的無限壽命設計理論和方法，并將疲勞損傷累積理論、斷裂力學、有限元法、優化設計、電子計算機控制的電液伺服疲勞試驗技術、疲勞強度分析方法等先進技術應用于液壓挖掘機的強度研究方面，促進了產品的優質高效率和競爭力。美國提出了考核動強度的動態設計分析方法，并創立了預測產品失效和更新的理論。日本制定l了液壓挖掘機構件的強度評定程序，研制了可靠性信息處理系統。在上述基礎理論的指導下，借助于大量試驗，縮短了新產品的研究周期，加速了液壓挖掘機更新換代的進程，并提高其可靠性和耐久性。例如，液壓挖掘機的運轉率達到85％～95％，使用壽命超過1萬小時。

 

　　5)加強對駕駛員的勞動保護，改善駕駛員的勞動條件。液壓挖掘機采用帶有墜物保護結構和傾翻保護結構的駕駛室，安裝可調節的彈性座椅，用隔音措施降低噪聲干擾。

 

　　6)進一步改進液壓系統。中、小型液壓挖掘機的液壓系統有向變量系統轉變的明顯趨勢。因為變量系統在油泵工作過程中，壓力減小時用增大流量來補償，使液壓泵功率保持恒定，亦即裝有變量泵的液壓挖掘機可經常性地充分利用油泵的大功率。當外阻力增大時則減少流量(降低速度)，使挖掘力成倍增加；采用三回路液壓系統。產生三個互不影響的獨立工作運動。實現與回轉機構的功率匹配。將第三泵在其他工作運動上接通，成為開式回路第二個獨立的快速運動。此外，液壓技術在挖掘機上普遍使用，為電子技術、自動控制技術在挖掘機的應用與推廣創造了條件。

 

　　7)迅速拓展電子化、自動化技術在挖掘機上的應用。20世紀70年代，為了節省能源消耗和減少對環境污染，使挖掘機的操作輕便和安全作業，降低挖掘機噪音，改善駕駛員工作條件，逐步在挖掘上應用電子和自動控制技術。隨著對挖掘機的工作效率、節能環保、操作輕便、安全舒適、可靠耐用等方面性能要求的提高，促使了機電液一體化在挖掘機上的應用，并使其各種性能有了質的飛躍。20世紀80年代，以微電子技術為核心的高新技術，特別是微機、微處理器、傳感器和檢測儀表在挖掘機上的應用，推動了電子控制技術在挖掘機上應用和推廣，并已成為挖掘機現代化的重要標志，亦即目前先進的挖掘上設有發動機自動怠速及油門控制系統、功率優化系統、工作模式控制系統、監控系統等電控系統。

 

　　8)更注重環境保護，CAT、小松等廠家紛紛推出滿足三次排放要求的挖掘機。